Đèn LED chiếu sáng 31 năm cho ngọn hải đăng mô hình, v.v.: 11 bước (có hình ảnh)

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:33

Những ngọn hải đăng mô hình có sức hút lớn và nhiều chủ sở hữu phải nghĩ rằng sẽ đẹp biết bao nếu thay vì chỉ ngồi đó, mô hình thực sự lóe sáng. Vấn đề là các mô hình hải đăng có thể sẽ nhỏ với ít chỗ cho pin và mạch điện và đèn pha trà được hiển thị trong hình trên là một ví dụ điển hình khi chỉ có đủ chỗ để lắp pin PP3 hoặc một đống nút lithium nhỏ. tế bào cùng với một bảng mạch rất nhỏ.

Internet có rất nhiều đèn LED nhấp nháy. Nhiều thiết bị dựa trên chip 555 và do đó có thể dự kiến sẽ tiêu thụ dòng điện khoảng 10 mA, điều này sẽ làm chai pin nhỏ trong vòng vài ngày. Sau một số lần nghịch ngợm với các thành phần trên breadboard, tôi tình cờ phát hiện ra mạch CMOS là cơ sở cho bài viết này. Mạch này tốt hơn 5000 lần so với 555 và tiêu thụ 2 microAmps, có nghĩa là pin kiềm 9 Volt PP3 sẽ có tuổi thọ 31 năm mặc dù điều này chỉ mang tính học thuật vì nó đã vượt quá thời hạn sử dụng của pin. Một chồng pin lithium 3 X 2032 cũng cho 9 Volt sẽ chỉ tồn tại được 12 năm.

Để đạt được hiệu suất này, một số quy tắc đã bị phá vỡ và các chuyên gia điện tử sẽ nhướng mày nếu không muốn nói là hai.

Bước 1: Mạch cơ bản 1

Có thể hữu ích để bắt mạch ban đầu trên bảng mạch không hàn và bên cạnh bảng mạch, bạn sẽ cần:

1 cổng NOR quad CMOS CD4011. (Chúng tôi đang sử dụng IC làm bộ biến tần quad nên CD 4001 cũng sẽ hoạt động.)

Điện trở 1 X 4,7 Meg Ohm. (Có thể sử dụng lên đến 10 megOhm trong thời gian chu kỳ dài hơn.)

Điện trở 1 X 10 Ohm.

Tụ điện 1 X 1000 microFarad.

1 X 1 tụ điện không phân cực microFarad. (Có thể sử dụng 1 tụ điện gốm microFarad nhưng chúng khó lấy nguồn hơn một chút.)

2 X đèn LED trắng hiệu suất cao.

2 X 2N7000 kênh N FET.

Tụ điện 1 X 4,7 microFarad (tốt nhất là tantali.)

Pin 1 X 9 Volt chẳng hạn như PP3.

Sơ đồ trên cho thấy mạch cơ bản. CMOS CD 4011 có tất cả các cặp đầu vào cổng được gắn với nhau làm cho nó trở thành một biến tần bốn. Hai trong số các cổng được nối dây như một bộ ổn định với thời gian được xác định bởi điện trở 4,7 megOhm và 1 tụ điện không phân cực microFarad dẫn đến thời gian chu kỳ từ ba đến bốn giây. Thời gian có thể dễ dàng tăng gấp đôi bằng cách bổ sung song song một tụ điện microFarad khác hoặc nhiều hơn và điện trở 4,7 megOhm có thể được tăng lên 10 megOhm để thời gian chu kỳ dài là khả thi. Hai cổng còn lại được nối dây dưới dạng bộ nghịch lưu được cấp nguồn từ phần astable và đầu ra antiphase của chúng cấp nguồn cho các cổng tương ứng của 2N7000 FET được đấu nối tiếp trên đường cung cấp. Khi biến tần cuối cùng trong đầu ra chuỗi tăng cao, biến tần trước đó sẽ ở mức thấp và 2N7000 trên cùng tiến hành sạc tụ điện 4,7 microFarad thông qua một đèn LED phát sáng. Khi biến tần cuối cùng trong chuỗi đi xuống mức thấp thì 2N7000 dưới cùng dẫn cho phép 4,7 microFarad phóng điện qua đèn LED khác tạo ra một nhấp nháy khác. Giai đoạn đầu ra tiêu thụ dòng điện bằng không ngoài thời gian chuyển tiếp.

Điện trở 10 Ohm và tụ điện 1000 microfarad trong đường cấp nguồn chỉ để tách và không quan trọng nhưng rất hữu ích trong giai đoạn thử nghiệm.

