手電筒的工作原理

手電筒是日常生活和工業中不可或缺的工具。無論哪裡光線不足，它都會幫助您完成工作、發現故障或尋找掉落或滾動的物體。要修復故障手電筒或對其進行升級，您​​需要了解其電路。

手電筒的工作原理

手電筒的結構並不復雜。它由一個電池倉和一個帶有發射器和反射器的倉以及一個電源開關組成。

手電筒的組成。

自袖珍電燈發明以來，這種填充物並沒有改變，儘管元件底座發生了巨大變化。

簡易手電筒示意圖

一個簡單的袖珍手電筒的電路圖只包含三個元素：

• 一個（或多個）電池；
• 電源開關;
• 一個燈泡。

帶白熾燈泡的手電筒示意圖。

帶白熾燈泡的手電筒示意圖

在現代條件下，白熾燈泡大量被 LED 取代。由於效率低、壽命短，它們沒有經受住競爭。半導體發光元件在便攜式手持燈具中也很普遍。但簡單地用 LED（或 LED 矩陣）替換燈泡是行不通的。您需要一個限制通過半導體元件的電流的設備。這被稱為 司機 它是一個電子電流調節器。

帶有 LED 矩陣的袖珍燈示意圖。

這種方案的缺點是這種手電筒的可修復性低 - 恢復電子電路需要合格的技術人員和適當的實驗室設備。

以電阻為驅動的LED矩陣手電筒示意圖。

普通電阻器可以用作驅動器 電阻器這將限制電流並消除過電壓。但是放在電阻上會無用地損失相當多的功率。對於電源供電的手電筒，這個事實並不重要，但對於電池或電池供電的燈，這個缺點可能很嚴重。

重要的！ 在 LED 燈的設計中加入了另一個元素——散熱器。雖然 LED 的輻射與發熱沒有根本上的聯繫，但焦耳-楞次定律是繞不開的。當電流流過輻射元件時，會釋放熱量。如果不加以控制，過熱的 LED 將顯著縮短其使用壽命。

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用自己的雙手自製手電筒

 

前照燈示意圖

LED手電筒的流行設計是頭燈。這樣的手電筒可以讓您完全解放雙手，並通過轉動頭部將光束引導到所需的位置：跟隨您的目光。這在修理汽車、在黑暗區域行走等時很方便。

這種燈具的方案是按照以下原則構建的：

• 控制電路（負責切換模式）；
• 緩衝放大器；
• 一個晶體管開關來打開 LED。

這種設備的一種變體是當控制單元在標準微控制器（例如，ATtiny85）上製作時，其中編寫了發射器模式的控製程序，運算放大器 OPA335 用作中間和場效應晶體管IRLR2905用作鍵。

基於微控制器的袖珍 LED 手電筒方案。

該電路便宜、可靠，但有一個技術缺點：您必須在安裝前對控制器進行編程。因此，在量產時，使用專用芯片FM2819作為控制單元（外殼可以簡稱為819L）。該芯片可以打開和關閉發光元件，並編程為四種模式：

• 最大亮度；
• 中等亮度；
• 最低亮度；
• 頻閃燈（閃光燈）。

模式通過短按按鈕循環切換。長按將燈置於 SOS 模式。改變程序是不可能的（至少數據表沒有提到這種可能性）。它不需要任何中間放大器，但您不能將非常強大的 LED 直接連接到輸出 - 存在負載限制（以及防止負載超出的保護）。

這是專用芯片上的袖珍 LED 手電筒方案。

這就是為什麼強大的元素通過開關連接的原因。在大多數情況下，它是允許連續高電流消耗電路的場效應晶體管，例如 Fairchild 的 FDS9435A 或類似產品，您可以從 FDS9435A 數據表中進行選擇。

手電筒電路減少到只有兩個有源元件和一個由幾個電容器和電阻器組成的線束（加上電池和一個矩陣 LED 數量當然）。

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前照燈的描述和評級

 

從 220V 網絡充電的可充電手電筒示意圖

不使用電池為手電筒供電，而是使用可充電的可充電電池為手電筒供電更為方便和經濟。擁有這樣一個手電筒更加方便，它的電池可以在不將其從體內取出的情況下進行充電。將手電筒連接到單相 220V 網絡就足夠了。

單相 220 V 充電的袖珍 LED 手電筒示意圖。

在這裡，元素被添加到通常的電路中：

• 二極管VD1、VD2上的半週期整流器（也可以組裝成橋式電路）；
• 具有放電電阻R1的用於熄滅過電壓C1的鎮流電容器；
• 電阻R2限制電池充電電流；
• R4VD5 鏈以指示與電源的連接。

重要的！ 這些無變壓器電路有一個明顯的缺點。如果您不小心觸摸了電路的任何一點，就有被帶電的危險。使用市電降壓變壓器將導致重量和尺寸特性的顯著增加。

因此，這種方案越來越少地被發現。為了在不取出電池的情況下為電池充電，請使用輸出電壓低的外部電源（包括從 USB 兼容設備充電）。

手電筒升級

仔細檢查上一節的手電筒電路，很明顯，當它連接到 220V 時，LED VD5 總是亮著的。它的發光不依賴於充電，甚至不依賴於電池的存在。為了消除這個缺點，指示電路應包含在電池充電電路中。為此，您必須安裝一個 0.5 W 電阻器 R5，以便在 100 mA 電流下下降約 3 V（約 30 歐姆）。指示電路必須並聯，注意極性。

指示電路改造方案。

所有更改和添加都用藍線顯示。修改後，LED 將僅通過充電電流點亮（發射器矩陣電源關閉！）。

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最好的手電筒之巔

 

功能檢查

如果中國手電筒出現故障，您可以嘗試找到故障元件並更換它，或者 修理.搜索算法顯示在帶電源充電的手電筒示例中。

檢查燈籠可使用性的方案。

1. 如果燈不亮，打開時指示燈不亮，則應檢查是否有 220 V 進入電路。為此，您必須測量點 1 的交流電壓。如果沒有電壓，則應檢查電源線和插頭。
2. 如果一切正常，LED 應該會亮起。如果不是，請檢查其電路以及二極管 VD2 是否短路。
3. 然後取出電池並檢查第 2 點的直流電壓 - 它應該大約等於電池電壓。如果不是，請檢查二極管 VD1、VD2 是否正常。
4. 如果一切正常，則可能是電池有故障。檢查電池電壓。
5. 如果不是這種情況，您應該使用測試儀在聲音測試模式下測試開關的功能（拔下設備並斷開電池！）。
6. 如果這裡也一切正常，則故障一定出在驅動器或 LED 矩陣中。

如果你對電氣工程有一點了解，升級或維修手電筒並不難。主要是了解它的結構。