ไฟกะพริบ LED 31 ปีสำหรับประภาคารรุ่น ฯลฯ: 11 ขั้นตอน (พร้อมรูปภาพ)

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:05

ประภาคารจำลองมีเสน่ห์ดึงดูดใจมากมาย และเจ้าของหลายคนต้องคิดว่ามันจะดีแค่ไหน ถ้าตัวแบบฉายแสงแทนที่จะนั่งเฉยๆ ปัญหาคือรุ่นประภาคารมีแนวโน้มที่จะมีขนาดเล็กและมีที่ว่างน้อยสำหรับแบตเตอรี่และวงจรไฟฟ้า และไฟชาที่แสดงในภาพด้านบนเป็นตัวอย่างที่ดีที่มีที่ว่างสำหรับบีบแบตเตอรี่ PP3 หรือปุ่มลิเธียมขนาดเล็ก เซลล์พร้อมกับแผงวงจรขนาดเล็กมาก

อินเทอร์เน็ตเต็มไปด้วยไฟกะพริบ LED หลายรุ่นใช้ชิป 555 และคาดว่าจะกินกระแสไฟประมาณ 10 mA ซึ่งจะทำให้แบตเตอรี่ขนาดเล็กแบนราบภายในไม่กี่วัน หลังจากที่เล่นอย่างไร้อารมณ์กับส่วนประกอบบนเขียงหั่นขนม ฉันสะดุดกับวงจร CMOS ที่เป็นพื้นฐานสำหรับบทความนี้ วงจรนี้ดีกว่า 555 5,000 เท่าและกินไฟ 2 microAmps ซึ่งหมายความว่าแบตเตอรี่อัลคาไลน์ 9 โวลต์ PP3 ควรมีอายุการใช้งาน 31 ปีแม้ว่าจะเป็นเรื่องวิชาการเนื่องจากเกินอายุการเก็บรักษาของแบตเตอรี่ เซลล์ลิเธียมจำนวน 3 X 2032 กองที่ให้ 9 โวลต์จะมีอายุการใช้งานเพียง 12 ปี

เพื่อให้บรรลุผลการปฏิบัติงานนี้ กฎเกณฑ์บางประการขาดไป และผู้เชี่ยวชาญด้านอิเล็กทรอนิกส์จะเลิกคิ้วหากไม่ใช่สองข้อ

ขั้นตอนที่ 1: วงจรพื้นฐาน 1

อาจเป็นประโยชน์ในการทำให้วงจรเริ่มต้นบนเขียงหั่นขนมแบบไม่มีบัดกรีและนอกเหนือจากเขียงหั่นขนมคุณจะต้อง:

1 X CMOS CD4011 รูปสี่เหลี่ยม NOR ประตู (เรากำลังใช้ไอซีเป็นอินเวอร์เตอร์ควอด ดังนั้นซีดี 4001 ก็จะใช้งานได้)

ตัวต้านทาน 1 X 4.7 เมกโอห์ม (สูงสุด 10 megOhm สามารถใช้งานได้นานขึ้น)

ตัวต้านทาน 1 X 10 โอห์ม

1 X 1000 ตัวเก็บประจุแบบอิเล็กโทรไลต์ไมโครฟารัด

1 X 1 microFarad ตัวเก็บประจุแบบอิเล็กโทรไลต์แบบไม่มีขั้ว (อาจใช้ตัวเก็บประจุเซรามิกแบบไมโครฟารัด 1 ตัว แต่หาแหล่งกำเนิดได้ยากกว่าเล็กน้อย)

