O podobnej metóde, ktorú paralelne vyvíjajú ďalší vedci, sme už písali, na tom príklade je demonštrovaná možnosť napájania LCD budíka neďaleko televíznej veže.
Pri súčasnej rýchlosti vývoja elektroniky už čoskoro bežné počítače Na fungovanie bude potrebovať iba miliwatty, takže táto technológia by sa nemala odpisovať, ale skôr by sa mala jej plošná implementácia odložiť do nie tak vzdialenej budúcnosti.
EMI zo spínača a celého obvodu vstup-spínač-žiarovka ľahko ovplyvňuje citlivé obvody počítača. To by sa, samozrejme, nemalo stať, ale keď je počítač na posledných nohách, každé ďalšie stlačenie ho zmrazí. Najprv skontrolujte elektrolyty na základnej doske kvôli tehotenstvu. p.s. jeden starodávny pevný disk HITACHI, v ktorom SMART ešte zobrazoval reálne údaje o počte opráv poškodených údajov pri čítaní, perfektne reagoval na blížiacu sa búrku - chyby sa dali hľadať pomocou SMART - keď nie je búrka 10-100 opráv za minútu a počas búrky, keď je stále na obzore a nepočujete hrmenie - dosahuje milión.
Ako vytvoriť rádiové vlny
Vytvorte jednoduché zariadenie na vytváranie elektromagnetických kmitov pripojením induktora, kondenzátora a odporu na svorky generátora. Ale na to, aby z generátora prúdila elektromagnetická vlna, to nestačí. Žiadny z prvkov opísaného obvodu nie je vhodný pre úlohu vysielacej antény, takže bude musieť byť vyrobený ako nezávislý prvok systému.
Ak chcete situáciu napraviť, pripojte paralelne s induktorom kondenzátor vhodnej kapacity. Pre naladenie systému do rezonancie je vhodné použiť variabilný kondenzátor, vďaka ktorému je celý oscilačný obvod ovládateľný. Keď je zariadenie v prevádzke, cievka a kondenzátor si navzájom vymieňajú energiu, prebytočná energia sa „pumpuje“ medzi týmito prvkami a zdroj energie dodávaný do záťaže uvoľní iba množstvo energie, ktoré sa premení na teplo.
Na príjem žiarenia vytvorte anténu. Najjednoduchšia anténa pozostáva z dvoch dlhých a tenkých tyčí a optimálna dĺžka každej tyče by sa mala rovnať štvrtine vlnovej dĺžky. Samotné tyče umiestnite pozdĺž jednej priamky a potom pripojte generátor kontinuálnych oscilácií k anténe. Približne rovnaké anténne zariadenia sa často používajú nie na vysielanie, ale na príjem na televízoroch.
Experimentálne vyberte rozmery anténnych tyčí tak, aby nevznikalo zbytočné zaťaženie generátora vysielača a energia z neho bola vyžarovaná do priestoru. V niektorých prípadoch môže byť užitočné pripojiť induktor do série s anténou. Tým sa vykompenzuje kapacita anténneho drôtu.
Na generovanie rádiovej vlny v presne definovanom smere zostrojte anténu z niekoľkých vodičov, vyberte ich dĺžku a vzájomnú polohu a potom do týchto vodičov privádzajte prúdy z generátora v požadovaných fázach. Týmto spôsobom možno demonštrovať jav vlnovej interferencie. Nie vždy je potrebné pripojiť všetky vodiče ku generátoru, stačí získať prúd vo vodiči, ktorý sa nachádza v magnetickom poli hlavnej antény.
Zdroje: besprovodnoe.ru, forum.cxem.net, www.3dnews.ru, www.kakprosto.ru, genby.ru
Staroveký ostrov Kefalonia
Fairy Morgana - zákerný plán
Balada z čiernych hôr
Štyri slnká
Legendy o kostole Premenenia Pána
Rusko je známe svojimi úžasnými chrámami. Existuje dokonca jeden, pri ktorého stavbe sa podľa legendy nepoužili žiadne klince – kostol Premenenia Pána na Karelskom ostrove Kizhi. Pred...
Najväčšie vzducholode
Airlander bol pôvodne vyvinutý ako súčasť amerického vojenského projektu, ktorý však čoskoro opustil. Výsledkom je, že britská spoločnosť má jedinečný...
Jakuba a Ezaua
Izák sa oženil s Rebekou, keď mal 40 rokov. Mali sa veľmi radi, no ich životy zatemnil fakt, že...
Školy raného stredoveku
Katolícka cirkev mala obrovský vplyv na rozvoj školstva v stredoveku. V kláštoroch existovali pri kostoloch -. V prvom rade pripravili duchovné...
Rybár, ktorý videl víly
Rybár zo Saint-Jacques-de-la-Mer, ktorý sa jedného večera vracal domov z kúpania na mokrom piesku pláže, sa nevedomky zatúlal do jaskyne...
Rover zvedavosti
Rover Curiosity, ktorý odštartoval 26. novembra 2011 a celý ten čas smeroval k červenej planéte, pristál 6. augusta...
Inanna v pekle
Jedného dňa sa stala udalosť, ktorá prinútila bohyňu Inannu odísť do podsvetia. Staroveké texty, ktoré hovoria, prečo Inanna skončila v pekle, nie sú...
Účinnosť a ďalšie výkonnostné charakteristiky bezdrôtových senzorov sa neustále zlepšujú a problém napájania autonómnych zariadení sa rozširuje za hranice výklenku a do každodenných aplikácií.
Energia – slnečná, tepelná, piezoelektrická či elektromagnetická – nás obklopuje zo všetkých strán. Zhromaždením čo i len jeho malej časti môžu strojárske spoločnosti rozšíriť prijímanie senzorových technológií zameraných na zabezpečenie spoločného dobra. Medzi takéto aplikácie senzorov patria rôzne nositeľné medicínske diagnostické a monitorovacie zariadenia, letecké a automobilové funkčné monitory, ako aj technické prostriedky na diaľkové meranie spotreby plynu, tepelných a elektrická energia. Schopnosť získavať energiu z rôznych zdrojov zlepší zdravotnú starostlivosť v oblastiach so slabou infraštruktúrou, napr. vidiecke oblasti. Globálny rozvoj tejto oblasti elektroniky je podporovaný čoraz väčším počtom technických prostriedkov – od špecializovaných integrovaných obvodov až po aktívne a pasívne diskrétne súčiastky.
Príklady možno nájsť medzi komponentmi vývojových modulov „Energy Harvesting Solution To Go“ od Energy Micro a Würth Elektronik. Dve základné zložky týchto súprav sú Energy Harvesting Board a Giant Gecko Starter Kit. Oba prvky obsahujú pasívne súčiastky od Würth Elektronik. Napríklad transformátory WE-EHPI, špeciálne navrhnuté pre zariadenia na zber energie z životné prostredie, sú vysoko účinné vďaka nízkemu odporu vinutia a jadru navrhnutému špeciálne pre náročné prevádzkové podmienky. Efektívne potlačenie elektromagnetického rušenia je dosiahnuté použitím SMD feritových filtrov na každom termináli transformátora.
Viacúčelová doska na zber energie (obrázok 1) sa dodáva so štyrmi meničmi napätia od spoločnosti Linear Technology, z ktorých každý je optimalizovaný pre iný zdroj energie. Napríklad čip LTC3588 je určený pre zdroje striedavý prúd s napätím do 20 V, ako sú piezoelektrické a indukčné elektrické generátory. Giant Gecko Starter Kit (obrázok 2) obsahuje mikrokontrolér (MK), ktorý v aktívnom režime spotrebuje iba 200 µA/MHz. Jadro ARM Cortex M3 tohto MCU pracuje na frekvenciách do 48 MHz. MK má 1024 KB Flash pamäť, 128 KB RAM, USB rozhranie, LCD ovládač a dotykové rozhranie LESENCE.
 |
|
| Obrázok 2 | Štartovacia súprava EFM32 Giant Gecko. |
Ak sa pozriete na rôzne prístupy implementované v nástrojoch na extrakciu energie, je jasné, že táto súprava obsahuje všetko, čo potrebujete na začatie plnohodnotnej práce. Pre bezdrôtové aplikácie s krátkym dosahom, ako sú externe napájané senzorové uzly, sa používajú lacné čipy na vykonávanie funkcií snímania, spracovania signálu, získavania údajov a komunikácie. Každý uzol takýchto systémov je vybavený nízkoenergetickým bezdrôtovým rozhraním.
