Stap 3: Controleren of het schema vertrouwd te raken met de Goofy Lite ontwerp
Heb je een beslissing te maken, die eigenlijk vrij koel aangezien de meeste projecten kunnen alleen worden geconstrueerd unidirectioneel en kunnen maar één ding doen. Maar het Neon Goofy Lite project is flexibeler dan dat. Het is mogelijk om te configureren het project naar de 5 neon lampen in een pseudo-willekeurige patroon of een sequentiële patroon flash. Ik beide typen circuit gebouwd en vond het pseudo-willekeurige patroon het beste (Zie de video op de pagina samenvatting) maar uw voorkeur kan anders dan de mijne. De montage handleiding heeft betrekking op beide typen in detail dus het is geheel aan jou welke kring u bouwen.
Het Goofy Lite circuit lijkt eenvoudig, maar bevat genoeg theorie om een tweede jaar engineering student bezig houden. De kern van het circuit is een negatieve weerstand apparaat: The NE2 neon lamp (ook bekend als de A1A-lamp). Er zijn niet veel apparaten in de elektronica die negatieve weerstand vertonen; een paar magnetron dioden, SCRs, uni-junctie transistor en gas kwijting buizen als de neon lamp. Het grote ding over een negatieve weerstand apparaat is dat het kan worden gebruikt om te bouwen van een eenvoudige oscillator met slechts een paar van passieve componenten. Geen versterkers of feedback netten die nodig zijn.
Negatieve weerstand
Om een idee van wat wordt bedoeld met "negatieve weerstand", review van de twee V / ik grafieken hierboven. De eerste vertegenwoordigt een V / ik diagram van een diode en een weerstand, beide apparaten positieve weerstand u waarschijnlijk al bekend bent met. Anderzijds vertegenwoordigt de V / ik grafiek van een neon lamp, een negatieve weerstand-apparaat. Aankondiging in de positieve weerstand grafiek dat de helling van de V / ik curve is altijd positief (omhoog en naar rechts). Verhoging van huidige via het apparaat altijd resulteert in een toenemende spanningsval over het apparaat. Nochtans, opmerken dat de neon lamp een deel van haar V heeft / ik curve met een negatieve helling bij de lamp verdeling spanning (90 volt). In de regio van negatieve helling, verhogen het huidige door de resultaten van de lamp in een dalende spanning over de lamp. Dit kenmerk is wat maakt de knipperende neon lamp in het Goofy Lite project mogelijk.
In de 50 's en 60 's, werden neon lampen gebruikt om te bouwen van allerlei soorten interessante schakelingen met inbegrip van oscillatoren, timers, binaire tellers, binaire scheidingslijnen, lamp dimmers en licht detectoren. Het enige nadeel met neon lampen vandaag is hun eis hoogspanning (60V aan 150V). Maar in het verleden deze spanningen voorkwamen voor electron tube (klep) circuits waardoor het zeer gemakkelijk te gebruiken een neon lamp. Bekijk de twee neon lamp schakelschema's hierboven. Een is een ontspanning Oscillator-circuit en de andere is een Multivibrator circuit. De ontspanning Oscillator wordt gebruikt in de Random-versie van de Goofy Lite project. De Multivibrator wordt gebruikt in de opeenvolgende versie van de Goofy Lite project. Hieronder vindt u een beschrijving van de werking van elk circuit:
Neon Lamp ontspanning Oscillator
Om van de neon licht de flitser regelen, moeten we een tijdvertraging. Een eenvoudige tijd vertraging circuit figuur kan worden geconstrueerd met een weerstand en een condensator in serie, vaak aangeduid als een RC-kring. Als energiek, laadt de condensator geleidelijk aan in de buurt van de macht voedingsspanning. Hoe snel de kosten van de condensator wordt bepaald door de waarde van de weerstand en de waarde van de condensator volgens de volgende formule:
TRC = R * C
Verwijzen naar de ontspanning Oscillator schematische gekoppeld hierboven. Wanneer de macht zoals toegepast op het circuit van de Serie C1/R1, condensator C1 zal beginnen te laden. Wanneer C1 spanning de neon lamp bereikt afvuren spanning (90), de neon lamp brandt en C1 zal lozing in de neon lamp. Weerstand R1 zal hoofdzakelijk worden geïsoleerd uit het circuit als gevolg van de relatief lage weerstand van de neon licht. Wanneer C1 spanning daalt tot onder de neon lamp die houden van spanning (50V), de neon lamp zal uitdoven en C1 begint opnieuw opladen via R1. Deze cyclus zal herhalen voor zolang de macht wordt toegepast op het circuit.