ไฟ LED สีขาวประสิทธิภาพสูง 2 X

2 X 2N7000 N ช่อง FET

1 X 4.7 ตัวเก็บประจุแบบอิเล็กโทรไลต์ไมโครฟารัด (แทนทาลัมจะดีที่สุด)

1 X 9 โวลต์แบตเตอรี่เช่น PP3.

แผนผังด้านบนแสดงวงจรพื้นฐาน CMOS CD 4011 มีอินพุตเกตทุกคู่ที่เชื่อมโยงกันทำให้เป็นอินเวอร์เตอร์รูปสี่เหลี่ยม ประตูสองบานถูกต่อสายเป็น astable ด้วยเวลาที่กำหนดโดยตัวต้านทาน 4.7 megOhm และตัวเก็บประจุอิเล็กโทรไลต์แบบไม่มีขั้ว microFarad 1 ตัวทำให้รอบเวลาสามถึงสี่วินาที เวลาสามารถเพิ่มเป็นสองเท่าได้อย่างง่ายดายโดยการเพิ่มตัวเก็บประจุแบบ microFarad อีก 1 ตัวหรือมากกว่าแบบขนานและตัวต้านทาน 4.7 megOhm สามารถเพิ่มเป็น 10 megOhm ดังนั้นรอบเวลาที่ยาวนานจึงเป็นไปได้ เกตที่เหลืออีกสองเกทจะต่อสายเป็นอินเวอร์เตอร์ที่ป้อนจากส่วน astable และเอาต์พุตแอนติเฟสของเกตจะป้อนเกทตามลำดับของ 2N7000 FET ซึ่งต่อสายเป็นอนุกรมข้ามสายจ่ายไฟฟ้า เมื่ออินเวอร์เตอร์ตัวสุดท้ายในเอาท์พุตโซ่สูง อันก่อนหน้าจะต่ำ และ 2N7000 ตัวบนจะทำการชาร์จตัวเก็บประจุไมโครฟารัด 4.7 ตัวผ่าน LED หนึ่งดวงซึ่งทำให้เกิดแฟลช เมื่ออินเวอร์เตอร์ตัวสุดท้ายในโซ่ลดต่ำลง 2N7000 ด้านล่างจะทำงานโดยปล่อยให้ 4.7 microFarad ปล่อยผ่าน LED อีกดวงหนึ่งโดยให้แฟลชอีกอันหนึ่ง ขั้นตอนการส่งออกใช้กระแสไฟเป็นศูนย์นอกเวลาการเปลี่ยนแปลง

ตัวต้านทาน 10 โอห์มและตัวเก็บประจุขนาด 1,000 ไมโครฟารัดในสายจ่ายไฟใช้สำหรับแยกคัปปลิ้งและไม่สำคัญแต่มีประโยชน์มากในขั้นตอนการทดสอบ

นักปราชญ์อิเล็กทรอนิกส์จะชี้ให้เห็นว่าขั้นตอนการส่งออกไม่ใช่การออกแบบที่ดี เนื่องจากการบิดเบือนหรือความไม่แน่นอนใดๆ ณ จุดที่สวิตช์วงจรอาจส่งผลให้ทั้ง 2N7000 เปิดเครื่องในช่วงเวลาสั้น ๆ ในเวลาเดียวกันส่งผลให้แหล่งจ่ายไฟลัดวงจร ในทางปฏิบัติ ฉันพบว่าสิ่งนี้ไม่ได้เกิดขึ้นและจะแสดงให้เห็นในการบริโภคในปัจจุบัน ดูในภายหลัง

พบว่าวงจรตามที่แสดงนั้นใช้ค่าเฉลี่ย 270 microAmps ซึ่งน่าเชื่อถือ แต่สูงเกินไปสำหรับจุดประสงค์ของเรา

ขั้นตอนที่ 2: วงจรพื้นฐาน 2

ภาพด้านบนแสดงวงจรที่ประกอบบนเขียงหั่นขนมแบบไม่มีบัดกรี

ขั้นตอนที่ 3: วงจรขั้นสูง 1

วงจรที่แสดงในแผนผังด้านบนดูเกือบจะเหมือนกับวงจรก่อนหน้า การเพิ่มองค์ประกอบเพียงชิ้นเดียวส่งผลต่อการเปลี่ยนแปลงประสิทธิภาพการทำงานที่รุนแรงที่สุดเท่าที่คุณเคยเห็นในวงจรอิเล็กทรอนิกส์อย่างง่าย

ตัวต้านทาน 1 MegOhm ถูกวางเป็นอนุกรมโดยจ่ายให้กับ CD4011 IC (ผู้เชี่ยวชาญด้านอิเล็กทรอนิกส์จะบอกว่านี่คือสิ่งที่ไม่ควรทำ) วงจรยังคงทำงานต่อไป แต่ปริมาณการใช้เฉลี่ยลดลงเหลือ 2 microAmps ซึ่งเท่ากับอายุ 31 ปีสำหรับเซลล์อัลคาไลน์ PP3 ที่มีความจุ 550 mA ชั่วโมง เหลือเชื่อ แรงดันไฟขาออกยังคงสูงพอที่จะเปลี่ยน 2N7000 FET ได้อย่างน่าเชื่อถือ

ขั้นตอนที่ 4:

ภาพด้านบนแสดงตัวต้านทานที่เพิ่มเข้ามาเป็นสีแดง

การวัดกระแสเฉลี่ยที่วาดโดยวงจรนี้เป็นงานที่น่ากังวล แต่การทดสอบอย่างรวดเร็วคือการถอดแบตเตอรี่ออกและปล่อยให้วงจรมีประจุในตัวเก็บประจุดีคัปปลิ้งขนาด 1,000 microFarad หากคุณติดตั้งไว้ วงจรควรทำงานเป็นเวลาห้า หรือหกนาทีก่อนที่แสงวูบหนึ่งจะดับลง

