Το φλας LED 31 ετών για μοντέλο φάρων κ.λπ ..: 11 βήματα (με εικόνες)

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:35

Τα μοντέλα φάρων έχουν μια μεγάλη γοητεία και πολλοί ιδιοκτήτες πρέπει να σκεφτούν πόσο ωραίο θα ήταν αν, αντί να κάτσει μόνο εκεί, το μοντέλο πραγματικά έλαμψε. Το πρόβλημα είναι ότι τα μοντέλα φάρων είναι πιθανό να είναι μικρά με λίγο χώρο για μπαταρίες και κυκλώματα και το φως τσαγιού που φαίνεται στην παραπάνω εικόνα είναι ένα καλό παράδειγμα όπου υπάρχει μόνο χώρος για να πιέσετε μια μπαταρία PP3 ή μια μικρή στοίβα κουμπιού λιθίου κελιά μαζί με μια πολύ μικρή πλακέτα κυκλώματος.

Το διαδίκτυο είναι άφθονο με φλας LED. Πολλά βασίζονται στο τσιπ 555 και ως εκ τούτου μπορεί να αναμένεται να καταναλώσουν περίπου 10 mA ρεύματος που θα ισοπέδωσε μια μικρή μπαταρία μέσα σε λίγες ημέρες. Μετά από ένα απογοητευτικό παιχνίδι με εξαρτήματα σε μια σανίδα έπεσα πάνω στο κύκλωμα CMOS που αποτελεί τη βάση για αυτό το άρθρο. Αυτό το κύκλωμα είναι 5000 φορές καλύτερο από ένα 555 και καταναλώνει 2 μικροΑμπέρ, πράγμα που σημαίνει ότι μια αλκαλική μπαταρία 9 Volt PP3 θα πρέπει να διαρκέσει 31 χρόνια, αν και αυτό είναι ακαδημαϊκό καθώς είναι πολύ μεγαλύτερο από τη διάρκεια ζωής της μπαταρίας. Μια στοίβα 3 κυψελών λιθίου Χ 2032 που δίνουν επίσης 9 Volt θα διαρκέσει μόλις 12 χρόνια.

Για να επιτευχθεί αυτή η απόδοση, κάποιοι κανόνες παραβιάζονται και οι επαγγελματίες ηλεκτρονικών θα σηκώσουν το φρύδι τους, αν όχι δύο.

Βήμα 1: Το βασικό κύκλωμα 1

Μπορεί να είναι χρήσιμο να ξεκινήσει το κύκλωμα σε μια σανίδα χωρίς κόλλα και εκτός από το σανίδι ψωμιού θα χρειαστείτε:

1 Χ πύλη τετραπλού NOR CMOS CD4011. (Χρησιμοποιούμε το IC ως τετραπλό μετατροπέα, έτσι θα λειτουργήσει και ένα CD 4001.)

1 Χ αντίσταση 4,7 Meg Ohm. (Μπορούν να χρησιμοποιηθούν έως και 10 megOhm για μεγαλύτερους χρόνους κύκλου.)

Αντίσταση 1 X 10 Ohm.

Ηλεκτρολυτικός πυκνωτής 1 X 1000 microFarad.

Μη πολικός ηλεκτρολυτικός πυκνωτής 1 X 1 microFarad. (Μπορεί να χρησιμοποιηθεί 1 κεραμικός πυκνωτής microFarad, αλλά είναι λίγο πιο δύσκολο να προέλθει.)

2 Χ λευκά LED υψηλής απόδοσης.

2 X 2N7000 N κανάλι FET.

1 X 4,7 ηλεκτρολυτικός πυκνωτής 4,7 microFarad (το τατάλιο θα ήταν καλύτερο.)

Μπαταρία 1 X 9 Volt όπως ένα PP3.

