Torcia a LED su un singolo circuito a transistor. Come realizzare una torcia a LED economica con una singola batteria

Un generatore di blocco è un generatore di segnale con retroazione profonda del trasformatore che genera impulsi elettrici a breve termine (tipicamente circa 1 µs) che si ripetono a intervalli relativamente ampi. Sono utilizzati nell'ingegneria radiofonica e nei dispositivi della tecnologia a impulsi. Vengono eseguiti utilizzando un transistor o una lampada. (wikipedia)

Ho deciso di assemblare una torcia a LED che avrebbe brillato a lungo e sarebbe stata economica. Il generatore di blocco consente di alimentare a bassa tensione. LED, ad esempio LED da 5 mm con una corrente di 20-50 mA.
I piani prevedevano l'utilizzo di transistor a basso consumo al germanio del marchio "MP37", strisce LED, batterie per mignoli del tipo "AAA" e una custodia in miniatura.
Per caso, ho preso un pennarello, era anche previsto di inserirvi delle batterie, un generatore di blocco, attaccare una striscia LED e infilare il tutto in una boccetta di plastica per le cuffie.

Per prima cosa ho pulito il pennarello dalla vernice con un solvente, l'ho pulito con un tovagliolo. Poi ho ritagliato sul fondo un vano per 3 batterie AAA, ho ritagliato i contatti dalla scatola e li ho fissati dal basso, all'interno del pennarello con adesivo hot melt in modo che fossero isolati dal metallo del pennarello. Per i contatti superiori, ho ritagliato una rondella da una sottile textolite e vi ho incollato i contatti su un nastro adesivo su due lati. Batterie collegate in serie.

Il pallone di alluminio era strappato, quindi ho dovuto saldarlo con il flusso F64.

PS Ho altre torce e se vuoi posso mostrarti il ​​mio lavoro.

Avvertenza: i LED bianchi sono relativamente costosi, quindi suggerisco di mettere un piccolo resistore (da 1 a 10 ohm) in serie con il catodo del LED per limitare e misurare la corrente di picco. Durante il test del circuito, è possibile misurare la caduta di tensione su questo resistore utilizzando un oscilloscopio o un rilevatore di picco per garantire che la corrente di picco non superi il valore consigliato dal produttore del LED. Sulla base di queste raccomandazioni, per una maggiore affidabilità, cercheremo di ottenere una corrente di picco non superiore alla metà di quella massima.

Revisione

Un convertitore a commutazione compatto in grado di fornire una tensione sufficiente per alimentare i LED bianchi è costituito da un numero minimo di parti. La luce che riceviamo è molto più efficiente in termini di lumen-ora per libbra di peso della batteria rispetto a una lampadina a incandescenza. Inoltre, il colore della luce è determinato dall'emissione di fosforo del LED, quindi il colore della luce praticamente non cambia, anche quando la batteria è completamente scarica. Di conseguenza, la batteria dura a lungo. Questo è economico e adatto per torce elettriche, illuminazione di emergenza e altre applicazioni che necessitano di alimentare LED bianchi da una o due batterie primarie.

schema

Non può esistere uno schema più semplice di questo. L'oscillatore di blocco è costituito da un transistor, un resistore da 1 kΩ e un induttore. Quando si preme il pulsante di accensione, il transistor si accende con la corrente che scorre attraverso il resistore da 1 kΩ. La tensione che appare ai capi dell'induttore dal punto medio al collettore del transistor induce una tensione ai capi del resistore da 1 kΩ che può essere addirittura superiore alla tensione della batteria, fornendo così un feedback positivo. Quando c'è tensione tra la presa della bobina e il collettore del transistor, la corrente del collettore aumenta costantemente. A causa del feedback positivo, il transistor rimane in saturazione finché non accade qualcosa alla sua corrente di base.

Ad un certo punto, la caduta di tensione attraverso l'induttore dal suo punto medio al collettore del transistor si avvicina al valore della tensione della batteria (in realtà, la tensione della batteria meno la tensione di saturazione collettore-emettitore del transistor). Da questo momento in poi non viene più indotta tensione nella bobina dalla presa al resistore da 1 kΩ, e la tensione alla base comincia a diminuire e diventa negativa, accelerando così lo spegnimento del transistor. Sebbene il transistor sia ora spento, l'induttore rimane una fonte di corrente e la tensione del collettore aumenta.