Väčšina samostatných snímačov má štruktúru podobnú tej, ktorá je znázornená na obrázku 3. Funkcie hlavných blokov sú nasledovné:
- senzor meria a zhromažďuje ľubovoľný počet parametrov prostredia potrebných v konkrétnej aplikácii;
- konvertor premieňa určitý druh energie na elektrickú energiu;
- modul správy napájania stabilizuje, presmeruje a ukladá prijatú energiu;
- MC spracováva signály prijaté z primárnych snímačov a udržiava komunikáciu s ostatnými uzlami systému cez rádiový kanál;
- Prijímač budiaceho signálu akceptuje externú požiadavku na prebudenie snímača z režimu spánku.
Avšak kľúčová vlastnosť Takéto systémy nie sú len o tom, ako sú rôzne časti navzájom spojené. Zariadenia na extrakciu energie kladú veľmi prísne požiadavky na každý jednotlivý komponent, najmä z hľadiska spotreby energie a účinnosti. Takže, aby sa predĺžila životnosť zdroja energie, MK a rádiový modul by mali pracovať vždy, keď je to možné, v režimoch s minimálnou spotrebou. vzadu posledné roky Výrobcovia IC a RF čipov veľa investovali do vývoja a výroby zariadení s nízkou spotrebou energie, ktoré možno použiť v uzloch bezdrôtových senzorov s krátkym dosahom poháňaných extrahovanou energiou. Príkladom sú RF moduly a mikrokontroléry, ktoré dokážu pracovať pri napájacom napätí 1,8 V, čo umožňuje dosiahnuť ultranízku spotrebu energie v bezdrôtovom zariadení.
Je tiež potrebné, aby bol mikrokontrolér schopný rýchlo prejsť z režimu spánku do aktívneho režimu. Tým sa znižuje prúdová spotreba medzi vysielaním a prijímaním informácií, čo znamená šetrenie energetických zásob. Kľúčom k cenovo efektívnejšej architektúre RF zariadení je požiadavka na zníženie výkonu pri vysielaní a prijímaní dátových paketov. Systémy zberu energie tiež vyžadujú robustné protokoly prenosu informácií. Minimalizácia chýb pri výmene paketových dát znižuje prevádzkový čas zariadení vo vzduchu, čo znamená, že sa znižuje denná potrebná „porcia“ energie, ktorú konvertor odoberie z prostredia.
Rovnako dôležité sú otázky týkajúce sa štruktúry bezdrôtových senzorových sietí. Väčšina týchto sietí napríklad funguje v cyklickom režime, ktorý šetrí energiu a obmedzuje priestor rádiových frekvencií, ale generuje špičky v prúde spotrebovanom senzormi. Nízke úrovne špičkovej spotreby rádiových transceiverov znižujú závažnosť problému vývoja napájacích zdrojov pre autonómne senzory.
Tieto obmedzenia sú ešte dôležitejšie pre senzory, ktoré sú napájané výlučne zberom externej energie. Meniče primárnej energie majú často výstupnú impedanciu oveľa vyššiu ako batérie. To znamená, že uzol na riadenie napájania micropower musí nielen riadiť distribúciu energie medzi prevodníkom a snímačom, ale aj konvertovať impedanciu zdroja.
Bez ohľadu na metódy a technológiu výstavby systémov zberu energie podliehajú všetky riešenia hlavný cieľ- maximalizácia efektívnosti, aby sa informácie prenášali čo najčastejšie. Každá zberná technológia má však dosť úzke limity použitia. Dnes sú najbežnejšie konvertory solárnej energie, pretože pracujú s účinnosťou 25 % až 50 % na cm 2 (tabuľka 1). Dôsledkom rozšíreného používania fotovoltických článkov bude neustály pokles ich ceny za cm 2 .
| Stôl 1. | Porovnávacie charakteristiky rôznych zdroje energie (podľa Texas Instruments) |
|||||||||||||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||||||||||||||
Súčasný stav technológie získavania energie rádiových vĺn
Systémy získavania energie rádiových vĺn stále zostávajú hlavne predmetom laboratórneho výskumu a zatiaľ sa nerozšírili ako nezávislé riešenie. Systémy extrakcie RF energie sa výrazne líšia od všetkých ostatných. Funkčne sú rozdelené na dve časti:
- prijímač s laditeľnou anténou, usmerňovač, pamäťový prvok (kondenzátor), DC/DC menič;
- vysielač, ktorý usmerňuje energiu rádiových vĺn, napríklad pomocou technológie PowerCast, alebo externý zdroj elektromagnetického žiarenia (WiFi, mobilná komunikácia alebo rádio).
Typický systém zberu elektromagnetickej energie pozostáva zo štyroch komponentov: laditeľnej antény, prvku na ukladanie vstupnej energie, obvodu riadenia napájania a výstupnej batérie.
Rovnako ako iné systémy na podobné účely, aj zariadenia na získavanie energie rádiových vĺn je potrebné zlepšiť mnohými spôsobmi. Zo zoznamu úloh vyžadujúcich prioritné riešenie (mnohé z nich sa už implementujú) môžeme vyzdvihnúť:
- problematika využívania zdrojov usmernených rádiových vĺn namiesto energie okolitého elektromagnetického „pozadia“,
- zlepšenie DC/DC meničov z hľadiska zvýšenia ich účinnosti a zníženia pokojového prúdu,
- vývoj mikrokontrolérov s nižším výkonom a RF transceiverov.
RF a mikrovlnný priemysel môže výrazne zlepšiť takéto systémy zavedením nových nákladovo efektívnych transceiverov na trh. Ale aj systémy s riadeným prenosom RF energie, ktoré spĺňajú uvedené požiadavky, zostávajú vysoko špecializované. Tie, ktoré využívajú rádiové vlny „na pozadí“, sú z hľadiska odberu energie horšie ako fotovoltaické alebo tepelné systémy zberu energie. Technológie získavania energie rádiových vĺn musia prekonať ďalšiu nevýhodu typickú pre rádiové systémy – obmedzený dosah v dôsledku vplyvu budov, relatívnej polohy a iných dôvodov.
Zatiaľ čo technológie získavania energie elektromagnetické vlny Systémy na získavanie energie z iných zdrojov si len začínajú raziť cestu do nových oblastí použitia. Napríklad solárne panely časom len zvýšia svoju účinnosť a budú sa používať v interiéri aj exteriéri, t.j. všade tam, kde je zdroj svetla. Zariadenia na získavanie tepelnej energie sa používajú v systémoch automatizácie budov, kde je možné maximalizovať teplotné rozdiely medzi vnútornými a vonkajšími priestormi, napríklad pri oknách. Tepelné konvertory sa tiež používajú ako zdroje energie pre rôzne nositeľné zdravotnícke zariadenia.
Aby sme to zhrnuli, systémy na získavanie energie majú svetlú budúcnosť, keďže stále viac produktov prichádza na trh z vedeckých laboratórií.
Uvedené stanovisko potvrdzujú neustále sa objavujúce nové produkty. Napríklad čip rozhrania AS3953 vyvinutý spoločnosťou ams AG, navrhnutý pre systémy blízkej komunikácie (NFC), vám umožňuje vytvoriť vysokorýchlostný kanál na výmenu údajov medzi zariadením NFC, ako je smartfón, a akýmkoľvek hostiteľským radičom, ktorý má štandardné rozhranie SPI. Čip je napájaný zozbieranou energiou rádiových vĺn vyžarovaných čítačkou NFC a nevyžaduje žiadny externý zdroj energie ani externé komponenty, snáď okrem jedného kondenzátora. AS3953 má konfigurovateľný výstup externého prerušenia určený na prebudenie mikrokontroléra zo stavu spánku, čo umožňuje zostavenie zariadení s nulovou spotrebou energie v režime nečinnosti. Mikroobvod je schopný „vytiahnuť“ prúd až 5 mA z energie okolitého magnetického poľa. S externými obvodmi správy napájania môže AS3953 poskytnúť zozbieranú energiu pre samostatné zariadenie.