Το παραπάνω σχήμα δείχνει το βασικό κύκλωμα. Ένα CMOS CD 4011 έχει όλα τα ζεύγη εισόδων πύλης δεμένα μεταξύ τους, καθιστώντας τον έναν τετραπλό μετατροπέα. Δύο από τις πύλες είναι καλωδιωμένες ως ασταθείς με τον χρόνο να ορίζεται από την αντίσταση 4,7 megOhm και τον μη πολικό ηλεκτρολυτικό πυκνωτή 1 microFarad με αποτέλεσμα έναν κύκλο τριών έως τεσσάρων δευτερολέπτων. Ο χρόνος μπορεί εύκολα να διπλασιαστεί με την προσθήκη ενός άλλου πυκνωτή 1 microFarad ή περισσότερου παράλληλα και η αντίσταση 4,7 megOhm μπορεί να αυξηθεί στα 10 megOhm, έτσι ώστε να είναι εφικτοί μεγάλοι χρόνοι κύκλου. Οι υπόλοιπες δύο πύλες είναι ενσύρματες ως μετατροπείς που τροφοδοτούνται από το άστατο τμήμα και οι αντιφασικές έξοδοι τους τροφοδοτούν τις αντίστοιχες πύλες των 2N7000 FET, οι οποίες είναι ενσύρματα σε σειρά κατά μήκος της γραμμής τροφοδοσίας. Όταν ο τελευταίος μετατροπέας στην έξοδο της αλυσίδας ανεβεί ψηλά, ο προηγούμενος θα είναι χαμηλός και ο κορυφαίος 2N7000 πραγματοποιεί φόρτιση του πυκνωτή 4,7 microFarad μέσω ενός LED που δίνει ένα φλας. Όταν ο τελευταίος μετατροπέας στην αλυσίδα πέσει χαμηλά τότε ο πυθμένας 2N7000 αγωγός επιτρέπει στο 4,7 microFarad να αποφορτιστεί μέσω του άλλου LED δίνοντας άλλο φλας. Το στάδιο εξόδου καταναλώνει μηδενικό ρεύμα εκτός των χρόνων μετάβασης.

Η αντίσταση 10 Ohm και ο πυκνωτής 1000 microfarad στη γραμμή τροφοδοσίας είναι μόνο για αποσύνδεση και δεν είναι ζωτικής σημασίας, αλλά είναι πολύ χρήσιμοι στο στάδιο της δοκιμής.

Οι ηλεκτρονικοί καθαριστές θα επισημάνουν ότι το στάδιο εξόδου δεν είναι καλός σχεδιασμός, διότι τυχόν διαρροή ή αβεβαιότητα στο σημείο όπου οι διακόπτες κυκλώματος θα μπορούσαν να έχουν ως αποτέλεσμα και τα δύο 2N7000 να ενεργοποιηθούν σύντομα ταυτόχρονα, με αποτέλεσμα βραχυκύκλωμα στην τροφοδοσία. Στην πράξη διαπιστώνω ότι αυτό δεν συμβαίνει και θα εμφανιζόταν στην τρέχουσα κατανάλωση, δείτε αργότερα.

Το κύκλωμα, όπως φαίνεται, διαπιστώθηκε ότι καταναλώνει κατά μέσο όρο 270 microAmps, το οποίο είναι αξιόπιστο αλλά πολύ υψηλό για τον σκοπό μας.

Βήμα 2: Το βασικό κύκλωμα 2

Η παραπάνω εικόνα δείχνει το κύκλωμα συναρμολογημένο σε μια σανίδα χωρίς κόλλα.

Βήμα 3: Το ενισχυμένο κύκλωμα 1

Το κύκλωμα που φαίνεται στο παραπάνω σχήμα φαίνεται να είναι σχεδόν πανομοιότυπο με το προηγούμενο. Εδώ η προσθήκη ενός μόνο συστατικού επιφέρει έναν μετασχηματισμό στην απόδοση που είναι τόσο δραστικός όσο θα μπορούσατε ποτέ να δείτε σε απλά ηλεκτρονικά κυκλώματα.

Μια αντίσταση 1 MegOhm έχει τοποθετηθεί σε σειρά με την παροχή στο CD4011 IC. (Οι επαγγελματίες της ηλεκτρονικής θα πουν ότι αυτό είναι κάτι που δεν πρέπει ποτέ να γίνει.) Το κύκλωμα συνεχίζει να λειτουργεί ΑΛΛΑ η μέση κατανάλωση πέφτει σε περίπου 2 μικροΑμπέρ, που ισοδυναμεί με ζωή 31 ετών για ένα αλκαλικό κύτταρο PP3 χωρητικότητας 550 mA ωρών. Απίστευτα, η τάση εξόδου είναι ακόμα αρκετά υψηλή για να αλλάξει αξιόπιστα τα 2N7000 FET.

Βήμα 4:

Η παραπάνω εικόνα δείχνει την πρόσθετη αντίσταση που χτυπάει με κόκκινο χρώμα.

Η μέτρηση του μέσου ρεύματος που αντλείται από αυτό το κύκλωμα είναι μια αποθαρρυντική εργασία, αλλά μια γρήγορη δοκιμή είναι να αφαιρέσετε την μπαταρία και να αφήσετε το κύκλωμα να τελειώσει με τη φόρτιση στον πυκνωτή αποσύνδεσης 1000 microFarad, αν τον έχετε τοποθετήσει-το κύκλωμα πρέπει να λειτουργεί για πέντε ή έξι λεπτά πριν σταματήσει ένα από τα φλας.