La tensione del collettore diventa rapidamente sufficientemente elevata da indurre corrente nel LED e scorre finché l'induttanza non viene scaricata. La tensione del collettore inizia quindi a suonare, oscillando da terra a potenza, accendendo il transistor e iniziando un altro ciclo.

Induttanza

Se stai progettando questo circuito per un'applicazione non commerciale, puoi scegliere tra un'ampia gamma di modelli di induttori. La dimensione del nucleo, la sua permeabilità e le caratteristiche di saturazione (dimensioni fisiche, µ e Bs) determinano quante amperspire può erogare prima della saturazione. Se il nucleo si satura più velocemente di quanto la caduta di tensione attraverso l'induttore dalla presa al collettore del transistor raggiunga la tensione della batteria, il circuito commuterà comunque immediatamente, perché la saturazione del nucleo rende la bobina come un resistore e l'accoppiamento induttivo tra le metà del collettore e della base (lato con un resistore da 1 kΩ) della bobina cadono molto fortemente. Ciò ha lo stesso effetto di avvicinare la caduta di tensione della bobina alla tensione della batteria. Il calibro del filo determina quanti ampere il circuito emetterà prima della commutazione a causa dell'aumento delle cadute di tensione. I parametri del nucleo di un induttore (principalmente dimensioni fisiche e permeabilità magnetica) determinano per quanti microsecondi la bobina viene caricata dalla corrente del collettore, che aumenterà fino allo spegnimento del transistor. Queste impostazioni determinano anche per quanto tempo la corrente fluirà attraverso il LED mentre il transistor è spento. Quasi tutte le caratteristiche dell'induttore influenzano il funzionamento di questo circuito.

Ho realizzato questo circuito su anelli di ferrite di pochi millimetri di diametro e su nuclei toroidali fino a pochi centimetri di sezione trasversale (notare l'induttanza del chiodo arrugginito descritta di seguito).

Ecco, in generale, la relazione tra dimensioni del nucleo e caratteristiche dell'induttore:

• Nucleo grande: facile da avvolgere, bassa frequenza di commutazione, alta potenza.
• Nucleo piccolo: difficile da avvolgere, frequenza di commutazione più elevata, potenza inferiore.

Come iniziare. Prendi il nucleo di una bobina, preferibilmente di ferrite, e avvolgilo 20 giri attorno. Decolla sotto forma di un breve anello di filo, quindi continua ad avvolgere altri 20 giri. Un aumento del numero di giri porta ad una diminuzione della frequenza operativa, una diminuzione ad un aumento della frequenza. Ho avvolto solo 10 giri con un tocco dal centro (5 + 5) e questa bobina ha funzionato ad una frequenza di 200 kHz. Osserva il circuito descritto di seguito, assemblato nella base di una lampadina, funzionante ad una frequenza di circa 200 kHz.

Circuito migliorato

Questo schema è attraente perché contiene un numero minimo di elementi. Il LED è alimentato da una corrente pulsata. L'impulso inizia quando la tensione del LED raggiunge la tensione operativa diretta, che è superiore alla tensione della batteria, che non influisce sulla commutazione del transistor. Lo svantaggio è che il rapporto tra la corrente di picco e la corrente media del LED è piuttosto elevato, può essere 3:1 o 5:1, a seconda dei parametri del circuito (principalmente induttanza della bobina e tensione della batteria). Se vuoi che il LED brilli più luminoso per una determinata corrente di picco, puoi aggiungere un diodo e un condensatore come mostrato nello schema seguente.

Un critico ha suggerito una buona idea: se lo spazio è disponibile, aggiungere un condensatore di disaccoppiamento tra il terminale negativo della batteria e il punto centrale dell'induttore. Alcune batterie hanno un'impedenza di uscita elevata e questo condensatore può aumentare la corrente di uscita del circuito. Un condensatore da 10 µF dovrebbe essere sufficiente, ma se si utilizza un induttore molto grande è meglio aumentare la capacità.

Dove posizionerai l'alimentatore?

Poiché questo circuito contiene pochi elementi, li ho gestiti tutti, incluso un induttore, un resistore da 1 kΩ, un transistor 2N4401 (in un pacchetto TO-92, tra l'altro), un diodo raddrizzatore, un condensatore a chip e un LED Nichia NSPW315BS , insieme ad una piccola goccia di colla posizionata alla base della lampada a penna.

