Düşük voltajdan yüksek elde etmek, jul hırsızı (joule thief)

[taydin]

Elimizde çok düşük bir DC voltaj var ise, jul hırsızı (joule thief) denen devre ile bu voltajdan daha yüksek bir voltaj elde edebiliriz.

 

[taydin]

Bu devrede, 1.5V luk bir kalem pil ile, çıkışta 15V genlikte ince palslar elde ediyoruz. Mevcut devrede, palsların frekansı 5 KHz civarında. Eğer bu palsları uygun bir kapasitör ile filtreleyecek olursak, düşük akım gereksinimine sahip bir devreyi rahatlıkla çalıştırabiliriz.

Devrenin çalışma prensibi kabaca şöyle: İlk pil bağlandığında, N1 sargısından geçen akım giderek artar ve sonunda T1 transistörünü iletime geçmeye başlar. İletmeye başladıkça, N2 sargısından geçen akımın N1'de yarattığı gerilim, T1'in iletime geçmesini hızlandırır ve kısa sürede T1 tam iletime geçer. Bir kere tam iletime geçtikten sonra, transistörlerin fiziksek özelliklerinden kaynaklanan sebeplerden dolayı, artık 1K direncin sağladığı baz akımı, T1'i iletimde tutmak için yeterli gelmez ve T1 yalıtıma geçmeye başlar. Yalıtıma geçerken N2'de azalan akımın N1'de yarattığı gerilim, T1'in yalıtıma geçmesini hızlandırır ve kısa sürede T1 yalıtıma geçmiş olur. Bu döngü böyle sonsuza kadar devam eder.

TR1 transformatörünün nüvesinin manyetik özellikleri değiştirilirse, çıkışta oluşan palsların frekansı değişmektedir.

 

[tsahin]

Buradan elde edilecek voltajle gerçekten birşey çalıştırılabilir mi? Mesela 3V ile çalışan bir televizyon kumandasını bir tek kalem pille çalıştırabilir miyiz?

 

[taydin]

Çalıştırır. Ama o tek kalem pil az dayanır. Bunun sadece şöyle bir faydası olur. Diyelim kumandanın pili bitik, evin de altını üstüne getirdin ve sadece bir tek pil bulabildin. İşte bu devre ile o kumandayı çalıştırırsın

 

[tsahin]

15V veriyor görünüyor similatörde kumandaya zarar vermez mi?

 

[taydin]

Simulatördeki transformatör ideal, ayrıca kaçak kapasiteler de yok, o sivri pikler o yüzden var. Gerçek devrede o kadar sivri olmaz onlar.

Bunun dışında, çıkışa uygun bir filtre kapasitörü konarak istenen seviyede DC elde etmek lazım. Bunun için de trafonun primer sekonderleri ayarlanmalı.

 

[Günay]

Bu devrede, 1.5V luk bir kalem pil ile, çıkışta 15V genlikte ince palslar elde ediyoruz. Mevcut devrede, palsların frekansı 5 KHz civarında. Eğer bu palsları uygun bir kapasitör ile filtreleyecek olursak, düşük akım gereksinimine sahip bir devreyi rahatlıkla çalıştırabiliriz.

Devrenin çalışma prensibi kabaca şöyle: İlk pil bağlandığında, N1 sargısından geçen akım giderek artar ve sonunda T1 transistörünü iletime geçmeye başlar. İletmeye başladıkça, N2 sargısından geçen akımın N1'de yarattığı gerilim, T1'in iletime geçmesini hızlandırır ve kısa sürede T1 tam iletime geçer. Bir kere tam iletime geçtikten sonra, transistörlerin fiziksek özelliklerinden kaynaklanan sebeplerden dolayı, artık 1K direncin sağladığı baz akımı, T1'i iletimde tutmak için yeterli gelmez ve T1 yalıtıma geçmeye başlar. Yalıtıma geçerken N2'de azalan akımın N1'de yarattığı gerilim, T1'in yalıtıma geçmesini hızlandırır ve kısa sürede T1 yalıtıma geçmiş olur. Bu döngü böyle sonsuza kadar devam eder.

TR1 transformatörünün nüvesinin manyetik özellikleri değiştirilirse, çıkışta oluşan palsların frekansı değişmektedir.

