I have written this tutorial in german and english. If you want to read it in english, please scroll down.
In diesem kleinen Tutorial werde ich Euch zeigen, wie Ihr eine LED-Taschenlampe mit einem "Joule-Thief" bauen könnt. Das besondere daran ist, dass diese bereits mit einer einzelnen AA oder AAA Batterie funktioniert. Selbst wenn Ihr eine vermeintlich leeren Batterien anschließt, wird sie noch für eine gewisse Zeit funktionieren. Mit einer vollen AAA Batterie leuchtet die LED bei mir ca. 65 Stunden. Außerdem benötigt Ihr nur eine sehr kleine Anzahl an Komponenten und die Schaltung ist sehr einfach aufzubauen. Die Batteriehalterung ist bei mir etwas unsauber geworden. Da man diese aber in meinem Anwendungsfall später nicht mehr sieht, spielt das keine Rolle.
Was wird benötigt:
1x PNP oder NPN Transistor
1x LED
1x Poti oder 330Ω-1kΩ Widerstand
1x Ferritkern, optimalerweise ein Ringkern
1x Kupferlackdraht oder sehr dünne Kabel
Ich habe diese Schaltung mit einem BC327-40, einer RGB LED, einem 1kΩ Widerstand und einem selbst bewickelten (winzigen) Ringkern mit 2x10 Windungen aufgebaut. Die Schaltung kann aber auch mit anderen Teilen Aufgebaut werden. Sie funktioniert eigentlich fast immer.
Die Schaltung:
Bei der Schaltung handelt es sich prinzipiell um einen sehr einfachen Aufwärtswandler. Dieser erzeugt aus einer kleinen Eingangsspannung eine höhere Ausgangsspannung. So können wir eine LED mit weniger als 1.5V betreiben. Welchen Schaltplan Ihr wählen müsst hängt von Eurem Transistor ab. Habt Ihr einen PNP-Transistor, dann wählt Ihr die linke Schaltung. Handelt es sich um einen NPN-Transistor, so wählt Ihr die rechte Schaltung.
Solltet Ihr kein Poti haben, so könnt Ihr dieses durch einen einfachen Widerstand mit etwa 330Ω-1000Ω ersetzen.
Wie funktioniert es:
Wie bereits erwähnt handelt es sich hierbei um einen sehr einfachen Aufwärtswandler. Dieser erzeugt aus einer kleinen Spannung eine Höhere. Dadurch kann eine LED problemlos an einer 1,5V Batterie betrieben werden und funktioniert selbst dann noch, wenn die Batterie für andere Geräte nicht mehr ausreicht. Die Schaltung arbeitet in zwei Schritten.
Einschaltvorgang:
Zuerst ist der Transistor hochohmig bzw. "nicht leitend". Da aber beim anlegen der Versorgungsspannung ein kleiner Strom durch die Spule L1 und den Widerstand in die Basis des Transistors fließt, wird dieser leitend. Somit fließt nun auch ein Strom durch die Spule L2. Durch die nun steigende magnetische Flussdichte wird in der Spule L1 ein Spannung induziert. Da diese entgegengesetzt zu Spule L2 gewickelt ist, ist die induzierte Spannung in Reihe mit der Spannungsversorgung geschaltet. Der Strom durch die Basis des Transistors steigt somit an und damit auch der Strom durch die Spule L2.
Abschaltvorgang:
Da der Transistor nur einen gewissen Strom in die Spule L2 leiten kann und die magnetische Flussdichte nicht unbegrenzt ansteigen kann, bricht die in L1 induzierte Spannung zusammen und der Transistor ist nicht mehr leitend. Da die nun in L2 gespeicherte Energie nicht einfach verschwinden kann, wird diese in Form einer Spannung entgegengesetzt zur Versorgungsspannung abgegeben. Dabei entstehende Spannung ist in Reihe mit unserer Versorgungsspannung geschaltet. Da der Transistor nicht mehr leitet, fließt nun ein Strom durch die LED und lässt diese aufblitzen. Nachdem die Feldenergie der Spule abgebaut ist, beginnt der Prozess von vorn.
Da diese Schaltung meist mit mehreren kHz schwingt, ist das blitzen der LED für den Menschen nicht wahrnehmbar und es scheint als würde die LED dauerhaft leuchten.
Eine kleine Warnung:
Wird die LED aus der Schaltung entfernt oder falsch herum eingebaut, so werden relativ hohe Spannungsspitzen erzeugt. Diese können je nach Dimensionierung schnell 50V oder sogar 100V überschreiten. Bei der Verwendung ähnlicher Komponenten wie die von mir genannten ist das zwar in der Regel ungefährlich aber trotzdem sehr unangenehm. Deshalb möchte ich um etwas Vorsicht bitten und von der Verwendung leistungsstärkerer Teile abraten.