L'utilizzo di un LED al posto di una lampadina consente di sviluppare una torcia compatta. Fornisce abbastanza luce per camminare per strada in una notte senza luna. Ho stimato l'autonomia di una torcia elettrica che assorbe circa 35 mA da una batteria da 1,5 V. Si è scoperto che avrebbe funzionato ininterrottamente per almeno 30 ore. È un periodo piuttosto lungo. È possibile trovare i parametri di diverse batterie alcaline Duracell.

Il colore della luce rimane lo stesso bianco-bluastro anche quando la tensione della batteria diminuisce.Se un dispositivo del genere viene trattato bene, durerà a lungo. Ho avuto una di queste torce, assemblata secondo l'ultimo diagramma, per 18 mesi e l'ho usata ogni notte. Ho sostituito la batteria solo due volte. Se i contatti della batteria non si fossero deteriorati a causa della corrosione, non avrei saputo che era giunto il momento di sostituirla, perché la torcia funzionava perfettamente.

Luce notturna di un chiodo arrugginito

Questi circuiti oscillatori bloccanti funzionano meglio con i nuclei di ferrite, ma a volte sono difficili da trovare. Alcuni lettori hanno espresso preoccupazione riguardo alla fabbricazione degli induttori, e questo è comprensibile, poiché per molti gli induttori hanno un'aura di mistero.

Mi impegno a dimostrare che non c'è nulla di complicato negli induttori e che sono molto importanti. Un giorno, mentre aspettavo il carro attrezzi a causa di un guasto alla macchina, ho notato un chiodo arrugginito vicino alla strada. Era lungo 6,5 cm e ho deciso di usarlo per il nucleo dell'induttore.

Ho tirato una coppia intrecciata di filo di rame solido da ø 0,5 mm da un lungo cavo CAT-5 (Ethernet). Questo cavo è simile a quello utilizzato per far passare le linee telefoniche all'interno degli edifici. Ho avvolto 60 spire di doppino intrecciato in circa tre strati su un chiodo, quindi ho collegato l'inizio di un conduttore all'estremità di un altro conduttore e il risultato è stato un induttore da 120 spire con una presa dal centro.

Ad esso ho collegato un transistor 2N2222, una resistenza da 1 kΩ, una batteria AA da 1,5 V e un LED bianco. Non è successo niente. Poi ho collegato un condensatore da 0,0027 uF a un resistore da 1 kΩ (è finito sul desktop) e il LED ha preso vita. Potrebbe essere necessario un condensatore di circa 0,001uF. Il LED si illumina magnificamente e il circuito assorbe 20 mA di corrente dalla batteria AA. Il segnale sullo schermo dell'oscilloscopio sembra terribile, ma la cosa principale è che il circuito si è acceso anche su questo chiodo arrugginito e ha aumentato gli 1,5 V iniziali della cella AA a più di 3 V, sufficienti per accendere il LED.

Coloro che hanno familiarità con alcuni aspetti della scelta del nucleo della bobina noteranno immediatamente che le correnti parassite saranno enormi, poiché il ferro ha una bassa resistenza rispetto alla ferrite, o all'aria per esempio, e che probabilmente ci saranno altre perdite. E non è necessario correre a comprare chiodi per realizzare una lampada a LED, ma questo schema si è rivelato molto realizzabile. Se bastano un chiodo arrugginito e un filo telefonico per accendere un LED bianco, uno starter non è un problema. Quindi prenditi una pausa, vai a comprare un nucleo di ferrite e inizia a lavorare al progetto.

Dove trovare i nuclei di ferrite

Wolfgang Driehaus dalla Germania ha scritto che i nuclei di ferrite vengono utilizzati nelle lampade fluorescenti compatte e che li ha applicati con successo ai circuiti di alimentazione dei LED. Il giorno dopo ho alzato lo sguardo e ho visto che alcune lampadine dovevano essere sostituite.

Alcune lampadine fluorescenti compatte di casa mia si sono bruciate. Dopo aver acquistato nuove lampadine e sostituito quelle bruciate, sono andato in garage per smontare una delle lampadine. Il primo problema è stato raggiungere l'elettronica nella base della lampada. In una lettera successiva Wolfgang mi disse che era possibile aprire la lampadina e rimuovere il circuito senza rompere il vetro. Fare attenzione a non rompere i tubi di vetro della lampada poiché contengono mercurio tossico.

