Joules Thief (Ladrón de energía)

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Va dirigido a todos aquellos que deseen incursionar en la electrónica.

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Revisado en 2025   

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OBJETIVO: Encender un LED con una fuente de energía de muy bajo voltaje.

Hace un par de años estaba buscando una manera de encender un diodo LED de 5 voltios con muy poca energía. La fuente era una batería hecha de tierra que daba poco menos de 1 voltio. Sí, de tierra de la jardinera =)

Armé varios circuitos, entre ellos, un oscilador con una versión de bajo voltaje del más que popular circuito integrado 555, un circuito resonante CLR, pero todo empezó con un circuito muy interesante: el Ladrón de Julius (Joules Thief (JT)). Este circuito es capaz de robar energía de una fuente y amplificar su voltaje progresivamente hasta lograr encender el LED.



Su inventor fue Z. Kaparnik, quien lo publicó en una revista en el año 1999 y fue originalmente llamado: vampire torch por su habilidad de chupar energía a las baterías AA.

Ciertamente, hay otras formas de lograr el mismo resultado, pero ninguna tan compacta.

Sin duda alguna, este pequeño circuito es perfecto para aprender sobre electrónica:

• No necesitas tener conocimientos previos, solo armarlo y aprenderás sobre la marcha.
• Interactúas con los componentes más comúnmente usados en la electrónica: Resistencia, Inductores (o Bobina), Transformador, Transistor, Fuente, Diodo LED, e incluso puedes finalmente colocar Capacitores para optimizar el circuito.
• No necesitas protoboard (tablero para armar prototipos). Puedes unir todo entrelazando los cables con la mano o con el método que se te ocurra.
• Es perfectamente seguro.
• Es fácil, aunque la primera vez es cuestión de paciencia.

Lista de componentes:

• Un anillo de ferrita magnética de cualquier tamaño.
• Una resistencia de 1k (1000 Ohm) de un 1/4 de vatio o 1/2 vatio.
• Un transistor tipo NPN como el BC549, el MPS2222A funciona muy bien, o equivalentes.
• Un diodo LED de alto brillo.
• Alambre de cobre esmaltado, con 1 metro es suficiente.

El anillo de ferrita magnética

La ferrita magnética para bobinas tiene distintas geometrías: cilindros, anillos, barras, toroides, etc. Es recomendable usar una forma cerrada como la del anillo.

Las ferritas se pueden encontrar en aparatos viejos, monitores, fuentes de poder, radios. Muchas de las que he encontrado las he tomado de la basura.


Es posible que en alguna tienda de electrónica vendan ferritas sueltas, o también puedes pedir algún tipo de inductor que ya tenga la ferrita apropiada.

Pudieras intervenir un inductor ya hecho, retirando el alambre de cobre y volviendo a colocarlo de forma conveniente.




En última instancia podríamos probar con una arandela de hierro, pero tengo entendido que se necesita muchas vueltas de alambre de cobre esmaltado para hacerlo funcionar.

La imagen corresponde a un Ladrón de Joules hecho con un clavo de hierro y 120 vueltas de alambre de cobre.

El transformador hecho con la ferrita y el alambre:

Bien, el objetivo es crear un pequeño autotransformador constituido de dos bobinas de igual número de vueltas sobre la misma ferrita, como se muestra en las imágenes.

Como lo importante es que tengan el mismo número de vueltas, lo más fácil es doblar el alambre por la mitad y usar la punta que se forma en el medio como si fuera una aguja de coser, e ir embobinando el anillo de ferrita. De esa forma obtienes las dos bobinas de una sola vez =)

Con unas 10 vueltas está bien, puede que necesites más o menos vueltas, depende de la ferrita que te encuentres.




Luego cortas el alambre por el medio, notarás en la imagen que quedan: un alambre A y un alambre B y los extremos se han etiquetado respectivamente A1, A2 y B1, B2.

La punta de cada extremo es lijada para quitar el esmalte que aísla el cobre. Si no se cuenta con una lija, puedes intentar colocar las puntas cerca del fuego, no demasiado, puede que se arruine el cobre.

Verifica que el alambre está conduciendo electricidad antes de ensamblar el circuito.

Se procede uniendo los extremos contrarios A1 con B2, (si, lo sé, te preguntarás, ¿por qué unes los extremos? Para eso no hubieras cortado el cable en el medio desde el principio, pero resulta ser que la dirección del entorchado del alambre influye inevitablemente en el campo magnético que se forma al pasar una corriente eléctrica. Si la conexión fuera A1 con B1, el campo magnético se anularía instantáneamente. Por el contrario, al unir los extremos A1 y B2, es como si las dos bobinas A y B se volvieran una sola, entorchadas en la misma dirección y con un terminal en el medio, generando un campo magnético que se acumulará en la ferrita.)

Si todo está bien, debe quedar un transformador con tres patitas =)

Resta que armes el circuito como se indica en la figura.

La resistencia es el cuadrado a la izquierda en el esquema y el transistor el cuadrado negro a la derecha. Lo deducirás al tener los componentes en la mano. El transistor es el cilindro negro que tiene tres patitas y un lado plano.

Continuando la historia de la batería de tierra, no pude encender el LED con ella, pero sí con varias baterías de tierra conectadas en serie. También se puede hacer lo mismo con limones.

Intenté con varios tipos de transistores incluyendo MOSFETs. Los resultados varían de uno al otro, pero me sentí seguro usando el BC-549, con el que fue diseñado originalmente, pero este comienza su operación a partir de los 0,7 voltios, por lo tanto, el JT debe tener una fuente de al menos 0,85 voltios como una pila AA gastada.

Me agradaría intentarlo con un transistor de germanio =D. Este comienza su operación a partir de los 0,3 voltios; creo que podría sacar energía de una sola batería de tierra con él.

Resultado

El diodo LED enciende brillantemente con muy poco voltaje, como vemos en la foto. Pudo encender con una pequeña batería para reloj de 1,5 voltios.

¿Cómo funciona el Joules Thief?

Por favor, procure no leer esto antes de armarlo =D. Una vez armado, podrá entender la explicación, o bien, no la necesitará. Quiero que entienda que usted puede armarlo fácilmente y hacer que funcione aun cuando no sepa cómo funcione. Incluso podrá hallar muchas aplicaciones al JT sabiendo lo que hace e ignorando cómo lo hace. Pero, si usted está en desacuerdo conmigo y desea seguir leyendo, ¡está bien! Pero debo advertir que la explicación viene de la observación y deducción, pero no tengo las herramientas para saber exactamente cómo funciona. Por otro lado, deseo que su curiosidad lo lleve a vivir la experiencia de armarlo y probarlo y encontrar una explicación a cómo funciona este misterioso circuito.

Si al leer no se entiende nada o bien la explicación está equivocada, por favor corríjanme.

Publico la corrección que me enviaron, ¡muchas gracias!

En el primer ciclo, la corriente que pasa por la bobina A induce una corriente en la bobina B en sentido opuesto a la que está circulando, por eso deja de haber intensidad en la base y por eso el transistor pasa a estado de corte.
En el segundo ciclo, lo que ocurre es que, aunque el transistor esté en corte, la bobina A intenta seguir manteniendo la corriente por su propia autoinducción. Como consecuencia, la tensión a la que está sometido el diodo aumenta lo suficiente como para poder lucir.

       

¿Qué ventajas tiene el Joules Thief?

1. La fuente puede ser de cualquier voltaje entre 0,85 hasta 3,0 voltios. Es un rango razonable, pero finalmente esto depende de las características del transistor. Hay transistores que soportan un voltaje de 5,0 voltios en su base, así que podríamos usar una fuente de 5,0v y colocar un diodo Zener de 5,6v entre la base y la tierra a manera de protegerlo.

2. La salida, como sabemos, puede ser mucho mayor que el voltaje de la fuente. Podemos encender un grupo de LEDs de 12 voltios con tan solo 0,85 voltios de entrada.

Esto quiere decir que, aunque varíe la fuente y la salida, el JT va a funcionar, bueno, hasta donde la potencia lo permita.

Desventaja

1. Si no se desconecta de la fuente, sigue encendido, aun cuando no tenga algo conectado a la salida.

2. Puede quemar el transistor si no se toman medidas para protegerlo.