موضوع مقاله: ژول‌دزد | مخاطب: عمومی | لحن: دانشنامه‌ای | ساختار: عنوان، مقدمه، 3 بخش، جمع‌بندی | مقاله: | # ژول‌دزد | مقدمه: در این مدار از LED قرمز، سیم پیچ با هستهٔ آهنی، ترانزیستور 2N2222A و مقاومت۱۰۰۰ اهم استفاده شده است. | ## بخش 1: ژول‌دزد | ژول‌دزد یا دزد ژول یک تقویت کننده ولتاژ خود نوسانگر است که کوچک و ارزان است و ساختن آن نیز ساده می‌باشد و معمولاً برای راه اندازی با بار کم استفاده می‌شود. این مدار می‌تواند تقریباً تمام انرژی یک باتری الکتریکی تک سلولی را استفاده کند؛ و حتی در ولتاژهایی که در آن دیگر مدارها باتری را به‌طور کامل خالی فرض می‌کنند این مدار همچنان از آن انرژی مصرف می‌کند؛ از این رو این مدار را "ژول دزد " می‌نامند. این مدار نوعی نوسان‌دهنده است که یک مبدل تقویت‌کنندهٔ ولتاژ بدون کنترل را تشکیل می‌دهد. ولتاژ زیاد در خروجی به ازای جریان زیاد در ورودی حاصل می‌شود، در حالی که جریان یکپارچه (متوسط) در خروجی کم است. تاریخچه مدار ژول‌دزد دارای مفهوم جدیدی نیست و اساساً، فقط یک LED به خروجی تقویت‌کننده ولتاژ خود نوسانگر اضافه شده و مفهوم آن در واقع چندین دهه پیش ثبت شده بود. مستندات موجود پیشین از «ژول‌دزد» آمریکا ثبت اختراع ۱۹۴۹۳۸۳، در سال ۱۹۳۰ ثبت، "دستگاه الکترونیکی"، توصیف یک لوله خلاء مدار نوسان ساز بر اساس برای تبدیل یک ولتاژ پایین را به یک ولتاژ بالا. ثبت اختراع ایالات متحده ۲۷۴۵۰۱۲، که در سال ۱۹۵۱ منتشر شد، " اسیلاتورهای مسدودکننده ترانزیستور "، سه نسخه از یک نوسان کننده مسدود کننده مبتنی بر ترانزیستور را توصیف می‌کند. ثبت اختراع ایالات متحده ۲۷۸۰۷۶۷، در سال ۱۹۵۵، " تنظیم مدار برای تبدیل یک ولتاژ پایین به یک ولتاژ مستقیم مستقیم " در سال ۱۹۵۵ ارائه شد. اختراع ایالات متحده ۴۷۳۴۶۵۸، در سال ۱۹۸۷، " مدار ولتاژ رانده شده با ولتاژ پایین "، یک مدار عددی رانده شده با ولتاژ پایین را توصیف می‌کند، که توانایی عملکرد کمتر از ۰٫۱ ولت را دارد (ولتاژ پایین‌تر از یک دزد ژول کار می‌کند). این با استفاده از JFET به دست می‌آید که به دلیل استفاده از آن در حالت تخلیه مورد استفاده قرار نمی‌گیرد. به عبارت دیگر، منبع تخلیه در حال انجام است، حتی زمانی که هیچ ولتاژ تعصب اعمال نمی‌شود. | ## بخش 2: ژول‌دزد | سه مدار به عنوان نمونه برای کارکرد LEDها با ولتاژ کمتر از ۱٫۵ ولت نشان داده شده بود. مدار میچل که برگرفته از مدار کاپارنیک (از مجله EPE 1999) بود شامل یک باتری تک سلول، یک ترانزیستور BC549 NPN، یک کویل با دو سیم پیچ، یک مقاومت (به‌طور معمول ۱۰۰۰ اهم) و یک LED سفید بود. میچل در ابتدا مدار را " مشعل خون آشام " نامید، زیرا آخرین واحدهای انرژی را از درون یک باتری بیرون می‌مکید. مدار جدیدتر میچل اساساً مشابه مدار قدیمی کاپرانیک بود، و تنها در مقادیر المان‌ها تفاوت داشتند: شماتیک مدار کاپرانیک مقاومتی با مقدار 10K را نشان داده بود، هرچند که اظهار داشت که مقاومت کمتر، مانند 2K، جریان‌های بالاتر تولید می‌کند؛ در حالی که مدار میچل فقط یک مقاومت 1K را نشان داده بود. در ابتدا، جریان از طریق مقاومت، سیم پیچ ثانویه و اتصال پایه امیتر شارش می‌یابد (نمودار را ببینید) که باعث می‌شود ترانزیستور جریان کلکتور را به سیم پیچ اولیه هدایت کند. متصل بودن دو سیم پیچ از جهت‌های مخالف به هم باعث ایجاد ولتاژ در سیم پیچ ثانویه می‌شود که مثبت است (به دلیل polarity پیچشی، نگاه کنید به قرارداد نقطه) که ترانزیستور را با بایاس بالاتر فعال می‌کند. این روند خودضربه زنی / بازخورد مثبت تقریباً بلافاصله ترانزیستور را به شدیدترین شکل ممکن فعال می‌کند (آن را به منطقه اشباع می‌برد)، و از مسیر کلکتور-امیتر اساساً یک سوئیچ بسته می‌سازد (از آنجا که V CE فقط حدود ۰٫۱ ولت، فرض می‌کنیم که جریان پایه به اندازه کافی بالا است). با قرار گرفتن سیم پیچ اولیه به‌طور مؤثر در موازات باتری، جریان با نرخی متناسب با ولتاژ منبع تقسیم شده توسط القا کننده افزایش می‌یابد. خاموش شدن ترانزیستور بسته به ولتاژ منبع تغذیه با مکانیزم‌های مختلفی انجام می‌شود. در ولتاژ کم (معمولاً 0.75 V و کم‌تر) ترانزیستور نیاز به یک جریان پایه بزرگتر برای حفظ اشباع در حین افزایش جریان کلکتور دارد؛ بنابراین، هنگامی که جریان کلکتور به نقطهٔ بحرانی می‌رسد، درایو پایه در دسترس ناکارآمد شده و ترانزیستور قطع جریان کلکتور را آغاز می‌کند و فعالیت بازخورد مثبت (که پیشتر شرح داده شد) آن را به شدت متوقف می‌کند. به‌طور خلاصه، زمانی که جریان در کویل‌ها به هر دلیل افزایش می‌یابد، ترانزیستور به منطقه قطع می‌رود (و سوئیچ جمع‌کننده-فرستنده باز می‌شود). | ## بخش 3: ژول‌دزد | میدان مغناطیسی سقوط کرده یا ولتاژ مورد نیاز برای هدایت بار را ایجاد می‌کند یا باعث می‌شود که جریان سیم پیچ ثانویه مسیر دیگری پیدا کند. وقتی که میدان به صفر می‌رسد، باتری جریان سیم پیچ اصلی را تا زمانی که ترانزیستور روشن شود بالا می‌برد و تمام دنباله تکرار می‌شود. اگر بار واقع بر مدار بسیار کوچک باشد، نرخ افزایش و ولتاژ نهایی در کلکتور با ظرفیت‌های مجاز محدود می‌شود و ممکن است به بیش از ۱۰۰ برابر ولتاژ منبع تغذیه افزایش یابد. از آنجا که V CE به ثانویه منعکس می‌شود، شکست ترانزیستور به علت بار کم باعث می‌شود که حد معکوس V BE ترانزیستور عبور کند (این اتفاق در مقدار بسیار پایین‌تر از V CE max رخ می‌دهد). ترانزیستور انرژی بسیار کمی را حتی در فرکانس‌های نوسانی بالا از دست می‌دهد، زیرا بیشتر زمان خود را در حالت کاملاً خاموش یا کاملاً روشن می‌گذارد و ولتاژ واقع بر ترانزیستور یا جریان عبوری از آن صفر است؛ بنابراین تلفات سوئیچینگ به حداقل می‌رسد. دیود نور با این سرعت چشمک خواهد زد، اما پایداری بینایی چشم انسان نمی‌تواند متوجه چشمک زدن آن شود. دیود D1 به عنوان یک ربع از موج نیم موج عمل می‌کند و به خازن C تنها زمانی اجازه شارژ شدن می‌دهد که یک ولتاژ بالاتر از ژول دزد در سمت چپ دیود D1 موجود باشد. دیود Zener 5.6 و D2 و ترانزیستور Q2 کنترل بازخورد را شکل می‌دهند: وقتی که ولتاژ در خازن C1 بالاتر از جمع ولتاژ آستانهٔ ایجاد شدهٔ زینر D2 و ولتاژ فعالسازی بیس-امیتر ترانزیستور Q2 باشد، ترانزیستور Q2 جریان را از بیس ترانزیستور سوئیچینگ Q1 معطوف کرده، همچنین مانع نوسان شده و جلوی افزایش ولتاژ واقع بر خازن C1 را می‌گیرد. هنگامی که ولتاژ در طول C1 پایین‌تر از ولتاژ آستانه باشد، Q2 خاموش می‌شود و اجازه می‌دهد تا نوسان دوباره رخ دهد. | ## جمع‌بندی | اگر بار نیاز به رله (ریپل) پایین‌تر داشته باشد، در این مثال برخی از مدارهای دیجیتال ظریف مانند میکروکنترلر، یک رگولاتور خطی می‌تواند پس از ملایم کردن ریپل‌ها استفاده شود.