Blokirni generator Kitajska svetilka LED krogla. Nizkonapetostni pretvorniki napetosti za LED

Na internetu sem naletel na zanimivo vezje za zelo preprost gonilnik mikro moči na čipu junk field iz matične plošče in izkazalo se je, da precej deluje. Enostavnejša različica vezja z bipolarnim tranzistorjem -. Tukaj je diagram, ki sem ga nekoliko popravil za bolj podrobno razumevanje za začetnike, kaj gre kam in kako spajkati:

Našel sem kup teh poljskih tranzistorjev APM2014 iz starih matičnih plošč in jih na hitro spajkal za test, namesto dumbbella sem vzel ferit iz induktorja, ko se napaja iz prazne 1,1 V baterije, 1W LED sveti precej močno, pri 1,4 V še vedno sveti močneje, vendar se že segreje. Kasneje bom preveril z različnimi dušilkami, vendar se bom verjetno držal dumbbella, saj jih je bolj priročno namestiti v ohišja. Med testnim poskusom priklopa 0,5 W 60 mA LED je ta hitro pregorela.

LED dioda je ocenjena na 1 W, njena svetloba je povsem dovolj za osvetlitev v temi, saj je to dekorativna svetilka in ne potrebuje preveč svetlobe. Namesto reflektorja je bil uporabljen kolimator, le malo sem ga moral nabrusiti po robu.

Med delovanjem se LED opazno segreje le iz sveže baterije z dušilko s podatki, navedenimi v vezju; v tem primeru sem uporabil dušilko CD75 in jo previl. Ker je tukaj malo prostora, se vanj prilega le 14 obratov žice 0,43, vendar se je ogrevanje LED iz svežega elementa zmanjšalo, čeprav se je svetlost nekoliko zmanjšala.

Druga stran tiskanega vezja služi kot nastavek za LED in hlajenje, kontakti so na pečatu označeni z rdečo barvo, lahko jih nabrusimo s poljubnim orodjem. Na tranzistor z učinkom polja sem položil nekaj kosov tekstolita, da sem poravnal substrat pod pozitivnim kontaktnim diskom, da preprečim popačenje.

Nastala svetilka sveti z zmanjšanjem svetlobnega toka na napetost elementa 0,5 V, in če začne utripati, pomeni, da je baterija zdaj popolnoma prazna, čeprav je mogoče iste solne baterije obnoviti s fiziološko raztopino in še naprej uporablja v svetilki. Avtor gradiva - Igoran.

Razpravljajte o članku PREPROSTA SVETILKA Z ENO AA BATERIJO

LED diode kot viri optičnega sevanja imajo nedvomne prednosti: majhne dimenzije, visoko svetilnost z minimalnim (enote mA) tokom in učinkovitost.

Toda zaradi tehnoloških značilnosti ne morejo svetiti pri napetosti pod 1,6 ... 1,8 V. Ta okoliščina močno omejuje možnost uporabe LED oddajnikov v širokem razredu naprav, ki imajo nizkonapetostno napajanje, običajno iz ene same galvanske celice. .

Kljub očitni aktualnosti problematike nizkonapetostnega napajanja LED virov optičnega sevanja je znano zelo omejeno število rešitev vezja, v katerih so avtorji poskušali rešiti ta problem.

V zvezi s tem je spodaj pregled napajalnih vezij LED iz vira nizke (0,25...1,6 V) napetosti. Raznolikost tokokrogov, predstavljenih v tem poglavju, je mogoče zmanjšati na dve glavni vrsti pretvorbe nizke v visoko napetost. To so vezja s kapacitivnimi in induktivnimi hranilniki energije [Rk 5/00-23].

Podvajalnik napetosti

Slika 1 prikazuje napajalno vezje LED z uporabo principa podvojitve napajalne napetosti. Nizkofrekvenčni impulzni generator je izdelan z uporabo tranzistorjev različnih struktur: KT361 in KT315.

Hitrost ponavljanja impulzov določa časovna konstanta R1C1, trajanje impulzov pa časovna konstanta R2C1. Iz izhoda generatorja se kratki impulzi skozi upor R4 dovajajo na osnovo tranzistorja VT3, katerega kolektorsko vezje vključuje rdečo LED HL1 (AL307KM) in germanijevo diodo VD1 tipa D9.

Med izhod generatorja impulzov in priključno točko med LED in germanijevo diodo je priključen visokozmogljiv elektrolitski kondenzator C2.

Med dolgim premorom med impulzi (tranzistor VT2 je zaprt in ne prevaja toka) se ta kondenzator napolni preko diode VD1 in upora R3 do napetosti vira energije. Pri ustvarjanju kratkega impulza tranzistor VT2

odpre. Negativno nabita plošča kondenzatorja C2 je povezana s pozitivnim napajalnim vodilom. Dioda VD1 je izklopljena. Napolnjen kondenzator C2 je zaporedno povezan z virom energije.

Celotna napetost se nanaša na vezje LED - oddajnik - kolektorski spoj tranzistorja VT3. Ker se tranzistor VT3 odklene z istim impulzom, postane njegov upor emiter-kolektor majhen.

Tako se na LED za kratek čas napaja skoraj dvojna napajalna napetost (brez manjših izgub): sledi močan utrip. Po tem se postopek polnjenja in praznjenja kondenzatorja C2 periodično ponavlja.

riž. 1. Shematski diagram podvajalnika napetosti za napajanje LED.

Ker lahko LED diode delujejo pri kratkotrajnih impulznih tokovih, ki so desetkrat višji od nazivnih vrednosti, se LED dioda ne poškoduje.

Če je treba povečati zanesljivost LED oddajnikov z nizkonapetostnim napajanjem in razširiti območje napajalne napetosti navzgor, je treba zaporedno z LED povezati upor za omejevanje toka z uporom več deset ali sto ohmov.

Pri uporabi LED tipa AL307KM z napetostjo začetka komaj opaznega sijaja 1,35 ... 1,4 V in napetostjo, pri kateri je brez omejitvenega upora tok skozi LED 20 mA, 1,6 ... 1,7 V, delovna napetost generatorja, prikazana na sliki 1, je 0,8 ... 1,6 V.

