Электрические схемы фонариков. Ремонт фонариков своими руками. Вечные фонари (динамо-фонари). Краткий обзор интересных моделей Вечный Фонарик в прозрачном корпусе

Вечный фонарик или фонарик Фарадея так называют фонарик с источником альтернативного питания. То есть данный фонарь не требует батареек или зарядки аккумулятора. Что бы его "зажечь" необходимо его потрясти. В самом фонарике стоит генератор и аккумуляторная батарея.

Давайте сначала познакомимся с заводским фонарем:

Я постарался максимально разрисовать конструкцию. Суть в том, что цилиндрический постоянный магнит свободно болтается в трубке - корпусе между резиновыми упорами или пружинками (где как) . А в цетре трубки намотана катушка. При тряске магнит бегает вверх вниз внутри катушки, создавая в ней при этом переменное электричество.

Посмотрим без корпуса.

Мы видим соленоид, цилиндрический магнит, ограничители, небольшую плату с диодами, переключателем и аккумуляторы. Ах да и светодиод на плате.

Трясем фонарик, включаем. Работает!

А вот наш опытный образец:

Коробочка из под Тик-так. Трубка на которую намотана катушка - корпус от шариковой ручки. Пару магнитиков от жесткого диска, есть там такие. Да, вместо аккумуляторов использованы конденсаторы. Белый светодиод. пару диодов.

Есть особенность намотки катушки. Как Вы, наверное, заметили из схемы - катушка состоит из двух обмоток, общая длина катушки 40 мм. Делим мысленно попала. На первой половине наматываем 600 витков самого тонкого провода диаметром примерно 0,08мм. И на второй половине 600 витков. Вот и всё - двух секционная катушка готова. Далее по схеме.

Принцип работы
Нижеприведенная схема ("") позволяет питать светодиод белого или синего свечения, требующий напряжения питания 3 - 3,5 В, от одного гальванического элемента или аккумулятора NiCD ,NiMH , даже разряженных до напряжения 0,8 В под нагрузкой.

Для красных и желтых светодиодов напряжение питания при токе 20 мА составляет 1,8 - 2,4 В, а для синих, белых и зеленых - 3 - 3,5 В, поэтому запитать синий или белый светодиод от пальчиковой батарейки напрямую невозможно .
Схема представляет вариант блокинг-генератора и была описана из города Swindon в Великобритании в журнале "Everyday Practical Electronics " за ноябрь 1999 года. Ниже можно ознакомится с этой статьей:
(щелкните по рисунку мышкой для просмотра в крупном масштабе )


Питание схемы осуществляется от элемента LR6/AA/AAA напряжением 1,5 В - схема может непрерывно работать неделю от одной батарейки до ее разряда до 0,8 В!!! Примечание: AA или AAA (R6) - солевые батарейки, LR6 - щелочные (alkaline) батарейки.

Приведенная схема работает как управляемый током генератор. Всякий раз при выключении транзистора VT спадающее магнитное поле в обмотке трансформатора T вызывает возникновение положительного импульса напряжения (до 30 В) на коллекторе транзистора. Это напряжение вместе с напряжением источника питания (батарейки) прикладывается к светодиоду. Переключение происходит с очень высокой частотой и низким коэффициентом заполнения. Уменьшение сопротивления резистора R приводит к увеличению тока через светодиод и, соответственно, увеличивает яркость его свечения.
приводит вначале значение сопротивления 10 кОм (средний ток через светодиод 18 мА) и затем указывает, что уменьшение сопротивления до 2 кОм приводит к увеличению среднего тока до 30 мА. Также указывает, что коэффициент полезного действия зависит от использованного транзистора VT - к лучшим результатам приводит применение транзистора с низким напряжением насыщения между коллектором и эмиттером V CE (SAT) . Он указывает, что для транзистора ZTX450 (V CE (SAT) = 0,25 В) КПД равен 73 %, при использовании ZTX650 (V CE (SAT) < 0,12 В) возрастает до 79 %, а при применении BC550 падает до 57 %.

