Joule Thief amb un control de la llum molt senzill: 6 passos (amb imatges)

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:14

El circuit Joule Thief és un excel·lent entrant per a experimentadors electrònics novells i s’ha reproduït infinitat de vegades, de fet, una cerca a Google produeix 245.000 visites. De llarg, el circuit més freqüent és el que es mostra al pas 1 següent, que és increïblement senzill i consta de quatre components bàsics, però hi ha un preu a pagar per aquesta senzillesa. Quan s’alimenta amb una bateria nova d’1,5 volts, la potència de llum és elevada amb un consum d’energia proporcional, però amb un voltatge de bateria més baix, el consum de llum i d’energia disminueix fins que s’aconsegueix aproximadament la meitat de la llum.

El circuit clama per alguna forma de control. L’autor ho ha aconseguit en el passat mitjançant un tercer bobinatge del transformador per proporcionar una tensió de control, vegeu:

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

Qualsevol que sigui el control que s’hagi d’utilitzar, hauria de tenir la propietat bàsica en la qual baixar la sortida de llum també redueix el consum d’energia, de manera que un paràmetre de llum reduït redueix el consum de bateria i la durada de la bateria. El circuit desenvolupat en aquest article ho aconsegueix i és molt més senzill, ja que no és necessària la bobina addicional i proporciona una forma de control que es podria adaptar de nou a molts circuits existents. Al final de l'article mostrem com apagar automàticament el circuit a la llum del dia quan es desplega com a llum nocturna.

Necessitarà:

Dos transistors NPN d’ús general. No crític, però he utilitzat 2N3904.

Un díode de silici. Totalment no crític i un díode rectificador o diode de senyal estarà bé.

Un toroide de ferrita. Vegeu més endavant al text per obtenir més informació.

Un condensador de 0,1 uF. He utilitzat un component de tàntal de 35 V, però es pot utilitzar un electrolític normal de 1 uF. Mantingueu la tensió nominal elevada: la potència de 35 o 50 volts no és excessiva ja que durant el desenvolupament, i abans de tancar el bucle de control, es pot aplicar alta tensió a aquest component.

Un condensador electrolític de 100uF. El funcionament de 12 volts està bé aquí.

Una resistència de 10 K Ohm.

Una resistència de 100 K Ohm

Un potenciòmetre de 220 K Ohm. No crític i qualsevol cosa del rang de 100 K a 470 K hauria de funcionar.

Fil de connexió de PVC de nucli únic que obtinc traient el cable de telèfon

Per demostrar el circuit en les primeres etapes, vaig fer servir un model de soldadura sense soldadura Model AD-12 que vaig obtenir de Maplin.

Per produir una versió permanent del circuit, estareu equipats per a la construcció electrònica elemental, inclosa la soldadura. El circuit es pot construir sobre Veroboard o material similar i també es mostra un altre mètode de construcció mitjançant placa de circuit imprès en blanc.

Pas 1: el nostre circuit bàsic de lladres de Joule

A la part superior es mostra el diagrama del circuit i la disposició de la taula de proves d’un circuit de treball.

El transformador aquí consta de 2 lots de 15 voltes de filferro de PVC d’un sol nucli recuperat d’una longitud de cable de telèfon torçat i enrotllat sobre un toroide de ferrita; no és crític, però he utilitzat un element de Ferroxcube de RS Components 174-1263 mida 14,6 X 8,2 X 5,5 mm. Hi ha una latitud enorme en l’elecció d’aquest component i he mesurat un rendiment idèntic amb un component Maplin quatre vegades la mida. Hi ha una tendència per als constructors a utilitzar comptes de ferrita molt petites, però això és tan petit com voldria anar: amb articles molt petits la freqüència de l’oscil·lador augmentarà i pot haver-hi pèrdues capacitives al circuit final.

