Если вы когда-нибудь захотите запитать светодиод от одной батарейки, то рано или поздно наткнетесь на схему под названием Joule Thief- вор джоулей.
Эта схема хороша многим: малым количеством деталей, можно использовать севшую батарейку, собранная конструкция получается компактной и будет работать от батареи с напряжением всего 0.6В. Классическую схему этого устройства можно посмотреть в Википедии. Есть много вариантов этой схемы, попыток ее оптимизации. я покажу вам с один из вариантов этой конструкции, который позволит зажечь два 3-х ваттных светодиода включенных последовательно. Все было собрано быстро. С учетом перемотки дросселя, времени ушло 20 минут.
Что понадобится для сборки:
Паяльник, не много припоя и проводов. Батарейка на 1.5В и меньше, твердые руки.
Транзистор. Я использовал КТ630,
максимальная рабочая частота у него большая, ток коллектора выше, чем у рекомендуемых в стандартных схемах. В принципе можно любой NPN транзистор c коэффициентом усиления не менее 150, к примеру, 2SC1815. Один переменный резистор на 10 кОм.
Один электролитический конденсатор 47 мкФ на 25В. Конденсатор большей емкости дольше заряжается и снижает яркость свечения. Один любой диод с обратным напряжением не меньше 100 В, т.к. без нагрузки конденсатор заряжается до 30-45В.
Один конденсатор 0.01 мкФ. Два 3-х ваттных светодиода, включенных последовательно. Закрепленных на радиаторе от компьютерного процессора.
Один дроссель групповой стабилизации от компьютерного БП.
Можно использовать любое ферритовое кольцо, которое окажется под рукой. Я использовал дроссель от БП, просто потому, что он был. Количество витков не считал, просто смотал весь провод с кольца (там два провода разно сечения) и намотал его снова, бифилярно.
Обмотку, намотанную проводом меньшего сечения, включил в цепь базы транзистора. Соответственно, вторую обмотку включил в цепь коллектора. Важно, чтобы начало одной обмотки соединялось с концом другой, как показано на схеме. можно намотать на ферритовом стержне обмотку с отводом от нужного количества витков, или вообще, сделать катушку без сердечника.
В отличии от стандартной схемы, здесь, нагрузка подключается между базой и коллектором. Кпд схемы зависит от конденсатора, который включен в параллель с нагрузкой. Такая схема включения нагрузки сделана в попытке использовать ОЭДС,возникающую в катушке L2.
На видео видно, что при замыкании резистора R1 яркость свечения увеличивается.
Многие видели миниатюрные карманные фонарики, работающие от одной батарейки 1,5 вольта. Теоретически этого напряжения не хватит для того, чтобы засветить белый светодиод. Значит под корпусом скрыто какое-то устройство, повышающее напряжение до нужного уровня. Это устройство можно сделать своими руками в течение получаса, используя недорогие и доступные детали. О том, как светодиод подключить к батарейке 1,5В во всех деталях расскажет эта статья.
Схема и принцип её работы
Схема питания светодиода от батарейки на 1,5В представлена на рисунке. Основные функциональные элементы – однокаскадный транзисторный усилитель и импульсный трансформатор, за счет которого достигается глубокая положительная обратная связь. Ток базы транзистора ограничивается резистором R1, а для оптимизации выходных параметров установлен диод VD1 и конденсатор С1, о которых будет сказано немного позже.
Схема питания светодиода от одной батарейки работает по принципу блокинг-генератора. Формирование импульсов осуществляется за счет отпирания транзистора и перехода его в режим насыщения при помощи положительной обратной связи. Выход из насыщения происходит за счет уменьшения тока базы. Транзистор закрывается, и энергия трансформатора сбрасывается в нагрузку. В результате светодиод вспыхивает на короткий промежуток времени.