Упоминание подобной конструкции в статье М. Шустова "Низковольтное питание светодиодов" в журнале "Радиомир" №8 за 2003 год:

А вот конструкция японского радиолюбителя: http://elm-chan.org/works/led1/report_e.html

Моделирование
Для моделирования такого устройства можно использовать свободно распространяемый симулятор электрических цепей . Вот модель этого генератора:

При напряжении питания 1,5 В и индуктивности каждой из обмоток трансформатора 200 мкГн потребление мощности от батареи составляет 197 мВт, а на светодиоде выделяется 139 мВт. Потери мощности составили 58 мВт, из них в транзисторе 55 мВт, а в резисторе 3 мВт. Таким образом, КПД оказался равен 71%.

При напряжении питания 1,5 В и транзисторе BC547C (V CE (SAT) = 0,2 В) зависимость среднего тока светодиода от индуктивности обмотки трансформатора (с идентичными обмотками) представлена ниже:


При индуктивности обмотки меньше 17 мкГн преобразователь не запускается.

Зависимость среднего тока светодиода от напряжения питания приведена ниже:

Трансформатор
Также вместо самостоятельно намотанного трансформатора на ферритовом колечке можно использовать промышленный импульсный трансформатор, например,
М - малогабаритный, И - импульсный, Т - трансформатор, В - высота с выводами 55 мм.

МИТ-4В выпускается в корпусе коричневого или черного цвета.

Этот трансформатор имеет три обмотки (одну первичную и две вторичные) с единичным коэффициентом трансформации. Омическое сопротивление каждой обмотки составляет около 5 Ом, индуктивность около 16 мГн.
Обмотки содержат по 100 витков, намотанных проводом ПЭЛШО 0,1 на колечке К17,5х8х5 из феррита марки М2000НМ1-Б.
Обозначение ферритового колечка расшифровывается так: К - кольцо; 17,5 - внешний диаметр кольца, мм; 8 - внутренний диаметр кольца, мм; 5 - высота кольца, мм.
Марка феррита М2000НМ-1Б расшировывается так: 2000 - начальная магнитная проницаемость феррита; Н - низкочастотный феррит; М - марганец-цинковый феррит (до 100 кГц).
Первый вывод отмечен цифрой "1" на корпусе трансформатора, а нарисованная стрелка указывает направление отсчета оставшихся выводов. Я использовал обмотки с выводами 1-4 и 2-3.

Также можно использовать трансформатор согласующий низкой частоты ТОТ:

Этот трансформатор рассчитаны на работу на частоте до 10 кГц.
Обозначение "ТОТ" расшифровывается как: Т - трансформатор; О - оконечный; Т - транзисторный.
Броневой сердечник трансформатора ТОТ изготавливается из холоднокатаной ленты с высокой магнитной проницаемостью и повышенной индукцией технического насыщения марки 50H.
Расположение выводов трансформаторов ТОТ напоминает цоколевку электровакуумных ламп - имеется ключ и дополнительная маркировка первого вывода на боковой поверхности трансформатора (красная точка). При этом отсчет выводов производится по часовой стрелке со стороны монтажа, а первый вывод расположен в левом верхнем углу.

Цоколевка трансформаторов типов: а - ТОТ1 - ТОТ35; б - ТОТ36 - ТОТ189, ТОЛ1 -ТОЛ54; в - ТОТ202 - ТОТ219, ТОЛ55 - ТОЛ72

Германиевые транзисторы
Для снижения порогового напряжения батарейки, при котором светодиод еще светится, можно использовать германиевые транзисторы, например, советский n-p-n транзистор МП38А:

У этого транзистора прямое падение напряжения на p-n переходах составляет около 200 мВ .
Для проверки я собрал макетную конструкцию на транзисторе МП38А и трансформаторе МИТ-4В:

Довольно сильно разряженная литиевая батарейка CR2032 в этой схеме питает цепочку из пяти светодиодов. При этом напряжение батареи под нагрузкой составляет около 1,5 вольт.

