Kradljivac džula s ultra jednostavnom kontrolom izlazne svjetlosti: 6 koraka (sa slikama)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:35

Krug lopova Joule izvrstan je unos za početnike u elektroničkom eksperimentu i reproduciran je bezbroj puta, doista Google pretraživanje daje 245000 pogodaka! Daleko najčešći sklop je onaj prikazan u 1. koraku ispod, koji je nevjerojatno jednostavan i sastoji se od četiri osnovne komponente, ali postoji cijena koju treba platiti za ovu jednostavnost. Kad se napaja svježom baterijom od 1,5 V, svjetlosna snaga je velika s primjerenom potrošnjom energije, ali s nižim naponom baterije svjetlost i potrošnja energije opadaju sve dok oko pola volta ne prestane izlaz svjetlosti.

Krug vapi za nekim oblikom kontrole. Autor je to postigao u prošlosti pomoću trećeg namota na transformatoru za osiguravanje upravljačkog napona, vidi:

www.instructables.com/id/An-Improved-Joule-Thief-An-Unruly-Beast-Tamed

Koja god se kontrola koristila, ona bi trebala imati osnovno svojstvo pri čemu smanjenje svjetlosne snage smanjuje i potrošnju energije, tako da postavka slabog osvjetljenja rezultira niskom potrošnjom baterije i dužim vijekom trajanja baterije. Krug razvijen u ovom članku to postiže i mnogo je jednostavniji jer dodatno namotavanje nije potrebno i daje oblik upravljanja koji bi se mogao naknadno ugraditi u mnoge postojeće krugove. Na kraju članka pokazujemo kako automatski isključiti krug na dnevnom svjetlu kada se postavi kao noćno svjetlo.

Trebat će vam:

Dva NPN tranzistora opće namjene. Nije kritično, ali koristio sam 2N3904.

Jedna silicijska dioda. Potpuno nekritično i ispravljačka ili signalna dioda će biti u redu.

Feritni toroid. Za više informacija pogledajte kasnije u tekstu.

Jedan kondenzator od 0,1 uF. Koristio sam 35V tantalovu komponentu, ali možete koristiti obični elektrolit od 1 uF. Držite nazivnu vrijednost napona na gore-35 ili 50 volti nije pretjerana kao tijekom razvoja, a prije nego što se vaš upravljački krug zatvori, na ovu se komponentu može primijeniti visoki napon.

Jedan elektrolitski kondenzator od 100uF. Ovdje radi 12 volti.

Jedan otpornik od 10 K Ohma.

Jedan otpornik od 100 K Ohma

Jedan potenciometar od 220 K Ohma. Nekritično i sve u rasponu od 100 K do 470 K bi trebalo raditi.

PVC jednožilna spojna žica koju dobivam skidanjem telefonskog kabela

Za demonstraciju sklopa u ranim fazama koristio sam model AD-12 lemilice za lemljenje koji sam nabavio od Maplina.

Za izradu trajne verzije kruga bit ćete opremljeni za elementarnu elektroničku konstrukciju, uključujući lemljenje. Krug se tada može izgraditi na Veroboardu ili sličnom materijalu, a prikazan je i drugi način konstrukcije pomoću prazne tiskane ploče.

Korak 1: Naš osnovni krug lopova Joulea

Gore je prikazan dijagram i shema radnog kruga.

Ovdje se transformator sastoji od 2 lota po 15 zavoja jednožilne PVC žice spašene s duljine telefonskog kabela uvijenog zajedno i namotanog na feritni toroid-nije kritično, ali koristio sam predmet Feroxcube iz RS Components 174-1263 veličine 14,6 X 8,2 X 5,5 mm. U izboru ove komponente postoji ogromna širina i mjerio sam identične performanse s Maplinovom komponentom četiri puta većom. Konstruktori imaju tendenciju da koriste vrlo male feritne kuglice, ali to je onoliko malo koliko bih želio ići-s vrlo malim stavkama frekvencija oscilatora će se povećati i u konačnom krugu može doći do kapacitivnih gubitaka.

