Kẻ trộm Joule với khả năng kiểm soát cực kỳ đơn giản của đầu ra ánh sáng: 6 bước (có hình ảnh)

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

Mạch Joule Thief là một ứng dụng tuyệt vời cho người mới làm quen với thí nghiệm điện tử và đã được tái tạo vô số lần, thực sự là một tìm kiếm trên Google mang lại 245000 lượt truy cập! Cho đến nay, mạch thường gặp nhất được hiển thị trong Bước 1 dưới đây cực kỳ đơn giản bao gồm bốn thành phần cơ bản nhưng có một cái giá phải trả cho sự đơn giản này. Khi được cấp nguồn bằng pin mới 1,5 Volt, công suất phát sáng cao với mức tiêu thụ điện năng tương xứng, nhưng với điện áp pin thấp hơn, ánh sáng và mức tiêu thụ điện năng giảm dần cho đến khi ngừng phát ra ánh sáng khoảng nửa Volt.

Mạch đang kêu lên vì một số hình thức kiểm soát. Tác giả đã đạt được điều này trong quá khứ bằng cách sử dụng cuộn dây thứ ba trên máy biến áp để cung cấp điện áp điều khiển, xem:

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

Bất kể điều khiển nào được sử dụng, nó phải có đặc tính cơ bản, theo đó việc giảm công suất đèn cũng giảm mức tiêu thụ điện năng do đó cài đặt ánh sáng yếu dẫn đến mức tiêu thụ pin thấp và tuổi thọ pin dài hơn. Mạch được phát triển trong bài viết này đạt được điều này và đơn giản hơn nhiều ở chỗ không cần cuộn dây bổ sung và tạo ra một dạng điều khiển có thể được trang bị trở lại cho nhiều mạch hiện có. Ở phần cuối của bài viết, chúng tôi chỉ ra cách tự động tắt mạch trong ánh sáng ban ngày khi được triển khai như một đèn ngủ.

Bạn sẽ cần:

Hai bóng bán dẫn NPN mục đích chung. Không quan trọng nhưng tôi đã sử dụng 2N3904.

Một diode silicon. Hoàn toàn không quan trọng và một diode chỉnh lưu hoặc diode tín hiệu sẽ ổn.

Một hình xuyến bằng ferit. Xem sau trong văn bản để biết thêm thông tin.

Một tụ điện 0,1 uF. Tôi đã sử dụng một thành phần Tantali 35V nhưng bạn có thể sử dụng một chất điện phân thông thường 1 uF. Giữ mức đánh giá điện áp ở mức cao - mức đánh giá 35 hoặc 50 Volts không quá mức như trong quá trình phát triển và trước khi vòng điều khiển của bạn đóng, có thể áp dụng điện áp cao cho thành phần này.

Một tụ điện 100uF. 12 Volt làm việc là tốt ở đây.

Một điện trở 10 K Ohm.

Một điện trở 100 K Ohm

Một chiết áp 220 K Ohm. Không quan trọng và bất kỳ thứ gì trong phạm vi 100 K đến 470 K sẽ hoạt động.

Dây nối đơn bằng nhựa PVC mà tôi có được bằng cách rút dây cáp điện thoại xuống

Để chứng minh mạch trong giai đoạn đầu, tôi đã sử dụng Bảng mạch không hàn Model AD-12 mà tôi lấy được từ Maplin.

Để tạo ra một phiên bản vĩnh viễn của mạch, bạn sẽ được trang bị cho cấu tạo điện tử cơ bản bao gồm cả hàn. Sau đó, mạch có thể được xây dựng trên Veroboard hoặc vật liệu tương tự và một phương pháp thi công khác sử dụng bảng mạch in trống cũng được trình bày.

Bước 1: Mạch Joule Thief cơ bản của chúng tôi

Hình trên là sơ đồ mạch và cách bố trí breadboard của một mạch làm việc.

Máy biến áp ở đây bao gồm 2 lô 15 vòng dây PVC lõi đơn được tận dụng từ một chiều dài của cáp điện thoại xoắn lại với nhau và quấn trên một hình xuyến ferit - không quan trọng nhưng tôi đã sử dụng vật phẩm Ferroxcube của Thành phần RS 174-1263 kích thước 14,6 X 8,2 X 5,5 mm. Có rất nhiều vĩ độ trong việc lựa chọn thành phần này và tôi đã đo hiệu suất giống hệt nhau với thành phần Maplin có kích thước gấp bốn lần. Có xu hướng cho các nhà xây dựng sử dụng các hạt ferit rất nhỏ nhưng điều này nhỏ như tôi muốn - với các mục rất nhỏ, tần số bộ dao động sẽ cao hơn và có thể có tổn thất điện dung trong mạch cuối cùng.

