El intermitente LED de 31 años para modelos de faros, etc.: 11 pasos (con imágenes)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:42

Los faros modelo tienen una gran fascinación y muchos propietarios deben pensar en lo agradable que sería si, en lugar de simplemente sentarse allí, el modelo realmente brillara. El problema es que es probable que los modelos de faros sean pequeños con poco espacio para las baterías y los circuitos, y la luz de té que se muestra en la imagen de arriba es un buen ejemplo donde solo hay espacio para colocar una batería PP3 o una pequeña pila de botón de litio. celdas junto con una placa de circuito muy pequeña.

En Internet abundan los flashes LED. Muchos se basan en el chip 555 y, por lo tanto, se puede esperar que consuman alrededor de 10 mA de corriente, lo que aplanaría una batería pequeña en unos días. Después de jugar un poco con componentes en una placa de pruebas, me topé con el circuito CMOS que es la base de este artículo. Este circuito es 5000 veces mejor que un 555 y consume 2 microAmps, lo que significa que una batería alcalina PP3 de 9 voltios debería durar 31 años, aunque esto es académico, ya que está mucho más allá de la vida útil de la batería. Una pila de 3 pilas de litio 2032 que también dan 9 voltios durará apenas 12 años.

Para lograr este desempeño se rompen algunas reglas y los profesionales de la electrónica levantarán una ceja si no dos.

Paso 1: El circuito básico 1

Puede ser útil que el circuito funcione inicialmente en una placa de prueba sin soldadura y, además de la placa de prueba, necesitará:

1 puerta NOR cuádruple CMOS CD4011. (Estamos usando el IC como un inversor cuádruple, por lo que un CD 4001 también funcionará).

Resistencia de 1 X 4.7 Meg Ohm. (Se pueden usar hasta 10 megaohmios para tiempos de ciclo más largos).

1 resistencia de 10 ohmios.

1 condensador electrolítico de 1000 microFaradios.

Condensador electrolítico no polar de 1 X 1 microFaradio. (Se pueden usar condensadores cerámicos de 1 microFaradio, pero son un poco más difíciles de obtener).

2 LED blancos de alta eficiencia.

2 X 2N7000 N canal FET.

Condensador electrolítico de 1 X 4.7 microFaradios (el tantalio sería lo mejor).

1 batería de 9 voltios, como una PP3.

El esquema de arriba muestra el circuito básico. Un CMOS CD 4011 tiene todos los pares de entradas de puerta unidas, lo que lo convierte en un inversor cuádruple. Dos de las puertas están conectadas como un astable con el tiempo definido por la resistencia de 4,7 megaohmios y el condensador electrolítico no polar de 1 microFaradio, lo que da como resultado un tiempo de ciclo de tres a cuatro segundos. El tiempo se puede duplicar fácilmente mediante la adición de otro capacitor de 1 microFaradio o más en paralelo y la resistencia de 4.7 megaohmios se puede aumentar a 10 megaohmios para que sean factibles tiempos de ciclo largos. Las dos puertas restantes están cableadas como inversores alimentados desde la sección astable y sus salidas antifase alimentan las puertas respectivas de los FET 2N7000 que están cableados en serie a través de la línea de suministro. Cuando el último inversor en la salida de la cadena sube, el anterior será bajo y el 2N7000 superior conduce la carga del condensador de 4,7 microFaradios a través de un LED que emite un destello. Cuando el último inversor de la cadena baja, el 2N7000 inferior conduce permitiendo que los 4,7 microFaradios se descarguen a través del otro LED dando otro destello. La etapa de salida consume corriente cero fuera de los tiempos de transición.

La resistencia de 10 ohmios y el capacitor de 1000 microfaradios en la línea de suministro de energía son solo para desacoplar y no son vitales, pero son muy útiles en la etapa de prueba.

Los puristas electrónicos señalarán que la etapa de salida no tiene un buen diseño porque cualquier oscilación o incertidumbre en el punto donde los interruptores del circuito podrían provocar que ambos 2N7000 se enciendan brevemente al mismo tiempo, lo que resultará en un cortocircuito en la fuente de alimentación. En la práctica, encuentro que esto no está sucediendo y aparecería en el consumo actual, ver más adelante.

Se encontró que el circuito como se muestra consume un promedio de 270 microAmps, lo cual es acreditable pero demasiado alto para nuestro propósito.

Paso 2: El circuito básico 2

La imagen de arriba muestra el circuito ensamblado en una placa de prueba sin soldadura.

Paso 3: El circuito mejorado 1

El circuito que se muestra en el esquema anterior parece ser casi idéntico al anterior. En este caso, la adición de un solo componente produce una transformación en el rendimiento que es tan drástica como es probable que vea en los circuitos electrónicos simples.

Se ha colocado una resistencia de 1 megaohmio en serie con el suministro al CI CD4011. (Los profesionales de la electrónica dirán que esto es algo que nunca se debe hacer.) El circuito continúa funcionando PERO el consumo promedio cae a unos 2 microAmps, lo que equivale a una vida útil de 31 años para una celda PP3 alcalina de 550 mA horas de capacidad. Increíblemente, el voltaje de salida sigue siendo lo suficientemente alto como para cambiar de manera confiable los FET 2N7000.

Paso 4:

La imagen de arriba muestra la resistencia agregada anillada en rojo.