Ďalší z debutov sľubuje vyriešenie dlhoročného problému určovania vnútornej polohy pre záchranné zložky. Japonská spoločnosť v spolupráci s Ritsumeikan University a ISID oznámila technológiu Guidepost Cell. Pomocou siete nízkoenergetických bezdrôtových majákov kompatibilných s IEEE 802.11 poskytuje infraštruktúra tejto technológie smartfóny a iné mobilné zariadenia schopnosť presne určiť polohu v interiéri. Systém je poháňaný energiou z lacných solárnych panelov vyrobených z organických farbív. Panely získavajú energiu z umelého a prirodzeného svetla v interiéri, čím eliminujú potrebu externého zdroja energie a znižujú náklady na inštaláciu a prevádzku. Predpokladá sa, že takéto solárne články, schopné dodávať 48 μW/cm 2 pri osvetlení 1000 luxov, budú mať sľubnú budúcnosť.
Pozreli sme sa len na dva z nespočetných príkladov. Vývojový potenciál týchto riešení nemá a nebude mať žiadne obmedzenia, pokiaľ budú schopné uspokojiť naše zvyšujúce sa nároky na efektivitu a produktivitu. Postupom času sa opísané riešenia budú čoraz viac miniaturizovať a dobývať trh prenosných medicínskych aplikácií. A inžinieri budú so zdokonaľovaním čipov a diskrétnych komponentov neustále prekonávať bariéry dosahu, odolnosti voči šumu a veľkosti.
V modernom svete, keď ceny energií neustále rastú, veľa ľudí obracia svoju pozornosť na možnosť, ako ušetriť peniaze tým, že ich niekto využije alternatívne zdroje elektriny.
Tento problém zamestnáva mysle nielen domácich vynálezcov, ktorí sa snažia nájsť riešenie doma so spájkovačkou v rukách, ale aj skutočných vedcov. To je otázka, o ktorej sa hovorí už dlho a objavujú sa rôzne pokusy nájsť nové zdroje elektriny.
Je možné získať elektrinu zo vzduchu?
Možno si mnohí myslia, že je to úplný nezmysel. Realita je ale taká, že elektrinu je možné získať zo vzduchu. Existujú dokonca schémy, ktoré môžu pomôcť vytvoriť zariadenie schopné získať tento zdroj doslova z ničoho.
Princíp fungovania takéhoto zariadenia spočíva v tom, že vzduch je nosičom statickej elektriny, len vo veľmi malých množstvách, a ak vytvoríte vhodné zariadenie, potom je celkom možné akumulovať elektrinu.
Skúsenosti známych vedcov
Môžete sa obrátiť na diela už známych vedcov, ktorí sa v minulosti pokúšali získať elektrinu doslova zo vzduchu. Jedným z týchto ľudí je aj známy vedec Nikola Tesla. Bol prvým človekom, ktorý si myslel, že elektrina sa dá získať, zhruba povedané, z ničoho.
Samozrejme, v Teslovom čase nebolo možné zaznamenať všetky jeho experimenty na video, takže tento momentšpecialisti musia zrekonštruovať jeho prístroje a výsledky jeho výskumu podľa jeho záznamov a starých svedectiev jeho súčasníkov. A vďaka mnohým experimentom a výskumom moderných vedcov je možné postaviť zariadenie, ktoré umožní výrobu elektriny.
Tesla zistil, že medzi základňou a vyvýšenou kovovou doskou existuje elektrický potenciál, ktorý predstavuje statickú elektrinu, a tiež zistil, že sa dá uložiť.
Následne Nikola Tesla dokázal skonštruovať zariadenie, ktoré dokázalo akumulovať malé množstvo elektriny, pričom využíval len potenciál obsiahnutý vo vzduchu. Mimochodom, sám Tesla predpokladal, že za prítomnosť elektriny vo svojom zložení vďačí vzduch slnečným lúčom, ktoré pri prenikaní priestorom doslova rozdeľujú svoje častice.
Ak sa pozrieme na vynálezy moderných vedcov, môžeme uviesť príklad zariadenia Stephena Marka, ktorý vytvoril toroidný generátor, ktorý umožňuje uložiť oveľa viac elektriny, na rozdiel od najjednoduchších vynálezov tohto druhu. Jeho výhodou je, že tento vynález je schopný dodať elektrinu nielen slabým osvetlenie, ale aj celkom vážne domáce spotrebiče. Tento generátor je schopný pracovať bez nabíjania pomerne dlhú dobu.
Jednoduché obvody
Existujú celkom jednoduché obvody, ktoré pomôžu vytvoriť zariadenie schopné prijímať a uchovávať elektrickú energiu obsiahnutú vo vzduchu. To je uľahčené prítomnosťou v modernom svete mnohé siete a elektrické vedenia, ktoré prispievajú k ionizácii vzdušného priestoru.
Môžete si vytvoriť zariadenie, ktoré prijíma elektrinu zo vzduchu vlastnými rukami, pomocou pomerne jednoduchého obvodu. Existujú aj rôzne videá, ktoré môžu poskytnúť potrebné pokyny pre používateľa.
Bohužiaľ, vytvorenie výkonného zariadenia vlastnými rukami je veľmi ťažké. Zložitejšie zariadenia vyžadujú použitie vážnejších obvodov, čo niekedy výrazne komplikuje vytvorenie takéhoto zariadenia.
Môžete sa pokúsiť vytvoriť zložitejšie zariadenie. Na internete sú zložitejšie schémy a tiež videonávody.
Video: domáci generátor bezplatnej energie
Na tému, že vo vzdialenom detstve sme montovali tranzistorové prijímače napájané elektromagnetickými vlnami. Je zvláštne, že táto veta zaujala viacerých survivalistov o možnosti nabíjania nízkoenergetických batérií...
Bez váhania som sa rozhodol zverejniť pár kombinovaných materiálov všeobecný princíp prijímanie voľnej energie. Prvý je prevzatý z knihy „Radio Electronic Toys“ od Janosa Wojciechowského, druhý je z webovej stránky Asociácie amerických rádioamatérov http://www.arrl.org/
Druhý materiál je užitočnejší, pretože Zariadenie tam prezentované po určitej úprave dobije batériu aj keď v blízkosti nie je žiadna veľká rozhlasová stanica:o)
Energia elektromagnetického poľa.
Prevádzka zdrojov jednosmerného prúdu, ktoré sú popísané nižšie, je založená na využití takzvanej voľne dostupnej energie, t.j. energie rádiových vĺn z výkonnej miestnej rozhlasovej stanice. Takéto zdroje umožňujú napájať tranzistorové prijímače (1...3 tranzistory). Takýto experiment sa uskutočnil. Ďaleko od mesta bola vo výške 4 m zavesená drôtová anténa dlhá asi 30 m. Pri záťaži 9 kOhm bol pridelený jednosmerný výkon 0,9 mW. Zároveň sa vysielač s výkonom 1 kW a pracovnou frekvenciou 1,6 MHz nachádzal vo vzdialenosti asi 2,5 km. Na svorkách filtračného kondenzátora (pri voľnobehu) bolo zaznamenané napätie približne 5 V. Takéto výsledky sa dosahujú len s pomocou veľkej antény namierenej na vysielač.
V praxi sa používajú iné efektívnejšie schémy. Existujú tri známe spôsoby napájania prijímačov z usmerneného RF napätia rádiovej stanice. Prvým je, že rozhlasová stanica sa prijíma pomocou dvoch antén. Rádiové signály prijímané druhou anténou sú prevedené na jednosmerný prúd, ktorý sa používa na napájanie prijímača. Iná metóda využíva jednu anténu a časť energie, ktorú zachytí, sa prenáša do obvodu prevodníka. Druhý spôsob využíva dve antény: prvá anténa slúži na príjem počúvaného rozhlasového vysielania a druhá prijíma signály z inej rozhlasovej stanice, ktoré sa premieňajú na napájacie napätie.
V každom prípade je minimálny RF výkon potrebný na prevádzku prijímača 50 µW. To stačí len pre jednotranzistorové prijímače (alebo vysielače). Ak náš prijímač vyžaduje prúd (napríklad 1 mA pri 3 V), potom sa požadovaný výkon RF napätia zvýši na 3 mW a túto hodnotu treba brať ako priemer. Prísľubom takýchto experimentov je skutočnosť, že vo vzdialenosti 20...30 km od rádiovej stanice Varšava II (818 kHz) je možné ešte prakticky získať usmernený prúdový výkon okolo 8 mW.
