Paso 3: Revisar el esquema para familiarizarse con el diseño Goofy Lite
Tienes que tomar una decisión, que es realmente genial ya que la mayoría de proyectos sólo se puede construir una forma sólo puede hacer una cosa. Pero es más flexible que el proyecto neón Goofy Lite. Es posible configurar el proyecto para flash las 5 lámparas de neón en un patrón de pseudo-random o secuencial. Ambos tipos de circuito construidos y gustó el patrón pseudo-random el mejor (ver el video en la página de resumen) pero su preferencia puede ser diferente a la mía. El manual de montaje cubre ambos tipos en detalle por lo que es totalmente hasta usted que circuito que construir.
El circuito de Goofy Lite parece simple, pero contiene suficiente teoría para entretener a un estudiante de segundo año de ingeniería. La base del circuito es un dispositivo de resistencia negativa: lámpara de neón NE2 el (también conocido como la lámpara de A1A). No hay muchos dispositivos de electrónica que exhibe resistencia negativa; unos diodos de microondas, SCRs, el transistor uni-Unión y tubos de descarga de gas como la lámpara de neón. Lo bueno de un dispositivo de resistencia negativa es que puede usarse para construir un oscilador simple con sólo un par de componentes pasivos. Amplificadores ni redes de retroalimentación necesarias.
Resistencia negativa
Para tener una idea de lo que se entiende por "resistencia negativa", revisar los dos V / cartas encima. El primero representa una V / gráfico de un diodo y una resistencia, ambos dispositivos de resistencia positiva probablemente ya está familiarizado con. El segundo representa la V / gráfico de una lámpara de neón, un dispositivo de resistencia negativa. Aviso en la resistencia positivo ver que la pendiente de la V / de la curva es siempre positiva (hacia arriba y a la derecha). Aumento actual a través del dispositivo siempre resulta en un aumento de tensión en el dispositivo. Sin embargo, tenga en cuenta que la lámpara de neón tiene una porción de su V / de la curva con una pendiente negativa en el voltaje de avería de la lámpara (90 voltios). En la región de pendiente negativa, aumentando la corriente a través de los resultados de la lámpara en una tensión decreciente a través de la lámpara. Esta característica es lo que hace la lámpara de neón parpadeante en el proyecto Goofy Lite posible.
En los años 50 y años 60, lámparas de neón fueron utilizadas para construir a todo tipo de interesantes circuitos como osciladores, temporizadores, contadores binarios, divisores binarios, atenuadores de lámpara y detectores de luz. La única desventaja con lámparas de neón hoy es su requisito de alto voltaje (60V a 150V). Pero en el pasado, estas tensiones eran comunes para los circuitos de tubo del electrón (válvula) lo que es muy fácil de utilizar una lámpara de neón. Revise los dos neón lámpara esquemas anteriores. Uno es un circuito oscilador de la relajación y el otro es un circuito multivibrador. El oscilador de la relajación se utiliza en la versión de Random del proyecto Lite Goofy. El multivibrador se utiliza en la versión secuencial del proyecto Lite Goofy. A continuación es una descripción del funcionamiento de cada circuito:
Oscilador de relajación de la lámpara de neón
Para controlar la velocidad de destellos de la lámpara de neón, necesitamos un tiempo de retraso. Se puede construir un circuito de retardo de tiempo simple con una resistencia y un condensador en serie, referido a menudo como un circuito RC. Cuando energizado, el condensador se carga gradualmente a cerca de la alimentación tensión de alimentación. Rapidez las cargas del condensador se determina por el valor de la resistencia y el valor del condensador según la fórmula siguiente:
TRC = R * C
Consulte la relajación oscilador esquemático adjunto arriba. Cuando potencia aplicada al circuito de la serie C1/R1, condensador C1 empezará a cargar. Cuando el voltaje de C1 llega la lámpara de neón de voltaje (90V), se encenderá la lámpara de neón y C1 se descarga en la lámpara de neón. R1 resistencia esencialmente aislarse del circuito debido a la poca resistencia de la lámpara de neón. Cuando C1 voltaje cae por debajo de la lámpara de neón con voltaje (50V), se apaga la lámpara de neón y C1 comenzará a cargar otra vez a través de R1. Este ciclo se repite para siempre y cuando se aplica energía al circuito.
