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焦耳小偷不是真的"小偷",它只是一個逆變升壓電路。簡單的間歇的振盪器電路,可以藉助線圈電感屬性來提升電壓,像這樣的電路有個通俗的叫法,焦耳小偷電路。由於焦耳小偷電路輸出是電壓脈衝,可接二極體與電容進行濾波。因為焦耳小偷電路沒有調節電路,所以它的輸出電壓隨著輸入電壓及負載變化而變化。又因為該電路用了雙極結型電晶體,所以其供電電壓不低於0.7v。焦耳小偷電路圖如下所示。
由上圖看的出,焦耳小偷電路用了三個元件,雙極結型電晶體、電感、電阻。焦耳小偷電路可以"吸乾"一節廢舊電池所有的能量,也就是說此廢舊電池在其它電路都無法使用了,而在焦耳小偷電路上還能繼續提供電能,直到完全被榨乾。焦耳小偷電路用的廢舊電池,一般內阻大輸出的電流非常的微弱,電壓在1.1v左右,說明該廢舊電池還能由化學能轉變為電能繼續為負載供電,但是該"電能"是無法帶動負載如LED燈發亮。此時透過焦耳小偷電路,由於其應用了電感,透過磁感線圈可產生高頻脈衝電壓,將廢舊電池的電壓提高10~100倍,從而點亮LED燈。
根據上面的焦耳小偷電路圖可知,用的兩個電感方向是反的。因此廢舊電池的電流走向電感L1再經過電阻R1,然後再流入到BJT的基極,使得BJT導通從而使其集電極產生電流,在集電極又跟電感L2連線,此時在集電極的電流流到電感L2而產生磁通量的變化,而此時電感L1感應出電動勢並正向於BJT的基極。然後重複此過程直到BJT達到飽和,使得其基極電流變化再也無法引起集電極變化。
可想而知,集電極電流不在變化,那麼電感L2不再會有磁通量變化,那麼電感L1也不會有更多電動勢的產生,此時它的基極電流就開始減弱,從而使得集電極電流也減弱,使在電感上儲存的能量崩潰。而現在兩個電感產生的電動勢反向與原來方向相反,由於電感L1處於BJT的基極上,使得BJT達到截止狀態,而電感L2上的電動勢就被輸送到LED燈而導通LED燈,實現LED燈的點亮。在負載LED燈工作時電感開始放電,使得電流逐漸減小直到無法使LED燈導通,這時候電感L2所在的支路處於開路狀態,那麼電感L1又重新充電,直到BJT達到飽和。只要焦耳小偷電路有負載工作,它就不斷重複,直到廢舊電池的所有能量耗完為止。
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焦耳小偷電路其實是一個自震盪的升壓電路,只需要一個電阻、一個三極體、兩個電感、一節電池即可,所搭建的焦耳小偷電路就可以把電池的電量完全榨乾。下面深度解析一下,焦耳小偷電路。
如下圖所示,搭建了一個簡單的電路,電池的電量為1.5V,發光二極體的工作電壓為(1.6-3)V,在按鍵沒有按下時LED不亮,當按鍵按下時電池向電感充電;這時釋放按鍵,則電池電量和電感儲存的電量疊加向LED供電,LED被點亮。
現實中,不可能一直認為的控制按鍵的按下與釋放,必須想辦法解決這個問題,所以用三極體代替了按鍵,如果用其他訊號控制基極就可以控制LED的亮滅了。只要保證控制頻率和電感的電感量就可以保證LED的常亮。
最終,實現瞭如下所示的電路。當三極體導通時電感充電,當三極體截止時,電池和電感的電量疊加為LED供電,LED被點亮。具體解釋如下:
三極體的基極接在電池的正極,三極體導通,LED熄滅,同時電感L1充電,當電感L1充滿電時,電感感應出磁場,同時產生感應電動勢,該感應電動勢方向與電感L2電動勢方向相反,於是電感L2無電流導致三極體截止,LED被點亮。由此三極體導通-截至-導通一直迴圈,直至電池電量被耗盡。