Il lampeggiatore LED 31 anni per fari modello ecc.: 11 passaggi (con immagini)

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:02

I modellini di fari esercitano un grande fascino e molti proprietari devono pensare a quanto sarebbe bello se, invece di stare semplicemente seduti lì, il modello lampeggiasse davvero. Il problema è che è probabile che i modelli di faro siano piccoli con poco spazio per batterie e circuiti e la luce del tè mostrata nell'immagine sopra è un buon esempio in cui c'è solo spazio per spremere una batteria PP3 o una piccola pila di bottone al litio celle insieme a un circuito molto piccolo.

Internet abbonda di lampeggiatori a LED. Molti sono basati sul chip 555 e quindi ci si può aspettare che consumino circa 10 mA di corrente che appiattirebbero una piccola batteria in pochi giorni. Dopo aver giocato saltuariamente con i componenti su una breadboard, mi sono imbattuto nel circuito CMOS che è alla base di questo articolo. Questo circuito è 5000 volte migliore di un 555 e consuma 2 microAmp, il che significa che una batteria alcalina PP3 da 9 Volt dovrebbe durare 31 anni, anche se questo è accademico in quanto è ben oltre la durata di conservazione della batteria. Una pila di 3 X 2032 celle al litio che fornisce anche 9 Volt durerà solo 12 anni.

Per ottenere questa performance vengono infrante alcune regole e i professionisti dell'elettronica alzeranno un sopracciglio se non due.

Passaggio 1: il circuito di base 1

Potrebbe essere utile far funzionare il circuito inizialmente su una breadboard senza saldatura e oltre alla breadboard avrai bisogno di:

1 X CMOS CD4011 quadrupla porta NOR. (Stiamo usando l'IC come un inverter quad, quindi funzionerà anche un CD 4001.)

1 x 4,7 megaohm resistenza. (Fino a 10 megaOhm possono essere utilizzati per tempi di ciclo più lunghi.)

1 x 10 Ohm resistenza.

Condensatore elettrolitico 1 X 1000 microFarad.

Condensatore elettrolitico apolare 1 X 1 microFarad. (si possono usare condensatori ceramici microFarad ma sono un po' più difficili da reperire.)

2 X LED bianchi ad alta efficienza.

2 X 2N7000 FET a canale N.

Condensatore elettrolitico 1 X 4,7 microFarad (il tantalio sarebbe il migliore).

1 batteria da 9 Volt come un PP3.

Lo schema sopra mostra il circuito di base. Un CMOS CD 4011 ha tutte le coppie di ingressi di gate legati insieme rendendolo un inverter quad. Due dei gate sono cablati come un astabile con la temporizzazione definita dal resistore da 4,7 megOhm e dal condensatore elettrolitico non polare da 1 microFarad con conseguente tempo di ciclo da tre a quattro secondi. Il tempo può essere facilmente raddoppiato con l'aggiunta di un altro condensatore da 1 microFarad o più in parallelo e il resistore da 4,7 megOhm può essere aumentato a 10 megOhm in modo che siano possibili tempi di ciclo lunghi. I restanti due gate sono cablati come inverter alimentati dalla sezione astabile e le loro uscite antifase alimentano i rispettivi gate dei FET 2N7000 che sono cablati in serie attraverso la linea di alimentazione. Quando l'ultimo inverter nell'uscita della catena diventa alto, quello precedente sarà basso e il 2N7000 superiore conduce la carica del condensatore da 4,7 microFarad tramite un LED che emette un lampo. Quando l'ultimo inverter della catena va basso allora il 2N7000 inferiore conduce permettendo al 4.7 microFarad di scaricarsi attraverso l'altro LED dando un altro lampeggio. Lo stadio di uscita consuma corrente zero al di fuori dei tempi di transizione.

La resistenza da 10 Ohm e il condensatore da 1000 microfarad nella linea di alimentazione servono solo per il disaccoppiamento e non sono vitali ma sono molto utili in fase di test.

I puristi dell'elettronica indicheranno che lo stadio di uscita non è un buon design perché qualsiasi dithering o incertezza nel punto in cui gli interruttori del circuito potrebbero causare l'accensione di entrambi i 2N7000 contemporaneamente con conseguente cortocircuito sull'alimentatore. In pratica trovo che questo non stia accadendo e si presenterebbe nel consumo attuale, vedi dopo.

Il circuito come mostrato è risultato consumare una media di 270 microAmp, il che è lodevole ma troppo alto per il nostro scopo.

Passaggio 2: il circuito di base 2

L'immagine sopra mostra il circuito assemblato su una breadboard senza saldatura.

Passaggio 3: il circuito avanzato 1

Il circuito mostrato nello schema sopra sembra essere quasi identico al precedente. Qui l'aggiunta di un solo componente effettua una trasformazione delle prestazioni che è tanto drastica quanto è probabile che tu possa vedere in semplici circuiti elettronici.

Una resistenza da 1 MegOhm è stata posta in serie con l'alimentazione dell'IC CD4011. (I professionisti dell'elettronica diranno che questo è qualcosa che non dovrebbe mai essere fatto.) Il circuito continua a funzionare MA il consumo medio scende a circa 2 microAmp che equivalgono a una vita di 31 anni per una cella alcalina PP3 di capacità di 550 mA ore. Incredibilmente, la tensione di uscita è ancora sufficientemente alta per commutare in modo affidabile i FET 2N7000.

Passaggio 4:

L'immagine sopra mostra il resistore aggiunto cerchiato in rosso.