Είχα κάποια επιτυχία εισάγοντας έναν αντιστάτη 100 Ohm συν 3 υπερβολικούς πυκνωτές Farad, (παρατηρήστε την πολικότητα), παράλληλα στη γραμμή τροφοδοσίας και αφήνοντας αρκετές ώρες για να επιτευχθεί ισορροπία. Χρησιμοποιώντας ένα χιλιοστόμετρο, η τάση στην αντίσταση μπορεί να μετρηθεί και το μέσο ρεύμα να υπολογιστεί χρησιμοποιώντας το νόμο του Ohm.

Βήμα 5: Μερικές σκέψεις σε αυτό το στάδιο

Έχω διαπράξει το βασικό αμάρτημα της τοποθέτησης μιας αντίστασης στη γραμμή τροφοδοσίας ενός CMOS IC. Ωστόσο, το IC στέκεται μόνο του και δεν αποτελεί μέρος μιας λογικής αλυσίδας και θα πρότεινα ότι χρησιμοποιούμε αυτό το ενιαίο IC απλά ως μια συλλογή συμπληρωματικών τρανζίστορ CMOS. Μπορεί να έχουμε εδώ έναν ταλαντωτή χαλάρωσης εξαιρετικά χαμηλής ισχύος ενός φτωχού.

Ο πυκνωτής "κάδος" που φορτίζει και εκφορτίζεται μέσω των δύο LED μπορεί να αυξηθεί για να παρέχει ένα πιο φωτεινό φλας, αλλά με τιμές σε εκατοντάδες microFarads μπορεί να είναι μια σοφή προφύλαξη να προσθέσετε μια μικρή αντίσταση σε σειρά με τα LED για να περιορίσετε το ρεύμα αιχμής και Προτείνεται 47 ή 100 Ohms. Με μεγαλύτερες τιμές πυκνωτή, το φλας μπορεί να είναι λίγο «τεμπέλης» καθώς το τελευταίο μέρος της φόρτισης του πυκνωτή διαχέεται μέσω της κάτω λυχνίας LED, αν και μπορείτε να σκεφτείτε ότι παρέχει μια πιο ρεαλιστική εμπειρία φάρου. Η τρέχουσα κατανάλωση θα αυξηθεί φυσικά ίσως και σε είκοσι ή τριάντα μικροΑμπέρ.

Βήμα 6: Δημιουργία μόνιμης έκδοσης του κυκλώματός σας 1

Έχουμε κάνει το εύκολο μέρος, αλλά θα έπρεπε να είχαμε αποδείξει ότι το κύκλωμα λειτουργεί και τώρα μπορούμε να δεσμευτούμε σε μια μόνιμη μορφή για να μπούμε στον φάρο μας.

Αυτό θα απαιτήσει στοιχειώδη ηλεκτρονικά εργαλεία και δεξιότητες συναρμολόγησης. Τα συστατικά που απαιτούνται θα εξαρτηθούν από τον τρόπο που θα επιλέξετε να κάνετε αυτό το μέρος και τις δεξιότητες που έχετε. Θα δείξω μερικά παραδείγματα και θα δώσω περαιτέρω προτάσεις.

Η παραπάνω εικόνα δείχνει μια μικρή πλακέτα πρωτοτύπου PCB πρωτοτύπων διπλής όψεως από σημείο σε σημείο. Αυτά είναι διαθέσιμα στο EBay σε διάφορα μεγέθη και αυτό είναι ένα από τα μικρότερα. Επίσης εμφανίζεται ένα τετράγωνο απλής τυπωμένης πλακέτας κυκλώματος με ένα σύρμα συνδεδεμένο και αυτό θα σχηματίσει μία σύνδεση για την μπαταρία μας, η οποία θα είναι μια στοίβα τριών κυψελών κουμπιών λιθίου. Με αυτόν τον τύπο χαρτονιού διαπιστώνω ότι δεν είναι δυνατό να γεφυρώσετε γειτονικά μαξιλάρια με κόλληση καθώς η κόλλα κολλάει μέσα από τις τρύπες-πρέπει να γεφυρώσετε με σύρμα.

Βήμα 7: Δημιουργία μόνιμης έκδοσης του κυκλώματός σας 2

Στην παραπάνω εικόνα βλέπουμε ότι η κατασκευή βρίσκεται σε εξέλιξη. Σημειώστε ότι δύο πυκνωτές 1 microFarad χρησιμοποιήθηκαν για χρονισμό και τρεις κυψέλες κουμπιού λιθίου 2025 είναι έτοιμες να τοποθετηθούν μεταξύ των ακροδεκτών της μπαταρίας.

