Ultra Basit Işık Çıkışı Kontrolü ile Joule Hırsızı: 6 Adım (Resimlerle)

2024 Yazar: John Day | [email protected]. Son düzenleme: 2024-01-30 13:19

Joule Hırsızı devresi, acemi elektronik deneyciler için mükemmel bir başlangıçtır ve sayısız kez yeniden üretilmiştir, gerçekten de bir Google araması 245000 sonuç verir! Şimdiye kadar en sık karşılaşılan devre, aşağıdaki Adım 1'de gösterilen ve dört temel bileşenden oluşan inanılmaz derecede basit olan devredir, ancak bu basitlik için ödenmesi gereken bir bedel vardır. 1.5 Volt'luk yeni bir pille çalıştırıldığında, ışık çıkışı orantılı güç tüketimiyle yüksektir, ancak daha düşük pil voltajıyla ışık ve güç tüketimi, yaklaşık yarım Volt ışık çıkışı durana kadar düşer.

Devre bir tür kontrol için ağlıyor. Yazar bunu geçmişte bir kontrol voltajı sağlamak için transformatör üzerinde üçüncü bir sargı kullanarak başarmıştır, bakınız:

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

Hangi kontrol kullanılırsa kullanılsın, ışık çıkışını kısmanın aynı zamanda güç tüketimini de azalttığı temel özelliği olmalıdır, böylece düşük ışık ayarı düşük pil tüketimi ve daha uzun pil ömrü sağlar. Bu makalede geliştirilen devre bunu başarıyor ve fazladan sargıya gerek olmadığı için çok daha basit ve mevcut birçok devreye sonradan takılabilen bir kontrol şekli sağlıyor. Makalenin sonunda, gece lambası olarak kullanıldığında devrenin gün ışığında otomatik olarak nasıl kapatılacağını gösteriyoruz.

İhtiyacın olacak:

İki genel amaçlı NPN transistör. Kritik değil ama 2N3904 kullandım.

Bir silikon diyot. Tamamen kritik değildir ve bir doğrultucu diyot veya sinyal diyotu iyi olacaktır.

Bir ferrit toroid. Daha fazla bilgi için metnin devamına bakın.

Bir 0.1 uF kapasitör. 35V Tantal bileşeni kullandım ancak 1 uF sıradan elektrolitik kullanabilirsiniz. Voltaj derecesini yüksek tutun - 35 veya 50 Volt derecelendirmesi geliştirme sırasında olduğu gibi aşırı değildir ve kontrol döngünüz kapanmadan önce bu bileşene yüksek voltaj uygulanabilir.

Bir 100uF elektrolitik kapasitör. 12 Volt çalışma burada gayet iyi.

Bir adet 10 K Ohm direnç.

Bir adet 100 K Ohm direnç

Bir adet 220 K Ohm potansiyometre. Kritik değildir ve 100 K ila 470 K aralığındaki herhangi bir şey çalışmalıdır.

Telefon kablosunu sıyırarak elde ettiğim PVC tek damarlı bağlantı teli

Devreyi ilk aşamada göstermek için Maplin'den aldığım AD-12 Model Lehimsiz Breadboard kullandım.

Devrenin kalıcı bir versiyonunu üretmek için lehimleme dahil temel elektronik yapı için donatılacaksınız. Devre daha sonra Veroboard veya benzeri bir malzeme üzerine kurulabilir ve boş baskılı devre kartı kullanılarak başka bir yapım yöntemi de gösterilmektedir.

Adım 1: Temel Joule Hırsızı Devremiz

Yukarıda gösterilen devre şeması ve çalışan bir devrenin devre tahtası düzenidir.

Buradaki transformatör, birlikte bükülmüş ve bir ferrit toroid üzerine sarılmış bir telefon kablosu uzunluğundan kurtarılan 2 lot 15 turluk tek çekirdekli PVC telden oluşuyor - kritik değil ama RS Components 174-1263'ten bir Ferroxcube ürünü kullandım, boyut 14.6 X 8.2 5,5 mm. Bu bileşenin seçiminde muazzam bir serbestlik var ve aynı performansı dört kat daha büyük bir Maplin bileşeniyle ölçtüm. Yapıcılar için çok küçük ferrit boncuklar kullanma eğilimi var ama bu benim istediğim kadar küçük - çok küçük öğelerle osilatör frekansı yükselecek ve son devrede kapasitif kayıplar olabilir.

