Блокинг – генератор представляет собой генератор кратковременных импульсов повторяющихся через довольно большие промежутки времени.
Одним из достоинств блокинг - генераторов являются сравнительная простота, возможность подключения нагрузки через трансформатор, высокий КПД, подключения достаточно мощной нагрузки.
Блокинг-генераторы очень часто используются в радиолюбительских схемах. Но мы будем запускать от этого генератора светодиод.
Очень часто в походе, на рыбалке или охоте нужен фонарик. Но не всегда под рукой есть аккумулятор или батарейки 3В. Данная схема может запустить светодиод на полную мощность от почти разряженной батарейки.
Немного о схеме. Детали: транзистор можно использовать любой (n-p-n или p-n-p) в моей схеме КТ315Г.
Резистор нужно подбирать, но об этом потом.
Кольцо ферритовое не очень большое.
И диод высокочастотный с низким падением напряжения.
Итак, убирался я в ящике в столе и нашел старый фонарик с лампочкой накаливания, конечно же, сгоревшей, а недавно видел схему этого генератора.
И решил я спаять схему и засунуть в фонарик.
Ну-с приступим:
Для начала соберем по этой схеме.
Берем ферритовое кольцо (я вытащил из балласта люминесцентной лампы) И мотаем 10 витков проводом 0,5-0,3мм (можно и тоньше, но не удобно будет). Намотали, делаем петельку, ну или отвод, и мотаем еще 10 витков.
Теперь берем транзистор КТ315, светодиод и наш трансформатор. Собираем по схеме (см. выше). Я поставил еще конденсатор параллельно с диодом, так ярче светилось.
Вот и собрали. Если светодиод не горит, поменяете полярность батарейки. Все равно не горит, проверьте правильность подключения светодиода и транзистора. Если все правильно и все равно не горит, значит не правильно намотан трансформатор. Если честно у меня тоже схема завелась далеко не с первого раза.
Теперь дополняем схему остальными деталями.
Поставив диод VD1 и конденсатор С1 светодиод засветится ярче.
Последний этап - подборка резистора. Вместо постоянного резистора ставим переменный на 1,5кОма. И начинаем крутить. Нужно найти то место где светодиод светит ярче, при этом надо найти место где если увеличить сопротивление хоть чуть-чуть светодиод гаснет. В моем случае это 471Ом.
Ну ладно, теперь ближе к делу))
Разбираем фонарик
Вырезаем из одностороннего тонкого стеклотекстолита кружок под размер трубки фонарика.
Теперь идем и ищем детали нужных номиналов размером несколько миллиметров. Транзистор КТ315
Теперь размечаем плату и разрезаем фольгу канцелярским ножом.
Лудим плату
Исправляем косяки, если таковы имеются.
Теперь чтобы паять плату нам нужно специальное жало, если нет - не беда. Берем проволоку 1-1,5мм толщиной. Тщательно зачищаем.
Теперь наматываем на имеющийся паяльник. Конец проволоки можно заострить и залудить.
Ну-с приступим припаивать детали.
Можно воспользоваться лупой.
Ну, вроде все припаяли, кроме конденсатора, светодиода и трансформатора.
Теперь тест-запуск. Все эти детали (не припаивая) прицепляем на «сопли»
Ура!! Получилось. Теперь можно не опасаясь все детали припаивать нормально
Мне вдруг стало интересно, какое же напряжение на выходе, я измерил
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.
Предлагаемая схема позволяет запитать светодиод мощностью до 1 Вт напряжением 0.7 – 2 В (один элемент или аккумулятор) и может быть использована для подсветки в низковольтной аппаратуре или в качестве малогабаритного фонарика, работающего всего на одной батарейке.
В качестве L1 имеет смысл применить готовый SMD-дроссель от радиотелефона, но можно изготовить его и самому. Для этого на кольце от неисправной энергосберегающей лампы достаточно намотать 15 витков провода ПЭВ 0.2. Единственная крупногабаритная деталь преобразователя – мощный транзистор КТ805. Заменить его можно аналогичным в SMD корпусе.
Налаживание устройства сводится к подбору емкости конденсатора С1 в пределах +-50% по максимальной яркости свечения светодиода. При указанных параметрах L1 напряжение на светодиоде может достигать 3.8 В. Благодаря работоспособности схемы при входном напряжении всего 0.7 В, такой фонарик в состоянии вырабатывать энергию батарейки практически полностью.
Вторая конструкция, в принципе, может использоваться для питания любых узлов аппаратуры, требующей напряжения 7-12 В. Нагрузочная способность схемы, конечно, невелика, но мощности такого преобразователя вполне хватит для питания, скажем, операционного усилителя. На схеме, изображенной ниже, в качестве нагрузки используется три светодиода большой яркости, которые в свою очередь могут быть установлены в фонарике или велофаре.
Питание преобразователя — один элемент на 1.5 В. Дроссель должен иметь индуктивность в диапазоне 200-300 мкГн, именно от него и от диода D1 (диод Шоттке) будет зависеть выходное напряжение и КПД всего устройства. При использовании преобразователя для питания светодиодов стабилитрон D2 можно исключить, а при питании электронных узлов подобрать его по необходимому напряжению стабилизации с одновременным увеличением сглаживающей емкости С1.
