Den 31 -åriga LED -lampan för modell fyrar osv.: 11 steg (med bilder)

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:44

Modellfyrar håller en stor fascination och många ägare måste tycka hur trevligt det skulle vara om modellen istället för att bara sitta där faktiskt blinkade. Problemet är att fyrmodellerna sannolikt kommer att vara små med lite utrymme för batterier och kretsar och telyset som visas på bilden ovan är ett bra exempel där det bara finns plats att klämma in ett PP3-batteri eller en liten bunt litiumknapp celler tillsammans med ett mycket litet kretskort.

Internet vimlar av LED -blinkers. Många är baserade på 555 -chipet och kan därför förväntas konsumera cirka 10 mA ström vilket skulle platta ut ett litet batteri inom några dagar. Efter lite onödigt spel med komponenter på en brödbräda snubblade jag över CMOS -kretsen som är grunden för den här artikeln. Denna krets är 5000 gånger bättre än en 555 och förbrukar 2 microAmps vilket innebär att ett alkaliskt 9 Volt PP3 -batteri ska hålla 31 år även om detta är akademiskt eftersom det är långt bortom batteriets hållbarhet. En bunt med 3 X 2032 litiumceller som också ger 9 volt räcker bara 12 år.

För att uppnå denna prestanda bryts vissa regler och elektronikproffs lyfter ett ögonbryn om inte två.

Steg 1: Grundkretsen 1

Det kan vara till hjälp att få igång kretsen initialt på en lödlös brödbräda och förutom brödbrädan behöver du:

1 X CMOS CD4011 quad NOR -grind. (Vi använder IC: n som en quad -inverter så en CD 4001 fungerar också.)

1 X 4,7 Meg Ohm motstånd. (Upp till 10 megOhm kan användas för längre cykeltider.)

1 X 10 Ohm motstånd.

1 X 1000 microFarad elektrolytkondensator.

1 X 1 microFarad opolär elektrolytkondensator. (1 microFarad keramiska kondensatorer kan användas men de är lite svårare att skaffa.)

2 x högeffektiva vita lysdioder.

2 X 2N7000 N kanal FET.

1 X 4,7 microFarad elektrolytkondensator (tantal skulle vara bäst.)

1 x 9 volt batteri, till exempel ett PP3.

Schemat ovan visar grundkretsen. En CMOS CD 4011 har alla par gate -ingångar bundna ihop vilket gör den till en quad -inverter. Två av grindarna är anslutna som en astabel med tidpunkten definierad av 4,7 megOhm-motståndet och 1 microFarad icke-polära elektrolytkondensator, vilket resulterar i en cykeltid på tre till fyra sekunder. Tiden kan enkelt fördubblas genom tillsats av ytterligare en microFarad -kondensator eller mer parallellt och motståndet på 4,7 megOhm kan ökas till 10 megOhm så långa cykeltider är möjliga. De återstående två grindarna är anslutna som växelriktare matade från den stabila sektionen och deras antifasutgångar matar respektive portar till 2N7000 FET: erna som är seriekopplade över matningslinjen. När den sista växelriktaren i kedjeutgången blir hög kommer den tidigare att vara låg och den översta 2N7000 laddar upp 4,7 microFarad -kondensatorn via en lysdiod som ger en blixt. När den sista växelriktaren i kedjan blir låg, leder botten 2N7000 så att 4,7 microFarad kan laddas ur genom den andra lysdioden och ger ytterligare en blixt. Utgångssteget förbrukar nollström utanför övergångstiderna.

10 Ohm -motståndet och 1000 mikrofarad -kondensatorn i strömförsörjningsledningen är bara för avkoppling och är inte livsviktiga men är mycket användbara i testfasen.

Elektroniska purister kommer att påpeka att utgångssteget inte är en bra design eftersom eventuella dithring eller osäkerhet vid den punkt där kretsomkopplarna kan resultera i att båda 2N7000 slås på kort samtidigt som resulterar i kortslutning över strömförsörjningen. I praktiken tycker jag att detta inte händer och skulle dyka upp i den nuvarande förbrukningen, se senare.

Kretsen som visat sig konsumera i genomsnitt 270 mikroAmp som är krediterbar men alldeles för hög för vårt ändamål.

Steg 2: Grundkretsen 2

Bilden ovan visar kretsen monterad på en lödlös brödbräda.

Steg 3: Enhanced Circuit 1

Kretsen som visas i schemat ovan ser ut att vara nästan identisk med den föregående. Här ger tillägget av bara en komponent en omvandling i prestanda som är så drastisk som du någonsin kommer att se i enkla elektroniska kretsar.

Ett 1 MegOhm motstånd har placerats i serie med matningen till CD4011 IC. (Elektronikproffs kommer att säga att detta är något som aldrig någonsin borde göras.) Kretsen fortsätter att fungera MEN den genomsnittliga förbrukningen sjunker till cirka 2 mikroAmps vilket motsvarar ett liv på 31 år för en alkalisk PP3 -cell med en kapacitet på 550 mA. Otroligt nog är utspänningen fortfarande tillräckligt hög för att på ett tillförlitligt sätt växla 2N7000 FET: erna.

Steg 4:

Bilden ovan visar det tillagda motståndet i rött.

