Oscilador de bloqueo (joule thief)

El «joule thief» es un oscilador de bloqueo que utiliza el comportamiento del campo magnético en las bobinas para generar una frecuencia con un «empuje de corriente».

El comportamiento es parecido a lo que sucede en un regulador «boost», es decir, se aprovecha el cargar una bobina con corriente, y se le descarga en algún elemento, ya sea para aumentar un voltaje o tener una serie de impulsos de corriente.

El circuito que normalmente se encuentra en internet es algo asi:

joule thief
joule thief

El Led es ultra brillante (estos necesitan mas voltaje para trabajar), por lo que una batería de 1.5V no podría encenderlo. El objetivo es elevar el voltaje un poco para encender el led.

El punto importante o el «secreto» aquí, son las bobinas (que comparten el núcleo), que de hecho es una bobina «partida» a la mitad (o con división central) la idea detrás de esta bobina dividida, es usar el campo magnético de ambas para oscilar. ¿Cómo es esto? Bien, empecemos por el principio. Re interpretemos el diagrama a algo un poco mas «físico»:

joule thief con bobina dividida
joule thief con bobina dividida

Pero analicemos un poco lo que sucede:

Primera etapa
Primera etapa

En la imagen anterior, se muestra el primer paso en el funcionamiento. Cuando alimentamos el circuito, hay una corriente que pasa por la bobina L1, la resistencia y polariza el transistor (corriente de base), generando una corriente de colector. Esta corriente empieza a cargar a L2. Además, podemos observar que, cuando la corriente de base del transistor esta activa, el campo magnético de L1 (B1) tiene el sentido indicado.

Segunda etapa
Segunda etapa

Después de un tiempo de cargar la bobina L2, el campo magnético asociado a esta bobina (B2) empieza a ser mas grande y en sentido contrario al campo asociado a L1. El voltaje colector-emisor empieza a crecer.

Bloqueo de L1
Bloqueo de L1

Cuando el campo en L2 es mayor, este «bloquea» (de alli el nombre) el campo de L1 produce un pico de voltaje negativo en la base, con lo que el transistor deja de conducir, ya no se carga la bobina L1.

Corriente en diodo
Corriente en Led

La energía almacenada en L2 no tiene otra forma de circular si no es por medio del Led (al final del día es también un diodo y direcciona la corriente), la bobina se polariza de tal forma que ahora hay 2 fuentes en serie: la fuente de alimentacion (nuestra pila AA) y la fuente temporal (la bobina cargada). Estas 2 fuentes ya pueden superar el voltaje de nuestro Led de alto brillo, y mientras la bobina se descarga, el led brillará.

Una vez que la bobina se descarga lo suficiente, la bobina y la pila no pueden mantener el voltaje necesario para el Led, y este se apaga. También el campo de la bobina L2 ha disminuido lo suficiente para dejar de bloquear a la bobina L1, el voltaje negativo en la base «desaparece» y la corriente en la base vuelve a ser suficiente para que el transistor pueda conducir de nuevo y comience de nuevo la carga de L2.

Este proceso sucede muy rápido, de hecho a algunos kHz, depende de la bobina principalmente.

Pero bueno, lo poco de «teoría» que vimos es suficiente para armar nuestro circuito. Primer paso:

La bobina(s)

Toroide
Toroide

Las bobinas comparten el núcleo (ya sea una barra de ferrita o en el caso que presento, un toroide) por la simple razón de que los campos asociados a ellas tienen que interactuar 😉 si tenemos bobinas separadas o alejadas los campos de estas interactúan débilmente (o no lo harán) y pues, ya no funciona como se planea. La razón de que use un toroide es que trato de que las lineas de campo se queden en el nucleo, ya que es un poco mas inmune a campos magnéticos externos.

La bobina que construí tiene el siguiente diagrama:

Bobina
Bobina

Con aprox 12 vueltas por bobina basta (alambre esmaltado de calibre 24, hay que tener cuidado en el sentido de las vueltas), pueden jugar con el numero, se darán cuenta si les faltan vueltas porque la bobina empieza a zumbar levemente 😉 o si les sobran porque simplemente no oscila 😉 El núcleo tiene un diámetro exterior de aprox 0.5 pulgadas.

Ya que tenemos la bobina lo demás es fácil 🙂

joule thief armado
Circuito armado

Y cuando lo ponemos a prueba:

DSC09087
Circuito encendido

Bueno, ahora vamos a medirlo con el osciloscopio:

Colocando puntas de osciloscopio
Colocando puntas de osciloscopio
Vbe y Vce
Vbe y Vce

Podemos ver como el circuito oscila a una buena frecuencia, aprox 24kHz, si hacemos un «zoom» podemos ver a detalle como es cada etapa:

Detalle Vce y Vbe
Detalle Vce y Vbe

Antes del 1 es cuando la bobina se esta cargando a través del transistor 🙂

1) El campo de L2 tiene la suficiente fuerza para bloquear a L1, ya que comienza a elevar el voltaje.

2) L2 bloquea a L1 y como resultado hay un pico de voltaje negativo en la base del transistor.

3) L2 se descarga en el Led haciéndolo brillar

Después de (3), L2 ya no puede bloquear a L1, la corriente en la base se restablece y L2 comienza a cargarse nuevamente….

Como verán, el led no prende todo el tiempo, pero 24Khz no se sienten a la vista 😉

Espero esto les sea de utilidad, ya que es bueno tener una buena linterna que usa una sola batería y puede durar bastante e iluminar muy bien 🙂

De hecho, al tiempo que escribo esto, tengo funcionando el circuito con una batería recién cargada (1.2V @2500mAh). Cuando lo encendí, el voltaje en la batería era de 1.260V, después de 36hrs sin interrupciones, el voltaje medido es de 1.230V!!!! Tan solo ha «consumido» 30mV en 36hrs!!!!  833.33uV/hr !!! Si dejamos que el voltaje baje hasta 0.8V, es decir que consuma aprox 0.4V la lampara podría durar hasta 480hrs, unos 20 días seguidos!!! No se ustedes, pero a mi me parece genial!!! 😉

Con bateria recargabe (1.2V @ 2500mAh)
Con bateria recargabe (1.2V @ 2500mAh)

Por ultimo, dejo un link con la simulación del circuito, esta «animado», contiene 3 graficas: la corriente de base, la corriente de colector y la ultima, combinando la corriente y voltaje del diodo. Por cierto es un applet de java (por si su navegador se las hace de emoción 😉 )

Sin mas por el momento…

Argos

21 comentarios en “Oscilador de bloqueo (joule thief)”

    1. Hola. Bueno, no he probado el circuito para un led de tan alto consumo. Para esas corrientes, la eficiencia bajaría considerablemente. Podríamos suponer que se logra cargar el capacitor lo suficiente como para descargarlo en el led. La razón de tiempo de carga/descarga podría hacer que, o bien prenda tenue o empiece a «flashear», y bueno, para 750mA una batería AA no nos duraría mucho jejeje. Cambiando la bobina y el transistor podríamos mejorarlo un poco, pero la corriente que demanda el led para prender es mucha.

      Saludos

      Me gusta

    1. Hola. Por lo que pude ver en el video la diferencia es solo el led. En el caso del clásico joule thief, el led consume parte la energía almacenada en la bobina por el oscilador formado por la resistencia, la bobina y transistor. En el caso del vídeo, toda la energía se estaría quedando en la bobina, para ser transmitida o consumida a las otras bobinas receptoras. En pocas palabras, en vez de led que consuma la corriente, deja a otras bobinas a consumir la corriente por medio del campo magnético.

      Saludos.

      Argos.

      Me gusta

  1. Esta muy bien pero lo que nadie aclara es que el “joule thief” en realidad no este su verdadero nombre ni tampoco es obra del que le puso ese nombre ya que aunque el ladron de julio se dice que fue obra de Z. Kaparnik en realidad no es de este, este solo realizo una versión minimalista o resumida del verdadero oscilador que tiene nombre de su propio autor oscilador Armstrong, ya que fue este su inventor, Edwin Howard Armstrong

    Me gusta

  2. Excelente trabajo, me uniré a tu blog !
    una pregunta ¿cuál es el voltaje máximo que puede dar el circuito? y dado que menciona que la salida esta oscilando, ¿podría usar un filtro como un capacitor para que fuera más continua y alimentara un circuito para un micrófono?.
    ¿Para qué aparatos recomienda que se use este circuito, solo es para leds? ¿el voltaje de salida siempre corresponde al de la bateria?
    De antemano muchas gracias y mis felicitaciones.

    Me gusta

    1. Hola, alguna vez hice una prueba sustituyendo el led con un diodo y un capacitor, ademas, paralelo al capacitor coloqué un regulador a 5v (LDO) y a la entrada del regulador el voltaje logró llegar a 16v con algunas baterías más o menos nuevas y con poca carga a la salida de del regulador de 5v. Creo que este circuito lo usaría, aparte de los leds, como un circuito de “arranque” de algún circuito boost o sepic un poco más elaborado y estable, puedes buscar en Google cómo “bootstrap joule thief”, hay ejemplos muy ingeniosos. Espero esto te sea de utilidad. Saludos.

      Me gusta

Deja una respuesta

Introduce tus datos o haz clic en un icono para iniciar sesión:

Logo de WordPress.com

Estás comentando usando tu cuenta de WordPress.com. Salir /  Cambiar )

Imagen de Twitter

Estás comentando usando tu cuenta de Twitter. Salir /  Cambiar )

Foto de Facebook

Estás comentando usando tu cuenta de Facebook. Salir /  Cambiar )

Conectando a %s