И еще одна схема, лично мной не испытанная, но подкупающая своей простотой. По заверению разработчика она совершенно некритична к параметрам радиоэлементов и в состоянии зажечь сверхяркий светодиод от одного практически «убитого» элемента напряжением 0.7 В
Транзистор — любой маломощный кремниевый (автор использовал КТ315), диод — любой кремниевый, конденсатор 47 мкФ х 6 В электролитический, номинал резистора R1 — 1 Ком. Трансформатор выполнен на ферритовом кольце, выдранном из материнской платы (судя по всему из схемы фильтра питания). Обе обмотки содержат по 20 витков эмалированного провода 0.2. Если преобразователь не запустится, поменяйте местами выводы одной из обмоток трансформатора.
Фонарики, работающие от одной 1.5-вольтовой батарейки, как правило, состоят из батарейки, кнопки и лампы накаливания. Лампочка является источником света с достаточно невысоким КПД и быстро садит батарейку. Заманчивым выглядит использование светодиодов в миниатюрных фонариках, но неизбежно появляется проблема их питания. Как известно, светодиоду требуется около 3.6 вольт для работы. Поэтому светодиодные фонарики работают, как правило, на 3х батарейках по 1.5В. В этом случае батарейки могут дать ток, достаточный для работы внушительного количества светодиодов. Но одновременно возрастают и габариты фонарика. Можно использовать маленькие призматические батарейки, но их ёмкость сравнительно мала и явно недостаточна для фонарика.
Можно ли сделать фонарик хотя бы с одним светодиодом, который бы мог работать от одной 1.5 батарейки или аккумулятора? Разумеется, можно. Принцип питания светодиода здесь очень простой: используем дроссель в качестве накопителя энергии от батарейки. Для этого нам понадобится элементарная схема, в состав которой входит генератор импульсов, ключ и, собственно, дроссель. О том, как собрать такой блок самостоятельно, мы расскажем в продолжении этой статьи, а пока разберём уже готовый фонарик китайского производства.
Фонарик довольно маленький и удобный, но не лишён некоторых минусов. Прежде всего, он толще, чем нужно. Он примерно вдвое толще батарейки. Данное пространство внутри никак не используется, там находятся лишь рёбра жёсткости. Для данного фонарика это совершенно лишнее. В фонарик установлен довольно слабый светодиод. Но всё же неоспоримым преимуществом данного фонарика является наличие внутри преобразователя для питания светодиода от одной полуторавольтовой батарейки типа ААА, который работает как раз по рассмотренному выше принципу - накопление энергии в дросселе и последующая отдача её светодиоду.
В данной переделке мы заменим светодиод на более мощный, а также обеспечим возможность замены светодиода на любой другой без разборки фонарика.
Для начала фонарик необходимо разобрать. Для этого нужно снять заднюю крышку и изъять металлическое колечко при помощи тонкой отвёртки. Передняя часть фонарика закреплена при помощи клея, для её отсоединения необходимо пройтись по шву тонким ножиком.
Внутренности фонарика после этого легко достаются. Металлический лепесток тянется вниз к минусовому контакту батарейки.
Плата фонарика крепится двумя маленькими болтиками, которые нужно открутить.
Снимаем плату фонарика. Схема примечательна наличием микроконтроллера, залитого компаундом. Кнопка включения-выключения - это именно кнопка, без фиксации. Также установлен транзистор с маркировкой 2100A, идентифицировать который не удалось. Помимо этих деталей, имеются: диод шоттки, конденсатор и дроссель.
Выпаиваем светодиод и устанавливаем своеобразный "разъём" для нового светодиода - две цанги от панельки для микросхем. Их нужно аккуратно припаять с внутренней стороны платы.
Припаиваем первую цангу:
И вторую:
Вид на плату сверху:
Для проверки установлен светодиод диаметром 5мм на 20cd тёплого белого цвета свечения.
Проверяем работоспособность и продолжаем. В получившийся разъём устанавливаем светодиод диаметром 8мм на 20cd.
Собираем фонарик в обратной последовательности.
Фонарик светит значительно ярче.
Прикручиваем колпачок с линзой.
Для того, чтобы закрепить переднюю часть (которая изначально крепилась на клей), используем маленький болтик.
Что же придумали к настоящему времени радиолюбители для того, чтобы запитать яркий белый светодиод от одной батарейки АА или ААА? Увы, схемотехнические решения достаточно скромные. В основном, всё сводится к блокинг-генератору. Недостаток таких схем очевиден: при разряде батарейки яркость светодиода будет уменьшаться.
Конечно, собрать такие схемы нужно обязательно - для тренировки и проверки их свойств.
После этого можно переходить к конструированию своего, идеального фонарика.
Схема нашего "идеального" фонарика очень проста, технологична и современна. Для питания яркого белого светодиода используется специальная микросхема ZXLD381.
Схема включения микросхемы - типовая, из даташита. Индуктивность дросселя подбирается к имеющемуся светодиоду. При этом необходимо смотреть в даташит на дроссель, какой ток он способен выдержать, не входя в насыщение.
Проверка схемы. Так как светодиод в этой схеме является самым большим элементом, то остальные детали (микросхема ZXLD381 и дроссель) припаиваются к нему.
Микросхема ZXLD381 припаивается прямо к контактным площадкам дросселя.
Детали помещаются в подходящий маленький фонарик с одной батарейкой.
Для постройки фонарика с питанием от аккумулятора с напряжением, большим, чем 1.5В, можно использовать микросхему ZXSC400 , имеющую возможность подключения более мощного светодиода.
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