Revisar la tabla de debajo el esquemático del oscilador de relajación. La tabla contiene el voltaje del condensador con el tiempo. Tenga en cuenta que el condensador no se carga en una línea recta, sino en una función exponencial de la curva. La ecuación de esta curva es:
Vcapacitor = Vpower * [1 - e^(-t/RC)]
Podría reconocer esta ecuación si usted ha tenido una clase de estadística, la física o el cálculo. Esta ecuación es muy fácil de usar con una moderna calculadora así que no dejes que te intimidan. Resolver la ecuación para los valores de resistor y capacitor RC se hacen un poco más útil en el diseño de circuitos como Goofy Lite:
RC = -t / ln ((Vf - Vh) / Vf)
En la ecuación anterior, ln es la función logaritmo natural en una calculadora, Vf es el voltaje de disparo la lámpara de neón, Vh es la lámpara de neón con tensión, t es la velocidad de flash de la lámpara deseada y RC es el producto del capacitor y la resistencia necesaria para producir una tasa de flash del tiempo t.
Por ejemplo, quería un tipo de flash alrededor de 1 segundo para cada lámpara usé lo siguiente:
Lámpara voltaje de disparo = 90 VDC
Voltaje de lámpara Hold = 50 VCC
RC = -1 / ln ((90-50) / 90) = 1.23
Quería mantener los valores de condensador .22uf usados por el kit P-caja original, así que todo lo que necesitaba hacer era dividir el RC valor por faradios.00000022 para obtener el valor de la resistencia:
R = 1.23 /.00000022 = 5,5 Megohms
El valor estándar de resistencia más cercano que tenía en el inventario era 4,7 Megohms así utilicé para los valores de resistencia en el circuito al azar.
La razón de que este circuito se denomina "Random" es que la tasa de flash para cada lámpara de neón variará dependiendo de la tolerancia de los condensadores, resistencias y lámparas. Muchos condensadores tienen una tolerancia del 10% y 20%. Las resistencias que utilicé fueron tolerancia del 5%. Las lámparas de neón parecen tener leña y mantener voltajes que varían hasta un 20%. Todas estas tolerancias combinadas variará el tipo flash de lámpara de neón real entre.8 segundos y 1,2 segundos. A veces más. Esto resulta en lo que parece el ojo que un patrón flash al azar entre las 5 lámparas de neón. Si te centras en una lámpara se verá que la velocidad de flash es realmente fija para que la lámpara. Las demás lámparas están disparando a diferentes ritmos que crea la ilusión de un patrón aleatorio de flash.
Multivibrador secuencial de la lámpara de neón
Todos los principios descritos anteriormente aplican a los circuitos secuenciales. La única diferencia es donde se unen los condensadores. La versión secuencial de Goofy Lite se compone de varios circuitos multivibrador distribuidos entre las 5 lámparas de neón. Revisar el diagrama de circuito secuencial anterior y la tabla adjunta.
Cuando se aplica energía, una de las lámparas de neón inmediatamente se activará primero debido a las tolerancias de fabricación. En esta descripción, deja para asumir que la Lámpara neón NE2-1 fuego primero. Cuando NE2-1, crea un camino conductivo para el condensador C1 para cargar. Cuando el voltaje en C1 alcanza la tensión de disparo de NE2-2, que la lámpara fuego que hace que la tensión sobre C1 para apagar la lámpara de neón NE2-1. C1 se cargará entonces por el camino conductivo suministrado por NE2-2 hasta que acerque a la tensión de disparo de 1 NE2. Ne2-1 entonces activará haciendo que el voltaje en C1 para apagar la lámpara de neón NE2-2. Este ciclo se repite para siempre y cuando se aplica energía al circuito.
Distribuyendo cuidadosamente tres copias del circuito multivibrador entre las 5 lámparas de neón, se puede hacer el circuito secuencial a parpadear cada lámpara de neón, uno tras otro.