Medir la corriente promedio consumida por este circuito es una tarea desalentadora, pero una prueba rápida es quitar la batería y permitir que el circuito se descargue con la carga en el condensador de desacoplamiento de 1000 microFaradios si lo ha instalado; el circuito debe funcionar durante cinco o seis minutos antes de que uno de los flashes se rinda.

He tenido cierto éxito al insertar una resistencia de 100 ohmios más un supercondensador de 3 Faradios, (observe la polaridad) en paralelo en la línea de suministro y dejando varias horas para que se alcance el equilibrio. Con un milivoltímetro, se puede medir el voltaje a través de la resistencia y calcular la corriente promedio usando la Ley de Ohm.

Paso 5: Algunos pensamientos en esta etapa

He cometido el pecado capital de colocar una resistencia en la línea de suministro de un CMOS IC. Sin embargo, el IC está solo y no es parte de una cadena lógica y sugeriría que estemos usando este IC único simplemente como una colección de transistores CMOS complementarios. Puede ser que tengamos aquí un oscilador de relajación de potencia ultrabaja de un hombre pobre.

El condensador de 'cubo' que se carga y descarga a través de los dos LED se puede aumentar para proporcionar un destello más brillante, pero con valores en los cientos de microFaradios, puede ser una buena precaución agregar una pequeña resistencia en serie con los LED para limitar la corriente máxima y Se sugiere 47 o 100 ohmios. Con valores de condensador más grandes, el flash puede volverse un poco 'perezoso' ya que la última parte de la carga del condensador se disipa a través del LED inferior, aunque puede considerar que proporciona una experiencia de faro más realista. El consumo de corriente aumentará, por supuesto, incluso a veinte o treinta microAmps.

Paso 6: Hacer una versión permanente de su circuito 1

Hemos hecho la parte fácil pero deberíamos haber demostrado que el circuito funciona y ahora podemos comprometernos de forma permanente para entrar en nuestro faro.

Esto requerirá herramientas electrónicas elementales y habilidades de ensamblaje. Los componentes necesarios dependerán de cómo elija hacer esta parte y de las habilidades que tenga. Mostraré un par de ejemplos y daré más sugerencias.

La imagen de arriba muestra una pequeña placa de circuito impreso de PCB prototipo de doble cara punto a punto. Están disponibles en EBay en varios tamaños y este es uno de los más pequeños. También se muestra un cuadrado de placa de circuito impreso simple con un cable adjunto y esto formará una conexión para nuestra batería, que será una pila de tres pilas de botón de litio. Con este tipo de placa, encuentro que no es posible unir las almohadillas adyacentes con soldadura, ya que la soldadura corre hacia abajo a través de los orificios; debe puentear con un cable.

Paso 7: hacer una versión permanente de su circuito 2

En la imagen de arriba vemos que la construcción está muy avanzada. Tenga en cuenta que se utilizaron dos condensadores de 1 microFaradio para la sincronización y tres pilas de botón de litio 2025 están listas para colocarse entre los conectores del extremo de la batería.

Paso 8: Hacer una versión permanente de su circuito 3

En la imagen de arriba vemos el artículo terminado listo para ser instalado en un faro. Tenga en cuenta que las tres celdas de litio se han conectado en serie de positivo a negativo hasta el positivo superior que está conectado al cuadrado de la placa de circuito impreso normal soldada al cable rojo. A continuación, la pila de células se ha unido firmemente con cinta autoamalgamante. Encontrará ejemplos de este método para fabricar baterías a partir de múltiples pilas de botón en otra parte del sitio de Instructables.

Paso 9: Hacer una versión permanente de su circuito 4

En la imagen de arriba vemos otra versión ensamblada en stripboard que es la versión moderna de Veroboard. Esto está bien, pero la placa moderna no perdona los errores y no soportará mucha soldadura y desoldadura antes de que se levanten las tiras de cobre, ¡así que hágalo bien la primera vez! La batería es un PP3 alcalino que con una capacidad de 450 mA horas se calcula en una vida bastante académica de 31 años.

Paso 10: Hacer una versión permanente de su circuito 5

Aquí, el circuito de stripboard más la batería PP3 se han envuelto en material de embalaje de plástico y se han encajado en el portacandelitas que permite que nuestro conjunto se inserte en el faro.

Para un circuito simple como este, también puede hacer su propia placa de circuito impreso con un bolígrafo de circuito impreso, pero debe poder grabarlo, ¡preferiblemente no en la cocina! Por último, una pequeña hoja de placa de circuito impreso simple puede ser objeto de una construcción de 'error muerto' que puede dar la construcción más pequeña y robusta de todos los ejemplos.

Paso 11: Últimos pensamientos

Este circuito es tan barato de fabricar que es desechable. Se puede hacer tan pequeño como para entrar en un frasco de vidrio pequeño y luego incluso en una maceta de resina o cera si los LED se dejan transparentes. En una forma tan robusta, puede haber una multitud de usos potenciales. Sugeriría que podría ser un elemento de seguridad valioso en la espeleología y especialmente en el buceo en cuevas, donde varios de estos podrían iluminar una salida de una cueva o desde el interior de un naufragio tortuoso. Podrían dejarse en su lugar durante años.

El condensador de cubo puede hacerse más pequeño, reduciendo el consumo de energía a un nivel en el que el circuito podría ser impulsado por una batería de "pila" de placas metálicas diferentes intercaladas con almohadillas de electrolito. ¡Esto incluso podría resultar en una asamblea que podría colocarse en una 'cápsula del tiempo' para ser desenterrada unos cincuenta años después!