Joule Thief Dengan Kontrol Output Cahaya Ultra Sederhana: 6 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-30 09:56

Sirkuit Joule Thief adalah hidangan pembuka yang sangat baik untuk eksperimen elektronik pemula dan telah direproduksi berkali-kali, memang pencarian Google menghasilkan 245000 hit! Sejauh ini rangkaian yang paling sering ditemui adalah yang ditunjukkan pada Langkah 1 di bawah ini yang sangat sederhana terdiri dari empat komponen dasar tetapi ada harga yang harus dibayar untuk kesederhanaan ini. Ketika ditenagai dengan baterai baru 1,5 Volt, output cahaya tinggi dengan konsumsi daya yang sepadan, tetapi dengan voltase baterai yang lebih rendah, konsumsi cahaya dan daya berkurang hingga sekitar setengah volt output cahaya berhenti.

Sirkuit ini berteriak untuk beberapa bentuk kontrol. Penulis telah mencapai ini di masa lalu menggunakan belitan ketiga pada transformator untuk memberikan tegangan kontrol, lihat:

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

Kontrol apa pun yang digunakan, ia harus memiliki sifat dasar di mana mematikan output lampu juga menurunkan konsumsi daya sehingga pengaturan cahaya rendah menghasilkan konsumsi baterai yang rendah dan masa pakai baterai yang lebih lama. Sirkuit yang dikembangkan dalam artikel ini mencapai hal ini dan jauh lebih sederhana karena gulungan ekstra tidak diperlukan dan menghasilkan bentuk kontrol yang dapat dipasang kembali ke banyak sirkuit yang ada. Di akhir artikel kami menunjukkan cara mematikan sirkuit secara otomatis di siang hari saat digunakan sebagai lampu malam.

Anda akan perlu:

Dua transistor NPN tujuan umum. Tidak kritis tapi saya menggunakan 2N3904.

Satu dioda silikon. Benar-benar tidak kritis dan dioda penyearah atau dioda sinyal akan baik-baik saja.

Sebuah toroid ferit. Lihat nanti di teks untuk informasi lebih lanjut.

Satu kapasitor 0,1 uF. Saya menggunakan komponen Tantalum 35V tetapi Anda bisa menggunakan elektrolitik biasa 1 uF. Pertahankan peringkat voltase - peringkat 35 atau 50 Volt tidak berlebihan seperti selama pengembangan, dan sebelum loop kontrol Anda ditutup, voltase tinggi dapat diterapkan ke komponen ini.

Satu kapasitor elektrolit 100uF. 12 Volt bekerja baik-baik saja di sini.

Satu buah resistor 10 K Ohm.

Satu resistor 100 K Ohm

Satu potensiometer 220 K Ohm. Tidak kritis dan apa pun dalam kisaran 100 K hingga 470 K harus berfungsi.

Kawat pengait inti tunggal PVC yang saya peroleh dengan melepas kabel telepon

Untuk mendemonstrasikan rangkaian pada tahap awal saya menggunakan Model AD-12 Solderless Breadboard yang saya peroleh dari Maplin.

Untuk menghasilkan versi permanen dari sirkuit Anda akan dilengkapi untuk konstruksi elektronik dasar termasuk penyolderan. Sirkuit kemudian dapat dibangun pada Veroboard atau bahan serupa dan metode konstruksi lain menggunakan papan sirkuit cetak kosong juga ditampilkan.

Langkah 1: Sirkuit Pencuri Joule Dasar Kami

Ditunjukkan di atas adalah diagram sirkuit dan tata letak papan tempat memotong roti dari sirkuit kerja.

Trafo di sini terdiri dari 2 lot 15 lilitan kawat PVC inti tunggal yang diambil dari kabel telepon yang dipilin dan dililitkan pada ferit toroid--tidak kritis tetapi saya menggunakan item Ferroxcube oleh RS Components 174-1263 ukuran 14.6 X 8.2 X 5,5mm. Ada kebebasan yang sangat besar dalam pemilihan komponen ini dan saya mengukur kinerja yang identik dengan komponen Maplin yang ukurannya empat kali lipat. Ada kecenderungan untuk konstruktor untuk menggunakan manik-manik ferit yang sangat kecil tapi ini sekecil yang saya ingin pergi - dengan item yang sangat kecil frekuensi osilator akan semakin tinggi dan mungkin ada kerugian kapasitif di rangkaian akhir.

