贪婪的焦耳小偷

一、前路

  今天看到B站的一位朋友询问一个焦耳小偷电路的问题，不过看得出来，他应该是一位电子初学者，没有能够绘制出清晰准确的电路图。最后一张电路图透露出他实验电路的主要器件。根据他的电路图绘制出来对应的电路。我们知道，一般红色 LED 导通电压超过 1.6V，在1.5V下是不会发光的。但这个焦耳小偷电路就会驯服这个LED，让它乖乖的发光。电路包括一个高频自耦变压器，一个三极管偏置电阻，高频小功率NPN三极管，以及LED负载。那么他的问题有可能是自己搭建的电路没有工作。 但话又说过来了，仅仅凭借他发送过来的照片我也看不出所以然来， 没有办法，不如自己重新搭建一个电路，给他展示一下这个电路的特性。

二、测试电路

  搭建电路中的电感是从一个开关电源上拆下来的高频变压器。它的原边有一个中间抽头，使用 SmartTweezer 测量两组线圈的电感，分别是 258 uH 以及211uH，大体匝数是相同的。

  ●  电感参数：
   L1：211uH
   L2：258uH

  选择一个 电流比率为 105 的 9018 三极管，在面包板上搭建电路。电路中的电阻也是 470欧姆，使用 DH1766 给面包板供电，电压为 1.5V。可以看此时 LED 已经开始发光。发光强度并不是太大，但相对于此1.5V电压，这个亮度还算可以了。使用示波器观察三极管集电极电压波形，可以看到此时电路正在震荡，震荡频率为 190kHz左右。下面通过逐步降低直流电源的电压，查看一下这个焦耳小偷电路的电压电流特性。

  在面包板上，对于同样的电路。通过编程，使用DH1766提供从 2V 逐步降低的工作电压。可以看到不同的工作电压，电路的震荡频率也在发生的变化，从 DH1766 回读输出的电流。可以看到在电压非常小的时候，仍然有电流输出。直到电流小于某个阈值之后，LED熄灭了。这是测量得到的电压电流曲线。在电压比较高的时候，电流与电压的关系好像是LED正向导通的指数关系。当电压在0.5V 到 1.6V之间的时候，电流的变化呈现缓慢下降的趋势，当电流小于 0.5V，实际上，此时 9018 三极管的基极已经无法满足导通了，电路变停止工作了。所以，这个焦耳小偷电路的工作模式分为三个阶段，如果使用电池供电，它可以将电池电压消耗到 0.5V。

  测量电压从0V到2V上升过程中电流的变化，对比焦耳小偷电路在低电压下的启动电压是多少。整体上，电压电流变化都相似，只是两者之间在低电压下有区别。也就是，当电压从低到高变化的时候，电路启动电压需要超过 0.6V。这个电压是三极管 9018 基极开始导通对应的电压。

  为了对比焦耳小偷电路对电能的渴望，下面对比一下，直接将LED 与470欧姆电阻串联对应的伏安特性。不测不知道，一测吓一跳，对比一下更加热闹。可以看到，最下面绿色的曲线是LED串联电阻对应的电流，远远低于焦耳小偷的电路工作电流。特别是在电压小于 1.65V之后，红色LED基本上是截止的，但是嗜血的焦耳小偷电路仍然将电源电能转变成LED的发光电能。对比之后，让人大吃一惊。不过，我有一个疑问，那就是焦耳小偷电路真的将偷来的电能全部转换成LED发光的电能了吗？

※ 总  结 ※

  本文根据B站朋友的提问，验证了一个焦耳小偷电路的工作特性。不过很可惜，最终好像并没有给这位朋友排疑解惑，指出他电路中的问题。只是帮助验证了这个电路本身是可行的。这不能说我的懒惰，因为紧紧依靠他提供的模糊照片以及电路草图，不清楚他的实验中究竟发生了什么故障，比如，有可能元器件出现问题，电感同铭端搞混，或者电路搭建的不牢靠等等。不过，只要对电路的原理清楚，耐心去测量排错，还是最终能够找到原因的。