Bekijk de grafiek onder de ontspanning Oscillator schematisch. De grafiek bevat de spanning van de condensator na verloop van tijd. Merk op dat de condensator niet in een rechte lijn maar in de functie van een exponentiële kromme rekent. De vergelijking voor deze kromme is:
Vcapacitor = Vpower * [1 - e^(-t/RC)]
U herkent deze vergelijking als u een klasse in de statistieken, natuurkunde of calculus hebt gehad. Deze vergelijking is zeer makkelijk te gebruiken met een moderne rekenmachine dus niet laten intimideren u. De vergelijking voor de weerstand en een condensator waarden RC op te lossen zal maken het een beetje nuttiger wanneer u ontwerpt circuits zoals de Goofy Lite:
RC = -t / ln ((Vf - Vh) / Vf)
In de bovenstaande vergelijking, ln is de natuurlijke logaritme functie op een rekenmachine, Vf is de neon lamp afvuren spanning Vh is de neon lamp spanning te houden, t is de gewenste lamp flash tarief en RC is het product van de condensator en een weerstand nodig voor de productie van een flash tarief van tijd t.
Bijvoorbeeld, wilde ik een flash tarief circa 1 seconde voor elk licht dus ik de volgende gebruikte:
Lamp afvuren Voltage = 90 VDC
Houd spanning aan de lamp = 50 v gelijkstroom
RC = -1 / ln ((90-50) / 90) = 1.23
Ik wilde houden de .22uF condensator waarden worden gebruikt door de oorspronkelijke P-Box kit, zodat alles wat ik moest doen was de RC waarde door.00000022 Farad verdelen met het oog op de waarde voor de weerstand:
R = 1.23 /.00000022 = 5,5 Megohms
De dichtstbijzijnde standaard weerstand waarde had ik in voorraad was 4,7 Megohms dus ik dat voor de waarden van de weerstand in het willekeurige circuit gebruikte.
De reden die dit circuit wordt aangeduid als "Random" is dat de flitser tarief voor elk neon licht afhankelijk van de tolerantie van de condensatoren, weerstanden en lampen variëren zal. Vele condensatoren hebben een tolerantie van 10% en 20%. De weerstanden die ik gebruikte waren tolerantie van 5%. De neon lichten lijken te hebben van de bakken en houden van spanningen die varieert van maar liefst 20%. Al deze toleranties gecombineerd hangt de feitelijke neon lamp flash tarief tussen.8 seconden en 1,2 seconden. Soms meer. Dit resulteert in wat lijkt op het oog om te worden van een willekeurig flash patroon onder de 5 neon lampen. Als u zich op één licht concentreren ziet u dat de flash percentage daadwerkelijk is vastgesteld voor die lamp. De andere lampen zijn tegen verschillende tarieven, die leidt tot de illusie van een willekeurig patroon van de flits afvuren.
Neon Lamp sequentiële Multivibrator
Alle van de hierboven beschreven beginselen van toepassing op het sequentiële circuit. Het enige verschil is waar de condensatoren zijn gekoppeld. De sequentiële versie van de Goofy Lite is samengesteld uit verschillende Multivibrator schakelingen verdeeld over de 5 neon lampen. Bekijk de sequentiële schema hierboven en de grafiek gekoppeld.
Wanneer de macht wordt toegepast, zal een van de neon lichten onmiddellijk brand eerst toe te schrijven aan de productie toleranties. Laat veronderstellen dat neon lamp NE2-1 branden eerst in deze beschrijving. Wanneer NE2-1 wordt geactiveerd, creëert het een geleidende pad voor condensator C1 in rekening te brengen. Wanneer de spanning op C1 de spanning van de vuren van NE2-2 bereikt, zal dat lamp brand waardoor de spanning op C1 te blussen neon lamp NE2-1. C1 zal vervolgens op te laden via het geleidende pad geboden door NE2-2 totdat het nadert de spanning van de vuren van NE2-1. NE2-1 zal vervolgens brand waardoor de spanning op C1 te blussen neon lamp NE2-2. Deze cyclus zal herhalen voor zolang de macht wordt toegepast op het circuit.
Door drie exemplaren van het Multivibrator circuit onder de 5 neon lampen zorgvuldig te verspreiden, kan het opeenvolgende circuit te knipperen elk neon licht een na de ander worden gemaakt.
