Joule Thief مع تحكم بسيط للغاية في إخراج الضوء: 6 خطوات (بالصور)

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:39

تعد دائرة Joule Thief مدخلًا ممتازًا للمختبر الإلكتروني المبتدئ وقد تم إعادة إنتاجها مرات لا تحصى ، وبالفعل ينتج عن بحث Google 245000 زيارة! إلى حد بعيد ، الدائرة الأكثر شيوعًا هي تلك الموضحة في الخطوة 1 أدناه والتي هي بسيطة بشكل لا يصدق وتتألف من أربعة مكونات أساسية ولكن هناك ثمن يجب دفعه مقابل هذه البساطة. عند تشغيله ببطارية جديدة بقوة 1.5 فولت ، يكون ناتج الضوء مرتفعًا مع استهلاك طاقة متناسب ، ولكن مع انخفاض جهد البطارية ، ينخفض استهلاك الضوء والطاقة حتى يتوقف خرج الضوء عند حوالي نصف فولت.

الدائرة تصرخ من أجل شكل من أشكال السيطرة. حقق المؤلف ذلك في الماضي باستخدام ملف ثالث على المحول لتوفير جهد تحكم ، انظر:

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

أيا كان عنصر التحكم المستخدم ، يجب أن يكون له الخاصية الأساسية حيث يؤدي خفض خرج الضوء أيضًا إلى خفض استهلاك الطاقة بحيث ينتج عن إعداد الإضاءة المنخفضة انخفاض استهلاك البطارية وعمر أطول للبطارية. تحقق الدائرة التي تم تطويرها في هذه المقالة هذا الأمر وهي أبسط بكثير من حيث أن الملف الإضافي ليس ضروريًا وينتج شكلاً من أشكال التحكم يمكن تركيبه على العديد من الدوائر الحالية. في نهاية المقال ، نوضح كيفية إيقاف تشغيل الدائرة تلقائيًا في وضح النهار عند نشرها كضوء ليلي.

سوف تحتاج:

اثنان من الترانزستورات NPN للأغراض العامة. غير حرج لكنني استخدمت 2N3904.

صمام ثنائي من السيليكون. غير حرج تمامًا وسيكون الصمام الثنائي المعدل أو الصمام الثنائي للإشارة جيدًا.

حلقي من الفريت. انظر لاحقا في النص لمزيد من المعلومات.

مكثف واحد 0.1 فائق التوهج. لقد استخدمت مكونًا من التانتالوم بجهد 35 فولت ولكن يمكنك استخدام محلل إلكترولي عادي 1 uF. حافظ على تصنيف الجهد عند 35 أو 50 فولت ليس مفرطًا كما هو الحال أثناء التطوير ، وقبل إغلاق حلقة التحكم ، يمكن تطبيق جهد عالي على هذا المكون.

مكثف كهربائي واحد 100 فائق التوهج. 12 فولت العمل جيد هنا.

مقاوم واحد 10 كيلو أوم.

مقاوم واحد 100 كيلو أوم

مقياس جهد واحد 220 كيلو أوم. غير حرج وأي شيء في النطاق من 100 كلفن إلى 470 كلفن يجب أن يعمل.

سلك ربط أحادي النواة PVC أحصل عليه عن طريق تجريد كابل الهاتف

لإثبات الدائرة في المراحل المبكرة ، استخدمت نموذج AD-12 Solderless Breadboard الذي حصلت عليه من Maplin.

لإنتاج نسخة دائمة من الدائرة ، ستكون مجهزًا للبناء الإلكتروني الأولي بما في ذلك اللحام. يمكن بعد ذلك إنشاء الدائرة على Veroboard أو مادة مماثلة كما يتم عرض طريقة أخرى للبناء باستخدام لوحة دوائر مطبوعة فارغة.

الخطوة 1: حلبة Joule Thief الأساسية الخاصة بنا

الموضح أعلاه هو مخطط الدائرة وتخطيط اللوح لدائرة العمل.

يتكون المحول هنا من قطعتين من 15 لفة من سلك PVC أحادي النواة تم استخراجه من طول كابل الهاتف الملتوي معًا والملفوف على حلقي من الفريت - ليس حرجًا ولكني استخدمت عنصر Ferroxcube بواسطة مكونات RS 174-1263 بحجم 14.6 X 8.2 X 5.5 ملم. هناك خط عرض هائل في اختيار هذا المكون وقمت بقياس أداء متطابق مع مكون Maplin أربعة أضعاف الحجم. هناك ميل للمُنشئين لاستخدام حبات الفريت الصغيرة جدًا ولكن هذا صغير جدًا كما أرغب - مع العناصر الصغيرة جدًا ، سيزداد تردد المذبذب وقد تكون هناك خسائر سعوية في الدائرة النهائية.

الترانزستور المستخدم هو 2N3904 NPN للأغراض العامة ولكن سيتم تشغيل أي ترانزستور NPN تقريبًا. يبلغ حجم المقاوم الأساسي 10 كيلو بايت حيث قد ترى استخدام 1 كيلو بشكل متكرر ولكن هذا قد يساعد عندما نأتي لتطبيق التحكم على الدائرة لاحقًا.