El transistor utilitzat és el NPN de propòsit general 2N3904, però pràcticament qualsevol transistor NPN funcionarà. La resistència base és de 10K, on és possible que vegeu més freqüentment 1K, però això pot ajudar quan apliquem control al circuit més endavant.

C1 és un condensador de desacoblament per suavitzar els transitoris de commutació generats pel funcionament del circuit i, per tant, mantenir net el rail d’alimentació, és un bon servei de neteja electrònic, però sovint es deixa de banda aquest component que pot resultar en imprevisibilitat i rendiment erràtic del circuit.

Pas 2: rendiment del circuit bàsic

Alguns coneixements sobre el rendiment del circuit bàsic poden ser instructius. Amb aquesta finalitat, el circuit es va alimentar amb diverses tensions d'alimentació i es va mesurar el consum de corrent respectiu. Els resultats es mostren a la imatge superior.

El LED comença a emetre llum amb una tensió d’alimentació de 0,435 i consumeix 0,82 mA de corrent. A 1,5 volts (el valor d’una bateria nova), el LED és molt brillant però el corrent supera els 12 mA. Això il·lustra la necessitat de control; hem de ser capaços d’establir la sortida de llum a un nivell raonable i, per tant, prolongar la vida de la bateria.

Pas 3: afegir control

El diagrama de circuits dels circuits de control addicionals es mostra a la primera imatge superior.

S'ha afegit un segon transistor 2N3904 (Q2) amb el col·lector connectat a la base del transistor de l'oscil·lador, (Q1.) Quan s'apaga aquest segon transistor no té cap efecte sobre la funció de l'oscil·lador, però quan està engegat, shunts la base del transistor de l'oscil·lador a terra. reduint així la sortida de l’oscil·lador. Un díode de silici connectat al col·lector de transistors de l’oscil·lador proporciona una tensió rectificada per carregar C2, un condensador de 0,1 uF. A tot C2 hi ha un potenciòmetre de 220kOhm (VR1,) i el netejador es torna a connectar a la base del transistor de control (Q2) mitjançant una resistència de 100 kOhm que completa el bucle. La configuració del potenciòmetre controla ara la sortida de llum i, en aquest cas, el consum actual. Amb el potenciòmetre ajustat com a mínim, el consum actual és de 110 microamperis, quan es configura per al LED que tot just comença a il·luminar-se, encara és de 110 microamperis i, amb una brillantor total del LED, el consum és de 8,2 mA. Tenim control. El circuit s’alimenta en aquest exemple amb una sola cel·la Ni / Mh a 1,24 volts.

Els components addicionals no són crítics. A 220 kOhm per al potenciòmetre i 100 kOhm per a la resistència base Q2, el circuit de control funciona bé, però posa molt poca càrrega a l’oscil·lador. A 0,1 uF C2 proporciona un senyal rectificat suau sense afegir una constant de temps gran i el circuit respon ràpidament als canvis a VR1. He utilitzat un electrolític de tàntal aquí, però un component de ceràmica o polièster funcionaria igual de bé. Si feu que aquest component sigui massa alt en capacitat, la resposta als canvis al potenciòmetre serà lenta.

Les tres darreres imatges anteriors són captures de pantalla de l'oscil·loscopi del circuit mentre estan en funcionament i mostren la tensió del col·lector del transistor de l'oscil·lador. La primera mostra el patró amb una brillantor mínima del LED i el circuit funciona amb petites ràfegues d’energia molt espaiades. La segona imatge mostra el patró amb un augment de la sortida de LED i ara les explosions d’energia són més freqüents. L'últim està a plena sortida i el circuit ha estat en oscil·lació constant.