Att mäta den genomsnittliga strömmen som denna krets drar är en skrämmande uppgift, men ett snabbt test är att ta bort batteriet och låta kretsen rinna ner på laddningen i 1000 microFarad-avkopplingskondensatorn om du har monterat den-kretsen bör köras i fem eller sex minuter innan en av blixtarna ger upp.

Jag har haft en viss framgång genom att sätta in ett 100 Ohm motstånd plus 3 Farad superkondensator, (observera polaritet,) parallellt i matningsledningen och låta flera timmar för jämvikt nås. Med en milli-voltmeter kan spänningen över motståndet mätas och medelströmmen beräknas med Ohms lag.

Steg 5: Några tankar på detta stadium

Jag har begått kardinalsynden att placera ett motstånd i matningsledningen för en CMOS IC. IC står dock ensam och är inte en del av en logikkedja och jag skulle föreslå att vi använder denna enda IC helt enkelt som en samling kompletterande CMOS -transistorer. Det kan vara så att vi här har en fattig mans avslappningsoscillator med extremt låg effekt.

"Skopkondensatorn" som laddas och urladdas genom de två lysdioderna kan ökas för att ge en ljusare blixt, men med värden i hundratals mikroFarader kan det vara en klok försiktighet att lägga till ett litet motstånd i serie med lysdioderna för att begränsa toppströmmen och 47 eller 100 ohm föreslås. Med större kondensatorvärden kan blixten bli lite "lat" eftersom den sista delen av kondensatorladdningen försvinner genom den nedre lysdioden, även om du kanske anser att den ger en mer realistisk fyrupplevelse. Den nuvarande förbrukningen kommer naturligtvis att stiga kanske till tjugo eller trettio mikroAmp.

Steg 6: Gör en permanent version av din krets 1

Vi har gjort den enkla delen men borde ha bevisat att kretsen fungerar och kan nu förpliktas till en permanent form för att gå in i vår fyr.

Detta kräver elementära elektroniska verktyg och monteringskunskaper. Vilka komponenter som krävs beror på hur du väljer att göra denna del och de färdigheter du har. Jag kommer att visa ett par exempel och ge ytterligare förslag.

Bilden ovan visar ett litet dubbelsidigt kretskort från Prototype PCB-band till punkt. Dessa finns på EBay i ett antal storlekar och den här är en av de minsta. Det visas också en kvadrat med vanligt kretskort med en kabel ansluten och detta kommer att bilda en anslutning för vårt batteri som ska vara en stapel med tre litiumknappceller. Med denna typ av bräda finner jag att det inte är möjligt att överbrygga intilliggande dynor med lödning eftersom lodet löper ner genom hålen-du måste överbrygga med tråd.

Steg 7: Gör en permanent version av din krets 2

På bilden ovan ser vi att konstruktionen är på god väg. Observera att två 1 microFarad -kondensatorer användes för tidtagning och tre 2025 litiumknappceller är klara att klämmas mellan batteriets ändkontakter.

Steg 8: Gör en permanent version av din krets 3

På bilden ovan ser vi den färdiga artikeln redo att installeras i en fyr. Observera att de tre litiumcellerna har kopplats i serie positivt till negativt upp till det översta positiva som är anslutet till kvadraten på vanligt PC -kort som är lödt till den röda ledningen. Bunten av celler har sedan bundits tätt med självsammanbringande tejp. Du hittar exempel på denna metod för att tillverka batterier från flera knappceller någon annanstans på Instructables -webbplatsen.

Steg 9: Skapa en permanent version av din krets 4

På bilden ovan ser vi en annan version monterad på band som är den moderna versionen av Veroboard. Det här är bra men modern bräda är oförlåtlig för misstag och kommer inte att stå för mycket lödning och avlödning innan kopparremsorna lyfter, så gör det rätt första gången! Batteriet är en alkalisk PP3 som vid 450 mA timmars kapacitet beräknas till en ganska akademisk 31 års livslängd.

Steg 10: Gör en permanent version av din krets 5

Här har kretskortskretsen plus PP3 -batteriet täckts i plastförpackningsmaterial och kilats in i värmeljushållaren vilket gör att vår montering kan sättas upp i fyren.

För en enkel krets som denna kan du också göra ditt eget kretskort med en kretspenna men du måste kunna etsa det, helst inte i köket! Slutligen kan ett litet ark med vanligt kretskort bli föremål för "dead bug" -konstruktion som kan ge den minsta och mest robusta konstruktionen av alla exemplen.

Steg 11: Sista tankarna

Denna krets är så billig att göra att den är engångs. Den kan göras så liten att den går ner i en liten glasburk och sedan till och med krukas i harts eller vax om lysdioderna lämnas i det fria. I en så robust form kan det finnas en mängd potentiella användningsområden. Jag skulle föreslå att det kan vara en värdefull säkerhetsartikel vid grottning och särskilt grottdykning där ett antal av dessa kan belysa en väg ut ur en grotta eller från insidan av ett krångligt vrak. De kan stå kvar i åratal.

Skopkondensatorn kan göras mindre och sänka strömförbrukningen till en nivå där kretsen kan drivas av ett "högt" batteri av olika metallplattor som är sammanflätade med elektrolytdynor. Detta kan till och med resultera i att en sammansättning som kan placeras i en "tidskapsel" grävas upp ungefär femtio år senare!