Теперь более детально рассмотрим работу схемы, представленной на рисунке. Известно, что ток в катушке индуктивности не может измениться мгновенно. Сначала, в момент подачи напряжения от батарейки транзистор находится в закрытом состоянии. Постепенное нарастание тока в коллекторной, а затем и в базовой обмотке, приводит к плавному отпиранию транзистора. Это приводит к росту тока коллектора, который протекает и через коллекторную обмотку. Данное увеличение тока трансформируется в базовую обмотку и ещё больше увеличивает ток базы.
В результате такого лавинообразного процесса в транзистор входит насыщение. В режиме насыщения коллекторный ток перестаёт нарастать, а значит, напряжение на базовой обмотке станет равным нулю. Это приведёт к снижению тока базы и выходу транзистора из насыщения. Напряжение на базовой обмотке меняет полярность, что способствует практически мгновенному запиранию транзистора. В результате вся накопленная энергия устремляется в нагрузку. Светодиод вспыхивает и пропускает через себя ток, который уменьшается от значения тока коллектора до нуля. На этом временном интервале в трансформаторе происходит обратный блокинг-процесс, который приводит к очередному отпиранию транзистора. Далее цикл повторяется.
Схема работает на частоте в несколько десятков килогерц. Поэтому тысячи вспышек в секунду воспринимаются человеческим глазом как постоянное свечение. Но схему можно немного доработать, исключив провалы тока через светодиод до нуля, и добавив в неё сглаживающий конденсатор и диод. Конденсатор С1 соединяют параллельно светодиоду, соблюдая полярность, а диод VD1 – последовательно, в цепь протекания тока нагрузки. VD1 предотвращает разряд конденсатора на открытый транзистор.
Подключение светодиода к батарейке, согласно данной схеме, требует соблюдения одного правила: нельзя включать собранное устройство без нагрузки (может сгореть транзистор).
Расчет и детали сборки
Все радиодетали, необходимые для практической реализации, стоят недорого или имеются в запасах радиолюбителей. Исключение составляет трансформатор, над которым придётся немного поработать.
Трансформатор изготавливается своими руками из ферритового кольца, демонтированного из неисправной компактной люминесцентной лампы или импульсного блока питания. Внешний диаметр кольца составляет около 10 мм с возможным допуском в обе стороны. Для намотки используются два одножильных провода одинаковой длины сечением 0,5 мм 2 . Идеально подходит витая пара, применяемая в сетевом LAN подключении.
Оба провода (желательно разных цветов) складывают друг к другу и наматывают на кольцо, укладывая витки по окружности. Всего должно получиться 20 витков. При этом начала проводов выходят с одной стороны, а концы – с другой. После этого начало провода одного цвета соединяют с концом провода другого цвета и подключают их к плюсу батарейки. Два оставшихся конца соединяют с коллектором транзистора и резистором.
Транзистор выбирают исходя из наибольшего тока коллектора с двойным запасом, чтобы избежать перегрева. В данном случае подойдёт КТ315В или КТ3102А. Вместо них можно установить импортный BC547А с параметрами:
- максимальный ток коллектора – 100 мА;
- максимальное напряжение коллектор-эмиттер – 45В;
- коэффициент усиления h 21Э – 100-220.
Желательно выбрать транзистор со значением h 21Э близким к 100.
Задавшись наибольшим рабочим током коллектора 25 мА, можно рассчитать ток базы: I Б =I K / h 21Э =25/100=0,25 мА.
Теоретически сопротивление резистора R1 можно рассчитать по формуле: R1=(U БАТ -U БЭ)/I Б =(1,5-0,6)/0,00025=3600 Ом.
Однако на практике достаточно резистора номиналом 1кОм, так как в расчете не учитывается входное сопротивление источника питания и высокочастотный режим работы и ток намагничивания, который является балластной составляющей тока коллектора. Также следует учесть, что по мере снижения ЭДС батарейки резистор с меньшим сопротивлением окажется более эффективным. С резистором 1кОм-0,125Вт±5% амплитудное значение тока светодиода не превышает 26 мА.