In this tutorial I will show you how to create a simple joule-thief flashlight. Thanks to the joule-thief circuit the led will light up with a low voltage for example from a single AA or AAA battery. Even if you insert a "dead" battery, it will still work for some time. In my case the led will light up about 65 hours with a fully charged AAA battery. Since the circuit consists of only a few parts and is not complicated it should be easy for you to build one.
Partlist:
1x pnp or npn transistor
1x led
1x potentiometer or a 330Ω to 1kΩ resistor
1x ferritecore; a ringcore works best
1x enameled copper wire or very thin wires
I have built this circuit using an BC327-40 transistor, a rgb led, an 1kΩ resistor and a ring core with 2x10 windings with enameled copper wire. Of course, this circuit can also be built up with other components.
The circuit:
Basically the joule thief is a very simple "boost" or step up converter. It creates a higher voltage out from a low input voltage. So it allows us to power our led with less than 1.5V. I have created two schematics. If you are using an pnp transistor, you should build the left one. If you are using an npn transistor, you should use the right one. The potentiometer can be replaced by an 330Ω to 1000Ω resistor.
How does this circuit work:
As I already said, the joule thief is basically a boost converter which creates a higher voltage out of a low input voltage. So the led will even light up with an input voltage lower than 1.5V. The circuit has two modes of operation.
switch-on step:
At first the transistor is not conductive. If you now power up this circuit there will be a small current which flows through L1 and the resistor to the base ob the transistor. So the transistor begins to conduct and a small current will flow through the coil L2. This builds up a magnetic field and induces a voltage in the coil L1 which is in series to the voltage source due to its reverse winding direction. This does increase the base current of the transistor and makes it more conductive.
switch-off set:
Once the maximum magnetic flux density of the ferrite core is reached, the induced voltage decreases. So nearly no current can flow through L2 and the magnetic filed collapses. This creates a high voltage peak which is in series with our voltage source. Since the transistor is no longer conductive, the coil will discharge through the led and light it up. Now the whole process will start again and the led will flash with a few kHz.
A little warning:
If the led is removed or connected in the wrong direction, the joule thief will create a high voltage peak. These voltage peaks can easily reach more than 50V or even 100V. With the named parts, this should not be dangerous but it can be painful to touch it. So please be careful. Also I do not recommend to use much more powerful components than I did because they could create dangerous voltage peaks.
Deutsch
In diesem kleinen Tutorial werde ich Euch zeigen, wie Ihr eine LED-Taschenlampe mit einem "Joule-Thief" bauen könnt. Das besondere daran ist, dass diese bereits mit einer einzelnen AA oder AAA Batterie funktioniert. Selbst wenn Ihr eine vermeintlich leeren Batterien anschließt, wird sie noch für eine gewisse Zeit funktionieren. Mit einer vollen AAA Batterie leuchtet die LED bei mir ca. 65 Stunden. Außerdem benötigt Ihr nur eine sehr kleine Anzahl an Komponenten und die Schaltung ist sehr einfach aufzubauen. Die Batteriehalterung ist bei mir etwas unsauber geworden. Da man diese aber in meinem Anwendungsfall später nicht mehr sieht, spielt das keine Rolle.
Was wird benötigt:
1x PNP oder NPN Transistor
1x LED
1x Poti oder 330Ω-1kΩ Widerstand
1x Ferritkern, optimalerweise ein Ringkern
1x Kupferlackdraht oder sehr dünne Kabel
Ich habe diese Schaltung mit einem BC327-40, einer RGB LED, einem 1kΩ Widerstand und einem selbst bewickelten (winzigen) Ringkern mit 2x10 Windungen aufgebaut. Die Schaltung kann aber auch mit anderen Teilen Aufgebaut werden. Sie funktioniert eigentlich fast immer.
Die Schaltung:
Bei der Schaltung handelt es sich prinzipiell um einen sehr einfachen Aufwärtswandler. Dieser erzeugt aus einer kleinen Eingangsspannung eine höhere Ausgangsspannung. So können wir eine LED mit weniger als 1.5V betreiben. Welchen Schaltplan Ihr wählen müsst hängt von Eurem Transistor ab. Habt Ihr einen PNP-Transistor, dann wählt Ihr die linke Schaltung. Handelt es sich um einen NPN-Transistor, so wählt Ihr die rechte Schaltung.
Solltet Ihr kein Poti haben, so könnt Ihr dieses durch einen einfachen Widerstand mit etwa 330Ω-1000Ω ersetzen.
Wie funktioniert es:
Wie bereits erwähnt handelt es sich hierbei um einen sehr einfachen Aufwärtswandler. Dieser erzeugt aus einer kleinen Spannung eine Höhere. Dadurch kann eine LED problemlos an einer 1,5V Batterie betrieben werden und funktioniert selbst dann noch, wenn die Batterie für andere Geräte nicht mehr ausreicht. Die Schaltung arbeitet in zwei Schritten.
Einschaltvorgang:
Zuerst ist der Transistor hochohmig bzw. "nicht leitend". Da aber beim anlegen der Versorgungsspannung ein kleiner Strom durch die Spule L1 und den Widerstand in die Basis des Transistors fließt, wird dieser leitend. Somit fließt nun auch ein Strom durch die Spule L2. Durch die nun steigende magnetische Flussdichte wird in der Spule L1 ein Spannung induziert. Da diese entgegengesetzt zu Spule L2 gewickelt ist, ist die induzierte Spannung in Reihe mit der Spannungsversorgung geschaltet. Der Strom durch die Basis des Transistors steigt somit an und damit auch der Strom durch die Spule L2.
Abschaltvorgang:
Da der Transistor nur einen gewissen Strom in die Spule L2 leiten kann und die magnetische Flussdichte nicht unbegrenzt ansteigen kann, bricht die in L1 induzierte Spannung zusammen und der Transistor ist nicht mehr leitend. Da die nun in L2 gespeicherte Energie nicht einfach verschwinden kann, wird diese in Form einer Spannung entgegengesetzt zur Versorgungsspannung abgegeben. Dabei entstehende Spannung ist in Reihe mit unserer Versorgungsspannung geschaltet. Da der Transistor nicht mehr leitet, fließt nun ein Strom durch die LED und lässt diese aufblitzen. Nachdem die Feldenergie der Spule abgebaut ist, beginnt der Prozess von vorn.
Da diese Schaltung meist mit mehreren kHz schwingt, ist das blitzen der LED für den Menschen nicht wahrnehmbar und es scheint als würde die LED dauerhaft leuchten.
Eine kleine Warnung:
Wird die LED aus der Schaltung entfernt oder falsch herum eingebaut, so werden relativ hohe Spannungsspitzen erzeugt. Diese können je nach Dimensionierung schnell 50V oder sogar 100V überschreiten. Bei der Verwendung ähnlicher Komponenten wie die von mir genannten ist das zwar in der Regel ungefährlich aber trotzdem sehr unangenehm. Deshalb möchte ich um etwas Vorsicht bitten und von der Verwendung leistungsstärkerer Teile abraten.
English
In this tutorial I will show you how to create a simple joule-thief flashlight. Thanks to the joule-thief circuit the led will light up with a low voltage for example from a single AA or AAA battery. Even if you insert a "dead" battery, it will still work for some time. In my case the led will light up about 65 hours with a fully charged AAA battery. Since the circuit consists of only a few parts and is not complicated it should be easy for you to build one.
Partlist:
1x pnp or npn transistor
1x led
1x potentiometer or a 330Ω to 1kΩ resistor
1x ferritecore; a ringcore works best
1x enameled copper wire or very thin wires
I have built this circuit using an BC327-40 transistor, a rgb led, an 1kΩ resistor and a ring core with 2x10 windings with enameled copper wire. Of course, this circuit can also be built up with other components.
The circuit:
Basically the joule thief is a very simple "boost" or step up converter. It creates a higher voltage out from a low input voltage. So it allows us to power our led with less than 1.5V. I have created two schematics. If you are using an pnp transistor, you should build the left one. If you are using an npn transistor, you should use the right one. The potentiometer can be replaced by an 330Ω to 1000Ω resistor.
How does this circuit work:
As I already said, the joule thief is basically a boost converter which creates a higher voltage out of a low input voltage. So the led will even light up with an input voltage lower than 1.5V. The circuit has two modes of operation.
switch-on step:
At first the transistor is not conductive. If you now power up this circuit there will be a small current which flows through L1 and the resistor to the base ob the transistor. So the transistor begins to conduct and a small current will flow through the coil L2. This builds up a magnetic field and induces a voltage in the coil L1 which is in series to the voltage source due to its reverse winding direction. This does increase the base current of the transistor and makes it more conductive.
switch-off set:
Once the maximum magnetic flux density of the ferrite core is reached, the induced voltage decreases. So nearly no current can flow through L2 and the magnetic filed collapses. This creates a high voltage peak which is in series with our voltage source. Since the transistor is no longer conductive, the coil will discharge through the led and light it up. Now the whole process will start again and the led will flash with a few kHz.
A little warning:
If the led is removed or connected in the wrong direction, the joule thief will create a high voltage peak. These voltage peaks can easily reach more than 50V or even 100V. With the named parts, this should not be dangerous but it can be painful to touch it. So please be careful. Also I do not recommend to use much more powerful components than I did because they could create dangerous voltage peaks.