Meje območja so eksperimentalno določene na enak način: spodnja označuje napetost, pri kateri LED začne svetiti, zgornja označuje napetost, pri kateri je tok, ki ga porabi celotna naprava, približno 20 mA, tj. v najbolj neugodnih pogojih delovanja ne preseže največjega toka skozi LED in hkrati sam pretvornik.

Kot smo že omenili, generator (slika 1) deluje v impulznem načinu, kar je po eni strani pomanjkljivost vezja, po drugi strani pa prednost, saj vam omogoča ustvarjanje svetlih svetlobnih bliskov, ki pritegniti pozornost.

Generator je precej ekonomičen, saj je povprečni tok, ki ga porabi naprava, majhen. Hkrati mora vezje uporabljati nizkonapetostni, a precej zajeten elektrolitski kondenzator visoke zmogljivosti (C2).

Poenostavljena različica napetostnega pretvornika

Na sliki 2 je prikazana poenostavljena različica generatorja, ki deluje podobno kot zgoraj opisani. Generator, ki uporablja elektrolitski kondenzator majhne velikosti, deluje pri napajalni napetosti od 0,9 do 1,6 V.

Povprečni tok, ki ga porabi naprava, ne presega 3 mA pri hitrosti ponavljanja impulza približno 2 Hz. Svetlost ustvarjenih bliskov je nekoliko nižja kot v prejšnji shemi.

riž. 2. Vezje preprostega nizkonapetostnega pretvornika napetosti z uporabo dveh tranzistorjev od 0,9 V do 2 V.

Generator z uporabo telefonske kapsule

Generator, prikazan na sl. 9.3, uporablja telefonsko kapsulo TK-67 kot obremenitev. To omogoča povečanje amplitude generiranih impulzov in s tem znižanje spodnje meje začetka delovanja generatorja za 200 mV.

S preklopom na višjo frekvenco generiranja je mogoče neprekinjeno »črpati« (pretvarjati) energijo in bistveno zmanjšati kapacitivnost kondenzatorjev.

riž. 3. Shema vezja generatorja nizkonapetostnega pretvornika napetosti s telefonsko tuljavo.

Generator s podvojitvijo izhodne napetosti

Slika 4 prikazuje generator z izhodno stopnjo, ki podvoji izhodno napetost. Ko je tranzistor VT3 zaprt, se na LED napaja le majhna napajalna napetost.

Električni upor LED je visok zaradi izrazite nelinearnosti tokovno-napetostne karakteristike in je veliko višji od upora upora R6. Zato je kondenzator C2 priključen na vir energije prek uporov R5 in R6.

riž. 4. Vezje nizkonapetostnega pretvornika s podvojitvijo izhodne napetosti.

Čeprav se namesto germanijeve diode uporablja upor R6, načelo delovanja podvajalnika napetosti ostaja enako: polnjenje kondenzatorja C2 z zaprtim tranzistorjem VT3 skozi upora R5 in R6, čemur sledi zaporedno povezovanje napolnjenega kondenzatorja z virom napajanja.

Ko se uporabi na ta način podvojena napetost, postane dinamični upor LED na strmejšem odseku tokovno-napetostne karakteristike približno 100 ohmov ali manj za čas praznjenja kondenzatorja, kar je veliko nižje od upora upora R6 ranžiranje kondenzatorja.

Uporaba upora R6 namesto germanijeve diode vam omogoča razširitev delovnega območja napajalnih napetosti (od 0,8 do 6 V). Če bi bila v tokokrogu germanijeva dioda, bi bila napajalna napetost naprave omejena na 1,6...1,8 V.

Če bi napajalno napetost še povečali, bi se tok skozi LED in germanijevo diodo povečal na nesprejemljivo visoko vrednost in nastala bi nepopravljiva škoda.

Pretvornik na osnovi AF generatorja

V generatorju, predstavljenem na sliki 5, se hkrati s svetlobnimi impulzi generirajo zvoneči impulzi zvočne frekvence. Frekvenco zvočnih signalov določajo parametri nihajnega kroga, ki ga tvorita navitje telefonske kapsule in kondenzatorja C2.

riž. 5. Shematski diagram napetostnega pretvornika za LED na osnovi AF generatorja.

Napetostni pretvorniki na osnovi multivibratorjev

LED napajalniki na osnovi multivibratorjev so prikazani na slikah 6 in 7. Prvo vezje temelji na asimetričnem multivibratorju, ki tako kot naprave (slike 1 - 5) proizvaja kratke impulze z dolgo medimpulzno pavzo.

riž. 6. Nizkonapetostni pretvornik napetosti na osnovi asimetričnega multivibratorja.

Shranjevanje energije - elektrolitski kondenzator SZ se občasno polni iz vira napajanja in izprazni na LED, pri čemer sešteje svojo napetost z napajalno napetostjo.

Za razliko od prejšnjega vezja generator (slika 7) zagotavlja, da LED sveti neprekinjeno. Naprava temelji na simetričnem multivibratorju in deluje na višjih frekvencah.

riž. 7. Pretvornik za napajanje LED iz nizkonapetostnega vira 0,8 - 1,6V.

V zvezi s tem je kapacitivnost kondenzatorjev v tem vezju 3 ... 4 reda nižja. Hkrati se svetlost sijaja opazno zmanjša, povprečni tok, ki ga generator porabi pri napetosti vira napajanja 1,5 6, pa ne presega 3 mA.

Napetostni pretvorniki s serijsko vezavo tranzistorjev

riž. 8. Napetostni pretvornik s serijsko vezavo tranzistorjev različnih vrst prevodnosti.

V generatorjih, ki so prikazani spodaj na slikah 8 - 13, je kot aktivni element uporabljena nekoliko nenavadna serijska vezava tranzistorjev različnih tipov prevodnosti, ki so poleg tega pokriti s pozitivno povratno zvezo.

riž. 9. Dvotranzistorski pretvornik napetosti za LED z uporabo tuljave iz telefona.

