“能量小偷”

“能量小偷”或者 Joule thief 是一种简易电荷泵电路的昵称，它能把一节旧电池的电压升至 3V 左右并点亮几个 LED 。 外观： 这个玩意由变压器、电阻、三极管组成，其中变压器是用废节能灯里面的磁芯加上双色导线绕制而成的，三极管用的是 NPN 型 BJT ，型号为 S9014 ，电阻阻值为 1kΩ 。 使用时，变压器的公共端接电池正极，三极管射极以及发光二极管阴极公共端接电池负极。 用一只电压不足 1V 的旧电池驱动时的效果。两只 LED 颜色不一样，所以看起来亮度不同，但是它们都是在 3.3V 电压下才会正常发光。根据电路参数（主要是三极管型号、变压器磁芯和绕制）不同效率也会不一样，图中我自制的版本实测效率接近 80% 。 后来，受到龙黎老师的作品的启发，我做了个比较实用的版本，用的仍然是手头上多得成灾的 S9014 。我用的是 7 号（ AAA ）电池盒，但是有一点要请跃跃欲试的读者们注意，你们最好用 5 号（ AA ）电池盒，因为 7 号电池盒有点矮了，不容易塞下常见的环形磁芯，同时头部的导线孔没法放下 LED ，它被开关挡住了。 手贱的最终结果是我需要拿手钻在电池盒盖子上开个口子。 背面，开关占满了整个盒子的头部。 通电试机。 这种电路在某些使用干电池或者铅酸电池的手电筒中也有用到。 制作工具和材料： 电烙铁； 焊锡； 剪刀或者剥线钳； 两种不同颜色或者能够区分的导线； 磁芯（推荐环形磁芯，棒状和工字磁芯漏磁太大。因频率较高所以必须是铁氧体磁芯）； NPN BJT 三极管，S9014 、S9013 或者 S8050 皆可； 电阻，阻值 100Ω 到 10kΩ ； 做负载用的发光二极管 1 至 3 只。 制作步骤： 1.如图，将两种颜色的导线截取同长的一段，并排绕制在磁芯上。对于环形磁芯，5 匝以上基本就能工作了。 2.如图，将不同颜色且不同侧的两个线头连接起来。这样的组合有两组，任选一组即可。然后上焊锡焊牢，作为连接电池正极的公共端。 3.变压器剩下的两端，一端直接连接三极管集电极并焊好，另一端通过一只电阻连接三极管的基极并焊好。 4.将负载 LED 并联在三极管的集电极和发射极之间，注意极性（阴极连接发射极），并焊好。 5.最后从三极管发射极焊一根导线出来，用于连接电池负极。 原理： 电路原理图如上图所示。 首先，接通电源时电池的电压通过绕组 1-2 和电阻，加在三极管基极上，形成基极电流（要求电池电压大于一定的值，跟三极管的型号有关，一般为 0.5V 左右），三极管开始导通。绕组 3-4 中的电流随着三极管的导通而形成，使得绕组 1-2 中形成正向的自感电动势，进而使得三极管基区电流增加，最终使得自身加大。当磁芯饱和后，绕组 1-2 中的自感电动势消失，三极管基区电流减小，使得绕组 3-4 中的电流跟着减小，进而使得绕组 1-2 中产生一个反向的自感电动势，使得三极管基区电流迅速减小，三极管迅速关断。三极管的快速关断使得绕组 3-4 中产生一个较大的正向自感电动势，这个电动势和电源电压加起来已经足以点亮 LED ，因此 LED 导通发光。随后，绕组 1-2 中的自感电动势消失，整个“能量小偷”进入下一轮的工作，如此往复震荡。