#023 - Joule Thief

- novembro 08, 2017

O objetivo desta postagem é apresentar um circuito muito útil para testar pilhas experimentais, o Joule Thief.

Escrito e desenvolvido por Léo Corradini

O ladrão de Joule (Joule thief), que prefiro chamar de "vampiro de pilhas usadas", muito popular atualmente, não é novidade para a eletrônica, mas viralizou depois de uma publicação de Z. Kaparnik na revista EPE Online de novembro de 1999.
Algumas pessoas, erroneamente acreditam que esse dispositivo é capaz de aproveitar a famosa "energia livre" que também virou uma febre na internet.

A simplicidade do circuito é um ótimo atrativo para os experimentadores.

O que ele faz de especial?

Ele é capaz de acender um ou mais LEDs (Light Emitting Diode) ou diodo emissor de luz usando até mesmo pilhas já esgotadas.
E isso é um grande feito porque para acender um LED é necessária uma tensão entre 1,6 a 3,3 volts dependendo do tipo e a cor do LED.

Mesmo uma pilha nova com seus 1,5 volts intactos não seria capaz de acender um diodo desses sozinha.

Assim, o Joule Thief eleva tensões tão baixas quanto ~0,6 volts para valores que podem facilmente alcançar dezenas de volts aproveitando a tensão residual das pilhas usadas.
Naturalmente, também podemos usar esse circuito para acender LEDs a partir das nossas pilhas experimentais (1).

Como o Joule Thief funciona?

Uma corrente passando por uma bobina gera um campo magnético.
Quando a corrente é desligada, o campo magnético diminui até desaparecer.

Porém, aqui tem um detalhe muito importante, quando o campo está diminuindo, ou seja muda sua intensidade ao longo do tempo, induz na bobina um tensão com sentido invertido em relação àquela que gerou o campo inicial.

Só que essa tensão pode ser muito mais alta que a tensão que gerou a corrente inicial, mas ela desaparece junto com o campo magnético.

Então, o que precisamos fazer é ligar e desligar uma corrente sobre a bobina para que sempre tenha um campo magnético variando e produzindo uma tensão mais alta.
É aqui que entra o transistor e a segunda bobina.
Juntos, eles vão produzir uma corrente que liga e desliga sobre a bobina principal.

Então, temos uma bobina principal ligada no coletor e outra bobina secundária ligada à base do transistor, o resistor serve basicamente para limitar a corrente e proteger a junção base-emissor do transistor.

Mas como isso acontece?

Inicialmente, existe uma corrente que passa pela bobina secundária e o resistor que vai dar na base do transistor.
Essa corrente liga o transistor, ou seja faz uma corrente circular entre o coletor-emissor e a bobina principal.

Quando a corrente começa a circular pela bobina principal produz nela, como já foi dito, um campo magnético que vai crescendo ao longo do tempo.

Aqui, um detalhe curioso, a corrente não vai ao seu valor máximo instantaneamente, porque o campo gerado produz uma contra corrente no fio da bobina que tende a se opor ao aumento da corrente.

Mas, acontece que temos também junto com a bobina principal a bobina secundária, elas estão acopladas magneticamente.
O que isso significa, se uma das bobinas gerar um campo magnético, a outra também será afetada por esse campo.

Agora, a parte genial desse circuito, se invertermos o sentido do enrolamento da bobina principal em relação a bobina secundária no que diz respeito as ligações com o coletor e com a base do transistor, criamos uma condição favorável para o circuito oscilar.

Porque a tensão induzida na bobina secundária tende a cortar o transistor, ao tirar a polarização preexistente.

Assim, temos uma corrente que liga e desliga na bobina principal gerando pulsos de alta tensão no coletor do transistor, como o LED está ligado nesse ponto, ele será polarizado com tensão suficiente para acender.

O LED vai produzir uma luz piscante em conformidade com os pulsos de alta tensão que aparecem no coletor do transistor, como a frequência é alta (2), nossos olhos são enganados e percebem um brilho constante.

O núcleo toroidal de ferrite é um refinamento, serve para aumentar a indutância das bobinas e, consequentemente, baixar a frequência de funcionamento do oscilador para se adequar às características do transistor e do LED usados no projeto.
Assim, podemos usar uma bobina menor e tornar a montagem mais elegante.

Um protótipo bem compacto usando componentes SMD.