Selamlar devrenin çalışma mantığınımben şu şekilde yorumladım acaba siz ne düşünüyorsunuz ilk olarak N1 sargısı ve direnç üzerinden transistör tetiklenir transistör iletime geçtiğinde N2 sargısı üzerinden grounda akım akar N1 ve N2 sargılarının sarım yönleri terstir bu nedenle N2 üzerinde oluşan zıt EMK N1 sargısında ters yönde bir EMK oluşturarak transistörü iletimden çıkarı N2 bobinde depolanan EMK yük üzerinden grounda akarak enerjisini boşaltır sistem tekrar başa döner. Ben bu şekilde yorumladım

 

[taydin]

Selamlar devrenin çalışma mantığınımben şu şekilde yorumladım acaba siz ne düşünüyorsunuz ilk olarak N1 sargısı ve direnç üzerinden transistör tetiklenir transistör iletime geçtiğinde N2 sargısı üzerinden grounda akım akar N1 ve N2 sargılarının sarım yönleri terstir bu nedenle N2 üzerinde oluşan zıt EMK N1 sargısında ters yönde bir EMK oluşturarak transistörü iletimden çıkarı N2 bobinde depolanan EMK yük üzerinden grounda akarak enerjisini boşaltır sistem tekrar başa döner. Ben bu şekilde yorumladım

Merhaba, foruma hoşgeldin!

Transformatörün sarım yönlerine bakarsan (noktalara dikkat), kollektör sargısından geçen akımın, baz sargısındaki mevcut akımı artırıcı yönde olduğunu görürsün (pozitif geri besleme var).

Joulie Thief'in çalışma mantığını tam olarak anlatan makale

Joule thief - Wikipedia

en.wikipedia.org

Transistörün kesime gitmesini sağlayan faktör, kollektör akımının belli bir kritik eşiği geçmesi ve bu akım için gereken baz akımının artık mevcut baz direnci nedeniyle karşılanamaması. Hatırla, bir transistörün betası artan kollektör akımı ile azalır. Yanı akım arttıkça bir transistörü satürasyonda tutmak zorlaşır.

 

[Günay]

Cevap İçin teşekkürler ben sadece indüksiyon prensini üzerinden gitmişim birde bobinlerin yönlerini karıştırmışım ama transistörün kesime girmesini hala anlayamadım transistör çalışma grafiğinde dediğiniz kesim olayını göremedim

 

[taydin]

Cevap İçin teşekkürler ben sadece indüksiyon prensini üzerinden gitmişim birde bobinlerin yönlerini karıştırmışım ama transistörün kesime girmesini hala anlayamadım transistör çalışma grafiğinde dediğiniz kesim olayını göremedim

Bu devrede transistör ya satürasyonda yada kesimde oluyor. Aktif çalışma bölgesinden sadece geçiş yapıyor.

 

[taydin]

Cevap İçin teşekkürler ben sadece indüksiyon prensini üzerinden gitmişim birde bobinlerin yönlerini karıştırmışım ama transistörün kesime girmesini hala anlayamadım transistör çalışma grafiğinde dediğiniz kesim olayını göremedim

Bu arada şunu da belirteyim, konuyu çok ayrıntılı olarak anlamaya çalışman çok güzel birşey. Ben wikipedia sayfasındaki açıklamaya göre çalışma mantığını açıkladım, ama devreyi kurup da ölçüm yapmadım. Bu devrenin ayrıntılı analizini yapmak için MicroCap ile devreyi tekrar kurup burada sonuçlarını paylaşırım. Anlık olarak devrenin her noktasındaki voltaj/akımlara bakar tam olarak çözümlemesini yaparız.

 

[Günay]

Teşekkürler Timur bey bu arada iyi bayramlar dilerim sonuçları burdan paylaşırsanız sevinirim iyi akşamlar

 

[taydin]

Senin de (ve herkesin) bayramı kutlu olsun.

Devreyi MicroCap'te kurdum ve çıkış voltajı, trafonun sekonder voltajı, transistör baz akımı ve kollektör akımlarını çizdirdim.