Najjednoduchšia schéma bezdrôtový rádiový bod je znázornený na obr. 6,3, a-c. Dokáže prijímať miestnu rozhlasovú stanicu, napríklad tú istú „Varšava II“, a zároveň využívať jej energiu na jej premenu na elektrickú energiu. d.s. priamy prúd. Pre príjem rádiových vĺn s frekvenciou nad 50 MHz, t. j. signálov z VHF vysielačov (napríklad televízie), musí mať RF menič napätia špeciálnu anténu - slučkový vibrátor (dipól). Táto anténa môže súčasne pracovať v rozsahu stredných vĺn ako prijímač aj ako zdroj energie. Ak energia jedného vibrátora nestačí, potom sa použije niekoľko antén tohto typu (obr. 6.3, e), zapojených do série (na zvýšenie napätia) alebo paralelne (na zvýšenie prúdu).
Pomocou antény znázornenej na obr. 6.3, d, zachytávajúci energiu rádiových vĺn z 50 kW vysielača pracujúceho v rozsahu 50...250 MHz, bol získaný jednosmerný výkon asi 3 mW. Anténa bola umiestnená 1,5 km od vysielača. Na obr. 6.3, e znázorňuje obvod prijímača s dvoma anténami, z ktorých jedna (VHF) je použitá v napájacom zdroji. Stredovlnný prijímač môže pracovať s akoukoľvek anténou, zatiaľ čo zdroj energie musí prijímať RF energiu z dipólovej antény. V polohe 1 prepínača B1 zariadenie funguje ako signalizačné zariadenie riadené modulovaným HF signálom, v polohe 2 ako prijímač.
Zaujímavým príkladom využitia energie rádiových vĺn na napájanie rádiových zariadení je obvod znázornený na obr. 6,3, g. Ide o rádiový maják (pozemný, riečny alebo morský), ktorý je aktivovaný signálom z vysielača inštalovaného na aute, lodi, klzáku alebo lietadle. Dopytovacie signály spúšťajú vysielač na bóji, ktorého signály odozvy slúžia na určenie jej polohy. Signalizačné zariadenia tohto typu uľahčujú hľadanie ľudí stratených v mori, horách, hustých lesoch a pod. Sú súčasťou výbavy turistov a horolezcov. Zručné využitie energie rádiových vĺn zjavne umožní výrazne zmenšiť veľkosť načúvacích prístrojov, prijímačov a zariadení. diaľkové ovládanie, hračky a pod.. Treba však povedať, že ako ukázali experimenty, prijateľné výsledky pri napájaní prijímačov z usmerneného vysokofrekvenčného napätia prijímaných rádiových vĺn možno dosiahnuť len použitím starostlivo vyladených antén a dobrého uzemnenia. Ďalšou nevýhodou je, že veľkosť usmerneného napätia závisí od hĺbky modulácie nosnej frekvencie počas príjmu.
Napájanie rádiových zariadení energiou elektromagnetického poľa:
a...c—prijímač na príjem vysielania z výkonných rádiových staníc v dosahu CB;
d - prijímač s usmerňovačom, ktorý nabíja batérie (spínač B je zobrazený v polohe „Nabíjanie“);
d - sada VHF antén napájajúcich usmerňovač;
e—signalizačný prijímač;
g - automatická bójka-maják.
Lepšie funguje prijímač, ktorého zapojenie je znázornené na obr.6.3, d, v ktorom sa usmernené VF napätie prijímanej rádiostanice využíva na dobíjanie miniatúrnych kadmium-niklových batérií pri nefunkčnom prijímači, vo vzdialenosti 20 km od rádiovej stanice Varšava 1 a pri dĺžke externej antény prijímača 40 m nabíjacieho prúdu batérie napätie 2,5 V sa rovná 5 mA. Takéto nabíjanie prakticky dopĺňa spotrebu elektrickej energie počas jednej hodiny prevádzky prijímača.
Voitsekhovsky Y. "Rádio-elektronické hračky" - M.: Sovietsky rozhlas, 1978
Batériu nabíjame pomocou energie elektromagnetického poľa.
Je vhodné vziať anténu a redukčný drôt s pomerom priemeru 2:1
Je veľmi dôležité urobiť dobré uzemnenie.
Odporúčam vám vyskúšať nasledovné:
- Odstránime cievku a kondenzátory (tie, ktoré tvoria sériový oscilačný obvod)
- Diódu pripojenú paralelne ku kondenzátoru posunieme doľava.
- Anténu pripojíme k pripojovaciemu bodu diód (mimochodom neodporúčam robiť to príliš dlhé naraz:o)
- Uzemnenie je možné odstrániť
Ak vás výsledok neprekvapí, určite sa vám bude páčiť :o)
J. Voitsekhovsky, Experimentálne zdroje elektriny (kapitola 6 z knihy "Rádioelektronické hračky")6. kapitola z knihy J. Woitsekhovského „Rádio-elektronické hračky“, preklad z poľštiny, Moskva, 1979.
6. Experimentálne zdroje elektrickej energie
Okrem klasických chemických zdrojov prúdu: suché galvanické články a batérie, ako aj všetky druhy meničov (stroj, vibrátor, tranzistor) - v našich experimentoch používame zariadenia, ktoré premieňajú teplo, svetlo, rádiové vlny a zvuk na elektrický prúd. Treba však poznamenať, že napriek jednoduchosti obvodov sú takéto meniče energie zvyčajne ťažko regulovateľné, predovšetkým kvôli ich nízkemu výkonu a nízkej účinnosti. Práve tu sa pre vytrvalých experimentátorov otvára veľké pole pôsobnosti.
6.1. Svetelná energia
Výkon slnečných lúčov dopadajúcich vertikálne na vonkajšiu časť atmosféry je približne 1350 W/m2. V stredných zemepisných šírkach je výkon pre povrch Zeme 300 W/m2 v lete a 80 W/m2 v zime. Približné hodnoty intenzity rôznych svetelných zdrojov (v mikrowattoch na meter štvorcový) sú: slnečné svetlo 10 6 a vyššie, žiarivka 1...10, mesačné svetlo - 10 -1 ...1, dobré elektrické osvetlenie - 10 - 2, slabé svetlo (sotva viditeľné) 10 -10.
Úsilie dizajnérov sa uberá cestou využitia fotobuniek na priamu premenu slnečnej energie na elektrickú energiu. Fotokonvertory, nazývané aj solárne panely, pozostávajú z množstva fotobuniek zapojených sériovo alebo paralelne. Ak konvertor musí nabíjať batériu, ktorá napája napríklad rádiové zariadenie počas zamračených období, potom sa pripojí paralelne na svorky solárnej batérie (obr. 6.1, b).
Prvky používané v solárnych batériách musia mať vysokú účinnosť, priaznivé spektrálne charakteristiky, pomerne nízky vnútorný odpor, nízku cenu, jednoduchú konštrukciu a nízku hmotnosť. Bohužiaľ, len málo dnes známych fotobuniek spĺňa aspoň čiastočne tieto požiadavky. Ide predovšetkým o niektoré typy polovodičových fotočlánkov. Najjednoduchší z nich – selén – má maximálnu spektrálnu charakteristiku pri vlnovej dĺžke 560 nm, čo takmer zodpovedá maximu žiarenia v slnečnom spektre. Bohužiaľ, efektivita Najlepšie selénové fotobunky sú malé (0,1...1%) a ich vnútorný odpor dosahuje (1...50)x10 3 Ohmov, čo neumožňuje ich zapojenie do obvodov s nízkym vstupným odporom a neguje ich praktickú hodnotu . Ale tieto prvky sú ľahko používané rádioamatérmi, pretože sú lacné a dostupné (sú inštalované v mnohých fotoexpozimetroch).
