Ladrão de Joule Como Funciona

Introdução

O ladrão de joule ou joule thief é um tipo de conversor Direct Current (DC/CC) – DC bastante comum na eletrônica em todo o mundo por ser simples e utilizar componentes genéricos, embora seja famoso algumas pessoas não compreendem seu funcionamento ou não sabem estabilizar a saída do circuito.  Nesse artigo vamos analisá-lo a fundo e filtrar a saída para tentar esclarecer o máximo possível sobre esse “coringa” da eletrônica.

Para que Serve?

Boa parte dos circuitos eletrônicos tem a necessidade de reduzir uma voltagem para que possa realizar determinado trabalho, mas em alguns casos é necessário aumentar a voltagem, por exemplo: Uma pilha AAA ou AA tem corrente suficiente para alimentar alguns LED’s mas sua voltagem de 1.5 não consegue ligar um LED pois é necessário no mínimo 2.2v, o ladrão de joule consegue fazer essa transformação de 1.5v para mais de 2v o que possibilita o acionamento do LED ou de outras cargas com apenas uma pilha.

Diagrama do Ladrão de Joule com Capacitor

Diagrama ladrão de joule ou joule thief com capacitor. Esquema ladrão de joule
  • BAT1 Fonte de alimentação;
  • TR1: Transformador 1:1;
  • R1:  Resistor de 10k ohms;
  • Q1: Transistor Bipolar de Junção (TBJ) NPN TIP31;
  • D1: Diodo retificador de alta comutação;
  • D2: Diodo Zener;
  • C1: Capacitor electrolítico de 100uf.

A fonte de alimentação pode ser várias, comumente é usado uma pilha de 1.5v para demonstrar seu funcionamento mas o circuito pode ser implementado em pequenos geradores que utilizam motores DC como os encontrados em DVD, dispensando assim a necessidade do uso de caixa de redução.  

Como Funciona?

Na maioria dos conversores DC – DC precisam de uma frequência para chavear o transistor que alimenta o indutor e o ladrão de joule é diferente, ao mesmo tempo que o transformador fornece energia para a carga também atua como oscilador em conjunto com o transistor, ou seja, ele eleva a tensão e oscila “ao mesmo tempo”. O funcionamento do ladrão de joule pode ser descrito em dois ciclos distintos que se alternam em um loop infinito.

1.Ciclo

A eletricidade é preguiçosa e sempre vai procurar o melhor caminho para se neutralizar, então o primeiro ciclo uma das bobinas vai se carregar e os elétrons vão passar da base do transistor para o emissor, quando isso ocorrer o transistor vai ativar o segundo ciclo. A imagem abaixo representa graficamente o caminho percorrido, sua cor representará o comportamento no osciloscópio.

Entenda o funcionamento do ladrão de joule ou joule thief. Esquema ladrão de joule

2.Ciclo

No segundo ciclo o elétron vi passar pela bobina oposta a do primeiro ciclo e alimentar todo os outros circuitos mas isso dura o tempo de descarga da bobina, assim que ela descarregar vai iniciar o primeiro ciclo e assim fica nesse loop infinito. 

Entenda o funcionamento do ladrão de joule ou joule thief Esquema ladrão de joule

Quando uma bobina é alimentada, induz a outra com a polaridade invertida e soma com os 1.5v. Esse comportamento observado no osciloscópio: 

Simulação do ladrão de joule no ISIS Proteus. ladrão de joule como funciona

Note que ao acionar o circuito, o primeiro ciclo bate os 1.48v e logo em seguida é desligado e o segundo ciclo é ativado, ao mesmo tempo que é ativado, a bobina do primeiro ciclo é induzida pelo inverso da outra. Esse comportamento fica ocorrendo até que chegue no “limite”, quando isso ocorre as bobinas param de somar e se estabilizam, a imagem abaixo mostra isso:

Simulação do ladrão de joule no ISIS Proteus. ladrão de joule como funciona

O tamanho do núcleo toroidal e a quantidade de fio enrolada, tem uma  relação inversamente proporcional com a frequência.

Esse comportamento do ladrão de joule que foi apresentado até agora no osciloscópio é sem a parte de estabilização. A depender da carga que for alimentar, essa frequência pode acabar prejudicando, o capacitor vai suavizar ou até mesmo neutralizar por completo, na imagem abaixo podemos observá-lo em vermelho no osciloscópio:

Comportamento do ladrão de joule com capacitor no ISIS. 
ladrão de joule como funciona

Desvantagens do Ladrão Joule

O ladrão de joule não é um dos melhores circuitos para ser empregados em cargas eletrônicas pois ele não possui feedback o que ao aplicar uma carga a tensão de saída não se mantem porém outros conversores dc-dc como step-down e step-up, disponível em nossa loja.

Conversor DC-DC melhor que Ladrão de Joule
Stepdown

Considerações Finais

Essa análise é um conceito teórico fundamentado no livro Eletrônica para leigos e simulado no software ISIS Proteus, e não deve ser considerado como comportamento absoluto.