Le clignotant LED de 31 ans pour les phares modèles, etc. : 11 étapes (avec photos)

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:08

Les phares miniatures sont très fascinants et de nombreux propriétaires doivent penser à quel point ce serait bien si, au lieu de rester assis là, le modèle clignotait réellement. Le problème est que les modèles de phares sont susceptibles d'être petits avec peu de place pour les piles et les circuits et la bougie chauffe-plat montrée dans l'image ci-dessus est un bon exemple où il y a juste de la place pour insérer une batterie PP3 ou une petite pile de bouton au lithium cellules avec un très petit circuit imprimé.

Internet regorge de clignotants à LED. Beaucoup sont basés sur la puce 555 et peuvent donc consommer environ 10 mA de courant, ce qui aplatirait une petite batterie en quelques jours. Après quelques jeux décousus avec des composants sur une maquette, je suis tombé sur le circuit CMOS qui est à la base de cet article. Ce circuit est 5000 fois meilleur qu'un 555 et consomme 2 microAmps ce qui signifie qu'une pile alcaline 9 Volts PP3 devrait durer 31 ans bien que ce soit académique car c'est bien au-delà de la durée de vie de la pile. Un empilement de 3 piles lithium 2032 donnant également 9 Volts ne durera que 12 ans.

Pour atteindre cette performance, certaines règles sont enfreintes et les professionnels de l'électronique lèveront un sourcil sinon deux.

Étape 1: Le circuit de base 1

Il peut être utile de démarrer le circuit initialement sur une maquette sans soudure et en plus de la maquette, vous aurez besoin de:

1 X porte NOR quad CMOS CD4011. (Nous utilisons le circuit intégré comme onduleur quad, donc un CD 4001 fonctionnera également.)

1 résistance de 4,7 Meg Ohm. (Jusqu'à 10 megOhm peuvent être utilisés pour des temps de cycle plus longs.)

1 résistance de 10 Ohms.

Condensateur électrolytique 1 X 1000 microFarad.

1 X 1 condensateur électrolytique non polaire microFarad. (1 condensateurs céramiques microFarad peuvent être utilisés mais ils sont un peu plus difficiles à approvisionner.)

2 LED blanches à haute efficacité.

2 X 2N7000 N canal FET.

Condensateur électrolytique 1 X 4,7 microFarad (le tantale serait le mieux.)

1 pile 9 volts telle qu'un PP3.

Le schéma ci-dessus montre le circuit de base. Un CD CMOS 4011 a toutes les paires d'entrées de grille liées ensemble, ce qui en fait un inverseur quadruple. Deux des portes sont câblées comme un astable avec la temporisation définie par la résistance de 4,7 megOhm et le condensateur électrolytique non polaire de 1 microFarad résultant en un temps de cycle de trois à quatre secondes. Le temps peut être facilement doublé par l'ajout d'un autre condensateur de 1 microFarad ou plus en parallèle et la résistance de 4,7 megOhm peut être augmentée à 10 megOhm afin que de longs temps de cycle soient réalisables. Les deux portes restantes sont câblées en tant qu'inverseurs alimentés par la section astable et leurs sorties en opposition de phase alimentent les portes respectives des FET 2N7000 qui sont câblées en série sur la ligne d'alimentation. Lorsque le dernier onduleur de la sortie de la chaîne passe à l'état haut, le précédent sera bas et le 2N7000 supérieur chargera le condensateur de 4,7 microfarads via une LED émettant un flash. Lorsque le dernier onduleur de la chaîne tombe en panne, le 2N7000 inférieur conduit, permettant aux 4,7 microFarads de se décharger à travers l'autre LED, donnant un autre flash. L'étage de sortie consomme un courant nul en dehors des temps de transition.

La résistance de 10 Ohm et le condensateur de 1000 microfarads dans la ligne d'alimentation ne servent qu'au découplage et ne sont pas indispensables mais sont très utiles dans la phase de test.

Les puristes de l'électronique souligneront que l'étage de sortie n'est pas de bonne conception car tout tramage ou incertitude au point où les commutateurs de circuit pourraient entraîner la mise sous tension brève des deux 2N7000 en même temps, ce qui entraînerait un court-circuit sur l'alimentation. En pratique, je trouve que cela ne se produit pas et apparaîtrait dans la consommation actuelle, voir plus loin.

Le circuit tel qu'illustré s'est avéré consommer en moyenne 270 microampères, ce qui est louable mais beaucoup trop élevé pour notre objectif.

Étape 2: Le circuit de base 2

L'image ci-dessus montre le circuit assemblé sur une maquette sans soudure.

Étape 3: Le circuit amélioré 1

Le circuit montré dans le schéma ci-dessus semble être presque identique au précédent. Ici, l'ajout d'un seul composant effectue une transformation des performances aussi radicale que vous ne le verrez probablement jamais dans des circuits électroniques simples.

Une résistance de 1 MegOhm a été placée en série avec l'alimentation du CI CD4011. (Les professionnels de l'électronique diront que c'est quelque chose qui ne devrait jamais être fait.) Le circuit continue de fonctionner MAIS la consommation moyenne tombe à environ 2 microampères, ce qui équivaut à une durée de vie de 31 ans pour une pile alcaline PP3 d'une capacité de 550 mA heures. Incroyablement, la tension de sortie est encore suffisamment élevée pour commuter de manière fiable les FET 2N7000.

Étape 4:

L'image ci-dessus montre la résistance ajoutée entourée de rouge.

Mesurer le courant moyen tiré par ce circuit est une tâche ardue, mais un test rapide consiste à retirer la batterie et à laisser le circuit se décharger sur la charge du condensateur de découplage de 1000 microFarad si vous l'avez installé - le circuit doit fonctionner pendant cinq ou six minutes avant que l'un des flashs ne s'arrête.