Základom solárnych batérií sú kremíkové fotokonvertory, ktoré majú tvar okrúhlych alebo obdĺžnikových platní s hrúbkou 0,7...1 mm a plochou do 5...8 cm2. Skúsenosti ukázali, že malé prvky s plochou asi 1 cm 2 poskytujú dobré výsledky. Fotobunka s pracovná plocha 1 cm 2 vytvára prúd 24 mA pri napätí 0,5 V (pri zaťažení 0,3 V), má účinnosť. asi 10%
Niekoľko príkladov praktického využitia solárnych článkov je znázornených na obr. 6.1. Používajú sa spolu s chemickými zdrojmi prúdu na napájanie zariadení na umelých družiciach Zeme a ich modeloch (pozri obr. 16.22).
Silikónové solárne články sú stále veľmi drahé. Očakáva sa však, že v budúcnosti nájdu široké uplatnenie v domácnosti. Bolo vypočítané, že na osvetlenie miestnosti pomocou svietidiel s výkonom 3 A x 110 V stačí použiť solárnu batériu s rozmermi 2 x 2 x 0,05 m, ktorá nabíja alkalickú batériu.
Fotočlánky boli vytvorené aj z polovodičových materiálov, napríklad zo sulfidu kademnatého CdS s teoretickou účinnosťou. 18 % a e.m.f. 2...2,5 V na priamom slnku. Mimochodom, praktická účinnosť fotoelektrických meničov (asi o 10 %) prevyšuje najmä účinnosť. parná lokomotíva (8%), solárna energetická účinnosť v flóry(1 %), ako aj účinnosť. veľa hydraulických a veterných zariadení. Fotovoltické meniče majú prakticky neobmedzenú životnosť.
Uveďme na porovnanie hodnoty účinnosti. rôzne zdroje elektrickej energie (v percentách): kombinovaná výroba tepla a elektriny - 20...30, polovodičový termoelektrický menič - 6...8, selénový fotočlánok - 0,1...1, solárna batéria - 6...11, palivový článok - 70, olovený akumulátor 80... 90, alkalický akumulátor - 50...60, strieborno-zinkový akumulátor 88...95.
Ryža. 6.1. Solárne panely
a - sériové (alebo paralelné) 1 a zmiešané 2 zapojenie fotovoltaických článkov; b - obvod na nabíjanie miniatúrnych batérií; c - konštrukcia zdroja energie namontovaného na tele prijímača; uhol osvetlenia batérií (v našom prípade pozostávajúci zo štyroch prvkov) je možné nastaviť; d - návrh zdroja energie; d - model trajektu; e - batéria prvkov z tranzistorov.
Fotobunky môžu byť zapojené sériovo, paralelne alebo zmiešane (obr. 6.1, a). Môžu pracovať aj pri umelom osvetlení s elektrickým svietidlom s výkonom 200...300W. V tomto prípade je potrebné dbať na to, aby teplota fotobunky nepresiahla +70°C. prípustná teplota-30°C.
1. Selénová solárna batéria. Môžete použiť selénové fotobunky akéhokoľvek typu z fotoexpozimetra alebo podomácky vyrobené (viď obr. 2.10). Napájací zdroj tohto typu dodáva energiu prijímaču s 1...3 tranzistormi. Mal by pozostávať z 10 fotokonvertorov zapojených do série. Batéria produkuje prúd 1 mA a napätie 4,5 V, keď svieti slnečné svetlo alebo vysokovýkonná elektrická lampa. Na napájanie jednotranzistorových prijímačov stačí, že batéria obsahuje 4...6 prvkov a pri ožiarení slnečným svetlom dopadajúcim kolmo na jej povrch vyvinie prúd 1 mA pri napätí 2...3 V. rovnaká batéria nainštalovaná na okne počas dňa, ale neosvetlená slnkom, poskytuje prúd iba 1 mA pri napätí 1,5 V.
Dá sa predpokladať, že jediný selénový fotokonvertor s plochou 3 cm 2 dokáže vyprodukovať (pri plnom osvetlení) prúd 1 mA pri napätí 0,5 V. Ak je potrebné napájať elektromotor alebo nabíjať miniatúru batérie, prevodníky sú zapojené paralelne. Na obr. 6.1d je znázornený model trajektu s elektromotorom spotrebúvajúcim prúd 5 mA a schéma jeho napájania zo solárnej selénovej batérie. Model je vyrobený z balzy [ Balza rastie na severe. Andy, ich drevo je šesťkrát ľahšie ako drevo vŕby, niekedy dokonca ľahšie ako kôra z korkového dubu.] vo forme katamaránu, aby sa predišlo trecím stratám hriadeľa vrtule. Pri tomto riešení stačí použiť ako ložisko hriadeľa vrtule drôtený krúžok.
Experimentálne sa zistilo, že pri zmiešanom zapojení selénových fotokonvertorov (osem sériovo zapojených skupín, každá skupina má šesť paralelne zapojených prvkov) možno získať prúd asi 20 mA pri napätí 4 V. Odporúča sa pripojte fotokonvertory pomocou pružinových svoriek (z fosforového bronzu, pozri obr. 13, 7, a, b), pretože spájkovanie môže prvok zničiť.
2. Kremíkový solárny článok. Vyrába sa takmer rovnako ako selénová batéria, preto si ukážeme len umiestnenie batérie na tele napájaného zariadenia (obr. 6.1, b). Štyri fotobunky sú zapojené do série a pri plnom slnečnom svetle produkujú prúd asi 50 mA pri napätí 1,5 V. Tá istá batéria dokáže dodávať prúd 90...100 mA pri napätí 0,5...0,7 V na malý elektrický ventilátor.
3. Domáca solárna batéria. Takmer všetky polovodičové diódy a tranzistory v sklenenej skrini môžu slúžiť ako fotoelektrické meniče. Na to stačí odstrániť ich nepriehľadnú škrupinu. Solárny článok môže byť vyrobený z chybných tranzistorov za predpokladu, že nemajú skrat medzi základňou a kolektorom alebo základňou a emitorom. Čím väčší je výkon tranzistora, tým lepšia je fotobunka. Pri tranzistoroch v kovovom puzdre opatrne odstráňte puzdro alebo odrežte jeho hornú časť (pozri obr. 2.10, c-e). Pred zostavením batérie by ste mali skontrolovať každý z jej prvkov. Na tento účel je medzi svorky základne a kolektora pripojený miliampérmeter s limitom merania do 1 mA: „plus“ zariadenia je pripojený ku kolektoru (alebo emitoru) a „mínus“ k základni. Pri osvetlení prvku slnečným alebo umelým svetlom by mal mikroampérmeter ukazovať prúd 0,2...0,3 mA. Napätie namerané na svorkách prvku bude asi 0,15 V.
Pre solárnu batériu sa vyberajú prvky s podobnými charakteristikami prúdového napätia. Batéria pozostáva z dvoch paralelne zapojených radov fotokonvertorov, každý rad obsahuje 10...12 prvkov zapojených do série (obr. 6.1, e). Predný panel fotodetektora je znázornený na obr. 6.1, d, prvky sú chránené tenkým sklom alebo plexisklom. Prakticky nie je potrebný vypínač, pretože batéria sa sama vypne, keď je schovaná vo vrecku alebo v zásuvke stola.
Solárna batéria zostavená s tranzistormi typu TG50 produkuje prúd 0,5 mA pri napätí 1,5 V. Pomocou tranzistorov TG70, P201...203 možno pri napätí 1,5 V získať prúd 3 mA.
Hlasitosť prijímača napájaného solárnou batériou závisí nielen od intenzity osvetlenia, ale aj od veľkosti antény a kvality uzemnenia. V byte môže byť uzemnenie vodovodné potrubie alebo radiátor ústredného kúrenia a na otvorenom priestranstve - uzemňovacia kovová tyč s dĺžkou 0,5...0,7 m, pripojená lankovým drôtom k uzemňovacej zásuvke prijímača. Prijímač s solárna batéria Ospravedlňuje sa najmä na pláži, kde je jasné slnko a mokrý piesok (dobré uzemnenie).
