O podobnej metóde, ktorú paralelne vyvíjajú ďalší vedci, sme už písali, na tomto príklade je demonštrovaná možnosť napájania LCD budíka neďaleko televíznej veže.
Pri súčasnom tempe rozvoja elektroniky budú bežné počítače čoskoro potrebovať na svoje fungovanie len miliwatty, takže túto technológiu netreba odpisovať, ale len jej plošnú implementáciu odložiť do nie príliš vzdialenej budúcnosti.
EMP zo spínača a celého obvodu vstup-spínač-svietidlo jednoducho pôsobí na citlivé obvody počítača. Samozrejme, nemalo by to tak byť, ale keď je počítač na posledných nohách, potom akékoľvek ďalšie zatlačenie a zavesenie. Najprv skontrolujte elektrolyty na základnej doske kvôli tehotenstvu. ps jeden starodávny vicester HITACHI, v ktorom SMART ešte zobrazoval reálne údaje o počte opráv poškodených údajov pri čítaní, perfektne zareagoval na priblíženie búrky - pomocou SMARTu bolo možné hľadať chyby - keď nie je 10-100 opráv za minútu a počas búrky, keď je stále na obzore a nie je počuť hrmenie - dosahuje milión.
Ako vytvoriť rádiové vlny
Vytvorte najjednoduchšie zariadenie na získanie elektromagnetických kmitov pripojením induktora, kondenzátora a odporu k výstupom 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 vykonaný ako nezávislý prvok systému.
Ak chcete situáciu napraviť, pripojte paralelne s induktorom kondenzátor vhodnej kapacity. Na vyladenie systému do rezonancie je žiaduce použiť variabilný kondenzátor, ktorý robí celý oscilačný obvod ovládateľným. Počas prevádzky zariadenia si cievka a kondenzátor budú navzájom vymieňať energiu, prebytočná energia bude „pumpovaná“ medzi týmito prvkami a zdroj energie vstupujúci do záťaže poskytne 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 z tyčí by sa mala rovnať štvrtine vlnovej dĺžky. Samotné tyče umiestnite pozdĺž jednej priamky a potom pripojte generátor netlmených oscilácií k anténe. Približne rovnaké anténne zariadenia sa často používajú nie na prenos, ale na príjem na televízoroch.
Rozmery anténnych tyčí voľte empiricky tak, aby nevznikalo nadmerné zaťaženie generátora vysielača a energia z neho bola vyžarovaná do priestoru. V niektorých prípadoch je užitočné zapojiť induktor do série s anténou. Tým sa vykompenzuje kapacita anténneho drôtu.
Na generovanie rádiovej vlny v presne definovanom smere zostavte anténu z niekoľkých vodičov, vyberte ich dĺžku a vzájomnú polohu a potom priveďte prúdy z generátora do týchto vodičov v požadovaných fázach. Týmto spôsobom možno demonštrovať jav vlnovej interferencie. Nie vždy je potrebné zapájať všetky vodiče ku generátoru, stačí dostať do vodiča prúd, ktorý je 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 klince – kostol Premenenia Pána na Karelskom ostrove Kizhi. Pred...
Najväčšie vzducholode
Spočiatku bol Airlander 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. Veľmi sa milovali, ale ich životy boli zatienené skutočnosťou, 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-Jaccu-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...
Účinnosť a ďalšie výkonnostné charakteristiky bezdrôtových senzorov sa neustále zlepšujú a problém napájania zariadení mimo siete sa presúva za úzky výklenok do každodenných aplikácií.
Energia – slnečná, tepelná, piezoelektrická či elektromagnetická – nás obklopuje zo všetkých strán. „Zoberaním“ aspoň jeho malej časti môžu strojárske spoločnosti rozšíriť prijatie senzorových technológií zameraných na zabezpečenie spoločného dobra. Medzi takéto senzorové aplikácie patria rôzne nositeľné medicínske diagnostické a monitorovacie zariadenia, letecké a automobilové funkčné monitory, ako aj technické prostriedky na diaľkové meranie spotrebovaného plynu, tepelných a elektrická energia. Schopnosť získavať energiu z rôznych zdrojov zlepší lekársku starostlivosť v oblastiach so slabou infraštruktúrou, napr vidiek. 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 ladiacich modulov „Energy Harvesting Solution To Go“ od Energy Micro a Würth Elektronik. Dve základné komponenty týchto súprav sú doska na zber energie a štartovacia súprava Giant Gecko. Oba prvky obsahujú pasívne súčiastky od Würth Elektronik. Napríklad transformátory WE-EHPI, špeciálne navrhnuté na získavanie energie z prostredia, sú vysoko účinné vďaka nízkemu odporu vinutia a jadru navrhnutému špeciálne do drsného prostredia. Efektívne potlačenie EMI je realizované použitím SMD feritových filtrov na každom výstupe transformátora.