Kondenzator s pozitivno povratno zvezo (slika 8) hkrati deluje kot naprava za shranjevanje energije za pridobitev zadostne napetosti za napajanje LED.

Germanijeva dioda (ali upor, ki jo nadomešča, sl. 12) je priključena vzporedno na prehod baza-kolektor tranzistorja VT2 (tip KT361).

V generatorju z RC vezjem (slika 8) je zaradi znatnih izgub napetosti na polprevodniških spojih delovna napetost naprave 1,1 ... 1,6 V.

Postalo je mogoče znatno znižati spodnjo mejo napajalne napetosti s prehodom na LC različico generatorskega vezja z uporabo induktivnih naprav za shranjevanje energije (sl. 9 - 13).

riž. 10. Vezje preprostega nizkonapetostnega pretvornika napetosti 0,75V -1,5V v 2V na osnovi LC oscilatorja.

Kot induktivni hranilnik energije v prvem krogu se uporablja telefonska kapsula (slika 9). Hkrati z utripanjem luči generator oddaja zvočne signale.

Ko se kapaciteta kondenzatorja poveča na 200 µF, generator preklopi v impulzni varčni način delovanja, ki proizvaja prekinitvene svetlobne in zvočne signale.

Prehod na višje delovne frekvence je mogoč z uporabo majhnega induktorja z visokim faktorjem kakovosti. V zvezi s tem postane mogoče znatno zmanjšati prostornino naprave in znižati spodnjo mejo napajalne napetosti (sl. 10 - 13).

Kot induktivnost je bila uporabljena tuljava vmesnega frekvenčnega vezja iz radijskega sprejemnika VEF z induktivnostjo 260 μH. Na sl. 11, 12 prikazujejo vrste takih generatorjev.

riž. 11. Vezje nizkonapetostnega pretvornika napetosti za LED s tuljavo iz IF vezja sprejemnika.

riž. 12. Vezje preprostega napetostnega pretvornika za LED s tuljavo iz IF vezja sprejemnika.

Nazadnje slika 13 prikazuje najbolj poenostavljeno različico naprave, v kateri je namesto kondenzatorja nihajnega kroga uporabljena LED.

Kondenzatorski napetostni pretvorniki (s podvojitvijo napetosti), ki se uporabljajo za napajanje LED oddajnikov, lahko teoretično znižajo delovno napajalno napetost le na 60 % (maksimalna, idealna vrednost je 50 %).

riž. 13. Zelo preprost nizkonapetostni pretvornik napetosti s prižgano LED namesto kondenzatorja.

Uporaba večstopenjskih multiplikatorjev napetosti za te namene je neobetavna zaradi postopno naraščajočih izgub in zmanjšanja učinkovitosti pretvornika.

Pretvorniki z induktivnim shranjevanjem energije so bolj obetavni z nadaljnjim zmanjšanjem delovne napetosti generatorjev, ki zagotavljajo delovanje LED. Hkrati se ohranjata visoka učinkovitost in enostavnost pretvorniškega vezja.

Napetostni pretvorniki induktivnega in induktivno-kapacitivnega tipa

Slike 14-18 prikazujejo pretvornike za napajanje LED induktivnega in induktivno-kapacitivnega tipa, izdelane na osnovi generatorjev, ki uporabljajo kot aktivni element analoge injekcijskega tranzistorja z učinkom polja [Rk 5/00-23].

riž. 14. Shema vezja nizkonapetostnega pretvornika napetosti 1-6V v 2V induktivno-kapacitivnega tipa.

Pretvornik, prikazan na sliki 14, je naprava induktivno-kapacitivnega tipa. Generator impulzov je izdelan na analogu injekcijskega tranzistorja z učinkom polja (tranzistorja VT1 in VT2).

Elementi, ki določajo delovno frekvenco generiranja v zvočnem frekvenčnem območju, so telefonska kapsula BF1 (tip TK-67), kondenzator C1 in upor R1. Kratki impulzi, ki jih ustvari generator, pridejo do baze tranzistorja VT3 in ga odprejo.

Istočasno se pojavi polnjenje/praznjenje kapacitivnega hranilnika energije (kondenzator C2). Ko pride impulz, se pozitivno nabita plošča kondenzatorja C2 poveže s skupnim vodilom preko tranzistorja VT2, ki je med trajanjem impulza odprt. Dioda VD1 se zapre, tranzistor VT3 se odpre.

Tako sta vir energije in napolnjen kondenzator C2 zaporedno povezana z obremenitvenim vezjem (LED HL1), kar ima za posledico svetlo utripanje LED.

Tranzistor VT3 vam omogoča razširitev obsega delovnih napetosti pretvornika. Naprava deluje pri napetostih od 1,0 do 6,0 V. Naj spomnimo, da spodnja meja ustreza komaj opaznemu siju LED, zgornja meja pa ustreza tokovni porabi naprave 20 mA.

V območju nizkih napetosti (do 1,45 V) nastajanje zvoka ni slišno, čeprav z nadaljnjim povišanjem napajalne napetosti naprava začne proizvajati zvočne signale, katerih frekvenca precej hitro upada.

Prehod na višje delovne frekvence (slika 15) z uporabo visokofrekvenčne tuljave omogoča zmanjšanje kapacitivnosti kondenzatorja, ki "črpa" energijo (kondenzator C1).

riž. 15. Shematski diagram nizkonapetostnega pretvornika napetosti s HF generatorjem.

Tranzistor z učinkom na polju VT3 (KP103G) se uporablja kot ključni element, ki povezuje LED s "pozitivnim" napajalnim vodilom za obdobje ponavljanja impulza. Posledično se je obseg delovne napetosti tega pretvornika razširil na 0,7...10 V.

Opazno poenostavljene naprave, ki delujejo v omejenem obsegu napajalnih napetosti, so prikazane na slikah 16 in 17. Zagotavljajo LED osvetlitev v območju 0,7...1,5 V (pri R1=680 Ohm) in 0,69...1, 2 V (pri R1=0 Ohm), kot tudi od 0,68 do 0,82 V (slika 17).

riž. 16. Shematski diagram poenostavljenega nizkonapetostnega pretvornika napetosti s HF generatorjem.

riž. 17. Poenostavljen nizkonapetostni pretvornik napetosti z RF generatorjem in telefonsko kapsulo kot tuljavo.