6.2. Termálna energia
Termoelektrické meniče využívajú efekt vzhľadu prúdu pod vplyvom teplotných rozdielov v obvodoch pozostávajúcich z rôznych kovov alebo polovodičov. Tento prúd sa vyskytuje v obvodoch termočlánkovej batérie, kde sa tepelná energia premieňa na elektrickú energiu. Ak si vezmeme napríklad dve elektrický vodič, ktoré sú vyrobené z rôznych kovov a ich konce sú spájkované, potom keď sa jeden koniec zahreje a druhý sa ochladí, v obvode týchto vodičov termoprvkov (nazývaných aj termočlánok) bude prúdiť elektrický prúd. Takto vytvorený e.m.f. bude závisieť od teplotného rozdielu, ako aj od výberu materiálov, ktoré tvoria termočlánok. Vysoká tepelná vodivosť kovových termoprvkov neumožňuje dosiahnuť výrazný teplotný rozdiel a tým vysokú účinnosť. zdroj. V súčasnosti sa používajú polovodičové termoprvky alebo prvky pozostávajúce z vodiča a polovodiča.
Termoelektrické meniče (alebo generátory) pred príchodom tranzistorových prijímačov boli v mnohých krajinách široko používané na napájanie rádií s trubicovými batériami (vyhrievali sa pomocou petrolejových alebo plynových lámp). Počas vojny boli známe sovietske „partizánske kotlíky“, ktoré sa používali na varenie a zároveň na výrobu elektriny na napájanie vysielačiek.
Polovodičové termoelektrické batérie sa používajú v chladiacich jednotkách a dokonca aj v domácich chladničkách. Princíp fungovania takýchto batérií je založený na reverzibilite vlastností termoprvkov. Všetky chladiace spoje termoelektrickej batérie sú umiestnené vo vnútri chladničky a vykurovacie spoje sú umiestnené vonku. Oba spojovacie systémy sú vybavené kovovými chladičmi. Vnútorné radiátory absorbujú teplo z priestoru chladničky a vonkajšie radiátory (umiestnené v zadnej časti chladničky) ho vyžarujú, keď je takýto systém pripojený k jednosmernej batérii. Výhodou takýchto zariadení je absencia pohyblivých častí a odolnosť.
Účinnosť termoelektrických batérií je 5...6%, no predpokladá sa, že v budúcnosti dosiahne 8...10%. Od tohto momentu dôjde k nepochybnej revolúcii v technológii takzvanej energetiky malého rozsahu.
Pri práci s termoprvkami sa využíva aj teplotný rozdiel medzi povrchovou vrstvou pôdy a vzduchu. Zvyčajne je to 2...6°C (v niektorých prípadoch 8...10°C). Týmto spôsobom sa získa výkon 70...160 W s meter štvorcový plocha, ktorá bude v priemere 1000 kW/ha.
1. Termoelektrická batéria. Zoberme si návrh termoelektrického zdroja energie, ktorý má skôr vzdelávaciu hodnotu, pretože vám umožňuje zažiť problémy termoelektriky. Zdroj je možné použiť na napájanie jednoduchých tranzistorových rádií, modelov, malých ventilátorov a pod.
Najprv niekoľko všeobecných poznámok. Maximálna teplota, na ktorú sa môže termočlánok zahriať, je určená teplotou topenia jedného z prvkov. Takže pár meď - konštantán sa môže zahriať až na 350 ° C, oceľ - konštantán - až na 315...649 ° C (v závislosti od priemeru drôtu). Ochrana odhalených drôtov umožňuje zvýšiť teplotu vykurovania. Dvojicu chróm - alumel je možné zahriať na 700...1151 °C. Najčastejšie sa používa drôt s priemerom 0,25...3,5 mm a hrubý drôt znesie aj vyššie teploty. Na zvýšenie efektívnosti termočlánky, teplotný rozdiel medzi spojmi (koncami) termočlánkov by sa mal maximalizovať, t.j. dvojice kovov musia byť zvolené tak, aby sa dosiahla maximálna termoelektromotorická sila; treba sa snažiť zabezpečiť, aby pomer priemernej tepelnej vodivosti materiálov k priemernej elektrickej vodivosti bol minimálny.
V tabuľke Tabuľka 6.1 ukazuje množstvo kovov, ktoré možno použiť na vytvorenie termoprvkov. Aby ste dosiahli čo najlepšie výsledky, mali by ste v stĺpci vybrať materiály, ktoré sú od seba čo najďalej. Napríklad pár oceľ (hore) - konštantán (dole) dáva dobré výsledky, ale meď a striebro sú málo aktívny pár. Dvojica antimón-bizmut je najlepšia, ale pre amatéra prakticky neprístupná: dáva vysoké termoelektrické napätie - asi 112 μV / ° C. Okrem toho je každý materiál uvedený v tabuľke. 6.1, má záporný potenciál (-) vo vzťahu ku všetkým ostatným vyšším v tomto stĺpci. Napríklad v páre oceľ-konštantant (53 μV/°C) bude mať oceľ kladný potenciál (+). a konštanta je záporná (-). V chromel-alumelovom termočlánku bude chromel (+) a alumel (-).
Praktický dizajn termoelektrickej batérie je znázornený na obr. 6.2. Na výrobu batérie termoprvkov sú potrebné dva kusy drôtu (oceľový a konštantánový) s priemerom 0,3 mm a dĺžkou 18 m každý. Po zhotovení 19 termoprvkov (obr. 6.2, b) sa konce každého prvku opatrne očistia brúsnym papierom a skrútia sa kliešťami približne o tri otáčky. Zatočené konce sa potom zvaria acetylénovým horákom alebo sa spájkujú striebrom cez plynový horák. Môžete použiť aj bodové zváranie (obr. 6.2, h). Termočlánky sú namontované na doske z ethernitu (azbestocementu) s hrúbkou 5 mm alebo viac, ktorá je podopretá konzolami na základni z preglejky alebo dreva s hrúbkou 20 mm. Spôsob výroby spoja a rozmery sú uvedené na obr. 6,2, d-j. Pri testovaní by jednotlivé termočlánky mali produkovať prúd: asi 22 mA pri zahriatí zápalkou, asi 30 mA po zahriatí liehovým kahanom.
Hotová termoelektrická batéria sa v strednej časti zahrieva nad plynovým, liehovým alebo benzínovým horákom. Medená vložka uchováva teplo a poskytuje elektrickú energiu, ako napríklad elektrický mikromotor, niekoľko minút po vypnutí horáka, čo je najpozoruhodnejší moment počas demonštrácie. V týchto podmienkach meracie zariadenie, pripojený na svorky tohto zdroja energie, ukazuje napätie cca 0,5 V. Pri bežnom spaľovaní ohrievača produkuje batéria výkon 1,5 V x 0,3 A, čo je celkom dosť napríklad na prevádzku mikromotora s fanúšik. Môžete si postaviť model elektrárne budúcnosti, pripojiť tranzistorové rádio k batérii atď. Na obr. 6.2 a zobrazuje zjednodušený model vyššie opísanej termoelektrickej batérie. Premieňa vnútornú energiu plameňa sviečky na elektrickú energiu a obsahuje 50 termoprvkov s dĺžkou 50 mm, pripevnených k azbestovému krúžku obklopujúcemu medenú vložku so 6 mm otvorom v strede (krb). Batéria produkuje napätie 0,6 V a prúd 8 mA (skratový prúd) a môže z nej fungovať jednotranzistorový prijímač. A ešte jedna malá poznámka. O sériové pripojenieľubovoľný počet rovnakých termočlánkov (napríklad oceľ - konštantán - oceľ - konštantán - oceľ atď.) hodnota termo-emf. na výstupných svorkách sa zvýši, ale vnútorný odpor batérie sa zvýši o rovnakú hodnotu.
Ryža. 6.2. Termoelektrická batéria:
a - azbestocementový disk; b - termoprvky; c - pracovná križovatka je pripevnená k disku medeným drôtom; d - predbežná inštalácia; e - medená vložka vložená do otvoru disku, ako aj spôsob inštalácie „horúcich“ spojov (mali by byť nad vložkou, ale nemali by sa jej dotýkať); g - celkový pohľad na batériu; h - zváračka spojov (uhlíková elektróda sa môže odobrať z použitej galvanickej batérie); a - možnosť dizajnu.