Схему можно питать не только от батарейки 1,5В, но и от пальчикового аккумулятора 1,2В.
Диод VD1 в данном случае должен обладать малым падением напряжения в открытом состоянии. Для этой цели подойдут диоды Шоттки типа 1N5817-1N5819, у которых падение напряжения на малых токах составляет 0,2-0,4В. Конденсатор C1 – электролитический на 10 мкФ-6,3В. Этой ёмкости достаточно, чтобы сгладить пульсации тока на светодиоде.
Во время работы батарейка теряет ёмкость, и напряжение на её выводах снижается. При этом светодиод будет продолжать светиться, пока соблюдается условие: U БАТ >U БЭ (в среднем 0,6В). Таким образом, схема питания светодиода от одной батарейки позволяет с максимальной эффективностью использовать пальчиковую батарейку.
Печатная плата
Печатную плату простейшего блокинг-генератора можно скачать . Это односторонняя плата размером 10 на 20 мм, которая легко помещается в корпусе фонарика. Готовую плату с деталями и проводками к светодиоду желательно поместить в термотрубку и разместить рядом с батарейкой. Если применить smd транзистор и резистор, исключив диод с конденсатором, то можно сделать плату ещё меньшего размера для самого маленького фонарика.
Послесловие
Рассмотренное схемотехническое решение эффективно в случае включения 1-3 светодиодов любого цвета с максимальным током до 30 мА. Чтобы запитать более мощный светодиод от одной батарейки, потребуется внести некоторые коррективы. В приведенной схеме можно снизить сопротивление резистора, тем самым увеличив амплитуду тока коллектора (но не более максимального паспортного значения).
Для подключения светодиода 1W придётся все детали схемы заменить на более мощные: трансформатор с сердечником большего размера и транзистор с током коллектора не менее 500 мА. Во время наладки схемы для фонаря на одной батарейке нужно пользоваться осциллографом, чтобы проконтролировать ток светодиода.
В интернете можно найти много схем подключения светодиода к батарейке. При этом авторы не стесняются демонстрировать фото своих измерений, где ток в нагрузке превышает допустимое значение для маломощного светодиода (30 мА). Почему же светодиод не перегорает? Дело в том, что большая часть мультиметров измеряет переменное напряжение и ток только в диапазоне 40-400 Гц и об этом сказано в инструкции. Но многие радиолюбители не знают этого нюанса. Естественно мультиметр не может измерить ток светодиода, пульсирующий с частотой десятки кГц, и отображает на экране случайное число.
Читайте так же
Итак имеем радиоприемник Panasonic RF-800UEE-K, обо всех его достоинствах и недостатках полно информации в интернете. Из плюсов отмечу очень хорошее качество тюнера, деревянный(фанерный) корпус, достойное качество звука для этого сегмента приемников. Разбирается очень легко, никаких защелок, пять винтов на задней панели и еще двумя винтами прикручена передняя панель к фанерному корпусу.
Из недостаков можно отметить моно-звук, отсутствие нормальных басов. Но зато есть вход и выход, кому не хватает басов можно подключить его на внешние колонки.
Приемник настолько удачный что, для того чтобы не залезть этим аппаратом в класс мультимедиа-центров производитель урезал часть функционала MP3 плеера, и не стал устанавливать подсветку шкалы приемника, хотя судя по конфигурации передней панели она там предполагалась. Корпус склеен из пресованной стружки и достаточно рыхлый, но это легко исправить.
Проклеиваем все швы столярным ПВА с "горкой" до полного высыхания.
Затем пропитываем торцы и внутренности полиуретановым лаком, он очень хорошо внитывается поэтому придется положить три-четыре обильных слоя.
После высыхания корпус натягивается и начинат "звучать" как передняя дека гитары:-)
Промеряем посадочное место для установки света, в нашем случае это панелька длиной 90 и шириной 7 мм.
Режем фольгированный текстолит на панельки нужного размера.
