Если Вы экспериментировали с генератором, известным как Джоуль Тифт (Joule Thief), то обратили внимание, что подбор базового резистора это компромисс, между выходной мощностью и КПД.
Речь идет о подстроечном резисторе 10 кОм, на следующей схеме.
Можно подобрать этот резистор, как это было описано (одна из методик) на этой странице. Но, значительно проще, заменить его транзистором, который будет регулировать ток базы основного транзистора в зависимотси от того, что происходит на выходе преобразователя.
Если опустить работу самого "Joule Thief", то происходит следующее. Когда подается питание, база транзистора Q1 на "земле", через резисторы R2,R3, эмиттер на "плюсе питания", транзистор открыт. "Джоуль Тифт" запускается, как обычно, и напряжение на конденсаторах С1,С2 начинает расти. Как только, это напряжение увеличивается до порога открывания светодиодов (здесь они работают как обычный стабилитрон, на 3,3V), появляется ток через резистор R3. По мере дальнейшего увеличения выходного напряжения падение напряжения на резисторе R3 увеличивается и напряжение на базе Q1 приближается к напряжению питания. Это закрывает транзистор, отключает ток через базовый переход основного транзистора Q2 и выключает преобразователь до тех пор, пока напряжение на выходных конденсаторах не упадет.
Некоторое представление о том, как это работает, дают две осциллограммы ниже. Обе сняты с "коллектора" Q2. На левой - все работает по схеме выше, на правой - "коллектор-эммитер" транзистора Q1 закорочен. Все данные актуальны, если сделать поправку на то, что на входе скопа делитель 1:10.
По левой осциллограмме можно сделать вывод, что транзистор Q2 включается с задержкой (небольшая "полка", после всплеска), и не так, как это происходит, если просто добавить резистор между базой Q2 и первичной обмоткой трансформатора.
Дальше интереснее, тк мы нагрузим преобразователь резисторами 1М и 20кОм (с +Uout на "землю") и посмотрим что происходит на коллекторе и базе транзистора Q2. Делители, на входе скопа, 1:10, поэтому 2V/dev по вертикали.Амплитудное на коллекторе,так же, умножаем на 10.
Становится понятно наличие "полки" или включения транзистора позже, на каждом следующем цикле. Те, пока не разрядится выходной конденсатор С5, транзистор Q1 закрыт и нет базового тока для транзистора Q2. И чем меньше сопротивление нагрузки (больше выходной ток), тем скорее это происходит (разряжается С5 и включается Q1). 10uS/dev по горизонтали на обеих осциллограммах.
Как Вы заметили, что с увеличением тока нагрузки, частота падает. Тут две вещи работают вместе. Чем больше ток, тем скорее разряжается С5 через R3 и нагрузку, тем скорее открывается Q1 и Q2, соответственно. С другой стороны, когда оба транзистора открыты, ток в нагрузку еще не течет и С5 продолжает разряжаться, еще больше открывая Q1 и Q2, что приводит к еще большему конечному току через Q1,Q2, и вторичную обмотку трансформатора. А это берет больше времени, что бы "зарядить" индуктивность (конечный ток выше) => частота падает. Так же удлинняется импульс на коллекторе, тк в индуктивности накапливается больше энергии, и она дольше "отдает" её в нагрузку.
Все, что мы знаем сейчас, это что такая схема имеет место быть и она работает. Но хотелось бы узнать, какой КПД она имеет. Для этого необходимо разделить выходную мощность на входную, и если хочется, умножить на 100, что бы получились привычные проценты.
Входной ток и напряжене можно посмотреть по блоку питания, но лучше измерить цифровыми приборами (U in, I in), что бы исключить падение напряжения на проводах, которыми подключен преобразователь к блоку питания и измерителе тока. На выходе, падение напряжения на резисторе R3 напрямую связано в выходным током (I out), а выходное напряжение можно измерить в нагрузке или на конденсаторах С1,С2 (U out). Если добавляем нагрузочный резистор, скажем 1 кОм (с + U out на землю), то напряжение мы знаем (U out), сопротивление знаем (1 кОм), сичитаем ток, умножаем на выходное напряжение, получаем мощность, плюсуем ее к мощности которая уходит через D2,D3,R3.
Для простоты, вообще ничего добавлять не будем, тк мощность уже расходуется через D2,D3,R3 и ее легко посчитать. Вопрос как эффективно это работает на минимальной нагрузке. Схема та же, только с несколькими измерителями.
Несколько измерений - остальное делает за нас ' Excel '. Прикол заключается в том, что диаграмма ниже, это то, что получилось у меня, "любимого". Просто думаю, что у всех должно получиться похожее, плюс-минус то, что мы ели на завтрак : )
Несколько выводов, и очень простых.
1. Выходное напряжение зависит от входного, с разрывом в 3 Вольта. Это плохо, но с этим можно жить.
2. Никаких ограничений по напряжению питания. То есть, "ток потребления" не прыгает до потолка.
3. КПД, в реальном диапазоне напряжений, около 50%. Если Вы делали этот преобразователь, и подбирали резистор (подстроечник, 10 кОм, на первой картинке), то КПД можно сделать таким же, но на одном, отдельно взятом напряжении. На остальных, все укладывается в дебильную фразу "я плакаль".
4. Это работает в широком диапазоне входных напряжений (очень широком, тк схема с отрицательной обратной связью) и стабильно!
Практическая сторона заключается в том, что можно получить на выходе этого преобразователя? Вопрос КПД не рассматривается, в силу бесконечно малого потребления, плюс это сильно усложнит график.
Упрощаем, до "домашнего" применения. Выходной ток и напряжение, при разных напряжениях питания.
Этот график, наверное, самый важный, если Вы собрались применять подобную схему на практике.
Для меня, подобная схема будет работать как "первичный преобразователь". Те он будет "нагонять" напряжение, что бы запустить основную схему. Последняя, добавит своё напряжение на С1,С2, Q1 закроется, что выключит первичный преобразователь. Если, по каким то причинам, выходное напряжение уменьшится, преобразователь включится снова.
Если поддерживать традиции моего любимого Журнала "Радио" (мой "респект" за то, что они успели сделать, за время "совка", и я не шучу), то "схема выполнена на универсальной макетной плате, размером 15х12,5мм, и там еще осталась куча места. Фотка ниже (можно увеличить по клику), но это абсолютно ничего не меняет : )))
И чиста к слову. У меня есть устройства, которые передают дату, и питаются от дневного колебания температур. То есть, без батареек. И это работало, не знаю как сейчас. Вы, то же, можете это сделать. Вопрос сколько времени Вы можете на это потратить, желание, и есть ли "запрос" на подобные устройсва.
Все реально, верите Вы мне, или нет, а мой e-mail Вы легко найдете : )