Những người theo chủ nghĩa thuần túy điện tử sẽ chỉ ra rằng giai đoạn đầu ra không phải là thiết kế tốt vì bất kỳ sự hòa sắc hoặc không chắc chắn nào tại điểm mà các công tắc mạch có thể dẫn đến việc cả 2N7000 được bật trong thời gian ngắn cùng lúc dẫn đến việc cung cấp điện bị chập. Trong thực tế, tôi thấy rằng điều này không xảy ra và sẽ hiển thị trong mức tiêu thụ hiện tại, hãy xem sau.

Mạch như hình minh họa được phát hiện tiêu thụ trung bình 270 microAmps, có thể tin được nhưng quá cao so với mục đích của chúng tôi.

Bước 2: Mạch cơ bản 2

Hình trên cho thấy mạch được lắp ráp trên một breadboard không hàn.

Bước 3: Mạch nâng cao 1

Mạch hiển thị trong sơ đồ trên trông gần giống với sơ đồ trước đó. Ở đây, việc bổ sung chỉ một thành phần sẽ tạo ra một sự chuyển đổi về hiệu suất mạnh mẽ như bạn có thể thấy trong mạch điện tử đơn giản.

Một điện trở 1 MegOhm đã được đặt nối tiếp với nguồn cung cấp cho IC CD4011. (Các chuyên gia điện tử sẽ nói rằng đây là điều không bao giờ nên làm.) Mạch tiếp tục hoạt động NHƯNG mức tiêu thụ trung bình giảm xuống khoảng 2 microAmps tương đương với tuổi thọ 31 năm đối với pin kiềm PP3 công suất 550 mA giờ. Đáng kinh ngạc, điện áp đầu ra vẫn đủ cao để chuyển đổi đáng tin cậy 2N7000 FET.

Bước 4:

Hình trên cho thấy điện trở được thêm vào có vòng màu đỏ.

Đo dòng điện trung bình do mạch này tạo ra là một nhiệm vụ khó khăn nhưng một bài kiểm tra nhanh là tháo pin và cho phép mạch chạy hết điện trong tụ điện tách 1000 microFarad nếu bạn đã lắp nó - mạch sẽ chạy trong năm hoặc sáu phút trước khi một trong các đèn flash ngừng hoạt động.

Tôi đã có một số thành công bằng cách đưa một điện trở 100 Ohm cộng với 3 siêu tụ điện Farad, (quan sát cực,) song song vào đường dây cung cấp và cho phép vài giờ để đạt được trạng thái cân bằng. Sử dụng một mili-vôn kế, có thể đo điện áp trên điện trở và tính dòng điện trung bình bằng cách sử dụng Định luật Ohm.

Bước 5: Một số suy nghĩ ở giai đoạn này

Tôi đã phạm phải tội lỗi cơ bản là đặt một điện trở vào đường dây cung cấp của IC CMOS. Tuy nhiên, vi mạch đang đứng một mình và không phải là một phần của chuỗi logic và tôi đề nghị rằng chúng ta đang sử dụng vi mạch duy nhất này đơn giản như một tập hợp các bóng bán dẫn CMOS hoàn chỉnh. Có thể chúng ta có ở đây một bộ dao động thư giãn công suất cực thấp của một người nghèo.

Tụ điện 'xô' sạc và phóng điện qua hai đèn LED có thể được tăng lên để cung cấp đèn flash sáng hơn nhưng với các giá trị trong hàng trăm microFarads, có thể là một biện pháp phòng ngừa khôn ngoan khi thêm một điện trở nhỏ nối tiếp với đèn LED để hạn chế dòng điện cực đại và 47 hoặc 100 Ohms được đề xuất. Với các giá trị tụ điện lớn hơn, đèn flash có thể hơi 'lười biếng' vì phần cuối cùng của điện tích tụ điện tản qua đèn LED phía dưới, mặc dù bạn có thể cho rằng nó mang lại trải nghiệm hải đăng thực tế hơn. Mức tiêu thụ hiện tại tất nhiên sẽ tăng lên thậm chí có thể lên đến hai mươi hoặc ba mươi microAmps.

Bước 6: Tạo phiên bản vĩnh viễn cho mạch của bạn 1

Chúng tôi đã hoàn thành phần dễ dàng nhưng lẽ ra phải chứng minh rằng mạch hoạt động và bây giờ có thể được cam kết ở dạng vĩnh viễn để đi vào ngọn hải đăng của chúng tôi.