C1 هو مكثف فصل لتنعيم عابر التبديل الناتج عن تشغيل الدائرة وبالتالي الحفاظ على سكة إمداد الطاقة نظيفة ، إنه تدبير منزلي إلكتروني جيد ولكن غالبًا ما يتم استبعاد هذا المكون مما قد يؤدي إلى عدم القدرة على التنبؤ وأداء الدائرة غير المنتظم.

الخطوة 2: أداء الدائرة الأساسية

قد تكون بعض المعرفة بأداء الدائرة الأساسية مفيدة. ولهذه الغاية ، تم تشغيل الدائرة بجهد إمداد مختلف وقياس الاستهلاك الحالي ذي الصلة. النتائج معروضة في الصورة أعلاه.

يبدأ LED في إصدار الضوء بجهد إمداد يبلغ 0.435 ويستهلك تيار 0.82 مللي أمبير. عند 1.5 فولت ، (قيمة البطارية الجديدة) ، يكون مؤشر LED ساطعًا جدًا ولكن التيار أعلى من 12 مللي أمبير. هذا يوضح الحاجة إلى السيطرة ؛ نحتاج إلى أن نكون قادرين على ضبط ناتج الضوء على مستوى معقول وبالتالي إطالة عمر البطارية بشكل كبير.

الخطوة 3: إضافة التحكم

يظهر الرسم التخطيطي لدائرة التحكم الإضافية في الصورة الأولى أعلاه.

تمت إضافة ترانزستور 2N3904 (Q2) مع المجمع المتصل بقاعدة الترانزستور المذبذب ، (Q1.) عند إيقاف تشغيل هذا الترانزستور الثاني ليس له أي تأثير على وظيفة المذبذب ولكن عند تشغيله يحول قاعدة الترانزستور المذبذب إلى الأرض وبالتالي تقليل خرج المذبذب. يوفر الصمام الثنائي السليكوني المتصل بمجمع الترانزستور المذبذب جهدًا مصححًا لشحن C2 ، وهو مكثف 0.1 فائق التوهج. عبر C2 يوجد مقياس جهد 220 كيلو أوم (VR1 ،) ويتم توصيل الماسحة مرة أخرى بقاعدة ترانزستور التحكم (Q2 ،) عبر المقاوم 100 كيلو أوم لإكمال الحلقة. يتحكم إعداد مقياس الجهد الآن في ناتج الضوء وفي هذه الحالة الاستهلاك الحالي. مع ضبط مقياس الجهد على الحد الأدنى ، يكون الاستهلاك الحالي 110 ميكرو أمبير ، عند ضبطه لمصباح LED الذي بدأ للتو في الإضاءة ، لا يزال 110 ميكرو أمبيرًا وبسطوع LED الكامل ، يكون الاستهلاك 8.2 مللي أمبير - لدينا التحكم. يتم تشغيل الدائرة في هذا المثال بخلية Ni / Mh واحدة عند 1.24 فولت.

المكونات الإضافية غير حرجة. عند 220 kOhm لمقياس الجهد و 100 kOhm لمقاومة القاعدة Q2 ، تعمل دائرة التحكم بشكل جيد ولكنها تضع حمولة قليلة جدًا على المذبذب. عند 0.1 uF ، يوفر C2 إشارة مصححة سلسة دون إضافة ثابت زمني كبير وتستجيب الدائرة بسرعة للتغييرات في VR1. لقد استخدمت التحليل الكهربائي التنتالوم هنا ولكن المكون الخزفي أو البوليستر سيعمل أيضًا. إذا جعلت هذا المكون مرتفعًا جدًا في السعة ، فستكون الاستجابة للتغيرات في مقياس الجهد بطيئة.

الصور الثلاثة الأخيرة أعلاه هي التقاطات شاشة راسم الذبذبات من الدائرة أثناء التشغيل وتظهر الجهد على مجمع ترانزستور المذبذب. الأول يوضح النمط عند الحد الأدنى من سطوع LED وتعمل الدائرة بدفعات صغيرة من الطاقة متباعدة على نطاق واسع. تُظهر الصورة الثانية النمط مع زيادة خرج LED وأصبحت رشقات الطاقة الآن أكثر تكرارًا. الأخير عند الخرج الكامل والدائرة قد دخلت في تذبذب ثابت.

