31-letnia lampa błyskowa LED do modeli latarni morskich itp.: 11 kroków (ze zdjęciami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:30

Modelowe latarnie morskie wzbudzają wielką fascynację i wielu właścicieli musi pomyśleć, jak fajnie by było, gdyby zamiast tam siedzieć, model rzeczywiście błysnął. Problem polega na tym, że modele latarni morskich mogą być małe z małą ilością miejsca na baterie i obwody, a tea-light pokazana na powyższym obrazku jest dobrym przykładem, gdzie jest tylko miejsce, aby wcisnąć baterię PP3 lub mały stos przycisku litowego komórki wraz z bardzo małą płytką drukowaną.

Internet obfituje w lampy błyskowe LED. Wiele z nich opiera się na chipie 555 i dlatego można się spodziewać, że pochłonie około 10 mA prądu, co spłaszczyłoby małą baterię w ciągu kilku dni. Po kilku przygodnych zabawach z komponentami na płytce stykowej natknąłem się na układ CMOS, który jest podstawą tego artykułu. Ten obwód jest 5000 razy lepszy niż 555 i zużywa 2 mikroampery, co oznacza, że alkaliczna bateria 9 V PP3 powinna wystarczyć na 31 lat, chociaż jest to nauka akademicka, ponieważ znacznie przekracza okres trwałości baterii. Stos ogniw litowych 3 X 2032, również o napięciu 9 woltów, wystarczy na 12 lat.

Aby osiągnąć ten wynik, łamane są pewne zasady, a profesjonaliści elektronicy uniosą brew, jeśli nie dwie.

Krok 1: Obwód podstawowy 1

Pomocne może być początkowo uruchomienie obwodu na płytce stykowej bez lutowania, a oprócz płytki prototypowej będziesz potrzebować:

1 X bramka CMOS CD4011 quad NOR. (Używamy IC jako poczwórnego falownika, więc CD 4001 również będzie działał.)

Rezystor 1X4.7 Meg Ohm. (W przypadku dłuższych czasów cyklu można użyć do 10 megaomów).

Rezystor 1X10 Ohm.

Kondensator elektrolityczny 1X1000 microFarad.

1X1 microFarad niepolarny kondensator elektrolityczny. (Można zastosować 1 kondensatory ceramiczne microFarad, ale są one nieco trudniejsze do zdobycia.)

2 X wysokowydajne białe diody LED.

2X2N7000 N kanałowy FET.

Kondensator elektrolityczny 1X4.7 microFarad (najlepiej tantal.)

Bateria 1X9 V, taka jak PP3.

Powyższy schemat przedstawia podstawowy obwód. CMOS CD 4011 ma wszystkie pary wejść bramek powiązanych ze sobą, dzięki czemu jest poczwórnym falownikiem. Dwie z bramek są okablowane jako astabilne z taktowaniem zdefiniowanym przez rezystor 4,7 megaomów i niepolarny kondensator elektrolityczny 1 mikroFarad, co daje czas cyklu od trzech do czterech sekund. Czas można łatwo podwoić przez dodanie kolejnego kondensatora 1 mikroFarada lub więcej równolegle, a rezystor 4,7 megaoma można zwiększyć do 10 megaomów, dzięki czemu możliwe są długie czasy cyklu. Pozostałe dwie bramki są okablowane jako falowniki zasilane z sekcji astabilnej, a ich wyjścia antyfazowe zasilają odpowiednie bramki 2N7000 FET, które są połączone szeregowo w poprzek linii zasilającej. Kiedy ostatni falownik na wyjściu łańcucha osiągnie wysoki poziom, poprzedni będzie niski, a górny 2N7000 ładuje kondensator 4,7 mikrofarada za pomocą jednej diody LED, która miga. Kiedy ostatni falownik w łańcuchu spada, dolny 2N7000 przewodzi, umożliwiając rozładowanie 4,7 mikrofarada przez drugą diodę LED, dając kolejny błysk. Stopień wyjściowy pobiera prąd zerowy poza czasem przejścia.

Rezystor 10 Ohm i kondensator 1000 mikrofaradów w linii zasilającej służą tylko do odsprzęgnięcia i nie są niezbędne, ale są bardzo przydatne na etapie testowania.

Elektroniczni puryści zwracają uwagę, że stopień wyjściowy nie jest dobrym projektem, ponieważ jakiekolwiek rozproszenie lub niepewność w punkcie, w którym przełączniki obwodów mogą spowodować, że oba 2N7000 zostaną włączone na krótko w tym samym czasie, co spowoduje zwarcie w zasilaczu. W praktyce stwierdzam, że tak się nie dzieje i pokazałoby się to w bieżącym zużyciu, patrz dalej.

Stwierdzono, że obwód, jak pokazano, zużywa średnio 270 mikroamperów, co jest godne uznania, ale zdecydowanie za wysokie jak na nasz cel.

Krok 2: Obwód podstawowy 2

Powyższe zdjęcie pokazuje obwód zmontowany na płytce stykowej bez lutowania.

Krok 3: Ulepszony obwód 1

Układ pokazany na powyższym schemacie wygląda prawie identycznie jak poprzedni. W tym przypadku dodanie tylko jednego komponentu powoduje transformację wydajności, która jest tak drastyczna, jak w przypadku prostych obwodów elektronicznych.

Szeregowo z zasilaniem układu CD4011 połączono rezystor 1 MegOhm. (Profesjonaliści w dziedzinie elektroniki powiedzą, że jest to coś, czego nigdy nie powinno się robić.) Obwód nadal działa, ALE średnie zużycie spada do około 2 mikroamperów, co odpowiada żywotności ogniwa alkalicznego PP3 o pojemności 550 mA godzin 31 lat. Co niewiarygodne, napięcie wyjściowe jest wciąż wystarczająco wysokie, aby niezawodnie przełączać tranzystory FET 2N7000.

Krok 4:

Powyższy obrazek pokazuje dodany rezystor zaznaczony na czerwono.

Pomiar średniego prądu pobieranego przez ten obwód jest trudnym zadaniem, ale szybki test polega na wyjęciu baterii i umożliwieniu obwodowi rozładowania się na ładunku w kondensatorze odsprzęgającym 1000 mikrofaradów, jeśli go zamontowałeś – obwód powinien działać przez pięć lub sześć minut przed zniknięciem jednego z błysków.

Odniosłem pewien sukces, wstawiając rezystor 100 Ohm plus superkondensator 3 Farad (zwróć uwagę na polaryzację) równolegle do linii zasilającej i pozwalając na osiągnięcie równowagi przez kilka godzin. Za pomocą miliwoltomierza można zmierzyć napięcie na rezystorze i obliczyć średni prąd za pomocą prawa Ohma.

Krok 5: Niektóre myśli na tym etapie

Popełniłem grzech główny polegający na umieszczeniu rezystora w linii zasilającej układu CMOS. Jednak układ scalony jest samodzielny i nie jest częścią łańcucha logicznego i sugerowałbym, że używamy tego pojedynczego układu scalonego po prostu jako zbioru komplementarnych tranzystorów CMOS. Możliwe, że mamy tutaj oscylator relaksacyjny o ultra niskiej mocy biednego człowieka.

Kondensator „kubełkowy”, który ładuje i rozładowuje się przez dwie diody LED, można zwiększyć, aby zapewnić jaśniejszy błysk, ale przy wartościach w setkach mikrofaradów rozsądnym środkiem ostrożności może być dodanie małego rezystora szeregowo z diodami LED, aby ograniczyć prąd szczytowy i Sugeruje się 47 lub 100 omów. Przy większych wartościach kondensatorów lampa błyskowa może stać się nieco „leniwa”, ponieważ ostatnia część ładunku kondensatora rozprasza się przez dolną diodę LED, chociaż można uznać, że zapewnia to bardziej realistyczne wrażenia z latarni morskiej. Pobór prądu wzrośnie oczywiście może nawet do dwudziestu lub trzydziestu mikroamperów.

Krok 6: Tworzenie trwałej wersji obwodu 1

Zrobiliśmy łatwą część, ale powinniśmy byli udowodnić, że obwód działa i może teraz zostać przydzielony do stałej formy, aby wejść do naszej latarni morskiej.