Tranzistor koji se koristi je 2N3904 NPN opće namjene, ali će raditi gotovo svaki NPN tranzistor. Osnovni otpornik je 10K gdje biste mogli češće vidjeti 1K upotrijebljenog, ali to može pomoći kada kasnije primijenimo kontrolu na krug.

C1 je kondenzator za razdvajanje kako bi se izgladili sklopni prijelazi nastali radom kruga i na taj način održavala čistina opskrbne šine, dobro je elektroničko održavanje, ali se ova komponenta često izostavlja što može rezultirati nepredvidivošću i nestalnim performansama kruga.

Korak 2: Performanse osnovnog kruga

Neka znanja o izvedbi osnovnog kola mogu biti poučna. U tu je svrhu krug napajan različitim naponima napajanja i izmjerena je odgovarajuća potrošnja struje. Rezultati su prikazani na gornjoj slici.

LED počinje emitirati svjetlost s naponom napajanja od 0,435 i troši struju od 0,82 mA. Na 1,5 V, (vrijednost za novu bateriju,) LED je jako svijetla, ali je struja iznad 12 mA. To ilustrira potrebu za kontrolom; moramo biti u mogućnosti postaviti izlaz svjetlosti na razumnu razinu i time uvelike produžiti vijek trajanja baterije.

Korak 3: Dodavanje kontrole

Dijagram sklopa dodatnog upravljačkog kruga prikazan je na gornjoj prvoj slici.

Dodan je drugi tranzistor 2N3904 (Q2) s kolektorom spojenim na bazu tranzistora oscilatora, (Q1.) Kada se isključi, ovaj drugi tranzistor nema utjecaja na funkciju oscilatora, ali kada je uključen, preusmjerava bazu tranzistora oscilatora na zemlju čime se smanjuje izlaz oscilatora. Silikonska dioda spojena na kolektor tranzistora oscilatora daje ispravljeni napon za punjenje C2, kondenzatora od 0,1 uF. Preko C2 postoji potenciometar od 220 kOhm (VR1,), a brisač je spojen natrag na bazu upravljačkog tranzistora (Q2,) preko otpornika od 100 kOhm koji završava petlju. Postavka potenciometra sada kontrolira izlaz svjetlosti i u ovom slučaju trenutnu potrošnju. S potenciometrom postavljenim na minimum, trenutna potrošnja je 110 mikro ampera, kada je postavljena za LED koja tek počinje svijetliti, i dalje je 110 mikro ampera, a pri punoj svjetlini LED-a potrošnja je 8,2 mA-imamo kontrolu. Krug se u ovom primjeru napaja s jednom Ni/Mh ćelijom na 1,24 V.

Dodatne komponente nisu kritične. Pri 220 kOhm za potenciometar i 100 kOhm za Q2 bazni otpornik upravljački krug funkcionira dobro, ali oscilator stavlja vrlo malo na opterećenje. Pri 0,1 uF C2 daje glatki ispravljeni signal bez dodavanja velike vremenske konstante, a krug brzo reagira na promjene u VR1. Ovdje sam koristio elektrolit od tantala, ali keramička ili poliesterska komponenta jednako bi dobro funkcionirala. Ako učinite ovu komponentu previsokim kapacitetom, odgovor na promjene potenciometra bit će spor.

Posljednje tri gornje slike su osciloskopski snimci zaslona iz kruga tijekom rada i prikazuju napon na kolektoru oscilatornog tranzistora. Prvi prikazuje uzorak pri minimalnoj svjetlini LED -a, a krug radi s malim naletima energije koji su široko razmaknuti. Druga slika prikazuje uzorak s povećanim LED izlazom, a izljevi energije sada su sve učestaliji. Posljednji je na punom izlazu i krug je otišao u stalnu oscilaciju.