DC-DC Step-Up Converter
Als alle van de bovenstaande theorie niet genoeg was, moeten we nog steeds enkele manier van produceren 150V DC uit een set AA batterijen. De oorspronkelijke P-Box kit gebruikt een audio transformator met een verhouding van 24:1 draait de 6 VDC accuspanning opvoeren naar ongeveer 150 v gelijkstroom voor de neon lampen. Echter dat audio transformator is niet langer beschikbaar vanaf elke commerciële bron (ik heb geprobeerd ze allemaal). Af en toe zal iemand op eBay een te koop vanaf een landgoed veiling aanbieden, maar u niet door deze in de volume van een commercieel bedrijf. Een aanvaardbare oplossing voor dit probleem blijkt te zijn zeer eenvoudig. Elke step-down macht transformator kan worden gebruikt als een step-up macht transformator wanneer de primaire en secundaire wikkelingen worden omgezet. Alles wat ik moest doen was vinden van de kleinste step-down macht transformator verkrijgbare die een verhouding van de bochten van rond 24:1 of hoger. Het blijkt dat Hammond Power Solutions maakt een kleine transformator met een 115V primaire en dubbele 5V secundaire die gewoon perfect voor het Goofy Lite project is. De Hammond-transformator is ongeveer tweemaal de grootte van de originele Radio Shack audio transformator maar is nog steeds vrij klein en presteert uitstekend als invaller.
De DC-DC Step-Up Converter is eigenlijk een klassieke oscillator blokkeren die gebruikmaakt van een tikte primaire spoel voor de energieke en feedback circuits. Alles wat ik moest doen was de Hammond transformator secundaire spoelen met elkaar verbinden zodat ze leek te Q1 als een tikte spoel. R6 is een huidige limiet voor de basis van Q1 terwijl C7 zorgt ervoor dat de basis van Q1 een "kick" krijgt wanneer de macht wordt eerst toegepast om ervoor te zorgen dat het DC-DC converter circuit oscillerende begint. De tweede secundaire ontbinding van T1 biedt het signaal van de positieve feedback aan Q1 die de DC-DC converter circuit oscillerende houdt. C6 isoleert de feedback liquidatie van T1 van de 6V accu zodat alleen het feedback-signaal de werking van Q1 regelt.
Wanneer de macht wordt eerst toegepast, zal de basis van Q1 kort worden gekoppeld aan V + die onmiddellijk verzadigde vetzuren Q1 en begint stroom die via de eerste secundaire ontbinding van T1. Feedback van de tweede secundaire wikkeling zal beginnen om te keren bias Q1 wat resulteert in minder stroom door de eerste secundaire wikkeling. Als Q1 wordt uitgeschakeld, de combinatie van R6/C7 zal beginnen draaien Q1 terug op opnieuw en de hele cyclus zal herhalen zolang de macht wordt toegepast.
De frequentie van de trilling wordt bepaald door de zelfinductie van T1 secundaire wikkelingen en de totale capaciteit op de secundaire wikkelingen volgens de onderstaande vergelijking:
Fo = 1 / (2 * pi * sqrt (L * C))
Uitvoerige tests van de Hammond transformator bepaald dat de secundaire wikkelingen 152 waren mH elke. Liquidatie precisiecapaciteit, gereflecteerde impedantie, en andere magnetische effecten resulteerde in parallelle capaciteit van ongeveer 2.1 uF per winding. Kronkelende precisiecapaciteit gedomineerd de waarden van de C6 en C7, zodat de volgende vergelijking werd gebruikt om te bepalen van de oscillerende frequentie:
Fo = 1 / (2 * pi * sqrt (.152 *.0000021)) = 288 Hz
Deze frequentie was hoger dan ik had gewild, maar de enige manier om de vermindering van de frequentie gebruiken elektrolytische condensatoren voor C6 en C7, die ik wilde niet moest te doen. Mijn doel was om het circuit zo eenvoudig mogelijk te houden en te onderhouden als veel van de waarden van de component van het oorspronkelijke ontwerp mogelijk. Aangezien gebouwd, is de nieuwe DC-DC converter prestatiestatus van ongeveer 240 Hz.
Het aantal draad bochten in de primaire spoel van T1 zijn 26 keer hoger dan het aantal bochten in de secundaire spoelen. Dit vermenigvuldigt de spanning toegepast op de secundaire spoelen met Q1 wat resulteert in een spanning tot het neon lampen van ongeveer 26 verbonden:
Vsecondary * Turns_Ratio = Vprimary
6 VDC * 26 = 156 VDC
Dit is meer dan genoeg om te draaien de willekeurige en opeenvolgende versies van het project. Gemiddelde stroomverbruik is 18mA dus een set van vier AA-batterijen moet ten minste twee weken non-stop draaien.
Hopelijk heeft deze sectie geholpen u begrijpen hoe het Goofy Lite circuit is ontworpen en hoe het werkt.