ฉันประสบความสำเร็จโดยการใส่ตัวต้านทาน 100 โอห์มบวกตัวเก็บประจุซุปเปอร์ 3 Farad (สังเกตขั้ว,) ขนานกันในสายจ่ายและให้เวลาหลายชั่วโมงเพื่อให้ถึงจุดสมดุล การใช้มิลลิโวลต์มิเตอร์สามารถวัดแรงดันไฟฟ้าข้ามตัวต้านทานและกระแสเฉลี่ยคำนวณโดยใช้กฎของโอห์ม

ขั้นตอนที่ 5: ความคิดบางอย่างในขั้นตอนนี้

ฉันได้กระทำความผิดที่สำคัญในการวางตัวต้านทานในสายจ่ายไฟของ CMOS IC อย่างไรก็ตาม IC นั้นยืนอยู่เพียงลำพังและไม่ได้เป็นส่วนหนึ่งของลอจิกเชน และฉันขอแนะนำว่าเรากำลังใช้ไอซีตัวเดียวนี้เป็นชุดของทรานซิสเตอร์ CMOS เสริม อาจเป็นได้ว่าเรามีออสซิลเลเตอร์เพื่อการผ่อนคลายพลังงานต่ำพิเศษของคนจนที่นี่

ตัวเก็บประจุแบบ 'bucket' ที่ชาร์จและคายประจุผ่าน LED สองดวงสามารถเพิ่มได้เพื่อให้มีแสงแฟลชที่สว่างขึ้น แต่ด้วยค่าในไมโครฟารัดหลายร้อยตัว อาจเป็นข้อควรระวังที่ชาญฉลาดในการเพิ่มตัวต้านทานขนาดเล็กในอนุกรมกับ LED เพื่อจำกัดกระแสไฟสูงสุดและ แนะนำให้ใช้ 47 หรือ 100 โอห์ม ด้วยค่าตัวเก็บประจุที่ใหญ่ขึ้น แฟลชอาจ 'ขี้เกียจ' เล็กน้อย เนื่องจากส่วนสุดท้ายของประจุตัวเก็บประจุจะกระจายผ่าน LED ด้านล่าง แม้ว่าคุณอาจพิจารณาว่าแฟลชนี้ให้ประสบการณ์ประภาคารที่สมจริงยิ่งขึ้น แน่นอนว่าการบริโภคในปัจจุบันจะเพิ่มขึ้นถึงยี่สิบหรือสามสิบไมโครแอมป์

ขั้นตอนที่ 6: สร้างเวอร์ชันถาวรของวงจร 1

เราได้ทำส่วนง่าย ๆ แล้ว แต่น่าจะพิสูจน์ได้ว่าวงจรใช้การได้ และสามารถกำหนดให้เป็นแบบถาวรเพื่อเข้าไปในประภาคารของเราได้

สิ่งนี้จะต้องใช้เครื่องมืออิเล็กทรอนิกส์เบื้องต้นและทักษะการประกอบ ส่วนประกอบที่จำเป็นจะขึ้นอยู่กับว่าคุณเลือกทำส่วนนี้อย่างไรและทักษะที่คุณมี ฉันจะแสดงตัวอย่างสองสามตัวอย่างและให้คำแนะนำเพิ่มเติม

ภาพด้านบนแสดงแผ่นวงจร PCB ต้นแบบสองด้านขนาดเล็กแบบชี้ไปที่แผงวงจร เหล่านี้มีอยู่ในอีเบย์ในหลายขนาดและเป็นหนึ่งในขนาดที่เล็กที่สุด แสดงให้เห็นอีกว่าเป็นรูปสี่เหลี่ยมจัตุรัสของแผงวงจรพิมพ์ธรรมดาที่มีสายไฟติดอยู่ และนี่จะเป็นการเชื่อมต่อแบบเดียวสำหรับแบตเตอรี่ของเรา ซึ่งจะเป็นกองเซลล์ปุ่มลิเธียมสามเซลล์ ด้วยบอร์ดประเภทนี้ ฉันพบว่าเป็นไปไม่ได้ที่จะเชื่อมแผ่นอิเล็กโทรดที่อยู่ติดกันด้วยตัวประสาน เนื่องจากตัวประสานจะไหลผ่านรู - คุณต้องเชื่อมด้วยลวด

ขั้นตอนที่ 7: สร้างเวอร์ชันถาวรของวงจร 2

ในภาพด้านบนเราเห็นว่าการก่อสร้างกำลังดำเนินไปได้ดี โปรดทราบว่ามีการใช้ตัวเก็บประจุแบบไมโครฟารัด 1 ตัวสำหรับจับเวลา และเซลล์ปุ่มลิเธียม 2025 สามเซลล์พร้อมที่จะประกบอยู่ระหว่างขั้วต่อปลายแบตเตอรี่

