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Il ladro di Joule

Ultimamente mi sono cimentato nella realizzazione di alcune lampade di emergenza che sfruttano il cosiddetto "Ladro di Joule" per accendere i led in caso di mancanza dell'energia elettrica.
In questo articolo mostrerò il funzionamento del "Ladro di Joule" e di una possibile modifica per aumentare la luminosità dei led connessi.

Indice

Lo schema

Lo schema del circuito è molto semplice.

Il circuito è composto da una pila da 1.5V per l'alimentazione, un resistore R, un transistor BJT di tipo NPN, un trasformatore con un nucleo in ferrite e uno o più led ad alta luminostità (in serie e/o parallelo). Voglio ricordare che la tensione necessaria all'accensione di un led ad alta luminosità è superiore a 1.5V ed è quindi impossibile accenderli con una singola pila senza un adeguato circuito.

Analisi del circuito

Per una analisi qualitativa del circuito, supponiamo di trovarci nell'istante in cui dopo lungo tempo di inattività, il circuito è alimentato con la pila.

Prima fase (BJT acceso)

Nel momento in cui si collega la pila, la corrente nel secondario del trasformatore (L2) è nulla e il BJT si porta immediatamente in saturazione dato che la corrente entrante nella base soddisfa la condizione per cui un BJT è saturo.

Ricordo che un BJT è saturo se
I_B>\frac{I_C}{\beta}

Da questo momento l'induttore L2 inizia a caricare a tensione praticamente costante e la corrente IL aumenta in maniera lineare fino a quando il BJT esce dalla saturazione dato che la corrente di base Ib si è mantenuta costante mentre la corrente di collettore è aumentata col passare del tempo oppure il nucleo del trasformatore satura.

Seconda fase (spegnimento del BJT)

Quando il BJT esce dalla saturazione o il nucleo satura, la tensione Vce aumenta e la corrente in L2 non aumenta più linearmente ma soprattutto l'aumento è ridotto rispetto a prima.

Dal punto di vista dell'induttore questo viene visto come una corrente che lo percorre in direzione opposta, alla quale risponde con una tensione VL2 e di conseguenza, essendo gli induttori accoppiati 1:1, con una tensione VL1 che si oppone a quella di alimentazione e fa diminuire la corrente di base.
La diminuzione della corrente di base causerà a sua volta una diminuzione della corrente di collettore che porterà ad una nuova diminuzione della corrente di base.
Questo ciclo si ripete fino a quando, dopo un tempo brevissimo, il transistor si spegne e impedisce alla corrente IL di attraversarlo.

Terza fase (accensione del led)

Lo spegnimento del transistor impedisce alla corrente di circolare seguendo il percorso visto finora. Dal punto di vista dell'induttore questo rappresenta una brusca variazione (negativa) della corrente circolante, il campo magnetico "collassa" e produce una tensione VL2 tale da mandare in conduzione i led.

La tensione al secondario del trasformatore è riportata (invertita) sul primario e questo mantiene spento il BJT.

Quarta fase (lo spegnimento del led)

Mano a mano che passa il tempo l'energia immagazzinata nel trasformatore si esaurisce, e con essa il surplus di tensione che ha permesso di accendere i led.
Esaurita l'energia immagazzinata nel trasformatore il led si spegne e il ciclo ricomincia.

Il trasformatore

Per realizzare il trasformatore ho utilizzato un nucleo toroidale recuperato da una lampadina a basso consumo ormai spenta.Ho preso 2 fili di colore diverso (uno rosso e uno nero) e li ho avvolti contemporaneamente sul toroide, il risultato finale è quello dell'immagine qui sotto.

trasformatore.png

trasformatore.png

E' più difficile da spiegare che da fare!

Un trucco per incrementare la luminosità

Per quanto visto finora, il led resta spento fino a che il bjt si spegne, poi si accende fino ad esaurire in parte l'energia immagazzinata negli avvolgimenti del trasformatore e si spegne di nuovo in attesa di un nuovo spegnimento del transistor. Se però si modifica il circuito come segue

si può ottenere una luminosità molto superiore perchè in questo caso, se il condensatore ha un valore sufficiente, il led resta sempre acceso con una tensione intorno alla soglia minima di accensione.