Kullanılan transistör 2N3904 genel amaçlı NPN'dir, ancak hemen hemen tüm NPN transistörleri çalışacaktır. Temel direnç 10K'dır, burada 1K'nın daha sık kullanıldığını görebilirsiniz, ancak bu, daha sonra devreye kontrol uygulamaya geldiğimizde yardımcı olabilir.

C1, devre çalışması tarafından üretilen geçiş geçişlerini yumuşatmak ve böylece güç kaynağı rayını temiz tutmak için bir ayırma kapasitörüdür, iyi bir elektronik temizliktir ancak bu bileşen genellikle dışarıda bırakılır ve bu da öngörülemezliğe ve düzensiz devre performansına neden olabilir.

Adım 2: Temel Devrenin Performansı

Temel devrenin performansına ilişkin bazı bilgiler öğretici olabilir. Bu amaçla devreye çeşitli besleme voltajları ve ölçülen ilgili akım tüketimi ile güç verildi. Sonuçlar yukarıdaki resimde gösterilmiştir.

LED, 0,435 besleme gerilimi ile ışık vermeye başlar ve 0,82 mA akım tüketir. 1,5 Volt'ta (yeni bir pilin değeri,) LED çok parlak ancak akım 12 mA'in üzerinde. Bu, kontrol ihtiyacını gösterir; ışık çıkışını makul bir seviyeye ayarlayabilmemiz ve böylece pil ömrünü büyük ölçüde uzatabilmemiz gerekiyor.

3. Adım: Kontrol Ekleme

Ekstra kontrol devresinin devre şeması yukarıdaki ilk resimde gösterilmiştir.

Osilatör transistör tabanına bağlı kollektör ile ikinci bir 2N3904 (Q2) transistör eklendi, (Q1.) Bu ikinci transistör kapatıldığında osilatör işlevi üzerinde hiçbir etkisi yoktur ancak açıldığında osilatör transistörünün tabanını toprağa şönt eder böylece osilatör çıkışını azaltır. Osilatör transistör kollektörüne bağlı bir silikon diyot, 0.1 uF kapasitör olan C2'yi şarj etmek için doğrultulmuş bir voltaj sağlar. C2'nin karşısında 220 kOhm'luk bir potansiyometre (VR1,) vardır ve silecek, döngüyü tamamlayan 100 kOhm'luk bir direnç aracılığıyla kontrol transistör tabanına (Q2,) geri bağlanır. Potansiyometrenin ayarı artık ışık çıkışını ve bu durumda akım tüketimini kontrol eder. Potansiyometre minimuma ayarlandığında akım tüketimi 110 mikro Amperdir, LED'in yeni yanmaya başlaması için ayarlandığında hala 110 mikro Amperdir ve tam LED parlaklığında tüketim 8,2 mA'dır - kontrol bizdedir. Devre, bu örnekte 1.24 Volt'ta tek bir Ni/Mh hücresi ile çalıştırılmaktadır.

Ekstra bileşenler kritik değildir. Potansiyometre için 220 kOhm'da ve Q2 taban direnci için 100 kOhm'da kontrol devresi iyi çalışır ancak osilatöre çok az yük bindirir. 0.1 uF'de C2, büyük bir zaman sabiti eklemeden düzgün bir doğrultulmuş sinyal sağlar ve devre, VR1'deki değişikliklere hızla yanıt verir. Burada bir tantal elektrolitik kullandım ama seramik veya polyester bir bileşen de aynı şekilde işe yarayabilir. Bu bileşeni kapasitansta çok yüksek yaparsanız, potansiyometredeki değişikliklere tepki yavaş olacaktır.

Yukarıdaki son üç resim, osiloskop çalışırken devreden alınan osiloskop ekran görüntüleridir ve osilatör transistörünün kollektöründeki voltajı gösterir. İlki, minimum LED parlaklığında modeli gösterir ve devre, geniş aralıklı küçük enerji patlamaları ile çalışır. İkinci resim, artan LED çıkışı ile modeli gösterir ve enerji patlamaları artık daha sıktır. Sonuncusu tam çıkışta ve devre sabit salınım yaptı.

Bu kadar basit bir kontrol yöntemi tamamen sorunsuz değildir; pozitif besleme rayından trafo sargısından transistör toplayıcıya ve D1 üzerinden bir DC yolu vardır. Bu, C2'nin besleme rayı seviyesi eksi diyotun ileri voltaj düşüşüne kadar şarj olduğu ve ardından Joule Hırsızı eylemi tarafından üretilen voltajın buna eklendiği anlamına gelir. Bu, 1,5 Volt veya daha düşük tek hücreli normal Joule Hırsızı işlemi sırasında önemli değildir, ancak devreyi yaklaşık 2 Volt'tan daha yüksek voltajlarda çalıştırmayı denerseniz, LED çıkışı sıfıra kadar kontrol edilemez. Bu, normalde görülen Joule Hırsızı uygulamalarının büyük çoğunluğu ile ilgili bir sorun değildir, ancak önemli hale gelebilecek ve daha sonra trafo üzerindeki üçüncü bir sargıdan kontrol voltajının türetilmesine başvurmak zorunda kalabilecek daha fazla gelişme potansiyelidir. tam izolasyon sağlar.