6.3. Energia elektromagnetického poľa
Prevádzka zdrojov jednosmerného prúdu, ktoré sú popísané nižšie, je založená na využití takzvanej voľne dostupnej energie, t.j. energie z rádiových vĺn z výkonnej miestnej rozhlasovej stanice. Takéto zdroje umožňujú napájať tranzistorové prijímače (1...3 tranzistory). Takýto experiment sa uskutočnil. Ďaleko od mesta bola vo výške 4 m zavesená drôtová anténa dlhá asi 30 m. Pri záťaži 9 kOhm bol pridelený jednosmerný výkon 0,9 mW. Zároveň bol vo vzdialenosti asi 2,5 km umiestnený vysielač s výkonom 1 kW a pracovnou frekvenciou 1,6 MHz. Na svorkách filtračného kondenzátora (pri voľnobehu) bolo zaznamenané napätie približne 5 V. Takéto výsledky sa dosahujú len s pomocou veľkej antény namierenej na vysielač.
V praxi sa používajú iné efektívnejšie schémy. Existujú tri známe spôsoby napájania prijímačov z usmerneného RF napätia rádiovej stanice. Prvým je, že rozhlasová stanica sa prijíma pomocou dvoch antén. Rádiové signály prijímané druhou anténou sú prevedené na jednosmerný prúd, ktorý sa používa na napájanie prijímača. Iná metóda využíva jednu anténu a časť energie, ktorú zachytí, sa prenáša do obvodu prevodníka. Pri druhom spôsobe sa používajú dve antény: prvá anténa slúži na príjem počúvaného rozhlasového vysielania a druhá prijíma signály z inej rozhlasovej stanice, ktoré sa premieňajú na napájacie napätie.
V každom prípade je minimálny RF výkon potrebný na prevádzku prijímača 50 µW. To stačí len pre jednotranzistorové prijímače (alebo vysielače). Ak náš prijímač vyžaduje prúd napríklad 1 mA pri napätí 3 V, potom sa požadovaný RF výkon zvýši na 3 mW a túto hodnotu treba brať ako priemer. Prísľubom takýchto experimentov je skutočnosť, že vo vzdialenosti 20...30 km od rádiovej stanice "Varšava I" (818 kHz) je stále možné prakticky získať usmernený prúdový výkon okolo 8 mW.
Najjednoduchšia schéma bezdrôtového rádiového bodu je znázornená na obr. 6.3, a-c. Môže prijímať miestnu rozhlasovú stanicu, napríklad rovnakú "Varšava I", a zároveň ju použiť na premenu na emf. priamy prúd. Pre príjem rádiových vĺn s frekvenciou nad 50 MHz, t. j. signálov z VHF vysielačov (napríklad televízie), musí mať RF menič napätia špeciálnu anténu - slučkový vibrátor (dipól). Táto anténa môže súčasne pracovať v rozsahu stredných vĺn ako prijímač aj ako zdroj energie. Ak energia jedného vibrátora nestačí, potom sa použije niekoľko antén tohto typu (obr. 6.3, d), zapojených do série (na zvýšenie napätia) alebo paralelne (na zvýšenie prúdu).
Pomocou antény znázornenej na obr. 6.3, d, zachytávajúci energiu rádiových vĺn 50 kW vysielača pracujúceho v rozsahu 50.. 250 MHz, bol získaný jednosmerný výkon asi 3 mW. Anténa bola umiestnená 1,5 km od vysielača.
Na obr. Obrázok 6.3e zobrazuje obvod prijímača s dvoma anténami, z ktorých jedna (VHF) je použitá v napájacom zdroji. Stredovlnný prijímač môže pracovať s akoukoľvek anténou, zatiaľ čo zdroj energie musí prijímať RF energiu z dipólovej antény. V polohe 1 prepínača B1 zariadenie funguje ako signalizačné zariadenie riadené modulovaným HF signálom, v polohe 2 ako prijímač.
Zaujímavým príkladom využitia energie rádiových vĺn na napájanie rádiových zariadení je obvod znázornený na obr. 6,3, g. Ide o rádiový maják (pozemný, riečny alebo morský), ktorý je aktivovaný signálom z vysielača inštalovaného na aute, lodi, klzáku alebo lietadle. Dopytovacie signály spúšťajú vysielač na bóji, ktorého signály odozvy slúžia na určenie jej polohy. 1 zariadenia tohto typu uľahčujú vyhľadávanie osôb stratených v mori, horách, hustých lesoch atď. Sú súčasťou výbavy turistov a horolezcov. Šikovné využitie energie rádiových vĺn zrejme umožní výrazne zmenšiť veľkosť načúvacích prístrojov, prijímačov, zariadení na diaľkové ovládanie, hračiek atď.
Treba však povedať, že ako ukázali experimenty, prijateľné výsledky pri napájaní prijímačov z usmerneného vysokofrekvenčného napätia prijímaných rádiových vĺn možno dosiahnuť len použitím starostlivo vyladených antén a dobrého uzemnenia. Ďalšou nevýhodou je, že veľkosť usmerneného napätia závisí od hĺbky modulácie nosnej frekvencie počas príjmu.
Lepšie funguje prijímač, ktorého zapojenie je na obr.6.3, d, v ktorom sa usmernené VF napätie prijímanej rádiostanice využíva na dobíjanie miniatúrnych kadmiumniklových batérií v čase, keď prijímač nepracuje. Vo vzdialenosti 20 km od rozhlasovej stanice Varšava I a pri dĺžke antény externého prijímača 40 m je nabíjací prúd 2,5 V batérie 5 mA. Takéto nabíjanie prakticky dopĺňa spotrebu elektrickej energie počas jednej hodiny prevádzky prijímača.
Ryža. 6.3. Napájanie rádiových zariadení energiou elektromagnetického poľa:
a...c - prijímač na príjem vysielania z výkonných rádiových staníc v dosahu CB; d - prijímač s usmerňovačom, ktorý nabíja batérie (spínač B je zobrazený v polohe „Nabíjanie“); d - sada VHF antén napájajúcich usmerňovač; c - prijímač-signalizátor; g - automatická bójka-maják.
6.4 Energia zvukových vibrácií
Na napájanie napríklad miniatúrneho vysielača môžete použiť zariadenie (obr. 6.4, a), ktoré premieňa elektrickú energiu na zvukové signály. Prevodník je dynamický mikrofón. Napätie indukované v pohyblivej cievke mikrofónu je privádzané do usmerňovača s vyhladzovacím filtrom vo forme kondenzátora. Dosah vysielača (obr. 6.4, b), ktorý je napájaný takýmto prevodníkom, samozrejme nepresahuje niekoľko stoviek metrov. Výkon zdroja je cca 0,25W. Niekedy je užitočné zaradiť na výstup usmerňovača filter s dlhou časovou konštantou na vyhladenie vlnenia najnižších frekvencií.
Ak umiestnite mikrofón do blízkosti zdroja zvuku konštantnej intenzity (napríklad bežiaceho motora), môžete získať pomerne stabilný zdroj energie. Skúsenosti však ukazujú, že bežné zdroje zvuku (napr. mestský hluk) sú pre naše účely zvyčajne príliš slabé.
Približné hodnoty intenzity rôznych zdrojov zvuku (μW/m2) sú nasledovné: prúdové lietadlo 10 6, limit bolesti 10 4, vlak od 1 do 10, hluk z ulice 10 -2, bežná konverzácia od 10 -4 do 10 - 3, šepot 10 -7, hranica sluchu 10 -10.
Ryža. 6.4. Použitie mikrofónu alebo reproduktorovej dynamickej hlavy (a, b) a manuálne poháňaného generátora (z elektrickej baterky) (c) ako zdroja energie (v našom prípade pre vysielač).
6.5 Ručné napájacie zdroje
Je známe, že tranzistory spotrebúvajú podstatne menej energie zo zdroja energie ako aj tie najekonomickejšie vákuové elektrónky. Preto na napájanie tranzistorových zariadení je celkom možné použiť menič poháňaný malým úsilím ľudských svalov.
Kedysi hojne používaný svalový (ručný) generátor na baterky má výkon 0,25...0,5W. Môže slúžiť ako primárny zdroj energie pre miniatúrny vysielač (obr. 6.4, b), pracujúci na jednom tranzistore. Takéto vysielače sa používajú na diaľkové ovládanie (na krátke vzdialenosti) modelov, domácich rádiových zariadení a tiež ako „kľúče“ na otváranie garážových brán zo vzdialenosti niekoľkých metrov bez opustenia auta (pozri obr. 7.25, c).