Najenostavnejši generator temelji na analogu injekcijskega tranzistorja z učinkom polja (slika 18), kjer LED hkrati deluje kot kondenzator in je obremenitev generatorja. Naprava deluje v precej ozkem območju napajalne napetosti, vendar je svetlost LED precej visoka, saj je pretvornik (slika 18) izključno induktiven in ima visoko učinkovitost.

riž. 18. Nizkonapetostni pretvornik napetosti z generatorjem, ki temelji na analogu injekcijskega tranzistorja na polju.

Naslednja vrsta pretvornika je precej znana in je bolj tradicionalna. To so transformatorski in avtotransformatorski pretvorniki.

Na sl. Na sliki 19 je prikazan transformatorski generator za napajanje LED z nizkonapetostno napetostjo. Generator vsebuje le tri elemente, od katerih je eden svetleča dioda.

Brez LED je naprava preprost blokirni generator, na izhodu transformatorja pa je mogoče dobiti precej visoko napetost. Če uporabljate LED kot obremenitev generatorja, začne močno svetiti tudi pri nizki napajalni napetosti (0,6 ... 0,75 V).

riž. 19. Vezje transformatorskega pretvornika za napajanje LED z nizkonapetostno napetostjo.

V tem vezju (slika 19) imajo navitja transformatorja 20 ovojev žice PEV 0,23. Kot transformatorsko jedro je bil uporabljen feritni obroč M1000 (1000NM) K 10x6x2,5. V odsotnosti generacije so zaključki enega od navitij transformatorja naslednji! zamenjava.

Pretvornik, prikazan na sliki 20, ima med vsemi obravnavanimi napravami najnižjo napajalno napetost. Bistveno znižanje spodnje meje delovne napetosti je bilo doseženo z optimizacijo izbire števila (razmerja) ovojev navitij in načina njihovega vklopa. Pri uporabi visokofrekvenčnih germanijevih tranzistorjev, kot so 1T311, 1T313 (GT311, GT313), takšni pretvorniki začnejo delovati pri napajalni napetosti nad 125 mV.

riž. 20. Nizkonapetostni pretvornik napetosti iz 0,25V - 0,6V v 2V.

riž. 21. Eksperimentalno izmerjene karakteristike generatorja.

Kot jedro transformatorja, kot v prejšnjem vezju, je bil uporabljen feritni obroč M1000 (1000NM) K10x6x2.5. Primarno navitje je izdelano iz žice PEV 0,23 mm, sekundarno navitje je izdelano iz žice PEV 0,33. Precej svetel sij LED je opazen že pri napetosti 0,3 V.

Slika 21 prikazuje eksperimentalno izmerjene karakteristike generatorja (slika 20) pri spreminjanju števila ovojev navitij. Iz analize dobljenih odvisnosti izhaja, da obstaja območje optimalnega razmerja med številom ovojev primarnega in sekundarnega navitja, s povečanjem števila ovojev primarnega navitja pa se minimalna obratovalna napetost pretvornika postopoma upada, hkrati pa se oži območje obratovalnih napetosti pretvornika.

Za rešitev inverznega problema - razširitev območja delovne napetosti pretvornika - lahko zaporedno z njim povežemo vezje RC (slika 22).

riž. 22. Vezje nizkonapetostnega pretvornika napetosti z uporabo RC vezja.

Pretvorniška vezja induktivnega ali kapacitivnega tritočkovnega tipa

Druga vrsta pretvornika je prikazana na slikah 23 - 29. Njihova značilnost je uporaba induktivnih hranilnikov energije in vezij, izdelanih iz "induktivnega" ali "kapacitivnega tritočkovnega" tipa s pregradnim načinom za vklop tranzistorja.

Generator (slika 23) deluje v napetostnem območju od 0,66 do 1,55 V. Za optimizacijo načina delovanja je potrebno izbrati vrednost upora R1. Kot induktor, kot v mnogih prejšnjih vezjih. uporabljena je bila tuljava vezja IF filtra z induktivnostjo 260 μH.

riž. 23. Napetostni pretvornik za LED na enem tranzistorju KT315.

Tako pri številu ovojev primarnega navitja n (1), ki je enak 50 ... 60, in številu ovojev sekundarnega navitja l (II) - 12, naprava deluje v območju napajalne napetosti 260. ..440 mV (razmerje števila ovojev 50 do 12) in z razmerjem števila ovojev 60 do 12 - 260...415 mV.

Pri uporabi feritnega jedra drugačne vrste ali velikosti je lahko to razmerje porušeno in drugačno. Koristno je, da tako študijo izvedete sami in rezultate predstavite v obliki grafa za jasnost.

Zdi se zelo zanimivo uporabiti tunelsko diodo v obravnavanih generatorjih (podobno tisti, ki je prikazana na sliki 20), priključeno namesto prehoda emiter-baza tranzistorja VT1.

Generator (slika 24) je nekoliko drugačen od prejšnjega (slika 23). Njegova zanimiva lastnost je, da se svetlost LED spreminja z naraščajočo napajalno napetostjo (slika 25).

riž. 24. Napetostni pretvornik s spremenljivo svetlostjo LED.

riž. 25. Graf odvisnosti svetlosti LED od napetosti, ki napaja generator (za sliko 24).

Poleg tega je največja svetlost dosežena pri 940 mV. Pretvornik, prikazan na sliki 26, lahko razvrstimo kot tritočkovni generator, pri čemer LED deluje kot eden od kondenzatorjev.

Transformator naprave je izdelan na feritnem obroču (1000HM) K10x6x2,5, njegovi navitji pa vsebujejo približno 15 ... 20 obratov žice PELSHO 0,18.

riž. 26. Nizkonapetostni pretvornik napetosti s tritočkovnim generatorjem.