Takva jednostavna metoda kontrole nije u potpunosti bez problema; postoji istosmjerna staza od pozitivne opskrbne tračnice kroz namot transformatora do kolektora tranzistora i kroz D1. To znači da se C2 puni do razine opskrbne tračnice minus pad napona diode naprijed, a zatim se tome dodaje napon proizveden djelovanjem Joule Thieva. To nije važno tijekom normalnog rada lopova Joulea s jednom ćelijom od 1,5 V ili manje, ali ako pokušate pokrenuti krug na višim naponima iznad oko 2 V, tada se LED izlaz ne može kontrolirati do nule. To nije problem s velikom većinom aplikacija Joule Thief -a koje se obično vide, ali takav je potencijal za daljnji razvoj da bi mogao postati značajan i tada bi se moralo pribjeći izvođenju upravljačkog napona iz trećeg namota na transformatoru što pruža potpunu izolaciju.

Korak 4: Primjena kruga 1

Uz učinkovitu kontrolu, Joule Thief se može primijeniti mnogo šire i moguće su stvarne primjene, poput svjetiljki i noćnih svjetiljki s kontroliranom svjetlosnom snagom. Uz postavke slabog osvjetljenja i razmjerno nisku potrošnju energije, moguće su iznimno ekonomične primjene.

Gornje slike prikazuju sve dosadašnje ideje u ovom članku okupljene na maloj prototipnoj ploči s izlazom postavljenim na nisku i visoku vrijednost s ugrađenim potenciometrom na ploči. Bakreni namoti na toroidu izrađeni su od uobičajenije emajlirane bakrene žice.

Mora se reći da je ovaj oblik konstrukcije škrti i da je metoda korištena u sljedećem koraku daleko lakša.

Korak 5: Primjena kruga-2

Na gornjoj složenoj slici prikazano je još jedno ostvarenje ovog puta sklopljeno na komadu jednostrane tiskane ploče bakrenom stranom prema gore s malim jastučićima jednostrane tiskane ploče zalijepljenim MS polimernim ljepilom. Ovaj oblik konstrukcije vrlo je jednostavan i intuitivan jer možete postaviti krug kako biste ponovili dijagram kruga. Jastučići čine robusno sidrište za komponente, a veze sa uzemljenjem lemljenjem na bakrenu podlogu ispod.

Na slici je LED dioda potpuno osvijetljena s lijeve strane i jedva osvijetljena s desne strane što se postiže jednostavnim podešavanjem ugrađenog potenciometra trimera.

Korak 6: Primjena kruga-3

Shema kruga na prvoj gornjoj slici prikazuje otpornik od 470 k Ohma u nizu sa solarnom ćelijom od 2 V i spojen na upravljački krug Joule Thief učinkovito paralelno s ugrađenim potenciometrom trimera. Druga slika prikazuje 2 -voltnu solarnu ćeliju (spašenu iz ugašenog vrtnog solarnog svjetla), spojenu na sklop prikazan u prethodnom koraku. Ćelija je na dnevnom svjetlu i stoga daje napon koji isključuje krug i LED se gasi. Struja kruga mjerena je na 110 mikro ampera. Treća slika prikazuje poklopac postavljen iznad solarne ćelije, simulirajući tamu, LED dioda je sada osvijetljena, a struja kruga izmjerena na 9,6 mA. Prijelaz uključivanja/isključivanja nije oštar i svjetlo se postupno uključuje u sumrak. Imajte na umu da se solarna ćelija koristi samo kao jeftina upravljačka komponenta u krugu baterije, sama po sebi ne daje nikakvu energiju.

Krug u ovoj fazi potencijalno je vrlo koristan. Sa solarnom ćelijom koja se diskretno montira u prozor ili na prozorsku dasku puneći super kondenzator ili punjivu ćeliju od nikal -metal -hidrida, vrlo učinkovito trajno noćno svjetlo postaje mogući budući projekt. Kada se koristi s AA ćelijom, mogućnost da se smanji svjetlosni izlaz, a zatim ugasi svjetlo tijekom dnevnog svjetla znači da će krug raditi dugo vremena prije nego što napon baterije padne na oko 0,6 Volta. Kakav vrhunski poklon za bake i djedove po mjeri koji će pokloniti unucima! Druge ideje uključuju osvijetljenu kućicu za lutke ili noćno svjetlo za kupaonicu kako bi se omogućilo održavanje standarda higijene bez gubitka noćnog vida-mogućnosti su ogromne.