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Commenti e note

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di ,

ho sostituito la bobina T44 bianco/verde con una cannibalizzata da una lampada a risparmio energetico e... fungeeee!!!!!! era proprio la bobina la causa...

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di ,

ho provato a fare il circuito ma...niente. come transistor ho usato un bc547, il toroide è un t44 verde/bianco, il condensatore è un ceramico da 1000 pf, il diodo 1n4148 e l'unica cosa che ottengo è il surriscaldamento del diodo. dove ho sbagliato??? p.s. ho avvolto con del rame smaltato il toroide fino a riempirlo, poi ho fatto a metà e cosi ho trovato fine avvolgimento uno ed inizio avvolgimento due. grazie di tutto.

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di ,

Per il condensatore non ho una formula per il calcolo, io metto dei condensatori elettrolitici da 220uF e non ho problemi. Dipende da quanta corrente viene prelevata durante il periodo in cui il bjt è acceso. A meno che tu non metta 1000 led, non dovresti aver problemi con dei piccoli condensatori. Più del condensatore è importante il diodo, se non è abbastanza veloce la luce diminuisce al posto di aumentare. Io utilizzo il 1N4148.

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di ,

si ma il condensatore che tipo deve essere e da quanto o, come va calcolato ????

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di ,

Interessante articolo!

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di ,

Il toroide non e` particolarmnte importante, se satura presto alza un po la frequenza di oscillazione ma niente piu`, se invece non satura subito allora e` il bjt che esce dalla saturazione e impone la frequenza. Io utilizzo i toroidi cannibalizzati dalle lampade a basso consumo ormai da buttare prima di accompagnarle alla discarica.

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di ,

ok, se puoi specifica anche il tipo di toroide da utilizzare. dimensioni e tipo. ps sorry,il mio precedente commento si è sono ripetuto per un errore.

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di ,

Ciao Mir, stasera metto una foto della bobina, che comunque non e` particolarmente complessa da realizzare. Basta prendere 2 fili di colori differenti e arrotolarli insieme intorno all'anello di ferrite fino a riempirlo. Se li arrotoli contemporaneamente con buona approssimazione le spire sono identiche e il ladruncolo funziona a dovere!

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di ,

salve Posta10100 bell'articolo ed interessante.del ladro di joule se ne parlò tempo fà proprio sul forum, ed incuriosito mi cimentai anch'io a realizzarlo e dopo diversi tentativi riusci a farlo funzionare, trovai difficoltà nel realizzare la bobina, per questo credo che se nell'articolo si inserisse un dettaglio di quest'ultima ed accorgimenti per la realizzazione direi che l'articolo sarà ..completo..:-) ora dovrò riprovare, perchè la soluzione con il BJT ed il condensatore mi incuriosisce non poco..... Ottimo, voto meritato.

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di ,

salve Posta10100 bell'articolo ed interessante.del ladro di joule se ne parlò tempo fà proprio sul forum, ed incuriosito mi cimentai anch'io a realizzarlo e dopo diversi tentativi riusci a farlo funzionare, trovai difficoltà nel realizzare la bobina, per questo credo che se nell'articolo si inserisse un dettaglio di quest'ultima ed accorgimenti per la realizzazione direi che l'articolo sarà ..completo..:-) ora dovrò riprovare, perchè la soluzione con il BJT ed il condensatore mi incuriosisce non poco..... Ottimo, voto meritato.

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di ,

salve Posta10100 bell'articolo ed interessante.del ladro di joule se ne parlò tempo fà proprio sul forum, ed incuriosito mi cimentai anch'io a realizzarlo e dopo diversi tentativi riusci a farlo funzionare, trovai difficoltà nel realizzare la bobina, per questo credo che se nell'articolo si inserisse un dettaglio di quest'ultima ed accorgimenti per la realizzazione direi che l'articolo sarà ..completo..:-) ora dovrò riprovare, perchè la soluzione con il BJT ed il condensatore mi incuriosisce non poco..... Ottimo, voto meritato.

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