Verstehe die Joule-Thief-Schaltung

Hier ist die Schaltung, die diskutiert wird:

Um zu verstehen, wie dies funktioniert, betrachten Sie jede Betriebsphase über einen ganzen Zyklus.

Beginnen wir mit allem Aus und neu angelegtem Strom. Der Transistor ist ausgeschaltet, also kein Kollektorstrom. Es gibt jedoch einen Strompfad durch den Widerstand, die Sekundärwicklung des Transformators (die linke Spule) und die Basis des Transistors. Dies schaltet den Transistor zumindest etwas ein.

Das Einschalten des Transistors bringt die Unterseite der Primärseite (die rechte Spule des Transformators) auf eine niedrigere Spannung als die Leistung. An diesem Punkt wirkt die Primärwicklung meist wie eine Induktivität, sodass sich der Strom linear über die Zeit aufbaut.

Diese Änderung des aus dem Punktende der Primärseite fließenden Stroms bewirkt, dass die Sekundärseite versucht, Strom in ihr Punktende fließen zu lassen. Dieser zusätzliche Strom durch die Sekundärseite bedeutet auch mehr Basisstrom, da die beiden in Reihe geschaltet sind. Mehr Basisstrom bedeutet, dass der Transistor härter einschaltet, was mehr Strom durch die Primärwicklung verursacht, was mehr Basisstrom verursacht, was den Transistor härter einschaltet usw.

Aufgrund dieser positiven Rückkopplung wird der Transistor so stark eingeschaltet, dass seine Kollektorspannung nicht niedriger werden kann, normalerweise etwa 200 mV. Das nennt man Sättigung . An diesem Punkt sieht der Transistor CE wie ein geschlossener Schalter aus, abgesehen von der kleinen Sättigungsspannung.

Mit der festen Spannung der Versorgung abzüglich der an der Primärseite anliegenden Sättigungsspannung baut sich der Strom idealerweise linear auf. Das kann er aber nicht auf Dauer. Eines von zwei Dingen passiert: Der Strom pendelt sich aufgrund des inhärenten äquivalenten Serienwiderstands der Primärwicklung ein oder der Transformatorkern wird magnetisch gesättigt. In jedem Fall wird die Sekundärseite nicht mehr angesteuert, um einen höheren Strom zu erzeugen. Da ein Transformator auf die Änderung des Magnetfeldes wirkt , stellt die Sekundärseite überhaupt keinen zusätzlichen Grundantrieb bereit.

Jetzt funktioniert die positive Rückkopplung, um den Transistor schnell auszuschalten. Wenn sich das Magnetfeld zunächst abflacht, liefert die Sekundärseite keinen zusätzlichen Basisantrieb mehr, und der Basisstrom ist genau das, was der Widerstand durchlässt. Das reicht nicht aus, um denselben Kollektorstrom aufrechtzuerhalten, sodass der Transistor beginnt, sich ein wenig auszuschalten. Dadurch wird nun das Magnetfeld reduziert. Die Sekundärseite wirkt nun aktiv dem Basisantrieb entgegen, der durch den Widerstand bereitgestellt wird. Der Transistor lässt weniger Strom zu, was zu einem aktiveren negativen Basisantrieb führt, der noch weniger Kollektorstrom verursacht usw.

Aufgrund dieser positiven Rückkopplung schaltet der Transistor schnell hart aus. Die Primärwicklung wirkt nun wie eine Induktivität. Sein Strom kann nicht sofort abgeschaltet werden. Der Induktor erzeugt die Spannung, die er benötigt, um sofort den gleichen Strom aufrechtzuerhalten. Die Spannung steigt schnell an, und wenn sie die LED-Durchlassspannung erreicht, fließt der Strom durch die LED und die Spannung bleibt ungefähr konstant.

Die Induktivität hat jetzt eine Sperrspannung, sodass der Strom durch sie verringert wird. Schließlich erreicht es 0, das Magnetfeld hört auf, sich zu ändern, die Sekundärseite hört auf, dem Strom durch den Widerstand entgegenzuwirken, und wir sind wieder ungefähr in dem Zustand, in dem zuerst Strom angelegt wurde.

Ja, der Transistor sättigt fast sofort, unterstützt durch die positive Rückkopplung. Der Spulenstrom steigt linear an, bis er ebenfalls gesättigt ist, wodurch die Basisansteuerung entfernt und der Transistor abgeschaltet wird. An diesem Punkt wird die in der Spule gespeicherte Energie in die LED entleert. Aber sobald die Energie erschöpft ist, bricht das Feld zusammen, der Basisantrieb kehrt zurück und der Zyklus beginnt von vorne.