O pisca-pisca de 31 anos para faróis modelo etc.: 11 etapas (com fotos)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:37

Os faróis modelo atraem um grande fascínio e muitos proprietários devem pensar como seria bom se, em vez de apenas ficar ali, o modelo realmente brilhasse. O problema é que os modelos de farol são provavelmente pequenos, com pouco espaço para baterias e circuitos e a lâmpada de chá mostrada na imagem acima é um bom exemplo onde há espaço apenas para inserir uma bateria PP3 ou uma pequena pilha de botão de lítio células junto com uma placa de circuito muito pequena.

A Internet está repleta de pisca-piscas de LED. Muitos são baseados no chip 555 e, portanto, pode-se esperar que consumam cerca de 10 mA de corrente, o que esvaziaria uma pequena bateria em poucos dias. Depois de brincar com os componentes de uma placa de ensaio, descobri o circuito CMOS que é a base deste artigo. Este circuito é 5000 vezes melhor que um 555 e consome 2 microAmps, o que significa que uma bateria PP3 alcalina de 9 volts deve durar 31 anos, embora isso seja acadêmico, pois está bem além da vida útil da bateria. Uma pilha de 3 células de lítio 2032 também fornecendo 9 Volts durará apenas 12 anos.

Para atingir esse desempenho, algumas regras são quebradas e os profissionais de eletrônica vão levantar uma sobrancelha, se não duas.

Etapa 1: O Circuito Básico 1

Pode ser útil fazer o circuito funcionar inicialmente em uma placa de ensaio sem solda e, além da placa de ensaio, você precisará:

1 X CMOS CD4011 quad NOR gate. (Estamos usando o IC como um inversor quádruplo, portanto, um CD 4001 também funcionará.)

1 x resistor de 4,7 Meg Ohm. (Até 10 megOhm podem ser usados para tempos de ciclo mais longos.)

1 X resistor de 10 Ohms.

Capacitor eletrolítico 1 x 1000 microFarad.

1 X 1 capacitor eletrolítico não polar microFarad. (1 capacitores de cerâmica microFarad podem ser usados, mas são um pouco mais difíceis de obter.)

2 X LEDs brancos de alta eficiência.

2 X 2N7000 N canal FET.

1 x 4,7 capacitor eletrolítico microFarad (tântalo seria o melhor.)

Bateria de 1 x 9 volts, como PP3.

O esquema acima mostra o circuito básico. Um CMOS CD 4011 tem todos os pares de entradas de porta amarrados, tornando-o um inversor quádruplo. Duas das portas são conectadas como astáveis com o tempo definido pelo resistor de 4,7 megOhm e pelo capacitor eletrolítico apolar de 1 microFarad, resultando em um tempo de ciclo de três a quatro segundos. O tempo pode ser facilmente dobrado pela adição de outro capacitor microFarad ou mais em paralelo e o resistor de 4,7 megOhm pode ser aumentado para 10 megOhm, desde que longos tempos de ciclo sejam viáveis. As duas portas restantes são conectadas como inversores alimentados da seção astável e suas saídas antifásicas alimentam as respectivas portas dos FETs 2N7000 que são conectadas em série na linha de alimentação. Quando o último inversor na cadeia de saída fica alto, o anterior será baixo e o 2N7000 superior conduz o carregamento do capacitor 4,7 microFarad por meio de um LED que pisca. Quando o último inversor na cadeia fica baixo, o 2N7000 inferior conduz, permitindo que o 4,7 microFarad descarregue através do outro LED dando outro flash. O estágio de saída consome corrente zero fora dos tempos de transição.

O resistor de 10 Ohms e o capacitor de 1000 microfarad na linha de alimentação são apenas para desacoplamento e não são vitais, mas são muito úteis no estágio de teste.

Os puristas eletrônicos apontarão que o estágio de saída não é um bom projeto porque qualquer hesitação ou incerteza no ponto onde os interruptores do circuito podem resultar em ambos os 2N7000 sendo ligados brevemente ao mesmo tempo, resultando em um curto na fonte de alimentação. Na prática acho que isso não está acontecendo e apareceria no consumo atual, veja mais tarde.

O circuito mostrado consome uma média de 270 microAmps, o que é credível, mas alto demais para o nosso propósito.

Etapa 2: O Circuito Básico 2

A imagem acima mostra o circuito montado em uma placa de ensaio sem solda.

Etapa 3: O circuito aprimorado 1

O circuito mostrado no esquema acima parece ser quase idêntico ao anterior. Aqui, a adição de apenas um componente efetua uma transformação no desempenho que é tão drástica quanto você provavelmente verá em um circuito eletrônico simples.

Um resistor de 1 MegOhm foi colocado em série com o fornecimento para o IC CD4011. (Os profissionais de eletrônica dirão que isso nunca deveria ser feito.) O circuito continua a operar, MAS o consumo médio cai para cerca de 2 microAmps, o que equivale a uma vida de 31 anos para uma célula PP3 alcalina de 550 mA horas de capacidade. Incrivelmente, a tensão de saída ainda é alta o suficiente para alternar os FETs 2N7000 de forma confiável.

Passo 4:

A imagem acima mostra o resistor adicionado circundado em vermelho.

Medir a corrente média consumida por este circuito é uma tarefa difícil, mas um teste rápido é remover a bateria e permitir que o circuito se esgote com a carga do capacitor de desacoplamento de 1000 microFarad se você o tiver instalado - o circuito deve funcionar por cinco ou seis minutos antes de um dos flashes desaparecer.

