Pro rozsvícení jedné nebo více LED z jednoho bateriového článku velikosti AA nebo AAA musíme použít měnič napětí. Na internetových stránkách a v různé literatuře najdete řadu měničů v mnoha variantách. Každé řešení má své výhody i nevýhody.
Pro jednu bílou LED se často používá jednoduché zapojení, které bývá označováno jako "Joule thief". V tomto článku najdete informace pro začínající elektrotechniky, na co by si měli dát pozor, aby jim obvod správně fungoval.
Zapojení "Joule thief" je varianta blokovacího oscilátoru vycházející z oscilátoru pánů Armstronga nebo Meissnera vynalezeného již před více než 100 lety. Skládá se z aktivního prvku (tranzistoru), cívky se 2 vinutími, jednoho rezistoru a vlastní bílé LED diody.
Po sepnutí spínače SW1 začne obvod pracovat v opakovaných cyklech:
Poznámka: Indukčnosti obou vinutí by měly být přibližně stejné. Uvedená hodnota indukčnosti zpětnovazebního vinutí zapojeného do báze T1 odpovídá tomu, co získáte v případě, že si vyrobíte cívku podle níže uvedeného postupu.
Ve zmíněném zapojení je potřeba upozornit na 2 součástky:
Rezistor R1 spolu se zesilovacím činitelem tranzistoru určuje maximální proud, který může cívkou (a pak i LED diodou) procházet. Protože malé LED diody s průměrem pouzdra 3 nebo 5 mm mají obvykle povolený propustný proud mezi 20 až 30 mA a maximální impulsní proud do 100 mA, je potřeba dát pozor na velikost R1. Pokud by jeho hodnota byla příliš malá, můžeme LED přetížit a zničit.
V praxi se ukazuje, že s tranzistorem BC547 je vhodná hodnota R1 3K3 pro LED zvládající 30 mA a 6K8 pro slabší LED. Doporučuji po sestavení obvodu a při použití čerstvé baterie vzít mAmetr a odebíraný proud zkontrolovat. Měnič má poměrně dobrou účinnost. Použijete-li slušný mAmetr, pak můžete počítat, že přes LED poteče asi poloviční proud než naměřený odběr z baterie.
Cívku s odbočkou uprostřed asi v obchodě neseženete. Budete si ji muset pravděpodobně vyrobit. Pro její namotání není vhodné používat železoprachové jádro (žluté nebo modrozelené jádro ze spínaných zdrojů). Cívka by měla mít indukčnost v řádu stovek uH. Železoprachová jádra mají nízkou Al konstantu a na požadovanou indukčnost by bylo potřeba namotat hodně závitů.
U feritových jader obvykle stačí pro dosažení vyšší indukčnosti menší počet závitů. Protože se konstanty Al u feritových jader pohybují v širokém rozmezí, je těžké bez měření nebo znalosti parametrů cívky navinout cívku s požadovanou indukčností.
Nemáme-li možnost jak cívku změřit, můžete si pomoci tím, že zakoupíte standardní cívku a tu si upravíte podle svých potřeb. Zapojení "Joule thief" naštěstí nevyžaduje zpětnovazební vinutí (do báze tranzistoru) s přesně definovanou indukčností. Obvod by měl kmitat i když se obě indukčnosti částečně od sebe o něco liší.
 |
1) K získání vhodné indukčnosti je možné použít běžně dostupnou radiální cívku s feritovým jádrem s indukčností 330 uH. Důležité je, aby na cívce bylo již pouhým okem vidět, že vinutí nevyplňuje celý prostor jádra. Cívka musí být "hubená" a musí být zřejmé, že je na ní místo pro dovinutí dalších závitů. |
 |
2) Cívka je zabalená v izolační bužírce, kterou je nutné odstranit. Opatrně ji nařízněte a rozevřete tak, abyste nepoškodili vinutí. K rozříznutí je vhodný ostrý skalpel nebo žiletka. Izolaci roztrhněte a sejměte. |
 |
3) Vnější konec vinutí je potřeba opatrně uvolnit a odpojit z vývodu cívky. Můžete se pokusit odpájet vodič nebo jej jenom odstřihněte. Vytažený vodič pak zbavte izolace v délce asi 1 cm. |
 |
4) K uvolněnému konci vinutí připojte (smotejte dohromady v délce
asi 2 cm) nový lakovaný Cu drát o průměru 0,2 mm a oba vodiče spojte propájením.
Nyní začněte ručně domotávat zbytek prostoru jádra cívky. Pozor! Je důležité,
abyste pokračovali ve stejném směru vinutí, jak je cívka namotaná. Musíte pokračovat,
jako když nastavujete vodič cívky dalším Cu vodičem. Pokud byste nové vinutí
namotali proti smyslu původního vinutí, obvod by nepracoval. Snažte se vinout závit těsně vedle závitu a prostor co nejlépe vyplnit. Po naplnění jádra na závěr konec vodiče opět odizolujte a připájejte na volný vývod cívky. |
 |
5) Máte-li k dispozici vhodnou teplem smršťovací bužírku, použijte ji na zajištění vinutí. Případně můžete použít izolační pásku a vinutí pomocí ní zakrýt. |
Pro takto jednoduché zapojení asi není potřeba navrhovat a vyrábět plošný spoj (ale samozřejmě se vaší aktivitě meze nekladou). Stačí uříznout kousek univerzálního spoje a těch několik součástek na něm propojit.
V ukázkovém případě byla použita krabička KPD02 (nebo DK05P) pro "klíčenku" dálkového ovládání. Musíte jenom vhodně umístit mikrospínač tlačítka přesně pod plastový knoflík.
Jestliže budete potřebovat rozsvítit červenou či žlutou LED malým proudem, což je typický úkol u takovéto "hřbitovní svíčky"...
... pak není popisované zapojení "Joule thief" optimální. Místo něho můžete vyzkoušet upravený měnič invertující napětí. Pokud použijete v níže uvedeném zapojení vysoce svítivou červenou LED, bude odebíraný proud z baterie kolem 3 mA a přitom bude LED již dostatečně svítit. Zde je vhodné použít raději cívku s větší indukčností (i když i s 2x330 uH by to mělo fungovat, ale asi s horší účinností).
S velkým alkalickým monočlánkem dokáže LED teoreticky svítit několik tisíc hodin - tzn. i půl roku.
V případě, že byste chtěli vyrobit svíčku ve verzi "De luxe" s automatickým vypínáním za denního svitu, pak můžete obvod doplnit o světlocitlivý prvek. U tohoto oscilátoru je možné "přiškrcováním" bázového proudu snadno regulovat výsledný svit LED. V úvahu připadá fotorezistor s odporem menším než 30 kOhm za denního světla. Druhou možností je fotodioda např. BP104 či BPW34. Fotodiody jsou v tomto zapojení méně citlivé a pro vypnutí tranzistoru vyžadují plný sluneční osvit. Pokud je slunce za mrakem už nedodají dostatečný proud na uzavření T1.
Zda použijete fotorezistor nebo fotodiodu bude asi záležet na tom, co máte zrovna po ruce. Nebo také na aktuálních cenách těchto součástek ve vašich oblíbených elektroobchodech.
Snahou tohoto článku je ukázat začínajícímu elektrotechnikovi, na co si má dát u často používaného zapojení pozor. Nevhodně zvolené součástky mohou způsobit nefunkčnost měniče, jeho špatnou účinnost nebo přetížení a poškození použité LED.