Weird Science

Joule thief

Naj­prost­sza prze­twor­nica

W prak­tyce elek­tro­nika ama­tora cza­sami zacho­dzi potrzeba pod­wyższe­nia napięcia. Jest to potrzebne, gdy niek­tóre z ele­men­tów wyma­gają do dzia­ła­nia napięcia wyższego niż napięcie zasi­la­nia. Taka sytu­a­cja występuje na przy­kład w momen­cie kiedy chcemy zasi­lić diodę LED jak naj­niższym napięciem, np. poje­dyn­czego ogniwa Lec­lan­che tj. 1,5V. Wtedy możemy wyko­rzy­stać układ "Joule thief". Pod tą enig­ma­tyczną nazwą (z ang. "zło­dziej dżuli" czyli ener­gii mie­rzo­nej wła­śnie w tych jed­nost­kach) kryje się mini­ma­li­styczny układ elek­tro­niczny pełn­iący rolę pro­stej prze­twor­nicy pod­wyższa­jącej napięcie.

Budowa

Do zbu­do­wa­nia prze­twor­nicy potrze­bu­jemy:

Toroid można pozy­skać z usz­ko­dzo­nych zasi­la­czy, star­szych kom­pu­te­ro­wych płyt głów­nych, lub ze sklepu elek­tro­nicz­nego. Trans­for­ma­tor naj­le­piej nawi­nąć bifi­lar­nie. Oba uzwo­je­nia zawie­rają taką samą ilość zwo­jów: kil­ka­na­ście, kil­ka­dzie­siąt. Ele­menty należy zesta­wić według sche­matu:

Ilustracja

Kropki na sche­ma­cie ozna­czają początki uzwo­jeń. Prze­twor­nicę można zbu­do­wać na nie­wiel­kim frag­men­cie płytki uni­wer­sal­nej:

Ilustracja:

Kliknij, aby powiększyć

Skoro zbu­do­wa­li­śmy już układ, to sprawdźmy jego dzia­ła­nie. Spróbujmy zasi­lić diodę LED napięciem 1,5V:

Ilustracja:

Kliknij, aby powiększyć

Dioda oczy­wi­ście nie świeci, ponie­waż napięcie prze­wo­dze­nia LEDów zawiera się między około 2V dla diod czer­wo­nych, a nawet ponad 3V dla bia­łych lub nie­bie­skich. Przy napięciach niższych diody LED nie będą świe­ciły.

Na pewno? Spróbujmy wyko­rzy­stać teraz zbu­do­wany przez nas układ i pod­łączmy do niego naszą diodę LED:

Ilustracja:

Kliknij, aby powiększyć

Dioda świeci! Nasza minia­tu­rowa prze­twor­nica pod­wyższyła więc napięcie do war­to­ści potrzeb­nej dla dzia­ła­nia diody LED. Ale w jaki spo­sób?

Wyja­śnie­nie

Joule thief jest gene­ra­to­rem o sprzęże­niu induk­cyj­nym; jest to roz­wiąza­nie podobne do sto­so­wa­nego daw­niej gene­ra­tora samo­dław­nego. Trudno okre­ślić dokład­nie często­tli­wość pracy gene­ra­tora, ponie­waż zależy ona od induk­cyj­no­ści zbu­do­wa­nego trans­for­ma­tora oraz pojem­no­ści roz­pro­szo­nych. Na pewno będzie ona sto­sun­kowo wysoka. Drga­nia w ukła­dzie będą miały ksz­tałt zbli­żony do pro­sto­kąt­nych z powodu sil­nego sprzęże­nia (jed­na­kowe ilo­ści zwo­jów w obu uzwo­je­niach trans­for­ma­tora), dzięki czemu tran­zy­stor będzie pra­co­wał wła­ści­wie jedy­nie w dwóch sta­nach: otwar­tym i zamk­niętym. Zmniej­sza to straty mocy na tran­zy­sto­rze. Szyb­kie zmiany war­to­ści natęże­nia prądu w obwo­dzie z induk­cyj­no­ścią spo­wo­dują indu­ko­wa­nie się w nim napięcia wyższego niż napięcie zasi­la­nia. Wła­śnie to napięcie zasila diodę LED. Układ pra­cuje także z pra­wie roz­ła­do­wa­nymi bate­riami, dzięki czemu pozwala na ich pra­wie całk­o­wite wyko­rzy­sta­nie.

Życzę miłej i pou­cza­jącej zabawy:)

Lite­ra­tura dodat­kowa:

Marek Ples

Aa