ขั้นตอนที่ 8: สร้างเวอร์ชันถาวรของวงจร 3

ในภาพด้านบน เราเห็นบทความที่เสร็จแล้วพร้อมที่จะติดตั้งในประภาคาร โปรดทราบว่าเซลล์ลิเธียมสามเซลล์เชื่อมต่อแบบอนุกรมบวกกับลบจนถึงขั้วบวกด้านบน ซึ่งเชื่อมต่อกับสี่เหลี่ยมของบอร์ด PC ธรรมดาที่บัดกรีกับตะกั่วสีแดง จากนั้นจึงพันเซลล์เข้าด้วยกันอย่างแน่นหนาด้วยเทปผสมในตัว คุณจะพบตัวอย่างวิธีการทำแบตเตอรี่จากเซลล์ปุ่มหลายๆ เซลล์ในที่อื่นๆ ในเว็บไซต์ Instructables

ขั้นตอนที่ 9: สร้างเวอร์ชันถาวรของวงจร 4

ในภาพด้านบน เราจะเห็นอีกเวอร์ชันหนึ่งประกอบบน stripboard ซึ่งเป็นเวอร์ชันใหม่ของ Veroboard บอร์ดนี้ใช้งานได้ดี แต่บอร์ดสมัยใหม่ไม่สามารถให้อภัยความผิดพลาดได้ และจะไม่ทนต่อการบัดกรีและการบัดกรีแข็งมากก่อนที่แถบทองแดงจะยกขึ้น ดังนั้นควรทำให้ถูกต้องในครั้งแรก! แบตเตอรี่เป็นอัลคาไลน์ PP3 ซึ่งที่ความจุ 450 mA ชั่วโมงคำนวณเพื่ออายุ 31 ปีที่ค่อนข้างวิชาการ

ขั้นตอนที่ 10: สร้างเวอร์ชันถาวรของวงจร 5

ที่นี่ วงจรสตริปบอร์ดพร้อมแบตเตอรี่ PP3 ถูกรังไหมในวัสดุบรรจุภัณฑ์พลาสติก และเสียบเข้ากับที่ใส่เทียนทีไลท์ ซึ่งช่วยให้สามารถใส่ชุดประกอบของเราเข้าไปในประภาคารได้

สำหรับวงจรง่ายๆ แบบนี้ คุณสามารถสร้างแผงวงจรพิมพ์ของคุณเองด้วยปากกาวงจรพิมพ์ได้ แต่คุณต้องสามารถแกะสลักได้ ไม่ควรอยู่ในครัว! สุดท้าย แผงวงจรพิมพ์ธรรมดาแผ่นเล็กๆ อาจเป็นเรื่องของการสร้าง 'จุดบอด' ซึ่งสามารถให้โครงสร้างที่เล็กที่สุดและแข็งแกร่งที่สุดสำหรับตัวอย่างทั้งหมด

ขั้นตอนที่ 11: ความคิดสุดท้าย

วงจรนี้มีราคาถูกมากที่จะทำเป็นใช้แล้วทิ้ง สามารถทำให้มีขนาดเล็กจนใส่ในขวดแก้วขนาดเล็กแล้วนำไปใส่ในกระถางเรซินหรือขี้ผึ้งหากไฟ LED ทิ้งไว้ในที่ใส ในรูปแบบที่แข็งแกร่งดังกล่าว อาจมีการใช้งานที่เป็นไปได้มากมาย ฉันขอแนะนำว่าอาจเป็นอุปกรณ์ความปลอดภัยที่มีค่าในการเที่ยวถ้ำ และโดยเฉพาะอย่างยิ่งการดำน้ำในถ้ำ ซึ่งสิ่งเหล่านี้สามารถส่องทางออกจากถ้ำหรือจากด้านในของซากเรือที่คดเคี้ยว พวกเขาสามารถถูกทิ้งไว้ในสถานที่เป็นเวลาหลายปี

ตัวเก็บประจุแบบถังอาจถูกทำให้เล็กลงเพื่อลดการใช้พลังงานให้อยู่ในระดับที่วงจรสามารถขับเคลื่อนด้วยแบตเตอรี่ 'กอง' ของแผ่นโลหะที่แตกต่างกันซึ่งสอดแทรกด้วยแผ่นอิเล็กโทรไลต์ นี้อาจส่งผลให้มีการชุมนุมที่สามารถวางไว้ใน 'แคปซูลเวลา' ที่จะขุดขึ้นในอีกห้าสิบปีต่อมา!