إن طريقة التحكم البسيطة هذه لا تخلو تمامًا من المشكلات ؛ يوجد مسار تيار مستمر من سكة الإمداد الموجب عبر لف المحول إلى مجمع الترانزستور ومن خلال D1. هذا يعني أن C2 يشحن حتى مستوى سكة الإمداد مطروحًا منه انخفاض الجهد الأمامي للديود ثم يضاف الجهد الناتج عن عمل Joule Thief إلى هذا. هذا ليس ذا أهمية أثناء عملية Joule Thief العادية بخلية واحدة 1.5 فولت أو أقل ولكن إذا حاولت تشغيل الدائرة بجهد أعلى من حوالي 2 فولت ، فلا يمكن التحكم في خرج LED حتى الصفر. هذه ليست مشكلة مع الغالبية العظمى من تطبيقات Joule Thief التي يتم رؤيتها بشكل طبيعي ولكن هذه هي احتمالية حدوث المزيد من التطورات التي يمكن أن تصبح مهمة ومن ثم قد يتعين اللجوء إلى اشتقاق جهد التحكم من ملف ثالث على المحول الذي يوفر عزلة تامة.

الخطوة 4: تطبيق الدائرة 1

من خلال التحكم الفعال ، يمكن تطبيق Joule Thief على نطاق واسع ، كما يمكن استخدام تطبيقات حقيقية مثل المشاعل والأضواء الليلية مع خرج ضوء متحكم فيه. بالإضافة إلى ذلك ، مع إعدادات الإضاءة المنخفضة واستهلاك الطاقة المنخفض المتناسب ، تصبح التطبيقات الاقتصادية للغاية ممكنة.

تُظهر الصور أعلاه جميع الأفكار الواردة في هذه المقالة التي تم تجميعها حتى الآن على لوحة نموذج أولي صغير مع ضبط الإخراج على منخفض وعالي على التوالي باستخدام مقياس جهد محدد مسبقًا على اللوحة. اللفات النحاسية الموجودة على الملف الحلقي هي من الأسلاك النحاسية المطلية بالمينا الأكثر شيوعًا.

يجب أن يقال أن هذا الشكل من البناء صعب والطريقة المستخدمة في الخطوة التالية أسهل بكثير.

الخطوة 5: تطبيق الدائرة - 2

الموضح في الصورة المركبة أعلاه هو إدراك آخر للدائرة هذه المرة مبني على قطعة من لوحة دوائر مطبوعة أحادية الجانب من الجانب النحاسي لأعلى مع وسادات صغيرة من لوحة دوائر مطبوعة أحادية الجانب ملتصقة بغراء بوليمر MS. هذا الشكل من البناء سهل للغاية وبديهي حيث يمكنك وضع الدائرة لتكرار مخطط الدائرة. تشكل الوسادات مرسى قويًا للمكونات والوصلات بالأرض مصنوعة من خلال لحام الركيزة النحاسية أدناه.

تُظهر الصورة مؤشر LED مضاء بالكامل على اليسار ومضاء بالكاد على اليمين ، ويتم تحقيق ذلك من خلال الضبط البسيط لمقياس جهد أداة التشذيب الموجود على اللوحة.

الخطوة 6: تطبيق الدائرة - 3

يوضح الرسم التخطيطي للدائرة في الصورة الأولى أعلاه مقاومًا بقوة 470 كيلو أوم في سلسلة بخلية شمسية 2 فولت ومتصل بدائرة التحكم Joule Thief بشكل فعال بالتوازي مع مقياس الجهد على اللوحة. تُظهر الصورة الثانية الخلية الشمسية بجهد 2 فولت (التي تم إنقاذها من الضوء الشمسي للحديقة البائدة ،) موصولة إلى المجموعة الموضحة في الخطوة السابقة. تكون الخلية في وضح النهار وبالتالي توفر جهدًا يعمل على إيقاف تشغيل الدائرة ويتم إطفاء مؤشر LED. تم قياس تيار الدائرة عند 110 ميكرو أمبير. تُظهر الصورة الثالثة غطاءًا موضوعًا فوق الخلية الشمسية مما يحاكي الظلام ويضيء الآن مؤشر LED ويقاس تيار الدائرة عند 9.6 مللي أمبير. انتقال التشغيل / الإيقاف ليس حادًا ويضيء الضوء تدريجياً عند الغسق. لاحظ أن الخلية الشمسية تُستخدم فقط كعنصر تحكم رخيص لدائرة بطارية لا توفر أي طاقة بحد ذاتها.

من المحتمل أن تكون الدائرة في هذه المرحلة مفيدة للغاية. مع وجود خلية شمسية مثبتة بشكل خفي في نافذة أو على عتبة النافذة تشحن مكثفًا فائقًا أو خلية هيدريد معدن النيكل القابلة لإعادة الشحن ، يصبح ضوء الليل الدائم عالي الفعالية مشروعًا مستقبليًا محتملاً. عند استخدامها مع خلية AA ، فإن القدرة على خفض خرج الضوء ثم إطفاء الضوء أثناء النهار تعني أن الدائرة ستعمل لفترة طويلة قبل أن ينخفض جهد البطارية إلى حوالي 0.6 فولت. يا لها من هدية رائعة مخصّصة للأجداد لتقديمها للأحفاد! تشمل الأفكار الأخرى منزل دمية مضاء أو إضاءة ليلية للحمام للسماح بمعايير النظافة دون فقدان الرؤية الليلية - الاحتمالات هائلة.