 

[taydin]

Sonra da ilk palsın öncesinde olan olaylara yakından bakabilmek için o zaman aralığına zum yaptım

Bu grafikleri zamana göre inceleyince şunu görüyoruz: Kollektör akımı, satürasyonda meydana gelen keskin beta (β) düşüşü nedeniyle azalmaya başlıyor (en alttaki eğri). Bu azalışa bağlı olarak transformatör üzerinde bir tepki voltajı oluşuyor (üstten ikinci eğri). Bu tepki voltajı sekondere yansıyor ve orada oluşan ters voltaj da baz akımının yönünü değiştiriyor (üstten üçüncü eğri) ve transistörü kesime götürüyor.

 

[taydin]

MicroCap simulasyon dosyasını da ekliyorum.

Bu devrenin çalışması ile ilgili önemli bir ayrıntı var yalnız. Eğer devrede kullanılan trafoyu ideal trafo olarak seçerseniz devre çalışmıyor! Trafonun mutlaka lineer olmayan, histerezise tabi bir trafo olarak seçilmesi gerekiyor. Böyle bir trafoda belli bir akım değerinden sonra satürasyon meydana gelir ve akım aniden çok yüksek değerlere çıkar. İşte bu ani akım artışı zincirleme reaksiyonu başlatıyor. Transistörün betası ve buna bağlı olarak da kollektör akımı düşüyor, bu da trafonun sekonderinde ters gerilim oluşturuyor, bu ters gerilim de transistörü kesime götürüyor.

 

[taydin]

Bunun gerçek devresini de kurup deneyeceğim. Bakalım simulasyon ile gerçek devredeki durumu ne kadar doğrulukla öngörebiliyoruz.

 

[deneyci]

Bunun gerçek devresini de kurup deneyeceğim. Bakalım simulasyon ile gerçek devredeki durumu ne kadar doğrulukla öngörebiliyoruz.

Gerçek devresini denediniz mİ?

 

[taydin]

Gerçek devresini denediniz mİ?

Denemedim malesef. Denenecek şeyler listesinde duruyor

 

[Mikro Step]

Bu devrenin calisma prensibi kullanilan nuveye bagli olarak degisir.

1. Nuve yeterince iri ve doyum sorunu yoksa;

Transistor iletime gecer. Akimi yukselirken base sargisinda enduklenen gerilim transistoru daha da iletime sokar. Fakat bir degerden sonra akim daha fazla yukselemez.

Iste bu durumda Ldi/dt=0 yada sifira yakin deger alir. Bu durumda biraz once deli gibi akim akitan transistorun beys voltaj duser. Haliyle kollektor akimi da duser. Bu kez Ldi/dt tersine doner. Transistor deli gibi kesime kosar. Bu esnada olusan zit emk 1.5v a seri sekilde cikistaki yuku beslerken nuvedeki hapsolmus enerji bosalir. Ne zaman Beyz sargisindaki voltaj azalir 1.5-Vsek>0.6v olur o zaman aciklamanin en basina donulur.

2. Nuve cok minikse ve kolayca doyuma gidiyorsa;

Gene yukaridaki olaylar aynen gerceklesir sadece transistorun tasiyacagi akimin daha cok altinda iken nuve doyar. Nuve doyunca beyz sargisindaki voltaj duser akim egimi duser Ldt/dt sifira yaklasir. Bir anda beyz voltaji azalir. (Beyz voltaji 1.5v pilden gelen voltaj + sekonderde enduklenen voltaj cunku)

Beyz akimi azalincakollektor akimi azalir. Nuve ne oluyor lan deyip ters gerilim endukler. ve olay 1. aciklama ile benzer sekilde devam eder.

 

[Mikro Step]

Bugun yolda bahcelerde topraga cakilan kendisini gunes enerjisi ile sarj edip gece hafifce isik yayan isildaklardan buldum. Hap kadar Nicd bataryasi bozulmus.

1.5v pil ile besledigimde calistigini gorunce biraz inceledim.

Fotodaki cip 4 bacakli. 330uH oldugunu sandigim bir de bobin var sadece.

Devreyi 1.5v kalem pille besledigimde bobinin Gnd ye gore dalga sekli de asagida. Frekans vs bilgileri goruntude mevcut.