Viacúčelová doska na zber energie (obrázok 1) sa dodáva so štyrmi meničmi napätia 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 generátory. Giant Gecko Starter Kit (obrázok 2) obsahuje mikrokontrolér (MC), ktorý v aktívnom režime spotrebuje iba 200 μA / MHz. Jadro ARM Cortex M3 tohto MCU pracuje na frekvencii až 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 prostriedkoch získavania energie, je zrejmé, že táto súprava obsahuje všetko, čo potrebujete na začatie plnohodnotnej práce. V prípade bezdrôtových aplikácií s krátkym dosahom, ako sú senzorové uzly napájané externými zdrojmi, sa používajú lacné čipy na vykonávanie funkcií merania, 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 požadovaných v konkrétnej aplikácii;
- menič premieňa akýkoľvek druh energie na elektrickú energiu;
- modul správy napájania stabilizuje, presmeruje a uloží prijatú energiu;
- MC spracováva signály prijaté z primárnych snímačov a udržiava komunikáciu s ostatnými uzlami systému cez rádiový kanál;
- budiaci prijímač dostane externú požiadavku na prebudenie senzora z režimu spánku.
Avšak kľúčová vlastnosť takýchto systémov nie je len to, ako sú rôzne časti vzájomne prepojené. Zariadenia na rekuperáciu energie kladú veľmi vysoké nároky 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 v režimoch s minimálnou spotrebou vždy, keď je to možné. Za posledné roky Výrobcovia MCU a RF čipov veľa investovali do vývoja a výroby zariadení s nízkou spotrebou energie, ktoré možno použiť v uzloch bezdrôtových senzorov s krátkym dosahom napájaných extrahovateľnou energiou. Príklady zahŕňajú RF moduly a MCU schopné 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 režimu bdenia. Tým sa znižuje prúdová spotreba medzi vysielaním a príjmom informácií, a tým sa šetria zásoby energie. Kľúčom k nákladovo efektívnejšej RF architektúre je požiadavka na zníženie výkonu pri vysielaní a prijímaní dátových paketov. Systémy na zber energie tiež potrebujú robustné komunikačné protokoly. 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 rázy v prúde odoberanom snímačmi. Nízke špičky spotreby rádiových vysielačov a prijímačov znižujú problém vývoja autonómnych napájacích zdrojov senzorov.
Tieto obmedzenia sú ešte dôležitejšie pre senzory, ktorých výkon je úplne založený na zbere vonkajšej energie. Často majú meniče primárnej energie výstupnú impedanciu, ktorá je oveľa vyššia ako u batérií. To znamená, že uzol na riadenie napájania micropower musí riadiť nielen distribúciu výkonu medzi prevodníkom a snímačom, ale aj konvertovať impedanciu zdroja.
Bez ohľadu na spôsoby a technológiu budovania systémov zberu energie sú všetky riešenia podriadené hlavnému cieľu - maximálnemu zvýšeniu účinnosti s cieľom čo najčastejšieho prenosu informácií. Každá zberná technológia má však pomerne úzke hranice 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 neustále znižovanie ich ceny za cm 2 .
| Stôl 1. | Porovnávacie charakteristiky rôznych zdroje energie (podľa Texas Instruments) |
|||||||||||||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||||||||||||||
Najmodernejšia technológia extrakcie energie rádiových vĺn
Systémy zberu energie rádiových vĺn sú stále hlavne predmetom laboratórneho výskumu a ako nezávislé riešenie sa ešte nerozšírili. Systémy extrakcie RF energie sa zásadne 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, ako je napríklad technológia PowerCast, alebo externý zdroj elektromagnetického žiarenia (WiFi, mobilné alebo rádiové).
Typický systém zberu elektromagnetickej energie pozostáva zo štyroch komponentov: laditeľnej antény, prvku na ukladanie vstupnej energie, obvodu riadenia napájania a výstupnej batérie.