Un mètode de control tan senzill no està completament exempt de problemes; hi ha una ruta de corrent continu des del carril d'alimentació positiu a través del bobinat del transformador fins al col·lector de transistors i passant per D1. Això significa que C2 es carrega fins al nivell del carril d'alimentació menys la caiguda de tensió directa del díode i, a continuació, s'afegeix la tensió produïda per l'acció de Joule Thief. Això no té importància durant l'operació normal de Joule Thief amb una sola cel·la d'1,5 volts o menys, però si intenteu executar el circuit a tensions superiors a uns 2 volts, la sortida del LED no es pot controlar fins a zero. Aquest no és un problema amb la gran majoria de les aplicacions de Joule Thief que normalment es veuen, però aquest és el potencial per a desenvolupaments posteriors que pot arribar a ser significatiu i, a continuació, es pot haver de recórrer a la derivació de la tensió de control a partir d'un tercer bobinatge del transformador. que proporciona un aïllament total.

Pas 4: Aplicació del circuit 1

Amb un control eficaç, el Joule Thief es pot aplicar molt més àmpliament i són possibles aplicacions reals com torxes i llums nocturns amb sortida de llum controlada. A més, amb paràmetres de poca llum i un baix consum d’energia proporcional, són possibles aplicacions extremadament econòmiques.

Les imatges anteriors mostren totes les idees d’aquest article reunides fins ara en un petit prototip de placa i amb la sortida configurada a baixa i alta, respectivament, amb un potenciòmetre preestablert. Els bobinatges de coure del toroide són del filferro de coure esmaltat més habitual.

Cal dir que aquesta forma de construcció és complicada i que el mètode utilitzat en el següent pas és molt més fàcil.

Pas 5: Aplicació del circuit - 2

A la imatge composta de la imatge que apareix més amunt es mostra una altra vegada el circuit construït sobre una peça de placa de circuit imprès a una sola cara amb coure cap amunt amb petites coixinetes de placa de circuit imprès a una sola cara enganxades amb cola de polímer MS. Aquesta forma de construcció és molt fàcil i intuïtiva, ja que podeu distribuir el circuit per reproduir el diagrama del circuit. Els coixinets fan un ancoratge robust per als components i les connexions a terra es fan soldant al substrat de coure que hi ha a sota.

La imatge mostra el LED totalment il·luminat a l’esquerra i amb prou feines il·luminat a la dreta, cosa que s’aconsegueix amb un simple ajust del potenciòmetre de retallador de bord.

Pas 6: Aplicació del circuit - 3

El diagrama de circuits de la primera imatge superior mostra una resistència de 470 k Ohm en sèrie amb una cèl·lula solar de 2 volts i connectada al circuit de control Joule Thief de forma efectiva en paral·lel amb el potenciòmetre de retallador integrat. La segona imatge mostra la cèl·lula solar de 2 volts (recuperada d’una llum solar de jardí desapareguda) connectada al conjunt mostrat al pas anterior. La cel·la està a la llum del dia i, per tant, proporciona un voltatge que apaga el circuit i s’apaga el LED. El corrent del circuit es va mesurar a 110 microamperis. La tercera imatge mostra un tap situat sobre la cèl·lula solar simulant així la foscor i el LED està il·luminat i el corrent del circuit es mesura a 9,6 mA. La transició d’encès / apagat no és nítida i la llum s’encén progressivament al capvespre. Tingueu en compte que la cèl·lula solar s’utilitza simplement com a component de control econòmic que un circuit de bateria no subministra per si mateix cap energia.

El circuit en aquesta etapa és potencialment molt útil. Amb una cèl·lula solar muntada discretament a una finestra o a l’ampit de la finestra que carrega un super condensador o una cèl·lula recarregable d’hidrur metàl·lic de níquel, una llum nocturna permanent altament eficaç es converteix en un possible projecte futur. Quan s’utilitza amb una cel·la AA, la possibilitat d’apagar la llum i apagar la llum durant la llum del dia significa que el circuit funcionarà durant un llarg període abans que la tensió de la bateria caigui a uns 0,6 volts. Quin regal excel·lent a mida que els avis regalen als néts! Altres idees inclouen una casa de nines il·luminada o una llum nocturna per al bany per permetre mantenir els estàndards d’higiene sense perdre la visió nocturna; les possibilitats són enormes.