Będzie to wymagało podstawowych narzędzi elektronicznych i umiejętności montażu. Potrzebne komponenty będą zależeć od tego, jak zdecydujesz się wykonać tę część i jakie masz umiejętności. Pokażę kilka przykładów i podam dalsze sugestie.

Zdjęcie powyżej pokazuje małą, dwustronną płytkę PCB prototypu typu point-to-point. Są one dostępne w serwisie eBay w wielu rozmiarach, a ten jest jednym z najmniejszych. Pokazano również kwadrat zwykłej płytki drukowanej z przymocowanym przewodem, który utworzy jedno połączenie dla naszej baterii, która ma być stosem trzech litowych ogniw guzikowych. W przypadku tego typu płytki stwierdziłem, że nie jest możliwe zmostkowanie sąsiednich padów lutem, ponieważ lut spływa przez otwory - należy zmostkować drutem.

Krok 7: Tworzenie trwałej wersji obwodu 2

Na powyższym obrazku widzimy, że budowa jest już w toku. Należy zauważyć, że do pomiaru czasu użyto dwóch kondensatorów 1 microFarad, a trzy litowe ogniwa guzikowe 2025 są gotowe do umieszczenia między złączami końcowymi baterii.

Krok 8: Tworzenie trwałej wersji obwodu 3

Na powyższym zdjęciu widzimy gotowy artykuł gotowy do zainstalowania w latarni morskiej. Zauważ, że trzy ogniwa litowe zostały połączone szeregowo od dodatniego do ujemnego aż do górnego dodatniego, który jest połączony z kwadratem zwykłej płytki drukowanej przylutowanym do czerwonego przewodu. Stos komórek został następnie ściśle związany taśmą samowulkanizującą. Przykłady tej metody wytwarzania baterii z wielu ogniw guzikowych znajdziesz w innym miejscu na stronie Instructables.

Krok 9: Tworzenie trwałej wersji obwodu 4

Na powyższym zdjęciu widzimy kolejną wersję zmontowaną na stripboardzie, która jest nowoczesną wersją Veroboard. To jest w porządku, ale nowoczesna płyta nie wybacza błędów i nie wytrzyma wiele lutowania i rozlutowywania, zanim podniosą się miedziane paski, więc zrób to dobrze za pierwszym razem! Bateria jest alkaliczna PP3, która przy pojemności 450 mA daje raczej akademicką żywotność 31 lat.

Krok 10: Tworzenie trwałej wersji obwodu 5

W tym przypadku obwód stripboardowy plus bateria PP3 zostały owinięte w plastikowy materiał opakowaniowy i zaklinowane w świeczniku na tealighty, co pozwala na włożenie naszego zestawu do latarni morskiej.

W przypadku tak prostego obwodu można również wykonać własną płytkę drukowaną za pomocą długopisu do obwodów drukowanych, ale trzeba ją wytrawić, najlepiej nie w kuchni! Wreszcie mały arkusz zwykłej płytki drukowanej może być przedmiotem konstrukcji „dead bug”, która może dać najmniejszą i najsolidniejszą konstrukcję ze wszystkich przykładów.

Krok 11: Ostatnie myśli

Ten obwód jest tak tani w wykonaniu, że może być jednorazowego użytku. Może być tak mały, że można go włożyć do małego szklanego słoika, a nawet zatopić w żywicy lub wosku, jeśli diody LED pozostaną przezroczyste. W tak solidnej formie może istnieć wiele potencjalnych zastosowań. Sugerowałbym, że może to być cenny element bezpieczeństwa w jaskiniach, a zwłaszcza nurkowaniu jaskiniowym, gdzie wiele z nich może oświetlić wyjście z jaskini lub wnętrze krętego wraku. Mogły pozostać na miejscu przez lata.

Kondensator kubełkowy można zmniejszyć, obniżając zużycie energii do poziomu, w którym obwód może być napędzany przez baterię „stosu” różnych metalowych płytek przeplatanych podkładkami elektrolitu. Może to nawet doprowadzić do powstania zespołu, który mógłby zostać umieszczony w „kapsułce czasu”, który zostanie wykopany jakieś pięćdziesiąt lat później!