Podobne ako iné systémy na podobný účel, aj zariadenia na zber energie rádiových vĺn je potrebné v mnohých smeroch zlepšiť. Zo zoznamu úloh vyžadujúcich prioritné riešenia (z ktorých mnohé sa už realizujú) 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 so smerovým prenosom RF energie, ktoré spĺňajú vyššie uvedené požiadavky, zostávajú vysoko špecializované. Tie, ktoré využívajú rádiové vlny „na pozadí“, strácajú v porovnaní s fotovoltaickými alebo tepelnými systémami získavania energie, pokiaľ ide o odoberanú energiu. Technológie získavania energie rádiových vĺn musia prekonať ďalšiu nevýhodu typickú pre rádiové systémy - obmedzenie dosahu vplyvom budov, relatívnych polôh a iných dôvodov.
Zatiaľ čo technológie získavania energie elektromagnetické vlny si len začínajú raziť cestu, systémy na získavanie energie z iných zdrojov získavajú nové oblasti využitia. 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 zber tepla sa používajú v systémoch automatizácie budov, kde je možné maximalizovať teplotný rozdiel medzi interiérom a exteriérom priestorov, napríklad pri oknách. Tepelné konvertory sa tiež používajú ako zdroje energie pre rôzne nositeľné zdravotnícke zariadenia.
Vo všeobecnosti môžeme povedať, že systémy získavania energie majú veľkú budúcnosť, keďže čoraz viac produktov prichádza na trh z vedeckých laboratórií.
Vyjadrený názor potvrdzujú neustále sa objavujúce nové produkty. Napríklad čip rozhrania AS3953 near field communication (NFC) vyvinutý spoločnosťou ams AG vám umožňuje vytvoriť vysokorýchlostný komunikačný kanál medzi zariadením NFC, ako je smartfón, a akýmkoľvek hostiteľským radičom, ktorý má štandardné rozhranie SPI. Mikroobvod je napájaný zozbieranou energiou vyžarovanou NFC čítačkou rádiových vĺn a nepotrebuje žiadne externé napájanie ani externé komponenty, snáď okrem jedného kondenzátora. AS3953 má konfigurovateľný výstup externého prerušenia na prebudenie mikrokontroléra z režimu spánku, čo umožňuje vytváranie zariadení s nulovou spotrebou energie v režime nečinnosti. Mikroobvod je schopný „vytiahnuť“ z energie okolitého magnetického poľa prúd až 5 mA. S externým obvodom správy napájania môže AS3953 poskytnúť zhromaždenú energiu samostatnému zariadeniu.
Ďalší z debutov sľubuje vyriešenie dlhoročného problému vnútorného polohovania pohotovostnými službami. Japonská spoločnosť v spolupráci s Ritsumeikan University a ISID oznámila technológiu Guidepost Cell. Pomocou siete nízkoenergetických bezdrôtových majákov kompatibilných s IEEE 802.11 táto infraštruktúra umožňuje smartfónom a iným mobilným zariadeniam presne lokalizovať miesta v interiéri. Systém poháňajú lacné solárne panely vyrobené z organických farbív. Panely získavajú energiu z umelého a prirodzeného vnútorného osvetlenia, čím eliminujú potrebu externého zdroja energie a znižujú náklady na inštaláciu a prevádzku. Predpokladá sa, že takéto fotovoltaické články, schopné dodávať 48 μW/cm 2 pri osvetlení 1000 luxov, budú mať sľubnú budúcnosť.
Uvažovali sme len o dvoch z nespočetných príkladov. Vývojový potenciál týchto riešení je a bude neobmedzený, pokiaľ budú schopné uspokojiť naše zvyšujúce sa nároky na efektivitu a produktivitu. Postupom času sa budú opísané riešenia čoraz viac miniaturizovať a dobývať trh prenosných medicínskych aplikácií. A inžinieri, ako sa mikroobvody a diskrétne komponenty zdokonaľujú, budú dôsledne prekonávať bariéry dosahu, odolnosti voči hluku a veľkosti.
V podmienkach moderného sveta, keď sa nosiče energie neustále predražujú, mnohí ľudia upierajú zrak na možnosť šetrenia peňazí využitím akýchkoľvek alternatívnych zdrojov 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 odvolať na diela známych vedcov, ktorí sa v minulosti snažili získať elektrinu doslova zo vzduchu. Jedným z takýchto ľudí je aj známy vedec Nikola Tesla. Bol prvým človekom, ktorý sa zamyslel nad tým, že elektrina sa dá získať, zhruba povedané, z ničoho.