Питание приемника осуществляется напряжением 6В, для подсветки я хочу попробовать ораньжевые и желтые светодиоды с прямым напряжением 2.1В. Буду ставить их парами, избыток напряжения при такой схеме будет составлять 1.8В, его мы осадим на резисторе. Номинал резистора расчитывается по закону Ома R=U/I. В нашем случае U=1.8 В, а ток I=20 mA (предельно допустимый прямой ток для данного типа светодиодов), получается что при R=90 Ом все должно работать, но мы пойдем дальше и ограничим ток до 10-9mA, при этом значительного уменьшения яркости не происходит. Получаем R=220 Ом. Расчет можно произвести по ссылке приведенной внизу этого поста.
Собираю две планки желтого и ораньжевого цвета на разных типах светодиодов. Для того чтобы не городить сопли использую одну сторону фальгированного текстолита как минус, другую как плюс.
Более насыщенное свечение дали SMD светодиоды оранжевого цвета.
Эта планка и пошла в дело. Клею на двухсторонний скотч, при этом светодиоды светят строго в торец шкалы, там имеется технологическая щель.
Волшебная шкала.
Плюс выводим на ручку включения (регулировки громкости)
Минус на центральную жилу разъема питания. При такой схеме включения подсветка будет работать только при работе от внешнего блока питания, в режиме работы от батареек она светить не будет экономя батарейки. Думаю производитель специально разязал две цепи питания через диод.
Ремонт и модернизация очередного «VEF 202» закончены.
Такой свиньей он был. Выпущен в октябре 1975-го года. Мой любимый вариант оформления шкалы.
Очень интересно, что со внутренней стороны лицевой панели фактура пластика выглядит не так, как в других моих «202-х», да и наблюдается полным-полно лишних отверстий. Скорее всего, это было сделано для уменьшения материалоемкости и веса, ведь запас по прочности у конструкции приличный. В приемнике 1976-го года выпуска с предыдущим вариантом шкалы (см. ) этих отверстий уже нет (или еще нет, если дополнительные отверстия предназначались только для этого «красного» варианта шкалы).
А это — корпус приемника с «красной» шкалой выпуска 1977-го года. И тоже с отверстиями…
В принципе, особо добавить к статье о ремонте «202-х» нечего. Вход звука на этот раз я сделал не на магнитофонном гнезде, а непосредственно завел провода к контактам на плате. Пожалуй, так удобнее. В очередной раз убедился в бесперспективности ремонта телескопических антенн без знаний и оборудования. В моей самое верхнее звено чуть выходило за границы предыдущего, и при максимальном вылете было видно латунные фиксирующие лепестки. Немного пообжав верхнюю часть звена круглогубцами, я, ничего, по сути, и не добившись, оставил антенну в покое. Держится — и ладно.
В качестве эксперимента этому «ВЭФу», подобно моей «Спидоле 232», была установлена светодиодная подсветка шкалы. В оригинале у «ВЭФа» включатель подсветки моностабильный нормально разомкнутый, то есть ток идет только тогда, когда к контактной группе приложена внешняя сила — палец давит на кнопку. А мне хотелось бистабильный вариант: захотел — включил и ушел, захотел — выключил. Светодиоды потребляют мало мощности, так что можно и ночник из приемника сделать.
Для этого нужна и кнопка соответствующая. Данная вытащена из китайского батареечного фонарика, но легко может быть найдена в радиомагазинах или других не очень нужных устройствах. Кнопку пришлось доработать, наклеив ей на заднюю часть кусочек пластмассы, чтобы она, когда становится в нишу напротив родного выключателя, упиралась задом в стеночку (будете делать — поймете сами). Кнопка приклеивается на свое место суперклеем с содой.
Родные пружинные контакты остаются на месте, а красный кулачок, на который давит шток «внешней» кнопки, в свою очередь теперь нажимает новую кнопку, зеленую. Пришлось немного поработать, подгоняя глубину посадки переключателя в нише — подпиливая его наклеенную заднюю часть. Если будет сильно выступать — то при полностью собранном корпусе переключений не будет происходить, а при слишком глубокой посадке «внешнюю» кнопку придется сильно вдавливать. Вся сложность — как раз в поиске оптимального свободного хода.