Варианты улучшения схемы
1) Можно добавить конденсатор, включенный параллельно резистору.

Я оценил влияние конденсатора на КПД преобразователя, выполнив моделирование в :


Как видно из графика, после некоторого подъема КПД при дальнейшем увеличении емкости конденсатора КПД преобразователя начинает снижаться.
2) Также можно добавить последовательно со светодиодом диод Шоттки и включить параллельно светодиоду конденсаторы.

3) Для ограничения верхнего предела напряжения на нагрузке можно дополнительно включить стабилитрон (диод Зенера) параллельно светодиоду.

p-n-p транзисторы
Наряду с на n-p-n транзисторах, можно применять и транзисторы p-n-p структуры. Я собрал такой преобразователь на базе германиевого pnp -транзистора ГТ308В (VT ) и импульсного трансформатора МИТ-4В (катушка L1 - выводы 2-3, L2 - выводы 5-6) :

Значение сопротивления резистора R подбирается экспериментально (в зависимости от типа транзистора) - целесообразно использовать переменный резистор на 4,7 кОм и постепенно уменьшать его сопротивление, добиваясь стабильной работы преобразователя.

мой преобразователь на p-n-p транзисторе

Я исследовал работу этого преобразователя с помощью цифрового осциллографа. При этом преобразователь питался от полуразряженного никель-кадмиевого аккумулятора, а в качесте нагрузки использовались два зеленых светодиода, подключенных через германиевый диод.

напряжение на нагрузке

Пиковое напряжение на нагрузке превышает 5 вольт, чего вполне хватает для свечения двух зеленых светодиодов даже с учетом падения напряжения на германиевом диоде.
Такая же форма кривой напряжения на нагрузке получается и при моделировании преобразователя в симуляторе :

напряжение на резисторе

напряжение между выводами 6-5 МИТ

Напряжение на нагрузке складывается из напряжения на обмотке 6-5 трансформатора и напряжения аккумулятора.

напряжение между выводами 3-2 МИТ

Как можно заметить, напряжения на обмотках трансформатора практически идентичны (с учетом расположения одноименных зажимов).

определение периода

Период следования импульсов составил 1,344 мс, т.е. частота генерации составила 744 Гц.

Для питания такого преобразователя можно использовать не только батарейку, но и ионистор (суперконденсатор):

Светодиодные фонари уверенно вытесняют своих предшественников. Они обладают максимальной световой отдачей, потребляя при этом гораздо меньшую мощность по сравнению с лампами накаливания.

Фонарь, который не разбивается и не перегорает – что может быть надежнее в экстремальных ситуациях? Светодиодный фонарик рассчитан на работу в течение 5-10 тысяч часов (если это время перевести в годы, то получится 5-10 лет безупречной службы).

Виды светодиодных фонарей

По назначению светодиодные фонари делятся на несколько основных групп:

Взрывозащищенные модели оснащены герметичным корпусом и искробезопасной электрической цепью.

Самодельный светодиодный фонарь

Наряду с качественными светодиодными фонарями в магазинах часто встречаются дешевые подделки. Светодиоды в них быстро выгорают, в результате чего покупка быстро превращается в бесполезный мусор. Поэтому многие любители домашнего мастерства не без основания считают, что добросовестно выполненная самоделка гораздо надежнее и долговечнее покупного фонаря.

Аккумуляторный фонарь – основные детали (фото)

Покупателя должно настораживать и большое количество светодиодов в фонарике. Таким способом обычно компенсируют их недостаточную яркость.

Только в дальнобойных фонарях высокого класса свечения оправдано устанавливаются несколько светодиодов. И это вовсе не означает, что они слабые: просто этого требует специфика таких моделей.

