ジュールシーフの動作をGIFアニメにしてみた

(2015/12/21) GIFアニメの高速化版を作りました。

乾電池1本では光らないLEDをブロッキング発振回路で昇圧して光らせる「ジュールシーフ」の原理をもっとわかりやすくしようと、GIFアニメを作ってみました。

How Joule Thief works

ジュールシーフの動作をスローモーションで見るとたぶんこんな感じ

各部品の基本的な働き

  • コイルには自己誘導作用があるので、電流の変化を妨げる方向の電圧(起電力)を発生させます。
  • トランジスタには増幅作用があるので、ベース電流の変化よりコレクタ電流の変化のほうが大きくなります。
  • ベースについている抵抗により、ベースよりもコレクタのほうに電流が回りやすくなります。

これらの作用が重なると、下記のようになります:

  1. 最初はトランジスタOFF、LEDも電圧不足のためOFF
  2. 電流はベースへ逃げるしかない → ベース電流増
  3. トランジスタON
  4. コレクタ電流増 → コイルの逆起電力でベース電流増 → …(繰返し)
  5. 飽和して電流がピークを迎える
  6. 起電力減 → コレクタに電流を取られてベース電流減
  7. コレクタ電流減 → コイルの逆起電力でベース電流減 → …(繰返し)
  8. → このタイミングでコイルの逆起電力がピークに達してLED点灯
  9. 最初に戻る

つまり、コレクタ電流の強い変化にコイルが対抗しようとして逆起電力を発生させても、それがかえって(コレクタ電流より弱い)ベース電流の変化を後押しする結果になり、トランジスタで増幅されてコレクタ電流の変化が「倍返し」で促進されてしまうわけです。これはいわば「正帰還」であり、発振を引き起こすパターンです。発振によって起電力のピークが繰り返しやってくるので、人間の目には連続して光り続けているように見えるわけです。

ついでにメモ。CdSを追加して暗くなると自動的に点灯する回路と、通常のジュールシーフの回路、コイルの巻き方。線を2本束ねてトロイダルコアに巻き、片方の巻き終わりをもう片方の巻き始めに接続して中間タップを作るのがポイント(間違えて巻き始め同士を接続するとうまく動作しません)。20回ぐらい巻けば安定するようです。

ジュールシーフの作り方メモ

ジュールシーフの作り方メモ

実際に作ったものがこれ。

自動点灯ジュールシーフLED

自動点灯ジュールシーフLED


自動点灯ジュールシーフLED(拡大)

自動点灯ジュールシーフLED(拡大)

【参考になるページ】

コメントを残す

メールアドレスが公開されることはありません。 * が付いている欄は必須項目です