Rádiotelefón (obr. 6.4, c, 1), poháňaný ručným generátorom, má dosah 1...2 km (na otvorenom priestranstve); môže pracovať na frekvenciách v rozsahu 4...50 MHz. Jeho napájací obvod je rovnaký ako na obr. 6,4, c.
6.6. Domáce chemické zdroje energie
Najjednoduchší galvanický článok (typ Volta článku) pozostáva z oceľových a medených plátov oddelených vrstvou pijavého papiera (15x40 mm) namočeného v obyčajnej vode z vodovodu alebo len slinách (obr. 6.5.a). Ak prvok nefunguje, papier musí byť namočený v roztoku kuchynskej soli (pol čajovej lyžičky na pohár vody). Takýto „vodný“ zdroj energie, ktorý napája akékoľvek zariadenie (rádiový prijímač, bzučiak, atď.), prekvapí nezasvätených pozorovateľov.
Veľký efekt má použitie medených, zinkových alebo cínových platní. Takýto prvok pozostáva z dreveného alebo plastového štipca na prádlo, medenej, striebornej alebo niklovej mince a podložky z vlhkého novinového papiera (obr. 6.5, b).
Elektromotorická sila (emf) článku bude asi 0,1 V a môžu byť spojené tak, aby vytvorili batériu. Na získanie zdroja prúdu s emf stačí vložiť dva vodiče - železo a meď (obr. 6.5, c) do citróna, jablka alebo nakladanej uhorky (alebo ešte lepšie do piva). 0,1 V. Spojením viacerých týchto prvkov získame batériu vhodnú na napájanie jednoduchého rádiového prijímača.
Ryža. 6.5. Experimentálne zdroje prúdu:
a - najjednoduchší elektrochemický prvok; b - to isté, ale s mincami; c - „ovocný“ galvanický prvok; d - uzemňovací galvanický prvok a ním napájaný dvojpásmový prijímač (L1 - 150 otáčok drôtu PEV 0,25, L2 - 90 otáčok toho istého drôtu, L3 - 900 otáčok drôtu PEV 0,45; feritové jadro 10x160 mm).
Energiu na napájanie rádia možno čerpať nielen z antény, ale aj zo zeme. Je to dobrá metóda na napájanie rádií na výletoch, v stanoch, kempovaní atď. Ak je náš prvok umiestnený v pivnici alebo hlboko v zemi (pod mrazovou vrstvou - v priemere v hĺbke 1 m), potom je možné ho používať nepretržite počas celého roka.
Konštrukcia „zemného“ galvanického článku je znázornená na obr. 6,5, g Kvalita jeho práce závisí od typu pôdy, jej obsahu vlhkosti, ako aj od veľkosti a materiálu elektródy. Najvhodnejšia je vlhká, mastná pôda. Čím väčší je povrch elektród, tým menší je vnútorný odpor zdroja prúdu. Druh materiálu elektródy má malý vplyv na veľkosť elektromotorickej sily zdroja, ktorá sa zvyčajne pohybuje v rozmedzí 0,8...1,1 V. Najlepšie výsledky poskytujú tieto galvanické páry: zinok - uhlie, hliník - meď, zinok - meď . Ak k prvku pripojíte akúkoľvek záťaž, jeho napätie bude postupne klesať, až sa po 15...30 minútach stabilizuje. Ak máte štandardné zinkové platne (veľkosť 170x210 mm) a uhlíkové elektródy z veľkých telefónnych batérií (môžete použiť aj uhlíkové tyče z 1,5-voltových článkov), potom môže byť vzdialenosť medzi elektródami zdroja prúdu 0,3...0,5 m Vývody z kladných elektród (uhlie, meď) sú vyrobené s holým alebo izolovaným medeným drôtom. Pre zápornú svorku (zinok, hliník) sa používa medený alebo hliníkový izolovaný drôt. Pripojenia k elektródam sa vykonávajú spájkovaním alebo zváraním. Najvyššia účinnosť takýto uzemňovací prvok sa dosiahne pri zaťažovacom prúde 1...2 mA.
Na obr. Obrázok 6.5d znázorňuje schému prijímača detektora napájaného uzemňovacím prvkom, ktorý pozostáva z dvoch kruhových tyčí – oceľovej (2,5 x 400 mm) a medenej (4 x 400 mm), oddelených vzdialenosťou 50 mm. Takýto prvok pracoval v režimoch 0,5 V/0,25 mA v suchej pôde a 0,75 V/0,9 mA vo vlhkej pôde.
Pre uspokojivú prevádzku jednoduchého prijímača napájaného zemným prvkom je potrebné vyrobiť externú anténu dlhú aspoň 4 m a zavesiť ju vo výške aspoň 5 m od zeme (čím vyššie, tým lepšie). Ak sa po niekoľkých mesiacoch prevádzky napätie článku pri zaťažení zníži, oblasť elektród by sa mala zväčšiť.
6.7. Palivové a biologické články
V palivovom článku, určený na amatérske experimenty (obr. 6.6, a), sa používa zmes: žieravého tepla (NaOH), peroxidu vodíka (H 2 O 2), metylalkoholu a katalyzátorových platní (striebro a platina). E.m.f. prvok asi 1,5 V, účinnosť 60...80 %. Prevádzková doba elektromotora spotrebúvajúceho prúd 0,15 A dosahuje pri jednorazovom naplnení prvku 15 minút.
Biologická batéria(obr. 6.6, b) pozostáva z 12 prvkov, ktorými sú plastové nádoby s priemerom 50 a výškou 100 mm, do ktorých sa sype prášok z ryžových vločiek a sú inštalované elektródy (anóda a katóda). Baktérie (pre ostatných bezpečné), množiace sa v tomto prostredí za prítomnosti vody, produkujú (s 12 nádobami) prúd cca 40 mA pri napätí 6 V. Zásoba živného média vystačí na šesť mesiacov nepretržitej prevádzky prvok.
Biologické bunky s živnou pôdou pozostávajúcou z banánov a anorganických solí napájajú elektronické zariadenia výkonom až 3,7 W (0,76 V x 4,92 A) počas celého dňa. Banány je možné nahradiť hroznom, melónom atď.
Ryža. 6.6. Experimentálne zdroje energie:
a - palivový článok; b - biologická batéria, c - plniaci prvok.
6.8. Jednorazové predmety
Tieto prvky sa nazývajú rezervné a používajú sa predovšetkým ako núdzové zdroje energie, ako aj v rádiosondách a geofyzikálnych zariadeniach. Môžu byť tiež použité na pohon elektricky poháňaných lietajúcich modelov a malých plávajúcich modelov. Po naplnení začnú pracovať morská voda alebo 10...20% roztok kuchynskej soli.
Konštrukčne sa prvky najčastejšie vyrábajú v plastových vreckách (obr. 6.6, c). Prvky sú spoľahlivé, ľahké, schopné prevádzky pri nízkych teplotách a vo vysokých nadmorských výškach a majú vysoký vybíjací prúd. Ich hlavnou nevýhodou je vysoká cena.
Ako je zrejmé z vyššie uvedených príkladov, výber primárnych napájacích zdrojov pre nízkoenergetické tranzistorové zariadenia do značnej miery závisí od tvorivej predstavivosti a vynaliezavosti dizajnéra. Preto tie nevyčerpateľné možnosti riešení.
Zaujímavým zdrojom elektrickej energie je „energetický“ papier. Pozostáva zo suchého listu vláknitého papiera impregnovaného persíranom draselným a uhoľným prachom. Tento list je pokrytý na jednej strane vodivou fóliou a na druhej strane najprv vrstvou tenkého suchého papiera, napríklad filtračného papiera s kryštálmi kuchynskej soli, a potom tenkou zinkovou alebo horčíkovou fóliou. Takýto prvok môže slúžiť napríklad na jednorazové napájanie elektrického holiaceho strojčeka. Pri rozmeroch 1x45x45 mm dodáva v priebehu 5...7 minút prúd 0,5 A pri napätí 2 V. Pred použitím sa filtračný papier navlhčí a následne sa naň nanesie zinková fólia. Pomocou "energetického" papiera si môžete vyrobiť rolovaciu fóliovú batériu.