Кроме технических характеристик светодиода, при выборе фонаря надо обращать внимание на следующие аспекты:

• поток света (люмен). Характеризует мощность светового луча и его дальность;
• исполнение по международному стандарту IPX-8. В инструкции указывается степень устойчивости фонарика к неблагоприятным условиям и механическим воздействиям. По данной характеристике можно узнать, будет ли работать модель под водой;
• характеристики покрытия корпуса (анодирование). В данном случае между толщиной защитного слоя и стойкостью фонарика к механическим повреждениям находятся в прямой зависимости;
• тип отражателя. Он может быть гладким или «мятым». Первый вариант применяют в дальнобойных моделях, второй – в фонариках ближнего действия;
• гладкое стекло или линза. При помощи стекла формируется пучок света высокой яркости, но края светового круга несколько ослаблены.

Световой луч от фонаря с линзой напоминает лазер: круг от него имеет четкие очертания одинаковой интенсивности освещения.

Немаловажную роль при выборе светодиодного фонаря играет и его стоимость. Диапазон цен на данную продукцию весьма обширен. Например, ручной фонарик может стоить от 1,5 до 31 тыс. руб.

В дорогих моделях предусмотрено переключение режимов свечения, они характеризуются больше мощностью. Дешевые фонарики такими достоинствами не обладают, но в быту их возможностей обычно бывает достаточно. Примерно такие же цены устанавливаются и на налобные фонари.

Мощный налобный фонарь (аккумуляторный, светодиодный)

Видео

Данное видео подробно расскажет Вам про мощные светодиодные лампы.

Если провести анализ цен на светодиодные фонари, то можно установить следующее. Независимо от назначения модели, цены на них вполне приемлемые. Любой группе присущ широкий разброс цен. Даже поисковый фонарь можно купить всего за 3,5 тысячи рублей. Причем, несмотря на низкую стоимость, он будет укомплектован вполне достаточным набором функций.

Фарадей - изобретатель электродвигателя и первооткрыватель электромагнитной индукции, именно на ней и основан принцип действия нашего будущего фонаря. Чем отличается данный фонарь от других, и почему у него личное название? Все просто. Этот фонарь совершенно не нуждается в батарейках, он полностью основан на альтернативном источнике питания- электромагнитной индукции. Для того, чтобы наш фонарь излучал свет - достаточно просто потрясти его, а в самом фонаре установлен генератор и аккумуляторная батарея,которая накапливает энергию от "тряски". Чтобы лучше понять суть устройства необходимо ознакомиться с картинкой, на ней интуитивно показано как все расположено, а так же можно понять суть работы.

Собственно электричество поступая на диодный мостик- становится постоянным накапливаясь в аккумуляторах на 3 вольта.
Если взглянуть на фонарик без корпуса можно заметить соленоид, магнит в форме цилиндра, резиновые ограничители, плату с диодами, переключатель и аккумуляторы(в принципе фонарик может работать и без него, но тогда его придется постоянно трясти).

Состав материалов нашего фонаря.

Такой фонарик можно сотворить из чего угодно, хоть из коробочки для тик-так, а трубкой для намотки проволоки может послужить обычная шариковая ручка, точнее ее полая трубка. Следующий элемент достать чуть сложнее, автор брал магниты из жесткого диска, но в принципе подойдут любые сильные магниты маленького размера. По идее в любом магазине электротехнике можно найти дешевые мощные магниты рублей по 30 за штуку. Вместо аккумуляторов можно бюджетно использовать конденсаторы. Так же для красоты необходима парочка светодиодов. Ну и схема- куда же без нее.

Автор данного девайса уделяет особое внимание, что в намотке катушки присутствует одна важная деталь-особенность: хотя вы скорее всего заметили это из схемы,- катушка состоит из двух намоток, а ее общая длина около 40 мм. Разделим мысленно столбик катушки на две половины. На первой половине необходимо намотать 600 мотков с очень тонкой проволокой, ее диаметр должен составлять где-то 0,08мм. Ту же операцию повторить на второй половине катушки фонарика. Выполнив это вы получите нужную для устройства катушку состоящую из двух секций.