Convertidor elevador DC-DC
Si toda la teoría anterior no fuera suficiente, todavía necesitamos alguna manera de producir 150V DC de un conjunto de baterías. El kit P-Box original utiliza un transformador de audio con una relación 24:1 a 6 VDC Voltaje de la batería a alrededor de 150 VDC para las luces de neón. Sin embargo ese transformador de audio ya no está disponible de cualquier fuente comercial (he probado todos). De vez en cuando alguien en eBay ofrecerá uno para la venta de una subasta de inmuebles, pero no se puede por éstos en el volumen de cualquier empresa comercial. Una solución aceptable a este problema resulta para ser muy simple. Cualquier transformador reductor puede utilizarse como un transformador elevador de tensión cuando los devanados primario y secundarios son transpuestos. Todo lo que necesitaba hacer era encontrar el más pequeño reductor transformador comercialmente disponible que proporciona una relación de alrededor de 24:1 o superior. Resulta que Hammond Power Solutions hace un pequeño transformador con un secundario que primario y dual 5V 115V que es perfecto para el proyecto Goofy Lite. El transformador Hammond está sobre dos veces el tamaño del transformador de audio de Radio Shack original pero todavía es muy pequeño y funciona muy bien como un sustituto.
El convertidor de DC-DC elevador es realmente un clásico oscilador de bloqueo que utiliza un inductor principal golpeado para los circuitos de energización y retroalimentación. Todo lo que necesitaba hacer era conectar las bobinas secundarias del transformador Hammond juntos para que parecían Q1 como un inductor golpeado ligeramente. R6 es un límite de corriente para la base de Q1 y C7 asegura que la base de Q1 es un "retroceso" cuando primero se aplica la energía para asegurar que el circuito del convertidor DC-DC comienza oscilante. El segundo bobinado secundario de T1 proporciona la señal de retroalimentación positiva al Q1 que mantiene el circuito de convertidor DC-DC oscilante. C6 aisla la retroalimentación de la bobina de T1 de la batería de 6V para que solo la señal de retroalimentación controla la operación de Q1.
Cuando primero se aplica la energía, la base de Q1 se ató brevemente a V + que satura Q1 y comienza la corriente que fluye por la bobina secundaria primera de T1. Comentarios de la bobina secundaria segundo comenzará a revertir el sesgo Q1 resultando en menos corriente a través de la primera bobina secundaria. Cuando Q1 se convierte, la combinación de R6/C7 comenzará a encender Q1 otra vez y el ciclo se repetirá mientras se aplica energía.
La frecuencia de oscilación está determinada por la inductancia de los devanados secundarios de T1 y de la capacidad total a través de los devanados secundarios según la siguiente ecuación:
FO = 1 / (2 * pi * sqrt (L * C))
Numerosas pruebas del transformador Hammond determinaron que los devanados secundarios fueron 152 mH cada. Capacitancia de devanado, impedancia reflejada y otros efectos magnéticos dio lugar a la capacitancia paralelo de aproximadamente 2,1 uF por devanado. Capacitancia de la bobina predominan los valores de C6 y C7 por lo que se utilizó la siguiente ecuación para determinar la frecuencia de oscilación:
FO = 1 / (2 * pi * sqrt (.152 *.0000021)) = 288 Hz
Esta frecuencia fue mayor que me hubiera gustado pero la única manera de reducir la frecuencia era utilizar condensadores electrolíticos para C6 y C7, que no quiero hacer. Mi objetivo era mantener el circuito tan simple como sea posible y mantener ya que muchos de los valores de los componentes del diseño original como sea posible. Ya construido, el convertidor DC-DC nuevo funciona en alrededor de 240 Hz.
El número de vueltas de alambre en la bobina del primario de T1 es 26 veces mayor que el número de vueltas en las bobinas secundarias. Esto multiplica el voltaje aplicado a las bobinas secundarias atadas Q1 por lo que resulta en un voltaje a las lámparas de neón de aproximadamente 26:
Vsecondary * Turns_Ratio = Vprimary
6 VCC * 26 = 156 VDC
Esto es más que suficiente para ejecutar las versiones de aleatorias y secuenciales del proyecto. Consumo de corriente promedio es 18mA así un conjunto de cuatro baterías AA debe funcionar por lo menos dos semanas sin parar.
Esperamos que esta sección ha ayudado a entender cómo el circuito Goofy Lite fue diseñado y cómo funciona.