Bóng bán dẫn được sử dụng là NPN mục đích chung 2N3904 nhưng hầu như bất kỳ bóng bán dẫn NPN nào cũng sẽ chạy. Điện trở cơ bản là 10K, nơi bạn có thể thấy 1K được sử dụng thường xuyên hơn nhưng điều này có thể hữu ích khi chúng ta áp dụng điều khiển cho mạch sau này.

C1 là một tụ điện tách rời để làm trơn các quá độ chuyển mạch được tạo ra bởi hoạt động của mạch và do đó giữ cho đường ray cung cấp điện sạch sẽ, đây là một công cụ quản lý điện tử tốt nhưng thành phần này thường bị bỏ sót có thể dẫn đến không thể đoán trước và hiệu suất mạch thất thường.

Bước 2: Hiệu suất của mạch cơ bản

Một số kiến thức về hiệu suất của mạch cơ bản có thể mang tính hướng dẫn. Để kết thúc mạch được cấp nguồn với các điện áp nguồn khác nhau và mức tiêu thụ dòng điện tương ứng được đo. Kết quả được hiển thị trong hình trên.

Đèn LED bắt đầu phát ra ánh sáng với điện áp nguồn là 0,435 và tiêu thụ dòng điện 0,82 mA. Ở 1,5 Volt, (giá trị của pin mới,) đèn LED rất sáng nhưng dòng điện trên 12 mA. Điều này cho thấy sự cần thiết phải kiểm soát; chúng ta cần có thể đặt công suất ánh sáng ở mức hợp lý và do đó kéo dài tuổi thọ pin đáng kể.

Bước 3: Thêm quyền kiểm soát

Sơ đồ mạch của mạch điều khiển phụ được hiển thị trong hình đầu tiên ở trên.

Một bóng bán dẫn 2N3904 (Q2) thứ hai đã được thêm vào với bộ thu được kết nối với đế của bóng bán dẫn dao động, (Q1.) Khi tắt bóng bán dẫn thứ hai này không ảnh hưởng đến chức năng dao động nhưng khi bật nó sẽ đóng chân đế của bóng bán dẫn dao động xuống đất do đó làm giảm đầu ra bộ dao động. Một diode silicon được kết nối với bộ thu bán dẫn dao động cung cấp một điện áp chỉnh lưu để nạp C2, một tụ điện 0,1 uF. Trên C2 có một chiết áp 220kOhm (VR1,) và cần gạt nước được kết nối trở lại đế bóng bán dẫn điều khiển (Q2,) thông qua một điện trở 100 kOhm hoàn thành vòng lặp. Cài đặt chiết áp hiện kiểm soát công suất đèn và trong trường hợp này là mức tiêu thụ hiện tại. Với chiết áp được đặt ở mức tối thiểu mức tiêu thụ hiện tại là 110 micro Amps, khi đặt cho đèn LED chỉ bắt đầu sáng, nó vẫn là 110 micro Amps và ở độ sáng đầy đủ của đèn LED, mức tiêu thụ là 8,2 mA - chúng tôi có quyền kiểm soát. Mạch đang được cấp nguồn trong ví dụ này với một tế bào Ni / Mh duy nhất ở 1,24 Volts.

Các thành phần phụ là không quan trọng. Ở mức 220 kOhm đối với chiết áp và 100 kOhm đối với điện trở cơ bản Q2, mạch điều khiển hoạt động tốt nhưng đặt rất ít tải lên bộ dao động. Ở 0,1 uF C2 cung cấp một tín hiệu được chỉnh lưu mượt mà mà không cần thêm hằng số thời gian lớn và mạch đáp ứng nhanh chóng với những thay đổi đối với VR1. Tôi đã sử dụng chất điện phân tantali ở đây nhưng thành phần gốm hoặc polyester cũng hoạt động tốt. Nếu bạn làm cho linh kiện này có điện dung quá cao thì phản ứng với những thay đổi trong chiết áp sẽ chậm chạp.

Ba hình ảnh cuối cùng ở trên là màn hình máy hiện sóng lấy từ mạch trong khi hoạt động và hiển thị điện áp trên bộ thu của bóng bán dẫn dao động. Hình đầu tiên hiển thị mô hình ở độ sáng LED tối thiểu và mạch đang hoạt động với các chùm năng lượng nhỏ cách nhau rộng rãi. Hình thứ hai cho thấy mô hình với công suất LED tăng lên và sự bùng nổ năng lượng giờ đây thường xuyên hơn. Cuối cùng là ở công suất đầy đủ và mạch đã đi vào dao động ổn định.