Βήμα 8: Δημιουργία μόνιμης έκδοσης του κυκλώματός σας 3

Στην παραπάνω εικόνα βλέπουμε το τελικό άρθρο έτοιμο για εγκατάσταση σε φάρο. Σημειώστε ότι οι τρεις κυψέλες λιθίου έχουν συνδεθεί σε σειρά θετικές προς αρνητικές έως το επάνω θετικό, το οποίο συνδέεται με το τετράγωνο της απλής πλακέτας PC που είναι κολλημένο στο κόκκινο μόλυβδο. Στη συνέχεια, η στοίβα των κυττάρων έχει συνδεθεί σφιχτά μαζί με αυτοκόλλητη ταινία. Θα βρείτε παραδείγματα αυτής της μεθόδου κατασκευής μπαταριών από πολλαπλές κυψέλες κουμπιών αλλού στην τοποθεσία Instructables.

Βήμα 9: Δημιουργία μόνιμης έκδοσης του κυκλώματός σας 4

Στην παραπάνω εικόνα βλέπουμε μια άλλη έκδοση συναρμολογημένη σε stripboard που είναι η σύγχρονη έκδοση του Veroboard. Αυτό είναι ωραίο, αλλά ο σύγχρονος πίνακας δεν συγχωρεί λάθη και δεν αντέχει πολύ να κολληθεί και να ξεκολλήσει πριν από την ανύψωση των ταινιών χαλκού, οπότε πάρτε το σωστά την πρώτη φορά! Η μπαταρία είναι ένα αλκαλικό PP3 το οποίο με χωρητικότητα 450 mA ώρες υπολογίζεται σε μια μάλλον ακαδημαϊκή διάρκεια ζωής 31 ετών.

Βήμα 10: Δημιουργία μόνιμης έκδοσης του κυκλώματός σας 5

Εδώ το κύκλωμα των λωρίδων και η μπαταρία PP3 έχουν κουκουλιωθεί σε πλαστικό υλικό συσκευασίας και έχουν σφηνωθεί στη θήκη του ρεσώ που επιτρέπει τη συναρμολόγηση του συγκροτήματός μας στο φάρο.

Για ένα απλό κύκλωμα όπως αυτό, μπορείτε επίσης να φτιάξετε τη δική σας πλακέτα τυπωμένου κυκλώματος με στυλό τυπωμένου κυκλώματος, αλλά πρέπει να μπορείτε να την χαράξετε, κατά προτίμηση όχι στην κουζίνα! Τέλος, ένα μικρό φύλλο απλής τυπωμένης πλακέτας κυκλώματος μπορεί να αποτελέσει το αντικείμενο της κατασκευής «νεκρού σφάλματος» που μπορεί να δώσει τη μικρότερη και πιο στιβαρή κατασκευή από όλα τα παραδείγματα.

Βήμα 11: Τελευταίες σκέψεις

Αυτό το κύκλωμα είναι τόσο φθηνό για να φτιαχτεί, ώστε να είναι μιας χρήσης. Μπορεί να γίνει τόσο μικρό ώστε να μπαίνει σε ένα μικρό γυάλινο βάζο και στη συνέχεια ακόμη και σε γλάστρες σε ρητίνη ή κερί αν τα LED παραμείνουν στο διάφανο. Σε μια τόσο στιβαρή μορφή μπορεί να υπάρχουν πολλές πιθανές χρήσεις. Θα πρότεινα ότι θα μπορούσε να είναι ένα πολύτιμο στοιχείο ασφάλειας στις σπηλιές και ιδιαίτερα στις καταδύσεις σπηλαίων όπου ορισμένα από αυτά θα μπορούσαν να φωτίσουν μια διέξοδο από μια σπηλιά ή από το εσωτερικό ενός στρεβλού ναυαγίου. Θα μπορούσαν να μείνουν στη θέση τους για χρόνια.

Ο πυκνωτής κάδου μπορεί να γίνει μικρότερος μειώνοντας την κατανάλωση ενέργειας σε ένα επίπεδο όπου το κύκλωμα θα μπορούσε να οδηγηθεί από μια μπαταρία «σωρού» από ανόμοιες μεταλλικές πλάκες διαπλεκόμενες με τακάκια ηλεκτρολυτών. Αυτό μπορεί ακόμη και να οδηγήσει σε ένα συγκρότημα που θα μπορούσε να τοποθετηθεί σε μια «χρονική κάψουλα» για να σκάψει περίπου πενήντα χρόνια αργότερα!