Volevo assicurarmi che questi nuclei mi fossero utili e ho rimosso gli avvolgimenti dal "manubrio" e dalla bobina toroidale. Durante il processo di smontaggio della bobina sul nucleo EE, la ferrite si è rotta in diversi punti, quindi non ho potuto provarla nel mio circuito.

Sull'anima del manubrio ho avvolto 50 spire di filo smaltato da ø0,2 mm, ho fatto un maschio centrale, e poi ho avvolto altre 50 spire. Da questa bobina ho assemblato un dispositivo, un transistor 2N4401, una resistenza da 330 ohm collegata alla base del transistor e un LED bianco secondo lo schema riportato all'inizio dell'articolo. Quando ho collegato l'alimentatore da 1,5 V, il LED ha lampeggiato intensamente. Ciò ha confermato che una bobina con tale nucleo può essere utilizzata in questo circuito.

Ho avvolto 10 spire di filo ø0,4 mm sul nucleo toroidale, ho fatto un maschio e ho avvolto altre 10 spire. Collegando la bobina allo stesso circuito (2N4401, 330 ohm, LED bianco) con alimentazione da 1,5 volt, ho visto che il LED era acceso, anche se non così brillante come con la bobina precedente, ma c'erano solo 20 giri sul toroide .

Quindi ora sappiamo dove trovare i nuclei di ferrite. Le lampade fluorescenti compatte sono molto convenienti e col tempo si usurano e devono essere sostituite.

Un altro lettore ha sottolineato che un'altra fonte di nuclei di ferrite sono i cavi periferici del computer. I cavi del monitor, quelli della tastiera e alcuni cavi USB sono dotati di manopole in plastica che contengono effettivamente nuclei di ferrite. Se hai intenzione di gettare la tua vecchia tastiera nella spazzatura, perché non tagliare prima la ferrite?

Leggi la fine

Mi sono imbattuto in uno schema interessante su Internet del più semplice driver micropower su un dispositivo di campo di scarto dalla scheda madre, si è rivelato abbastanza funzionante. Una versione più semplice del circuito, con un transistor bipolare -. Ecco lo schema leggermente corretto per una comprensione più dettagliata per i principianti di cosa, dove e come saldare:

Ho trovato un sacco di transistor ad effetto di campo APM2014 da vecchie schede madri e li ho saldati rapidamente per un test, invece di un manubrio ho preso una ferrite dall'acceleratore, quando alimentato da una batteria scarica da 1,1 V, un LED da 1 W brilla abbastanza intensamente , a 1,4 V brilla ancora di più, ma già riscaldato. Più tardi controllerò con vari strozzatori, ma probabilmente mi fermerò ai manubri, poiché sono più comodi da posizionare nelle custodie. Durante un tentativo di prova di collegamento di un LED da 0,5 W 60 mA, si è bruciato rapidamente.

Il LED ha assunto 1 W, la sua luce è sufficiente per l'illuminazione al buio, poiché si tratta di una torcia decorativa e non è necessaria troppa luce. Al posto del riflettore è stato utilizzato un collimatore, è stato necessario solo affilarlo leggermente lungo il bordo.

Durante il funzionamento il LED si riscalda notevolmente solo da una batteria nuova con un'induttanza con i dati indicati nello schema, in questo caso ho utilizzato una induttanza CD75 e l'ho riavvolta. Poiché qui non c'è abbastanza spazio, si adattano solo 14 giri di filo da 0,43, ma anche il riscaldamento del LED dall'elemento nuovo è diminuito, sebbene la luminosità sia leggermente diminuita.

Il secondo lato del circuito stampato viene utilizzato come supporto LED e come raffreddamento, i contatti sono indicati in rosso sul sigillo, possono essere lavorati con qualsiasi utensile a portata di mano. Ho messo un paio di pezzi di textolite sul transistor ad effetto di campo per allineare il substrato sotto il disco di contatto positivo, da obliquo.

La torcia risultante brilla con una diminuzione del flusso luminoso fino a una tensione della cella di 0,5 V e, se inizia a lampeggiare, la batteria è ora completamente scarica, sebbene le stesse batterie al sale possano essere ripristinate con soluzione salina e utilizzate ulteriormente nella torcia. L'autore del materiale - Igorán.

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