Продолжаете сбор фонарика по схеме вы получите готовое изделие- удачи.

И обязательно установите ограничители, они необходимы, чтобы не повредить "упаковку" фонаря, а так же для более быстрого перемещения магнитов при "тряске". Ведь чем лучше двигаются магниты- тем быстрее накапливается энергия. А это в свою очередь означает, что вам придется меньше тратить сил. И следовательно у вас останется еще много энергии для создания новых интересных и забавных устройств. Удачи и успехов!

Схема фонарика с аккумулятором

Как радиомеханику мне интересны самые простые электронные устройства. На этот раз речь пойдёт о фонарике с аккумулятором.

Вот схема фонарика с аккумулятором.

Фонарик состоит из двух частей. В одной части размещён аккумулятор и сетевое зарядное устройство, а в другой - выключатель и лампа накаливания. Для зарядки аккумулятора одна часть фонарика отсоединяется от головной (где лампа и выключатель) и подключается к сети 220V.

На фото виден разъём-переходник, который соединяет аккумулятор и выключатель с лампой накаливания.

Устройство такого фонарика предельно простое. Для зарядки свинцово-кислотного аккумулятора G1 ёмкостью 1 А/h (1 ампер-час) и напряжением 4V используется схема с гасящим конденсатором C1. На нём падает большая часть сетевого напряжения сети 220V. Затем переменное напряжение после гасящего конденсатора выпрямляется диодным мостом на диодах VD1 - VD4 (1N4001).

Для сглаживания пульсаций после диодного моста устанавливается электролитический конденсатор C2. Нагрузкой для всего этого выпрямителя является аккумулятор G1. Если его отключить, то на выходе выпрямителя будет напряжение около 300 вольт, хотя при подключенном аккумуляторе напряжение на его выходе составляет 4 - 4,5 вольта.

Стоит отметить, что схема с гасящим (балластным) конденсатором проста, но довольно опасна. Дело в том, что такая схема гальванически не развязана от сети 220 вольт. При использовании трансформатора схема становится более электробезопасной, но из-за дороговизны этой детали применяется схема с гасящим конденсатором.

Диод VD5 необходим для того, чтобы при отключении схемы от сети, аккумулятор не разряжался через схему выпрямителя и индикации на красном светодиоде HL1, и резисторе R2. А вот лампа накаливания EL1 (или схема из светодиодов) подключается к аккумулятору только через выключатель SA1. Получается, что диод VD5 служит неким барьером, который пропускает ток к аккумулятору от сетевого выпрямителя, а обратно нет. Вот такая простая защита. Также стоит сказать, что на диоде VD5 теряется небольшая часть от выпрямленного напряжения - за счёт падения напряжения на диоде при прямом включении (V F ). Оно составляет где-то 0,5 - 0,7 вольт.

Отдельно хотелось бы сказать об аккумуляторе. Как уже было сказано, он герметичный свинцово-кислотный (Pb). Состоит из двух ячеек по 2 вольта, соединённых последовательно. Т.е аккумулятор, как говорят, состоит из 2 банок.

На аккумуляторе указано, что максимальный ток заряда - 0,5 ампера. Хотя для свинцовых Pb аккумуляторов рекомендуется ограничивать ток заряда на уровне 0,1 от его ёмкости. Т.е. для данного аккумулятора лучшим зарядным током будет - 100mA (0,1A).

Типовыми неисправностями фонариков с аккумулятором являются:

Выход из строя элементов сетевого выпрямителя (диодов, электролитического конденсатора, резистора в цепи индикации);

Неисправность кнопки-выключателя (легко чинится любой подходящей кнопкой с фиксацией или же рокерным выключателем);

Деградация (старение) аккумулятора;

Износ контактных разъёмов.