Tive algum sucesso inserindo um resistor de 100 Ohm mais 3 supercapacitor Farad, (observe a polaridade) em paralelo na linha de alimentação e permitindo várias horas para que o equilíbrio seja alcançado. Usando um milivoltímetro, a tensão no resistor pode ser medida e a corrente média calculada usando a Lei de Ohm.

Etapa 5: alguns pensamentos nesta fase

Cometi o pecado capital de colocar um resistor na linha de alimentação de um CI CMOS. No entanto, o IC está sozinho e não faz parte de uma cadeia lógica e eu sugeriria que estejamos usando este único IC simplesmente como uma coleção de transistores CMOS complementares. Pode ser que tenhamos aqui um oscilador de relaxamento de potência ultrabaixa de um pobre.

O capacitor 'balde' que carrega e descarrega através dos dois LEDs pode ser aumentado para fornecer um flash mais brilhante, mas com valores na casa das centenas de microFarads, pode ser uma precaução sábia adicionar um pequeno resistor em série com os LEDs para limitar a corrente de pico e 47 ou 100 Ohms é sugerido. Com valores de capacitor maiores, o flash pode ficar um pouco "lento", pois a última parte da carga do capacitor se dissipa pelo LED inferior, embora você possa considerar que isso fornece uma experiência de farol mais realista. O consumo atual aumentará, é claro, talvez até vinte ou trinta microAmps.

Etapa 6: Fazendo uma versão permanente do seu circuito 1

Fizemos a parte fácil, mas deveríamos ter provado que o circuito funciona e agora podemos nos comprometer com uma forma permanente de entrar em nosso farol.

Isso exigirá ferramentas eletrônicas elementares e habilidades de montagem. Os componentes necessários dependerão de como você escolhe fazer esta parte e das habilidades que você possui. Vou mostrar alguns exemplos e dar mais sugestões.

A imagem acima mostra uma pequena placa de circuito impresso protótipo de dupla face ponto a ponto. Estão disponíveis no eBay em vários tamanhos e este é um dos menores. Também é mostrado um quadrado de placa de circuito impresso simples com um fio conectado e isso formará uma conexão para a nossa bateria, que será uma pilha de três células-botão de lítio. Com esse tipo de placa, descobri que não é possível conectar as pastilhas adjacentes com solda à medida que a solda desce pelos orifícios - você deve fazer a ponte com fio.

Etapa 7: Fazendo uma versão permanente do seu circuito 2

Na foto acima, vemos que a construção está bem encaminhada. Observe que dois capacitores 1 microFarad foram usados para cronometragem e três células-botão de lítio 2025 estão prontas para serem colocadas entre os conectores da extremidade da bateria.

Etapa 8: Fazendo uma versão permanente do seu circuito 3

Na foto acima vemos a peça acabada pronta para ser instalada em um farol. Observe que as três células de lítio foram conectadas em série, positivo ao negativo, até o positivo superior, que é conectado ao quadrado da placa de PC soldada ao cabo vermelho. A pilha de células foi então amarrada firmemente com fita adesiva de auto-fusão. Você encontrará exemplos deste método de fabricação de baterias a partir de várias células-botão em outro lugar no site Instructables.

Etapa 9: Fazendo uma versão permanente do seu circuito 4

Na foto acima vemos outra versão montada em stripboard que é a versão moderna do Veroboard. Isso é bom, mas a placa moderna não perdoa erros e não suportará muita solda e dessoldagem antes que as tiras de cobre se levantem, então faça certo da primeira vez! A bateria é uma PP3 alcalina que, com uma capacidade de 450 mA horas, leva a uma vida acadêmica de 31 anos.

Etapa 10: Fazendo uma versão permanente do seu circuito 5

Aqui, o circuito de stripboard mais a bateria PP3 foram envolvidos em um material de embalagem de plástico e encaixados no suporte de tealight que permite que nosso conjunto seja inserido no farol.

Para um circuito simples como este, você também pode fazer sua própria placa de circuito impresso com uma caneta de circuito impresso, mas você tem que ser capaz de gravá-la, de preferência não na cozinha! Por último, uma pequena folha de placa de circuito impresso simples pode ser o objeto de construção de 'inseto morto', que pode fornecer a construção menor e mais robusta de todos os exemplos.

Etapa 11: Últimos pensamentos

Este circuito é tão barato de fazer quanto descartável. Ele pode ser feito tão pequeno que pode ser colocado em uma pequena jarra de vidro e até mesmo envasado em resina ou cera se os LEDs forem deixados transparentes. Em uma forma tão robusta, pode haver uma infinidade de usos potenciais. Eu sugeriria que poderia ser um item de segurança valioso em cavernas e especialmente no mergulho em cavernas, onde vários deles poderiam iluminar uma saída de uma caverna ou de dentro de um naufrágio tortuoso. Eles podem ser deixados no local por anos.

O condensador de balde pode ser menor, reduzindo o consumo de energia a um nível em que o circuito pode ser acionado por uma bateria de 'pilha' de placas de metal diferentes intercaladas com almofadas de eletrólito. Isso pode até resultar em uma montagem que poderia ser colocada em uma 'cápsula do tempo' a ser desenterrada cerca de cinquenta anos depois!