Pretvornik (slika 27) se od prejšnjega razlikuje po priključni točki LED. Odvisnost svetlosti LED od napajalne napetosti je prikazana na sliki 28: ko se napajalna napetost poveča, se svetlost najprej poveča, nato močno zmanjša in nato spet poveča.

riž. 27. Preprost napetostni pretvornik za nizkonapetostno napajanje LED AL307.

riž. 28. Odvisnost svetlosti LED od napajalne napetosti.

Najenostavnejše vezje za tovrstne pretvornike je vezje prikazano na sliki 29. Nastavitev delovne točke dosežemo z izbiro upora R1.

LED, kot v številnih prejšnjih vezjih, hkrati igra vlogo kondenzatorja. Kot poskus je priporočljivo priključiti kondenzator vzporedno z LED in izbrati njegovo kapacitivnost.

riž. 29. Zelo preprosto vezje nizkonapetostnega pretvornika napetosti z enim tranzistorjem.

Končno

Kot splošno opombo o nastavitvi zgoraj predstavljenih vezij je treba opozoriti, da napajalna napetost vseh obravnavanih naprav, da bi se izognili poškodbam LED, ne sme (z redkimi izjemami) preseči 1,6...1,7 V.

Literatura: Shustov M.A. Praktično načrtovanje vezij (1. knjiga).

Spremenjeno avgusta 2018

To plovilo lahko postane prvi generator, ki ga sami izdelajo, iz katerega se lahko razvije zanimanje za brezplačno energijo. Za pouk fizike bo ta video odličen pripomoček za šolarje.

Najboljša razlaga s sestavo delovnega modela generatorja toka

V tej lekciji sem govoril o elektromagnetni indukciji in vam bom pokazal, kako narediti preprost generator izmeničnega toka.

Komentarji

Blaženost. Dober generator. Povsem dovolj za polnjenje pripomočkov ali celo za LED osvetlitev, če se najde kaj za zvijat. Mimogrede, ker ste tako moder izumitelj, imate idejo - ustvarite generator vibracij. Naše ceste omogočajo pridobivanje električne energije iz tresenja).

Juriru05
pred 8 meseci
Vse je zelo kompetentno. Edino magnetov iz trdih diskov ne bi uporabljal za generatorje. Dejstvo je, da ima 2 pola na ravnini in ne na različnih straneh, zato je napetost največja na robovih magneta in nič na sredini. Prednostno neodim magneti - tablete - bo prišlo do znatnega povečanja parametrov toka in EMF. Toda za prikaz delovanja generatorja je to normalno.

Najenostavnejši učinkovit generator z magneti

Če želite ustvariti preprost generator toka za LED, morate vzeti neodimove magnete, bakreno žico in LED žarnice. Neodim magnet lahko kupite v spletni trgovini.

Lahko pa kupite že pripravljen električni generator v kitajski spletni trgovini.

Prilepite CD na kvadratni blok. Na drugo ploščo z lepilom pritrdimo štiri neodimske magnete. Nato bomo naredili 5 tuljav in vsako od njih povezali z LED. Da bi to naredili, navijemo tuljavo izolirane bakrene žice. Konce tuljave očistimo z nožem. Konce tuljave povežemo z LED. Vseh 5 tuljav s pritrjenimi LED diodami bomo prilepili na CD.

Na sredino naprave postavite tuljavo šivalnega stroja. Na zadnjo stran diska z magneti prilepite zamašek iz tube zobne paste. Na drugo stran prilepite podložko. Sedaj namestimo disk na os, na kateri je že disk s koluti (na katerega je prilepljen kolut od šivalnega stroja). Razdalja med magneti in tuljavami mora biti čim manjša.

LED generator električne energije je pripravljen za uporabo. Vse kar ostane je, da ga zaženete v temni sobi, da vidite svetlobni učinek.

Prevod navodil avtorjev domačega izdelka. Za ta večkratni generator boste potrebovali 5 močnih neodimovih magnetov, 5 izoliranih tankih tuljav iz bakrene žice s 1000 obrati na minuto in 5 LED. Na leseno podlago postavite 5 modulov z vsako tuljavo, pritrjeno na eno LED. V sredini je navpična palica. Na tej palici se lahko vrti CD s 5 močnimi magneti. Razmik med magneti in tuljavami je približno 2-3 mm. Ko zavrtite CD, premikajoče se magnetno polje ustvari EMF in vse LED diode svetijo močno!

Beseda previdnosti: bele LED so sorazmerno drage, zato predlagam, da vključite majhen upor (1 do 10 ohmov) v serijo s katodo LED za omejitev in merjenje najvišjega toka. Med preskušanjem vezja lahko z osciloskopom ali detektorjem temenskih vrednosti izmerite padec napetosti na tem uporu, da vidite, ali je največji tok večji od vrednosti, ki jo priporoča proizvajalec LED. Na podlagi teh priporočil bomo za večjo zanesljivost poskušali doseči vršni tok, ki ni višji od polovice največjega.

Pregled

Kompakten stikalni pretvornik, ki lahko zagotovi dovolj napetosti za napajanje belih LED, je sestavljen iz minimalnega števila delov. Svetilka, ki jo bomo prejeli, je veliko bolj učinkovita v lumnskih urah na funt teže baterije kot žarnica z žarilno nitko. Poleg tega barvo sijaja določa emisija LED fosforja, tako da se barva sijaja praktično ne spremeni, tudi ko je baterija popolnoma izpraznjena. Posledično baterija zdrži dolgo časa. Ta je poceni in primeren za uporabo v svetilkah, zasilni razsvetljavi in drugih aplikacijah, ki zahtevajo, da se bele LED napajajo iz ene ali dveh primarnih baterij.