Một phương pháp kiểm soát đơn giản như vậy không hoàn toàn không có vấn đề gì; có một đường dẫn một chiều từ ray cung cấp dương qua cuộn dây máy biến áp đến cực thu của tranzito và qua Đ1. Điều này có nghĩa là C2 sạc đến mức của đường ray cung cấp trừ đi sự sụt giảm điện áp chuyển tiếp của diode và sau đó điện áp được tạo ra bởi hành động Joule Thief được thêm vào điều này. Điều này không có ý nghĩa trong quá trình hoạt động bình thường của Joule Thief với một ô duy nhất từ 1,5 Vôn trở xuống nhưng nếu bạn cố gắng chạy mạch ở điện áp cao hơn khoảng 2 Vôn thì đầu ra đèn LED không thể được điều khiển xuống 0. Đây không phải là vấn đề với đại đa số các ứng dụng Joule Thief thường thấy nhưng đó là khả năng phát triển thêm mà nó có thể trở nên đáng kể và sau đó có thể phải sử dụng đến điện áp điều khiển từ cuộn dây thứ ba trên máy biến áp cung cấp sự cách ly hoàn toàn.

Bước 4: Ứng dụng của mạch 1

Với khả năng kiểm soát hiệu quả, Joule Thief có thể được áp dụng rộng rãi hơn nhiều và các ứng dụng thực tế như ngọn đuốc và đèn ngủ với công suất ánh sáng được kiểm soát đều có thể thực hiện được. Ngoài ra, với cài đặt ánh sáng yếu và mức tiêu thụ điện năng thấp tương xứng, bạn có thể thực hiện các ứng dụng cực kỳ kinh tế.

Các hình ảnh ở trên cho thấy tất cả các ý tưởng trong bài viết này cho đến nay được tập hợp lại trên một bảng nguyên mẫu nhỏ và với đầu ra được đặt lần lượt là thấp và cao với một chiết áp được đặt sẵn trên bo mạch. Các cuộn dây đồng trên hình xuyến là loại dây đồng tráng men thông thường hơn.

Phải nói rằng hình thức xây dựng này là khó và phương pháp được sử dụng trong bước tiếp theo dễ dàng hơn nhiều.

Bước 5: Ứng dụng của mạch - 2

Được thể hiện trong hình tổng hợp ở trên là một hiện thực khác của mạch lần này được xây dựng trên một miếng bảng mạch in một mặt bằng đồng với các miếng đệm nhỏ của bảng mạch in một mặt được dán bằng keo polyme MS. Hình thức xây dựng này rất dễ dàng và trực quan vì bạn có thể đặt mạch ra để tái tạo sơ đồ mạch. Các tấm đệm tạo ra một điểm neo chắc chắn cho các thành phần và kết nối với đất được thực hiện bằng cách hàn vào đế đồng bên dưới.

Hình ảnh cho thấy đèn LED được chiếu sáng hoàn toàn ở bên trái và hầu như không được chiếu sáng ở bên phải, điều này đạt được với điều chỉnh đơn giản của chiết áp tông đơ trên bo mạch.

Bước 6: Ứng dụng của mạch - 3

Sơ đồ mạch trong hình đầu tiên ở trên cho thấy một điện trở 470k Ohm mắc nối tiếp với pin mặt trời 2 Volt và được kết nối vào mạch điều khiển Joule Thief hiệu quả song song với chiết áp tông đơ trên bo mạch. Hình ảnh thứ hai cho thấy pin mặt trời 2 Volt (được trục vớt từ đèn năng lượng mặt trời trong vườn không còn tồn tại) được kết nối với bộ phận lắp ráp được hiển thị ở bước trước. Tế bào đang ở trong ánh sáng ban ngày và do đó cung cấp một điện áp làm tắt mạch và đèn LED bị tắt. Dòng điện mạch được đo ở 110 micro Amps. Hình thứ ba cho thấy một nắp được đặt trên pin mặt trời, do đó mô phỏng bóng tối và đèn LED hiện được chiếu sáng và dòng điện đo được là 9,6 mA. Quá trình chuyển đổi bật / tắt không sắc nét và đèn sáng dần vào lúc chạng vạng. Lưu ý rằng pin mặt trời đang được sử dụng đơn thuần như một thành phần điều khiển rẻ tiền cho mạch pin không tự cung cấp bất kỳ nguồn điện nào.

Mạch ở giai đoạn này có khả năng rất hữu ích. Với pin mặt trời được gắn kín đáo trong cửa sổ hoặc trên bệ cửa sổ sạc siêu tụ điện hoặc pin sạc hyđrua kim loại niken, đèn ngủ vĩnh viễn hiệu quả cao sẽ trở thành một dự án khả thi trong tương lai. Khi được sử dụng với một tế bào AA, khả năng giảm công suất ánh sáng và sau đó tắt đèn vào ban ngày có nghĩa là mạch sẽ hoạt động trong một thời gian dài trước khi điện áp của pin giảm xuống khoảng 0,6 Volt. Thật là một món quà tuyệt vời để ông bà dành tặng cho các cháu! Các ý tưởng khác bao gồm ngôi nhà của búp bê được chiếu sáng hoặc đèn ngủ cho phòng tắm để duy trì các tiêu chuẩn vệ sinh mà không làm mất thị lực ban đêm - khả năng là rất lớn.