Điều này sẽ yêu cầu các công cụ điện tử sơ cấp và kỹ năng lắp ráp. Các thành phần cần thiết sẽ phụ thuộc vào cách bạn chọn để thực hiện phần này và các kỹ năng bạn có. Tôi sẽ đưa ra một vài ví dụ và đưa ra các gợi ý thêm.

Hình trên cho thấy một bảng mạch nguyên mẫu hai mặt nhỏ trỏ đến bảng mạch điểm. Chúng có sẵn trên EBay với một số kích cỡ và đây là một trong những kích cỡ nhỏ nhất. Cũng được hiển thị là một bảng mạch in trơn hình vuông có gắn một sợi dây và điều này sẽ tạo thành một kết nối cho pin của chúng tôi, đó là một chồng ba ô nút lithium. Với loại bảng này, tôi thấy rằng không thể nối các miếng đệm liền kề với thuốc hàn vì chất hàn chảy xuống qua các lỗ - bạn phải bắc cầu bằng dây.

Bước 7: Tạo phiên bản vĩnh viễn cho mạch 2 của bạn

Trong hình trên, chúng ta thấy rằng việc xây dựng đang được tiến hành tốt. Lưu ý rằng hai tụ điện 1 microFarad đã được sử dụng để định thời gian và ba ô nút lithium 2025 sẵn sàng được kẹp giữa các đầu nối cuối pin.

Bước 8: Tạo phiên bản vĩnh viễn cho mạch 3 của bạn

Trong hình trên, chúng ta thấy bài viết đã hoàn thành đã sẵn sàng để lắp đặt trong một ngọn hải đăng. Lưu ý rằng ba tế bào lithium đã được kết nối nối tiếp từ dương đến âm cho đến cực dương trên cùng được kết nối với hình vuông của bảng PC trơn được hàn vào dây dẫn màu đỏ. Sau đó, chồng tế bào đã được liên kết chặt chẽ với nhau bằng băng keo tự trộn. Bạn sẽ tìm thấy các ví dụ về phương pháp sản xuất pin từ nhiều ô nút này ở những nơi khác trên trang Có thể hướng dẫn.

Bước 9: Tạo phiên bản vĩnh viễn cho mạch 4 của bạn

Trong hình trên, chúng ta thấy một phiên bản khác được lắp ráp trên dải, đó là phiên bản hiện đại của Veroboard. Điều này là tốt nhưng bo mạch hiện đại không thể tha thứ cho những sai lầm và sẽ không chịu được nhiều mối hàn và khô trước khi các dải đồng nhấc lên, vì vậy hãy làm đúng ngay lần đầu tiên! Pin là loại PP3 kiềm có dung lượng 450 mA giờ tính toán cho tuổi thọ 31 năm khá hàn lâm.

Bước 10: Tạo phiên bản vĩnh viễn cho mạch 5 của bạn

Ở đây, mạch dải bảng cộng với pin PP3 đã được bọc trong vật liệu đóng gói bằng nhựa và được gắn vào giá đỡ tealight cho phép lắp ráp của chúng tôi vào ngọn hải đăng.

Đối với một mạch đơn giản như thế này bạn cũng có thể tự làm bảng mạch in bằng bút viết mạch in nhưng bạn phải có khả năng khắc, tốt nhất là không nên làm trong bếp! Cuối cùng, một tấm bảng mạch in đơn giản nhỏ có thể là đối tượng của cấu trúc 'lỗi chết' có thể tạo ra cấu trúc nhỏ nhất và chắc chắn nhất trong số tất cả các ví dụ.

Bước 11: Suy nghĩ cuối cùng

Mạch này rất rẻ để có thể dùng một lần. Nó có thể được làm nhỏ đến mức cho vào một lọ thủy tinh nhỏ và sau đó thậm chí được trồng trong chậu nhựa hoặc sáp nếu đèn LED được để trong sáng. Trong một hình thức mạnh mẽ như vậy có thể có vô số các công dụng tiềm năng. Tôi gợi ý rằng nó có thể là một vật dụng an toàn có giá trị trong thám hiểm hang động và đặc biệt là lặn hang động, nơi một số vật dụng này có thể soi đường ra khỏi hang động hoặc từ bên trong xác tàu quanh co. Chúng có thể được giữ nguyên trong nhiều năm.

Tụ điện xô có thể được làm nhỏ hơn để giảm mức tiêu thụ điện năng đến mức mà mạch có thể được điều khiển bởi một "đống" pin gồm các tấm kim loại khác nhau xen kẽ với các tấm điện phân. Điều này thậm chí có thể dẫn đến một tổ hợp có thể được đặt trong một 'viên nang thời gian' để được đào lên vào khoảng năm mươi năm sau!