Misurare la corrente media assorbita da questo circuito è un compito arduo, ma un test rapido consiste nel rimuovere la batteria e lasciare che il circuito si scarichi con la carica nel condensatore di disaccoppiamento da 1000 microFarad, se lo hai montato: il circuito dovrebbe funzionare per cinque o sei minuti prima che uno dei flash si interrompa.

Ho avuto un certo successo inserendo un resistore da 100 Ohm più un supercondensatore da 3 Farad, (osservare la polarità,) in parallelo nella linea di alimentazione e consentendo diverse ore per raggiungere l'equilibrio. Utilizzando un millivoltmetro è possibile misurare la tensione ai capi del resistore e calcolare la corrente media utilizzando la legge di Ohm.

Passaggio 5: alcuni pensieri in questa fase

Ho commesso il peccato capitale di posizionare un resistore nella linea di alimentazione di un circuito integrato CMOS. Tuttavia, l'IC è in piedi da solo e non fa parte di una catena logica e suggerirei di utilizzare questo singolo IC semplicemente come una raccolta di transistor CMOS complementari. Può essere che abbiamo qui un oscillatore di rilassamento a bassissima potenza di un povero uomo.

Il condensatore 'bucket' che si carica e si scarica attraverso i due LED può essere aumentato per fornire un lampo più luminoso ma con valori nell'ordine delle centinaia di microFarad può essere una saggia precauzione aggiungere un piccolo resistore in serie con i LED per limitare la corrente di picco e Si consiglia 47 o 100 Ohm. Con valori di condensatore più grandi, il flash potrebbe diventare un po' "pigro" poiché l'ultima parte della carica del condensatore si dissipa attraverso il LED inferiore, sebbene si possa considerare che fornisce un'esperienza di illuminazione più realistica. Il consumo di corrente aumenterà ovviamente forse anche a venti o trenta microAmpere.

Passaggio 6: creare una versione permanente del circuito 1

Abbiamo fatto la parte facile, ma avremmo dovuto dimostrare che il circuito funziona e ora possiamo essere impegnati in una forma permanente per entrare nel nostro faro.

Ciò richiederà strumenti elettronici elementari e capacità di assemblaggio. I componenti necessari dipenderanno da come scegli di fare questa parte e dalle abilità che hai. Mostrerò un paio di esempi e darò ulteriori suggerimenti.

L'immagine sopra mostra un piccolo circuito stampato punto a punto PCB prototipo a doppia faccia. Questi sono disponibili su eBay in diverse dimensioni e questo è uno dei più piccoli. Viene anche mostrato un quadrato di semplice circuito stampato con un filo attaccato e questo formerà una connessione per la nostra batteria che deve essere una pila di tre pile a bottone al litio. Con questo tipo di scheda trovo che non sia possibile collegare i pad adiacenti con la saldatura poiché la saldatura scorre attraverso i fori: è necessario collegare con il filo.

Passaggio 7: creare una versione permanente del circuito 2

Nella foto sopra vediamo che la costruzione è a buon punto. Si noti che per il cronometraggio sono stati utilizzati due condensatori da 1 microFarad e tre celle a bottone al litio 2025 sono pronte per essere inserite tra i connettori dell'estremità della batteria.

Passaggio 8: creare una versione permanente del circuito 3

Nella foto sopra vediamo l'articolo finito pronto per essere installato in un faro. Si noti che le tre celle al litio sono state collegate in serie dal positivo al negativo fino al positivo superiore che è collegato al quadrato della scheda PC normale saldato al cavo rosso. La pila di celle è stata poi legata insieme strettamente con del nastro autoagglomerante. Troverai esempi di questo metodo per creare batterie da più pile a bottone altrove sul sito di Instructables.

Passaggio 9: creare una versione permanente del circuito 4

Nella foto sopra vediamo un'altra versione montata su stripboard che è la versione moderna di Veroboard. Questo va bene, ma la scheda moderna non perdona gli errori e non sopporterà molto la saldatura e la dissaldatura prima che le strisce di rame si sollevino, quindi fallo bene la prima volta! La batteria è una PP3 alcalina che con una capacità di 450 mA ore calcola una vita piuttosto accademica di 31 anni.

Passaggio 10: creare una versione permanente del circuito 5

Qui il circuito stripboard più la batteria PP3 sono stati avvolti in un involucro di materiale plastico e incastrati nel portacandelina che consente di inserire il nostro assemblaggio nel faro.

Per un circuito semplice come questo puoi anche realizzare il tuo circuito stampato con una penna per circuiti stampati ma devi essere in grado di inciderlo, preferibilmente non in cucina! Infine, un piccolo foglio di semplice circuito stampato può essere oggetto di costruzione "dead bug" che può fornire la costruzione più piccola e robusta di tutti gli esempi.

Passaggio 11: ultimi pensieri

Questo circuito è così economico da realizzare da essere usa e getta. Può essere fatto così piccolo da entrare in un vasetto di vetro e poi anche invasato in resina o cera se i LED sono lasciati in chiaro. In una forma così robusta ci possono essere una moltitudine di potenziali usi. Suggerirei che potrebbe essere un prezioso elemento di sicurezza nella speleologia e soprattutto nelle immersioni in grotta, dove un numero di questi potrebbe illuminare una via d'uscita da una grotta o dall'interno di un tortuoso relitto. Potrebbero essere lasciati sul posto per anni.

Il condensatore del secchio può essere ridotto riducendo il consumo di energia a un livello in cui il circuito potrebbe essere guidato da una batteria "pila" di piastre metalliche dissimili intercalate da pastiglie elettrolitiche. Ciò potrebbe persino portare a un'assemblea che potrebbe essere collocata in una "capsula del tempo" da dissotterrare una cinquantina di anni dopo!