J'ai eu un certain succès en insérant une résistance de 100 Ohm plus un super condensateur de 3 Farad, (respectez la polarité,) en parallèle dans la ligne d'alimentation et en laissant plusieurs heures pour que l'équilibre soit atteint. À l'aide d'un millivoltmètre, la tension aux bornes de la résistance peut être mesurée et le courant moyen calculé à l'aide de la loi d'Ohm.

Étape 5: Quelques réflexions à ce stade

J'ai commis le péché capital de placer une résistance dans la ligne d'alimentation d'un CI CMOS. Cependant, le CI est autonome et ne fait pas partie d'une chaîne logique et je suggérerais que nous utilisions ce seul CI simplement comme une collection de transistors CMOS complémentaires. Il se peut que nous ayons ici un oscillateur à relaxation à ultra faible puissance de pauvre.

Le condensateur « seau » qui se charge et se décharge à travers les deux LED peut être augmenté pour fournir un flash plus lumineux, mais avec des valeurs dans les centaines de microFarads, il peut être une sage précaution d'ajouter une petite résistance en série avec les LED pour limiter le courant de crête et 47 ou 100 Ohms est suggéré. Avec des valeurs de condensateur plus élevées, le flash peut devenir un peu "paresseux" car la dernière partie de la charge du condensateur se dissipe à travers la LED inférieure, bien que vous puissiez considérer qu'elle offre une expérience de phare plus réaliste. La consommation actuelle passera bien sûr peut-être même à vingt ou trente microampères.

Étape 6: Créer une version permanente de votre circuit 1

Nous avons fait la partie facile mais aurions dû prouver que le circuit fonctionne et peut maintenant être engagé dans une forme permanente pour entrer dans notre phare.

Cela nécessitera des outils électroniques élémentaires et des compétences en assemblage. Les composants nécessaires dépendront de la façon dont vous choisissez de faire cette partie et des compétences dont vous disposez. Je vais montrer quelques exemples et donner d'autres suggestions.

L'image ci-dessus montre une petite carte de circuit imprimé Prototype PCB double face point à point. Ceux-ci sont disponibles sur EBay dans un certain nombre de tailles et celui-ci est l'un des plus petits. Un carré de circuit imprimé simple avec un fil est également montré et cela formera une connexion pour notre batterie qui doit être une pile de trois piles bouton au lithium. Avec ce type de carte, je trouve qu'il n'est pas possible de ponter les pastilles adjacentes avec de la soudure car la soudure passe à travers les trous - vous devez ponter avec du fil.

Étape 7: Créer une version permanente de votre circuit 2

Dans l'image ci-dessus, nous voyons que la construction est bien avancée. Notez que deux condensateurs de 1 microFarad ont été utilisés pour la synchronisation et que trois piles bouton au lithium 2025 sont prêtes à être prises en sandwich entre les connecteurs d'extrémité de la batterie.

Étape 8: Créer une version permanente de votre circuit 3

Dans l'image ci-dessus, nous voyons l'article fini prêt à être installé dans un phare. Notez que les trois piles au lithium ont été connectées en série du positif au négatif jusqu'au positif supérieur qui est connecté au carré de la carte de circuit imprimé simple soudée au fil rouge. La pile de cellules a ensuite été étroitement liée avec du ruban auto-amalgamant. Vous trouverez des exemples de cette méthode de fabrication de piles à partir de plusieurs piles bouton ailleurs sur le site Instructables.

Étape 9: Créer une version permanente de votre circuit 4

Dans l'image ci-dessus, nous voyons une autre version assemblée sur stripboard qui est la version moderne de Veroboard. C'est bien, mais la carte moderne ne pardonne pas les erreurs et ne supportera pas beaucoup de soudure et de dessoudage avant que les bandes de cuivre ne se soulèvent, alors faites-le bien du premier coup ! La batterie est une PP3 alcaline qui, avec une capacité de 450 mA heures, correspond à une durée de vie plutôt académique de 31 ans.

Étape 10: Créer une version permanente de votre circuit 5

Ici, le circuit stripboard et la batterie PP3 ont été enfermés dans un emballage plastique et calés dans le porte-bougie qui permet à notre assemblage d'être inséré dans le phare.

Pour un circuit simple comme celui-ci vous pouvez également réaliser votre propre circuit imprimé avec un stylo à circuit imprimé mais il faut pouvoir le graver, de préférence pas en cuisine ! Enfin, une petite feuille de circuit imprimé ordinaire peut faire l'objet d'une construction « dead bug » qui peut donner la construction la plus petite et la plus robuste de tous les exemples.

Étape 11: Dernières pensées

Ce circuit est si bon marché à fabriquer qu'il est jetable. Il peut être fabriqué si petit qu'il peut être placé dans un petit bocal en verre, puis même mis en pot dans de la résine ou de la cire si les LED sont laissées dans le clair. Sous une forme aussi robuste, il peut y avoir une multitude d'utilisations potentielles. Je suggérerais qu'il pourrait s'agir d'un élément de sécurité précieux en spéléologie et en particulier en plongée souterraine où un certain nombre d'entre eux pourraient éclairer une sortie d'une grotte ou de l'intérieur d'une épave tortueuse. Ils pourraient être laissés en place pendant des années.

Le condensateur à seau peut être rendu plus petit, abaissant la consommation d'énergie à un niveau où le circuit pourrait être entraîné par une batterie « pile » de plaques métalliques dissemblables entrelacées avec des tampons électrolytiques. Cela pourrait même aboutir à un assemblage qui pourrait être placé dans une « capsule temporelle » pour être déterré une cinquantaine d'années plus tard !