Transistor yang digunakan adalah NPN tujuan umum 2N3904 tetapi hampir semua transistor NPN akan berjalan. Resistor dasar adalah 10K di mana Anda mungkin lebih sering melihat 1K digunakan tetapi ini dapat membantu ketika kami menerapkan kontrol ke rangkaian nanti.

C1 adalah kapasitor decoupling untuk memuluskan transien switching yang dihasilkan oleh operasi sirkuit dan dengan demikian menjaga rel catu daya tetap bersih, ini adalah perawatan elektronik yang baik tetapi komponen ini sering ditinggalkan yang dapat mengakibatkan ketidakpastian dan kinerja sirkuit yang tidak menentu.

Langkah 2: Performa Sirkuit Dasar

Beberapa pengetahuan tentang kinerja rangkaian dasar mungkin bersifat instruktif. Untuk tujuan ini, rangkaian ditenagai dengan berbagai tegangan suplai dan konsumsi arus masing-masing diukur. Hasilnya terlihat pada gambar di atas.

LED mulai memancarkan cahaya dengan tegangan suplai 0,435 dan mengkonsumsi arus 0,82 mA. Pada 1,5 Volt, (nilai untuk baterai baru,) LED sangat terang tetapi arusnya di atas 12 mA. Ini menggambarkan perlunya kontrol; kita harus dapat mengatur output cahaya ke tingkat yang wajar dan dengan demikian sangat memperpanjang masa pakai baterai.

Langkah 3: Menambahkan Kontrol

Diagram sirkuit dari sirkuit pengontrol ekstra ditunjukkan pada gambar pertama di atas.

Transistor 2N3904 (Q2) kedua telah ditambahkan dengan kolektor yang terhubung ke basis transistor osilator, (Q1.) Ketika dimatikan transistor kedua ini tidak berpengaruh pada fungsi osilator tetapi ketika dihidupkan shunt basis transistor osilator ke bumi sehingga mengurangi output osilator. Dioda silikon yang terhubung ke kolektor transistor osilator memberikan tegangan yang diperbaiki untuk mengisi C2, kapasitor 0,1 uF. Di C2 ada potensiometer 220kOhm (VR1,) dan wiper terhubung kembali ke basis transistor kontrol (Q2,) melalui resistor 100 kOhm menyelesaikan loop. Pengaturan potensiometer sekarang mengontrol output cahaya dan dalam hal ini konsumsi arus. Dengan potensiometer yang disetel ke minimum konsumsi saat ini adalah 110 mikro Amps, ketika diatur untuk LED yang baru mulai menyala masih 110 mikro Amps dan pada kecerahan LED penuh konsumsinya adalah 8,2 mA - kami memiliki kendali. Sirkuit sedang ditenagai dalam contoh ini dengan sel Ni/Mh tunggal pada 1,24 Volt.

Komponen tambahan tidak kritis. Pada 220 kOhm untuk potensiometer dan 100 kOhm untuk resistor basis Q2, rangkaian kontrol berfungsi dengan baik tetapi menempatkan beban yang sangat kecil pada osilator. Pada 0,1 uF C2 memberikan sinyal yang diperbaiki dengan halus tanpa menambahkan konstanta waktu yang besar dan rangkaian merespon dengan cepat terhadap perubahan VR1. Saya menggunakan elektrolit tantalum di sini tetapi komponen keramik atau poliester akan bekerja dengan baik. Jika Anda membuat komponen ini terlalu tinggi kapasitansinya maka respons terhadap perubahan potensiometer akan lamban.

Tiga gambar terakhir di atas adalah tangkapan layar osiloskop dari rangkaian saat beroperasi dan menunjukkan tegangan pada kolektor transistor osilator. Yang pertama menunjukkan pola pada kecerahan LED minimum dan sirkuit beroperasi dengan semburan energi kecil yang tersebar luas. Gambar kedua menunjukkan pola dengan peningkatan output LED dan semburan energi sekarang lebih sering. Yang terakhir adalah pada output penuh dan rangkaian telah mengalami osilasi stabil.