Светодиодная лента (200 мм) лучше всего клеится в это место, на бортик под верхней хромированной планкой. Моя лента — в силиконе, другой не было. При установке шасси она немного мешает стрелке указателя — та прогибается (на тросе) и трется об ленту. Решение не найдено, да и особо и не хотелось. С «ВЭФ-Спидола 232» таких проблем нет, в ней места предостаточно. Понадеюсь на «авось». Да и такой «тормоз» даже немного помогает при точной настройке на станцию.
Кое-какие металлизированные участки шкалы пришлось заклеить фольгой (есть такая фольга-самоклейка), чтобы не просвечивали маленькие точечки (шутка ли — тридцать девять лет приемнику в этом году!). Кусочками резины от велокамеры пришлось заклеивать и лишние отверстия в корпусе, расположенные в области решетки.
Лента подключается через подстроечный резистор 1 кОм (синий параллелепипед) для однократной регулировки яркости: чтобы и ночью особо не слепила, и чтобы приятно выглядела. Подсветка теперь может гореть и при выключенном приемнике — лента подсоединена параллельно источнику питания.
Доступность и относительно невысокие цены на сверхъяркие светодиоды (LED) позволяют использовать их в различных любительских устройствах. Начинающие радиолюбители, впервые применяющие LED в своих конструкциях, часто задаются вопросом, как подключить светодиод к батарейке? Прочтя этот материал, читатель узнает, как зажечь светодиод практически от любой батарейки, какие схемы подключения LED можно использовать в том или ином случае, как выполнить расчет элементов схемы.
К каким батарейкам можно подключать светодиод?
В принципе, просто зажечь светодиод, можно от любой батарейки. Разработанные радиолюбителями и профессионалами электронные схемы позволяют успешно справиться с этой задачей. Другое дело, сколько времени будет непрерывно работать схема с конкретным светодиодом (светодиодами) и конкретной батарейкой или батарейками.
Для оценки этого времени следует знать, что одной из основных характеристик любых батарей, будь то химический элемент или аккумулятор, является емкость. Емкость батареи – С выражается в ампер-часах. Например, емкость распространенных пальчиковых батареек формата ААА, в зависимости от типа и производителя, может составлять от 0.5 до 2.5 ампер-часов. В свою очередь светоизлучающие диоды характеризуются рабочим током, который может составлять десятки и сотни миллиампер. Таким образом, приблизительно рассчитать, на сколько хватит батареи, можно по формуле:
T= (C*U бат)/(U раб. led *I раб. led)
В данной формуле в числителе стоит работа, которую может совершить батарея, а в знаменателе мощность, которую потребляет светоизлучающий диод. Формула не учитывает КПД конкретно схемы и того факта, что полностью использовать всю емкость батареи крайне проблематично.
При конструировании приборов с батарейным питанием обычно стараются, чтобы их ток потребления не превышал 10 – 30% емкости батареи. Руководствуясь этим соображением и приведенной выше формулой можно оценить сколько нужно батареек данной емкости для питания того или иного светодиода.
Как подключить от пальчиковой батарейки АА 1,5В
К сожалению, не существует простого способа запитать светодиод от одной пальчиковой батарейки. Дело в том, что рабочее напряжение светоизлучающих диодов обычно превышает 1.5 В. Для эта величина лежит в диапазоне 3.2 – 3.4В. Поэтому для питания светодиода от одной батарейки потребуется собрать преобразователь напряжения. Ниже приведена схема простого преобразователя напряжения на двух транзисторах с помощью которого можно питать 1 – 2 сверхъярких LED с рабочим током 20 миллиампер.