Adım 4: Devre 1'in Uygulanması

Etkili kontrol ile Joule Hırsızı çok daha yaygın olarak uygulanabilir ve kontrollü ışık çıkışına sahip meşaleler ve gece lambaları gibi gerçek uygulamalar mümkündür. Ek olarak, düşük ışık ayarları ve orantılı düşük güç tüketimi ile son derece ekonomik uygulamalar mümkündür.

Yukarıdaki resimler, bu makaledeki tüm fikirleri, küçük bir prototip panosunda bir araya getirilmiş ve yerleşik önceden ayarlanmış bir potansiyometre ile çıktı sırasıyla düşük ve yüksek olarak ayarlanmış olarak göstermektedir. Toroid üzerindeki bakır sargılar, daha yaygın olan emaye bakır teldendir.

Söylemek gerekir ki, bu yapım şekli zahmetlidir ve bir sonraki adımda kullanılan yöntem çok daha kolaydır.

Adım 5: Devrenin Uygulanması--2

Yukarıdaki birleşik resimde gösterilen, bu sefer tek taraflı baskılı devre kartının bakır tarafı yukarı bakacak şekilde MS polimer yapıştırıcı ile yapıştırılmış tek taraflı baskılı devre kartının küçük pedleri üzerine inşa edilmiş devrenin bir başka gerçekleştirmesidir. Devre şemasını kopyalamak için devreyi yerleştirebileceğiniz için bu yapı şekli çok kolay ve sezgiseldir. Pedler, bileşenler için sağlam bir ankraj oluşturur ve toprağa bağlantılar, aşağıdaki bakır alt tabakaya lehimlenerek yapılır.

Resim, LED'in solda tamamen yandığını ve sağda zar zor yandığını gösteriyor, bu, yerleşik trimmer potansiyometresinin basit bir şekilde ayarlanmasıyla sağlanıyor.

Adım 6: Devrenin Uygulanması--3

Yukarıdaki ilk resimdeki devre şeması, 2 Volt güneş pili ile seri halde 470k Ohm'luk bir direnci göstermektedir ve Joule Hırsızı kontrol devresine yerleşik trimmer potansiyometresi ile etkili bir şekilde paralel olarak bağlanmıştır. İkinci resim, önceki adımda gösterilen düzeneğe bağlanan 2 Volt güneş pilini (kullanılmayan bir bahçe güneş ışığından kurtarılmış) göstermektedir. Hücre gün ışığındadır ve bu nedenle devreyi kapatan bir voltaj sağlar ve LED söner. Devre akımı 110 mikro Amperde ölçülmüştür. Üçüncü resim, güneş pili üzerine yerleştirilmiş bir kapağı gösterir, böylece karanlığı simüle eder ve LED şimdi yanar ve devre akımı 9.6 mA'da ölçülür. Açma/kapama geçişi keskin değildir ve ışık alacakaranlıkta kademeli olarak yanar. Güneş pilinin yalnızca bir pil devresi için ucuz bir kontrol bileşeni olarak kullanıldığına dikkat edin, kendi başına herhangi bir güç sağlamaz.

Bu aşamadaki devre potansiyel olarak çok kullanışlıdır. Bir süper kapasitör veya nikel metal hidrit şarj edilebilir hücreyi şarj eden bir pencereye veya pencere pervazına gizlice monte edilmiş bir güneş pili ile, oldukça etkili bir kalıcı gece lambası gelecekteki olası bir proje haline gelir. Bir AA hücresi ile kullanıldığında, gün ışığında ışık çıkışını kısma ve ardından ışığı kapatma özelliği, pil voltajı yaklaşık 0,6 Volt'a düşmeden önce devrenin uzun bir süre çalışacağı anlamına gelir. Büyükanne ve büyükbabaların torunlarına sunması için ne harika bir ısmarlama hediye! Diğer fikirler arasında, gece görüşü kaybı olmadan hijyen standartlarının korunmasını sağlamak için aydınlatılmış bir oyuncak bebek evi veya banyo için bir gece lambası sayılabilir - olasılıklar çok büyük.