Metode kontrol yang sederhana seperti itu tidak sepenuhnya tanpa masalah; ada jalur DC dari rel suplai positif melalui belitan transformator ke kolektor transistor dan melalui D1. Ini berarti bahwa C2 mengisi ke tingkat rel suplai dikurangi penurunan tegangan maju dioda dan kemudian tegangan yang dihasilkan oleh tindakan Joule Thief ditambahkan ke ini. Ini tidak penting selama operasi Joule Thief normal dengan sel tunggal 1,5 Volt atau kurang tetapi jika Anda mencoba menjalankan rangkaian pada tegangan yang lebih tinggi di luar sekitar 2 Volt maka output LED tidak dapat dikontrol hingga nol. Ini bukan masalah dengan sebagian besar aplikasi Joule Thief yang biasanya terlihat tetapi potensi pengembangan lebih lanjut yang dapat menjadi signifikan dan kemudian resor mungkin harus dibuat untuk penurunan tegangan kontrol dari belitan ketiga pada transformator. yang memberikan isolasi total.

Langkah 4: Penerapan Sirkuit 1

Dengan kontrol yang efektif, Joule Thief dapat diterapkan secara lebih luas dan aplikasi nyata seperti obor dan lampu malam dengan output cahaya terkontrol dimungkinkan. Selain itu dengan pengaturan cahaya rendah dan konsumsi daya rendah yang sepadan maka aplikasi yang sangat ekonomis dimungkinkan.

Gambar-gambar di atas menunjukkan semua ide dalam artikel ini sejauh ini disatukan pada papan prototipe kecil dan dengan output yang disetel ke rendah dan tinggi masing-masing dengan potensiometer yang telah disetel sebelumnya. Gulungan tembaga pada toroid adalah dari kawat tembaga berenamel yang lebih biasa.

Harus dikatakan bahwa bentuk konstruksi ini rumit dan metode yang digunakan pada langkah selanjutnya jauh lebih mudah.

Langkah 5: Penerapan Sirkuit--2

Tampak pada gambar komposit di atas adalah realisasi lain dari rangkaian kali ini yang dibangun di atas selembar papan sirkuit cetak satu sisi tembaga menghadap ke atas dengan bantalan kecil dari papan sirkuit cetak satu sisi yang ditempel dengan lem polimer MS. Bentuk konstruksi ini sangat mudah dan intuitif karena Anda dapat meletakkan sirkuit untuk mereplikasi diagram sirkuit. Bantalan membuat penjangkaran yang kuat untuk komponen dan koneksi ke ground dibuat dengan menyolder ke substrat tembaga di bawah.

Gambar menunjukkan LED yang sepenuhnya menyala di sebelah kiri dan hampir tidak menyala di sebelah kanan, hal ini dicapai dengan penyesuaian sederhana dari potensiometer pemangkas papan.

Langkah 6: Penerapan Sirkuit--3

Diagram rangkaian pada gambar pertama di atas menunjukkan resistor 470k Ohm secara seri dengan sel surya 2 Volt dan terhubung ke rangkaian kontrol Joule Thief secara efektif secara paralel dengan potensiometer trimmer on board. Gambar kedua menunjukkan sel surya 2 Volt (diselamatkan dari lampu taman yang mati,) dihubungkan ke rakitan yang ditunjukkan pada langkah sebelumnya. Sel berada di siang hari dan karenanya memberikan tegangan yang mematikan sirkuit dan LED padam. Arus rangkaian diukur pada 110 mikro Amps. Gambar ketiga menunjukkan tutup yang ditempatkan di atas sel surya sehingga mensimulasikan kegelapan dan LED sekarang menyala dan arus rangkaian diukur pada 9,6 mA. Transisi on/off tidak tajam dan lampu menyala secara bertahap saat senja. Perhatikan bahwa sel surya sedang digunakan hanya sebagai komponen kontrol murah untuk sirkuit baterai itu sendiri tidak memasok daya apapun.

Rangkaian pada tahap ini berpotensi sangat berguna. Dengan sel surya yang dipasang diam-diam di jendela atau di ambang jendela yang mengisi kapasitor super atau sel isi ulang hidrida logam nikel, lampu malam permanen yang sangat efektif menjadi proyek masa depan yang memungkinkan. Ketika digunakan dengan sel AA, kemampuan untuk mematikan output lampu dan kemudian mematikan lampu di siang hari berarti sirkuit akan beroperasi dalam waktu lama sebelum tegangan baterai turun menjadi sekitar 0,6 Volt. Sungguh hadiah yang dipesan lebih dahulu yang luar biasa bagi kakek-nenek untuk diberikan kepada cucu-cucu! Ide lain termasuk rumah boneka yang diterangi atau lampu malam untuk kamar mandi untuk memungkinkan standar kebersihan dipertahankan tanpa kehilangan penglihatan malam - kemungkinannya sangat besar.