Shema

Ne bi moglo biti preprostejše sheme od te. Blokirni oscilator je sestavljen iz tranzistorja, upora 1 kOhm in induktorja. Ko pritisnete gumb za vklop, se tranzistor vklopi s tokom, ki teče skozi upor 1 kΩ. Napetost, ki se pojavi na odseku induktivnosti od središča do kolektorja tranzistorja, inducira napetost na uporu 1 kΩ, ki je lahko celo višja od napetosti baterije, s čimer zagotavlja pozitivno povratno informacijo. Če obstaja napetost med odcepom tuljave in kolektorjem tranzistorja, kolektorski tok nenehno narašča. Zaradi pozitivne povratne zveze ostane tranzistor v nasičenosti, dokler se nekaj ne zgodi z njegovim osnovnim tokom.

Na neki točki se padec napetosti na odseku induktivnosti od njegove sredine do kolektorja tranzistorja približa vrednosti napetosti baterije (pravzaprav napetost baterije minus napetost nasičenja kolektor-emiter tranzistorja). Od te točke naprej se v tuljavi ne inducira več napetost od odcepa do upora 1 kΩ, napetost na bazi pa začne padati in postane negativna ter tako pospeši izklop tranzistorja. Čeprav je tranzistor zdaj izklopljen, induktor ostaja vir toka in kolektorska napetost narašča.

Kolektorska napetost hitro postane dovolj visoka, da ustvari tok v LED, in teče, dokler se induktivnost ne izprazni. Kolektorska napetost nato začne "zvoniti", niha od ozemljitve do moči, vklopi tranzistor in začne nov cikel.

Induktivnost

Če načrtujete to vezje za nekomercialno uporabo, imate široko paleto možnosti oblikovanja induktorja. Velikost jedra, njegova prepustnost in nasičenost (fizične dimenzije, µ in Bs) določajo, koliko amperskih ovojev lahko zagotovi pred nasičenjem. Če se jedro nasiči hitreje, kot padec napetosti na odseku induktivnosti od pipa do kolektorja tranzistorja doseže napetost baterije, se bo vezje vseeno takoj preklopilo, ker nasičenost jedra naredi tuljavo kot upor in obstaja induktivna sklopitev med kolektorjem in bazo (stran z uporom 1 kΩ) polovice tuljave zelo močno padejo. To ima enak učinek kot približevanje padca napetosti na tuljavi napetosti baterije. Premer žice določa, koliko amperov proizvede vezje pred preklopom zaradi naraščajočega padca napetosti. Parametri jedra induktorja (predvsem fizične dimenzije in magnetna prepustnost) določajo, koliko mikrosekund se tuljava polni s kolektorskim tokom, ki se bo povečeval, dokler se tranzistor ne izklopi. Ti parametri tudi določajo, kako dolgo bo tok tekel skozi LED, medtem ko je tranzistor izklopljen. Skoraj vse značilnosti induktorja vplivajo na delovanje tega vezja.

To vezje sem izdelal z uporabo feritnih obročev premera nekaj milimetrov in toroidnih jeder s presekom do nekaj centimetrov (upoštevajte induktivnost na zarjavelem žeblju, opisanem spodaj).

Tukaj je na splošno razmerje med velikostjo jedra in značilnostmi induktorja:

Veliko jedro: enostavno navijanje, nizka preklopna frekvenca, povečana moč.
Majhno jedro: težko naviti, višja preklopna frekvenca, manjša moč.

Kako začeti. Vzemite jedro tuljave, po možnosti feritno, in navijte 20 zavojev. Naredite pipo v obliki kratke zanke žice, nato pa nadaljujte z navijanjem še 20 obratov. Povečanje števila obratov povzroči zmanjšanje delovne frekvence, zmanjšanje povzroči povečanje frekvence. Navil sem samo 10 ovojev s pipo iz sredine (5+5) in ta tuljava je delovala na frekvenci 200 kHz. Oglejte si spodaj opisano vezje, sestavljeno v vznožju žarnice, ki deluje pri frekvenci približno 200 kHz.

Izboljšano vezje

Ta shema je privlačna, ker vsebuje minimalno število elementov. LED napaja impulzni tok. Impulz se začne, ko napetost na LED doseže svojo direktno delovno napetost, ki je višja od napetosti baterije, kar ne vpliva na preklop tranzistorja. Pomanjkljivost je, da je razmerje med temenskim tokom in povprečnim tokom LED precej visoko, lahko je 3:1 ali 5:1, odvisno od parametrov vezja (predvsem induktivnost tuljave in napetost baterije). Če želite, da je LED svetlejša za določen najvišji tok, lahko dodate diodo in kondenzator, prikazana na spodnjem diagramu.

En kritik je predlagal dobro idejo: če je na voljo prostor, dodajte ločilni kondenzator med negativni pol akumulatorja in sredino induktorja. Nekatere baterije imajo visoko izhodno impedanco in ta kondenzator lahko poveča izhodni tok vezja. Kondenzator 10 uF bi moral zadostovati, če pa uporabljate tuljavo z zelo visoko induktivnostjo, je bolje, da povečate kapacitivnost.

Kam boste postavili vir energije?

Ker to vezje vsebuje malo elementov, sem naredil vse, vključno z induktorjem, uporom 1K, tranzistorjem 2N4401 (mimogrede v ohišju TO-92), usmerniško diodo, kondenzatorjem za čip in LED Nichia NSPW315BS skupaj z majhno kapljico lepila položite na dno peresne svetilke.

Uporaba LED namesto žarnice vam omogoča razvoj kompaktne svetilke. Zagotavlja dovolj svetlobe za sprehod po ulici v noči brez mesečine. Ocenil sem čas delovanja svetilke, ki porabi tok okoli 35 mA iz baterije 1,5 V. Izkazalo se je, da bi neprekinjeno delovala vsaj 30 ur. Precej dolgo je. Najdete lahko specifikacije za več alkalnih baterij Duracell.

Barva sijaja ostane dosledno modrikasto bela, tudi ko napetost akumulatorja pade.Če se s takšno napravo dobro ravna, bo zdržala zelo dolgo. Eno od teh svetilk, sestavljeno po zadnji prikazani shemi, sem imel 18 mesecev in sem jo uporabljal vsak večer. Baterijo sem zamenjal samo dvakrat. Če se kontakti na bateriji ne bi pokvarili zaradi korozije, ne bi vedel, da je čas za menjavo, saj je svetilka delovala odlično.

