LADRÓN DE JOULES: su funcionamiento

¿Es posible encender a pleno un diodo LED mediante una pila casi agotada que ofrece apenas 1 Volt de tensión, utilizando un transistor, una resistencia y una bobina?

La respuesta es sí. El inventor del circuito que realiza tal proeza fue un tal Kaparnik quien lo publicó en el año 1999.

El Ladrón de Joules (*) es un circuito auto-oscilante elevador de tensión, basado en el principio de operación de las fuentes conmutadas (switching). El circuito oscila, haciendo que un transistor conmute a una frecuencia de entre 30KHz a 50KHz, hecho que permite que un LED brille a pleno usando una pila casi agotada y, por ende, incapaz, en principio, de hacerlo encender. (Recordemos que un led común necesita cerca de 2 Voltios de polarización directa para funcionar).

(*) El nombre con el que se conoce a este circuito es "Joule Thief" (Ladrón de Joules), el cual es fonéticamente similar a Jewel Thief (Ladrón de Joyas). Este juego de palabras sugiere que el circuito parece "robar" energía de la fuente (recordemos que el Joule es la unidad de energía).


FUNCIONAMIENTO



















Téngase en cuenta que los dos arrollamientos (L1 y L2) están conectados en oposición. Nótese en la siguiente imagen la convención de signos adoptada y el sentido en que circulan las corrientes por ambos.



















NOTA: la FEM inducida sobre L1 es siempre de sentido opuesto a la causa que le da origen (la variación de corriente en L2), por tal motivo a esta FEM se la suele denominar CONTRAELECTROMOTRIZ. 


De acuerdo a la anterior imagen, vemos que:


1- La tensión en la base del transistor aumenta hasta que, superada la tensión de polarización directa del diodo BASE-EMISOR, el mismo comienza a conducir.

2- El transistor está conduciendo. La corriente de colector aumenta linealmente. Como se observa en el esquema circuital, esta corriente es la que circula por el arrollamiento L2. La variación de corriente en este arrollamiento induce una FEM contraelectromotriz sobre L1.

3- La elevada FEM inducida sobre L1 (de signo negativo, de acuerdo a la convención adoptada) se aplica a la base del transistor, poniéndolo al corte.

La tensión sobre L2 aumenta rápidamente hasta que, finalmente, vence el umbral de polarización directa del LED, forzando corriente a través del mismo y, por ende, encendiéndolo.

El transistor está al corte. La corriente por L2 se hace nula bruscamente. El campo magnético producido por este arrollamiento colapsa bruscamente. Esta variación de campo magnético, como sabemos, induce una FEM elevada de signo positivo sobre L1.

4- La tensión sobre L2 decrece; la elevada FEM (de signo positivo, de acuerdo a la convención adoptada) que se aplica a la base del transistor comienza a crecer hasta ponerlo nuevamente en conducción y el proceso se reinicia. 

La siguiente animación te muestra lo que ocurre en el circuito durante todo el proceso: