焦耳小偷电路是一个可以用低电压驱动 LED 的电路。我们知道一般的 LED 导通电压要 1.8 伏左右，直接用 1.5 伏的电池是点不亮的。

来点历史

焦耳小偷电路的历史可以追溯到 1930 年的专利号为 1949383 的美国专利。该专利提出了一种基于真空管的振荡电路，用于将低电压转换为高电压。

1999年 11月出版的《Everyday Prac tical Electronics》杂志上，一个名为 Z. Kaparnik 的英国人发表了一款用于用 1.5 伏的电池点亮 LED 的电路，该电路由基于阻塞振荡器的变压器和 NPN 三级管组成。

2002 年，一位名叫克莱夫·米切尔（Clive Mitchell）的苏格兰人给这个电路取了个绰号：焦耳小偷。

开始制造

典型的焦耳小偷电路如下：

注意图中 T1 上的两个小圆点表示变压器的同名端。在同一交变磁通的作用下任一时刻两个（或两个以上）绕组中都具有相同电势极性的端头彼此互为同名端。

三极管我使用的是 2N2222, 你也可以使用其他类型的 NPN 三极管，例如 S8050, 都可以。

本文中我们把流过三极管集电极的线圈（图中3、4引脚）称为 Lc, 把接到三极管基极的线圈称为 Lb。

T1 我使用一个现成的 2mH 的共模电感

你也可以自己用铜线绕制。

我将中间两根线焊接到了一起，接到 VCC 上，这样可以确保流过两个线圈的电流的方向是相反的。

开始分析

电路很简单，原理却不简单，下面我我们来具体分析下。

电路启动时的波形图如下：

CH1（黄色）接三极管基极；CH2(青色)接三接管集电极；CH3 测量的是流过集电极的电流。

1. 三接管截至

可以看到，电路接通前，基极和集电极电压，还有集电极电流都是 0 ，此时三极管截至。

2. 三极管打开

开关闭合后，少量电流通过电阻 R1 和基极线圈 Lb 到达三极管的基极，当三极管基极电压达到 0.7 伏左右时，三极管导通。

3. 正反馈

三极管导通后，电流开始流过电感 Lc, 集电极和发射极之间开始有电流流过。

此时两个线圈中的感应电动势极性如下：

线圈产生的电动势总是阻碍电流的流动，因此，在此阶段，集电极线圈 Lc 产生一个上正下负的电动势以阻碍电流流过电感。有小伙伴可能会问了，从图中看，这两个线圈的电流方向是相同的，都是从上往下流，感应电动势应该也是相同的。但为什么实际却是相反的呢？

这是因为，由于三极管的放大特性，流过基极线圈的电流要远小于集电极电流，因此线圈 Lb 产生的原本上正下负的自感电动势要远小于线圈 Lc 产生的上负下正的互感电动势，因此，Lb 产生的自感电动势被 Lc 产生的互感电动势覆盖住了。而由于同名端线圈电动势极性相同，因此基极线圈 Lb 的电动势是上负下正。

基极出现的为正的感应电动势渐渐地抬高了基极的电压。也就是波形图中这一段看到的基极电压渐渐上升的过程。

此阶段三极管处于放大区。作为一个放大器件，当三极管基极的电压或电流增大时，集电极 Lc 中的电流也会增大，并且增量更大，增大的电流又会产生更大的电动势进一步拉高基极的电压，如此循环往复，形成正反馈，就是上面波形图中看到的基极电压和集电极电流不断增大的效果。

4. 嘎然而止

在上面的波形图中，我们看到基极电压不断升高后，突然变为负了，约为 -1 伏左右，为什么会这样呢？

下面解释一下基极电压为什么会突然变负。随着集电极（Collector)电流的不断升高，电感或者三级管有一个会饱和（Saturated），无论是哪一个先饱和，都会导致流过三极管集电极（Collector）的电流不再增长。只有变化的电流才会产生变化的磁场，只有变化的磁场才能在 Lb 上产生互感电动势或互感电流。

因此，在这个时刻（饱和或电流不再增加的那一刹那），基极线圈中Lb 中的互感电动势突然消失了，这会导致基极电流迅速减小，紧接着，基极电流的减小会引起集电极的电流减小，集电极电流一旦减小，集电极线圈 Lc 作为一个电感，会抵抗电流的减小，它怎么抵抗？它会产生一个上负下正的自感电动势。这个上负下正的自感电动势会在基极线圈 Lb 上产生上正下负的互感电动势（注意，电流方向的反转也是一种电流的变化），这会导致三极管基极出现负电压，一旦出现负电压，三极管会迅速的关闭。

总结一下：三极管或电感饱和 -> 集电极电流不再增长 -> 基极互感电动势消失 -> 基极电流减小 -> 集电极电流减小 -> 集电极电感抵抗电流减小 -> 集电极电感产生上负下正的自感电动势 -> 基极电感产生上正下负的互感电动势->基极电压为负-> 三极管关闭。

许多朋友没有理解这个电路，主要是卡在了这里，因为这一连串的动作是在一瞬间完成的，不是很好理解。

5. 电感升压

三极管截止后，线圈 Lc 作为一个电感，会抵抗电流的突然减小，在极短的时间内，还是会有电流从上往下流过电感的，而电子的流动方向刚好与传统电流的方向相反，随着3脚处电子流出，此处的电压迅速升高，可以在 CH2 的波形中看到，三极管集电极有一个巨大的正向尖峰，电压一瞬间升高到了 3.01 伏。电压超过了 2 伏，LED 等开始点点亮。

6. 重新开始

紧接上面，三极管截止后产生的脉冲尖峰（3.01），随着 LED 的放电，电压不断下降，这个过程中存储在右边线圈 Lc 中的电磁场慢慢坍缩，它施加在线圈2脚上的反向电动势也慢慢减小，表现就是三极基极的电压缓慢上升。当基极电压升高到 0伏时，状态又和前面步骤 1 的状态一致了，于是，一切重新开始，周而复始。

上面波形截图中，CH1 的频率为 37.37 kHz, 也就是说，上面 1~5 这5个步骤，每秒可以重复三万多次。