Nočna luč zarjavelega žeblja

Ta blokirna oscilatorska vezja delujejo bolje s feritnimi jedri, vendar jih je včasih težko najti. Nekateri bralci so izrazili zaskrbljenost glede proizvodnje induktorjev, kar je razumljivo, saj imajo induktorji za mnoge avro skrivnosti.

Zavezujem se, da bom dokazal, da z induktorji ni nič zapletenega in da so zelo pomembni. Nekega dne, ko sem čakal na avtovleko zaradi okvare avtomobila, sem ob cesti opazil zarjavel žebelj. Bil je dolg 6,5 cm in odločil sem se, da ga uporabim za jedro induktorja.

Iz dolgega kabla CAT-5 (Ethernet) sem potegnil zvit par ø0,5 mm polne bakrene žice. Ta žica je podobna tisti, ki se uporablja za namestitev telefonskih linij znotraj zgradb. Na žebelj sem navil 60 ovojev sukane parice v približno treh plasteh, nato pa povezal začetek enega prevodnika s koncem drugega prevodnika, tako da sem naredil 120-ovilni induktor, ki je bil odrezan od sredine.

Nanj sem povezal tranzistor 2N2222, upor 1 kOhm, baterijo AA 1,5 V in belo LED. Se ni nič zgodilo. Nato sem priključil kondenzator 0,0027 uF na upor 1 kOhm (bil je na namizju) in LED je oživela. Morda boste potrebovali kondenzator približno 0,001uF. LED lučka lepo sveti in vezje črpa 20 mA toka iz baterije AA. Signal na zaslonu osciloskopa je videti grozen, a glavno je, da se je vezje vzbudilo tudi na tem zarjavelem žeblju in povečalo začetnih 1,5 V elementa AA na več kot 3 V, kar je dovolj za žarenje LED.

Tisti, ki so seznanjeni z nekaterimi vidiki izbire jedra tuljave, bodo takoj opazili, da bodo vrtinčni tokovi ogromni, saj ima železo v primerjavi s feritom ali na primer zrakom majhen upor in da bodo verjetno še druge izgube. In bistvo ni v tem, da bi morali zmanjkati in kupiti žeblje za izdelavo LED svetilke, ampak da se je to vezje izkazalo za zelo delujoče. Če je za osvetlitev bele LED diode dovolj zarjavel žebelj in nekaj telefonske žice, potem tuljava ni problem. Torej, vzemite si odmor, pojdite in kupite feritno jedro in začnite delati na projektu.

Kje dobiti feritna jedra

Wolfgang Driehaus iz Nemčije je zapisal, da se feritna jedra uporabljajo v kompaktnih fluorescenčnih sijalkah in da jih je uspešno uporabil v napajalnih tokokrogih LED. Naslednji dan sem pogledal in videl, da je treba zamenjati nekatere luči.

Nekateri CFL-ji v moji hiši so pregoreli. Po nakupu novih sijalk in zamenjavi pregorelih sem šel v garažo razstavit eno luč. Prva težava je bila priti do elektronike v podnožju svetilke. V naslednjem pismu mi je Wolfgang povedal, da je mogoče žarnico svetilke odpreti in vezje odstraniti, ne da bi poškodovali steklo. Pazite, da ne razbijete steklenih cevi svetilke, saj vsebujejo strupeno živo srebro.

Želel sem se prepričati, ali mi bodo ta jedra uporabna, in odstranil sem navitja iz bučice in toroidne tuljave. Pri razstavljanju tuljave na jedru EE je ferit na več mestih počil, zato ga nisem uspel preizkusiti v svojem vezju.

Na jedro bučice sem navil 50 ovojev emajlirane žice ø0,2 mm, naredil sredinsko pipo in nato navil še 50 ovojev. Iz te tuljave sem sestavil napravo, tranzistor 2N4401, upor 330 Ohm, priključen na osnovo tranzistorja, in belo LED v skladu s shemo, ki je navedena na začetku članka. Ko sem priključil 1,5 V napajalnik, je LED močno utripala. To je potrdilo, da se tuljava s takim jedrom lahko uporablja v tem vezju.

Na toroidno jedro sem navil 10 ovojev žice ø0,4 mm, naredil pipo in navil še 10 ovojev. Ko sem tuljavo priključil na isto vezje (2N4401, 330 Ohm, bela LED) z 1,5-voltnim napajalnikom, sem videl, da LED sveti, čeprav ne tako močno kot pri prejšnji tuljavi, a navsezadnje le 20 obratov so bile navite na toroid.

Zdaj vemo, kje dobiti feritna jedra. Kompaktne fluorescenčne sijalke so cenovno zelo dostopne in se bodo sčasoma pokvarile in zahtevale zamenjavo.

Drugi bralec je opozoril, da so še en vir feritnih jeder računalniški periferni kabli. Kabli monitorjev, kabli tipkovnic in nekateri kabli USB imajo plastične odebelitve, ki dejansko vsebujejo feritna jedra. Če boste staro tipkovnico vrgli v smeti, zakaj ne bi najprej odrezali ferita?

Preberite konec

Lirični uvod

Ta članek bo obravnaval posodobitev svetilke na primeru naprave znanega podjetja Philips. Torej, kakšne slabosti bi lahko imel? Tako kot pri vseh žepnih svetilkah so opazili, da se je pri tej napravi močno zmanjšala svetlost žarnice z žarilno nitko, ko so bile baterije izpraznjene. In seveda nizka učinkovitost in življenjska doba. Kljub temu obstaja rešitev za te večne težave.

LED! Toda ali bo dovolj zamenjati le vir svetlobe? št. Večina svetilk uporablja zdaj že klasično vezje, v katerem sta zaporedno vezani dve 1,5-voltni bateriji. Toda napetost 3 voltov ni dovolj, da LED sveti močno, zato je vredno vključiti pretvornik v vezje. Pretvornik ima bolj stabilen izhodni tok, ko je lahko vhod 0,5 V ali manj. Kaj se zgodi s svetilko, če so njene baterije izpraznjene do te meje? Tako je, ne gre. Zato je pretvornik najuspešnejša poteza pri reševanju tega problema.

Pojavi se nov problem: kam ga postaviti? Navsezadnje v ohišju svetilke pogosto ni prostora. Če imate komponente odprtega okvirja, jih lahko označite neposredno v podnožju svetilke, kaj pa če ne? Moj članek vam bo pomagal ugotoviti to.

Oblikovanje vezja

Kot sem rekel, obstaja rešitev. Precej izvirna rešitev, se mi zdi.

Razmislite o vezju pretvornika:

Diagram prikazuje blokirni generator. Vzbujanje se doseže s transformatorsko sklopko na transformatorju T1. Napetostni impulzi, ki nastanejo v desnem (glede na tokokrog) navitju, se dodajo napetosti vira napajanja in se napajajo na LED VD1. Seveda bi bilo mogoče odstraniti kondenzator in upor v osnovnem vezju tranzistorja, vendar je pri uporabi blagovnih znamk baterij z nizkim notranjim uporom možna okvara VT1 in VD1. Upor nastavi način delovanja tranzistorja, kondenzator pa prepušča RF komponento.

Vezje je uporabilo tranzistor KT315 (kot najcenejši) in super-svetlo LED (kot najsvetlejšo). Pogovorimo se o transformatorju ločeno. Za izdelavo boste potrebovali feritni obroč (približne velikosti 10x6x3 in prepustnost približno 1000 HH). Premer žice je približno 0,2 mm. Na obroču sta naviti dve tuljavi po 20 ovojev. Če nimate obroča, lahko uporabite valj podobne prostornine in materiala. Za vsako tuljavo morate samo naviti 60-100 obratov. Pomembna točka: tuljave morate naviti v različnih smereh. V najslabšem primeru lahko uporabite žebelj, vendar velik žebelj in za eno tuljavo potrebujete približno 150 obratov, poleg tega je učinkovitost žeblja veliko nižja od učinkovitosti ferita.

Zdaj pa preidimo na prakso.

Vadite

Razmislite o fotografiji svetilke. To je potrebno za razumevanje pomena moje raziskave. Tukaj ni nič futurističnega, omenil bom le, da se stikalo nahaja v gumbu "nalivno pero", sivi valj pa je kovinski in prevaja tok.

Torej, prvi korak. Ustvarimo "telo" naprave.

Izdelamo cilinder po standardni velikosti baterije. Na primer, velikost baterij v moji svetilki je AAA. Lahko je izdelan iz papirja (kot sem jaz), ali pa uporabite kos katere koli toge cevi. Za lepljenje uporabljamo “gumijasto” lepilo, saj je dober dielektrik.

Na robovih valja naredimo luknje, ga ovijemo s kositranim vodnikom in v luknje napeljemo konce žice. Oba konca pritrdimo, vendar na enem koncu pustimo kos prevodnika, da lahko pretvornik povežemo s spiralo. (Matica, prikazana na sliki, še ni potrebna)

Zdaj pa se lotimo sestavljanja samega pretvornika. Nisem imel feritnega obroča (in se ne bi prilegal v svetilko), zato sem uporabil valj iz podobnega materiala.

Cilinder je bil odstranjen iz induktorja starega televizorja. Prva tuljava je previdno navita nanjo. Tuljave se držijo skupaj z lepilom. Imam približno 60 obratov. Nato drugi zaniha v nasprotno smer. Spet sem dobil 60 ali več; Vsekakor ga nisem štel - nisem ga mogel lepo naviti. Robove pritrdite z lepilom. Posušimo. Tuljavo lahko med sušenjem rahlo segrejemo. Položila sem jo na kos papirja na senčnik namizne svetilke. Naj se posuši. In gremo naprej.

Pretvornik sestavimo po diagramu:

Vse je nameščeno kot na sliki: tranzistor, kondenzator, upor itd. Pasivni in aktivni elementi so sestavljeni, spiralo spajkamo na valj, tuljavo. Tok v navitjih tuljave mora iti v različnih smereh! To pomeni, da če navijete vsa navitja v eno smer, potem zamenjajte vodnike enega od njih, sicer ne bo prišlo do generiranja.

Veseli smo, ker smo dobili naslednje:

Vse vstavimo notri, matice pa uporabimo kot stranske čepe in kontakte.

Na eno od matic spajkamo vodnike tuljave, na drugo pa oddajnik VT1. Prilepite ga. Označimo sklepe: kjer imamo izhod iz tuljav, postavimo "-", kjer izhod iz tranzistorja s tuljavo postavimo "+" (tako da je vse kot v bateriji).

Vse. Dobite nekaj podobnega temu, kar je prikazano na prejšnji sliki.

Zdaj morate narediti "lampodiodo". Iz rabljene žarnice vzamemo navaden podnožje in...

Ena točka: na podstavku mora biti minus LED. Sicer ne bo nič delovalo.

Obstajala je še ena rešitev problema. Seveda lahko neposredno ustvarite pretvorniški modul z LED v enem paketu. V tem primeru, kot ste verjetno že opazili, potrebujete le dva kontakta. To lahko storite tako. Toda v tej rešitvi LED diod ni mogoče enostavno zamenjati. Zakaj sprememba? Zelo preprosto je, saj lahko z ultravijolično LED diodo preverite pristnost bankovcev in še veliko več. Poleg tega menim, da je moj način reševanja problema bolj ergonomičen in zanimiv.

Montažna tehnika

Kot je razvidno iz slike, je pretvornik "nadomestek" za drugo baterijo. Toda za razliko od njega ima tri kontaktne točke: s plusom baterije, s plusom LED in skupnim telesom (skozi spiralo). Vendar je njegova lokacija v prostoru za baterije specifična: mora biti v stiku s pozitivnim polom LED. Preprosto povedano, zaporedja sestavljanja na sliki ni mogoče spremeniti. V nasprotnem primeru, kot ste morda uganili, naprava ne bo delovala.

Nadgrajena svetilka v akciji: