Circuito ladrão de joules

Olá pessoal, na postagem de hoje vamos montar e, principalmente, entender o funcionamento de um circuito muito simples chamado de "Ladrão de Joules" (Joule Thief). O circuito ladrão de joules recebe esse nome, pois é capaz de roubar até o último joule de uma fonte de energia, ou seja, ele é capaz de funcionar até quase zerar a carga elétrica de uma pilha por exemplo.
Para montar esse circuito vamos precisar de:
- 1 Transistor NPN (recomendo o 2N2222, mas serve também o BC548, leia texto para entender a diferença);
- 60cm de fio 24 ou 25 AWG;
- 1 LED (qualquer cor);
- 1 resistor de 10KΩ;
- alguns jumpers para a ligação;
- 1 núcleo de Ferrite (uma das bobinas de uma fonte ATX velha por exemplo).

O ferrite é um material ferromagnético, composto de ferro, boro, bário, estrôncio ou molibdênio. O Ferrite tem alta permeabilidade magnética, que forma ligas que guardam suas propriedades magnéticas melhores que o ferro. Nas fontes ATX de computadores e outros aparelhos eletrônicos é fácil encontrar este material nos núcleos de bobinas, aqui algumas imagens de modelos disponíveis:
Recomendo utilizar os modelos toroidais (os que tem formato de "anel"), depois que seu circuito funcionar você pode testar novos formatos de núcleos e novos tamanhos.
Para montar o circuito observe o esquema a seguir:
 
O segredo de tudo está na montagem da bobina, ela interfere diretamente no funcionamento do circuito, para fazer a montagem de nossa bobina vamos dividir o fio em 2 pedaços de 30cm e enrolar na bobina, depois disso vamos pegar uma ponta de cada fio, mas de lados opostos da bobina (o inicio de um e o final de outro) e unir eles. Dessa forma:
Temos agora os 3 terminais para as ligações da bobina, o terminal com os fios unidos vai no positivo da alimentação, uma das pontas que sobra é ligado ao resistor e este à base do transistor, e a outra ponta ao coletor do transistor e ao Ânodo do LED. O emissor do transistor fica ligado ao cátodo do LED e ao terminal negativo da alimentação. Bem simples a ligação, mas o que o circuito faz é bem interessante e nem tão simples de compreender a primeira vista.
Primeiro vamos ver uma gráfico do seu funcionamento, analisando o circuito em um osciloscópio:
Nessa imagem podemos ver picos de 5,52V, mas como pode isso se a alimentação é feita por uma pilha de 1,5V?
O que acontece nesse circuito é que ao conectar a energia, a corrente elétrica é conduzida através do resistor ativando a base do transistor, ao acontecer isso, a energia que estava no coletor pode fluir através do coletor.
Como os fios estão enrolados em sentidos opostos é induzida uma tensão positiva e de maior valor, fazendo o transistor abrir mais e permitir mais energia passar, quando a tensão começa a cair ocorre o inverso até o momento que o transistor se fecha completamente, nesse momento acumula-se cargas no coletor do LED até o momento que há cargas suficientes para por o LED em funcionamento (2,5V- 3V), ao conduzir energia através do LED a tensão cai e o campo magnético se dissipa, apagando o LED e fazendo o ciclo se repetir.
Todo esse ciclo se repete muitas vezes por segundo, nos dando a impressão do LED estar aceso, quando na verdade está piscando em altíssima velocidade, nessa outra foto do osciloscópio temos o registro da frequência  de funcionamento do circuito:
238,1Khz!! Ou seja, o LED pisca mais de 238 mil vezes por segundo! Fiz alguns testes mudando o tamanho dos núcleos toroidais com os que eu tinha disponível no momento: (essa frequência de 238.1KHz foi com o primeiro núcleo mostrado - usando cabos de rede)
 
O primeiro, e o maior deles, deu uma frequência de funcionamento de 58.82Khz. O 4º da imagem (um pouco menor que o primeiro) deu uma frequência de 119KHz. E os pequenos ficaram com frequências próximas a 312KHz!
Ou seja, com menos fio e tamanho menor o campo se desfaz mais rapidamente, fazendo o circuito oscilar com uma frequência maior.
Também testei dois transistores, o BC548 e o 2N2222 (que fez o LED apresentar mais brilho), quando estava com o BC548 o circuito operou a uma frequência de 500Khz mas a tensão de pico foi de apenas 4,1V enquanto que quando operando com o 2N2222 a frequência de operação foi perto dos 312KHz mas a tensão de pico foi de 5,1V, ou seja, apesar de "piscar menos", o LED brilha mais com o 2N2222 devido a energia armazenada no coletor ser maior.        
Por hoje é isso pessoal, um abraço e até a próxima.

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