Данный преобразователь представляет собой блокинг-генератор, собранный на транзисторе VT2, трансформаторе Т1 и резисторе R1. Блокинг-генератор вырабатывает импульсы напряжения, которые в несколько раз превышают напряжение источника питания. Диод VD1 выпрямляет эти импульсы. Дроссель L1, конденсаторы C2 и С3 являются элементами сглаживающего фильтра.
Транзистор VT1, резистор R2 и стабилитрон VD2 являются элементами стабилизатора напряжения. Когда напряжение на конденсаторе С2 превысит 3.3 В, стабилитрон открывается и на резисторе R2 создается падение напряжения. Одновременно откроется первый транзистор и запирет VT2, блокинг-генератор прекратит работу. Тем самым достигается стабилизация выходного напряжения преобразователя на уровне 3.3 В.
В качестве VD1 лучше использовать диоды Шоттки, которые имеют малое падение напряжения в открытом состоянии.
Трансформатор Т1 можно намотать на кольце из феррита марки 2000НН. Диаметр кольца может быть 7 – 15 мм. В качестве сердечника можно использовать кольца от преобразователей энергосберегающих лампочек, катушек фильтров компьютерных блоков питания и т. д. Обмотки выполняют эмалированным проводом диаметром 0.3 мм по 25 витков каждая.
Данную схему можно безболезненно упростить, исключив элементы стабилизации. В принципе схема может обойтись и без дросселя и одного из конденсаторов С2 или С3 . Упрощенную схему может собрать своими руками даже начинающий радиолюбитель.
Cхема хороша еще тем, что будет непрерывно работать, пока напряжение источника питания не снизится до 0.8 В.
Как подключить от 3В батарейки
Подключить сверхъяркий светодиод к батарее 3 В можно не используя никаких дополнительных деталей. Так как рабочее напряжение светодиода несколько больше 3 В, то светодиод будет светить не в полную силу. Иногда это может быть даже полезным. Например, используя светодиод с выключателем и дисковый аккумулятор на 3 В (в народе называемая таблеткой), применяемый в материнских платах компьютера, можно сделать небольшой брелок-фонарик. Такой миниатюрный фонарик может пригодиться в разных ситуациях.
От такой батарейки — таблетки на 3 Вольта можно запитать светодиод
Используя пару батареек 1.5 В и покупной или самодельный преобразователь для питания одного или нескольких LED, можно изготовить более серьезную конструкцию. Схема одного из подобных преобразователей (бустеров) изображена на рисунке.
Бустер на основе микросхемы LM3410 и нескольких навесных элементов имеет следующие характеристики:
- входное напряжение 2.7 – 5.5 В.
- максимальный выходной ток до 2.4 А.
- количество подключаемых LED от 1 до 5.
- частота преобразования от 0.8 до 1.6 МГц.
Выходной ток преобразователя можно регулировать, изменяя сопротивление измерительного резистора R1. Несмотря на то, что из технической документации следует, что микросхема рассчитана на подключение 5-ти светодиодов, на самом деле к ней можно подключать и 6. Это обусловлено тем, что максимальное выходное напряжение чипа 24 В. Еще LM3410 позволяет свечения светодиодов (диммирование). Для этих целей служит четвертый вывод микросхемы (DIMM). Диммирование можно осуществлять, изменяя входной ток этого вывода.
Как подключить от 9В батарейки Крона
«Крона» имеет относительно небольшую емкость и не очень подходит для питания мощных светодиодов. Максимальный ток такой батареи не должен превышать 30 – 40 мА. Поэтому к ней лучше подключить 3 последовательно соединенных светоизлучающих диода с рабочим током 20 мА. Они, как и в случае подключения к батарейке 3 вольта не будут светить в полную силу, но зато, батарея прослужит дольше.
Схема питания от батарейки крона
В одном материале трудно осветить все многообразие способов подключения светодиодов к батареям с различным напряжением и емкостью. Мы постарались рассказать о самых надежных и простых конструкциях. Надеемся, что этот материал будет полезен как начинающим, так и более опытным радиолюбителям.