Samozrejme, v Teslových časoch nebolo možné nahrávať všetky jeho experimenty na video, takže tento momentšpecialisti musia znovu vytvoriť jeho zariadenia a výsledky jeho výskumu podľa jeho poznámok a starých svedectiev jeho súčasníkov. A vďaka mnohým experimentom a štúdiám moderných vedcov je možné zostrojiť zariadenie, ktoré umožní výrobu elektriny.
Tesla zistil, že medzi základňou a vyvýšenou kovovou doskou existuje elektrický potenciál, čo je statická elektrina, a tiež zistil, že sa môže akumulovať.
Následne Nikola Tesla dokázal skonštruovať také zariadenie, ktoré by dokázalo akumulovať malé množstvo elektriny, a to len s využitím potenciálu obsiahnutého vo vzduchu. Mimochodom, sám Tesla predpokladal, že prítomnosť elektriny v jeho zložení, vzduchu, je spôsobené slnečnými lúčmi, ktoré pri prenikaní priestorom doslova rozdeľujú svoje častice.
Ak sa obrátime 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 výhoda spočíva v tom, že tento vynález je schopný poskytnúť elektrinu nielen slabým osvetľovacím zariadeniam, ale aj pomerne vážnym domácim spotrebičom. Tento generátor je schopný vykonávať svoju prácu bez nabíjania pomerne dlhú dobu.
Jednoduché obvody
Existujú celkom jednoduché schémy, ktoré pomôžu vytvoriť zariadenie schopné prijímať a uchovávať elektrickú energiu obsiahnutú vo vzduchu. To je uľahčené prítomnosťou modernom svete mnohé siete, 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 sa môžu stať potrebným návodom pre používateľa.
Bohužiaľ, vytvorenie výkonného zariadenia vlastnými rukami je veľmi ťažké. Zložitejšie zariadenia zahŕňajú použitie vážnejších obvodov, čo niekedy veľmi sťažuje 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 v ranom detstve sme zbierali tranzistorové prijímače napájané elektromagnetickými vlnami. Napodiv, ale táto fráza pritiahla pozornosť niekoľkých survivalistov naraz, pokiaľ ide o možnosť nabíjania batérií s nízkou spotrebou energie ...
Bez váhania som sa rozhodol umiestniť niekoľko kombinovaných materiálov všeobecný princíp získavania voľnej energie. Prvý je prevzatý z knihy Janosa Wojciechowského "Elektronické hračky", druhý - z webovej stránky Asociácie amerických rádioamatérov http://www.arrl.org/
Druhý materialchik je užitočnejší. tam prezentované zariadenie po určitej úprave dobije batériu aj keď v blízkosti nie je žiadna veľká rádiostanica: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 výkonnej miestnej rozhlasovej stanice. Takéto zdroje vám umožňujú napájať tranzistorové prijímače (na 1 ... 3 tranzistoroch). Takýto experiment sa uskutočnil. Drôtová anténa dlhá asi 30 m bola zavesená ďaleko od mesta vo výške 4 m. Pri zaťažení 9 kΩ 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 veľkou anténou nasmerovanou na vysielač.
V praxi sa používajú iné efektívnejšie schémy. Existujú tri spôsoby napájania prijímačov z usmerneného RF napätia rádiovej stanice. Prvým je, že príjem rozhlasovej stanice sa vykonáva na dvoch anténach. Rádiové signály prijímané druhou anténou sa premieňajú na jednosmerný prúd, ktorý sa používa na napájanie prijímača. Pri inom spôsobe sa používa jedna anténa a časť energie, ktorú zachytí, sa odvádza do obvodu prevodníka. Pri druhom spôsobe sa používajú dve antény: prvá anténa je určená na príjem rádiového vysielania, ktoré sa počúva, a druhá prijíma signály z inej rádiovej stanice, ktoré sa premieňajú na napájacie napätie.
V každom prípade je minimálny výkon RF napätia potrebný na prevádzku prijímača 50 µW. To stačí len pre jednotranzistorové prijímače (alebo vysielače). Ak náš prijímač potrebuje 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 stále možné prakticky získať usmernený prúdový výkon okolo 8 mW.
Najjednoduchší obvod bezdrôtový rádiový bod je znázornený na obr. 6,3, a-c. Dokáže prijímať miestnu rozhlasovú stanicu, napríklad rovnakú „Varšava II“ a zároveň využiť jej energiu na premenu napr. 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, a to ako pre prijímač, tak aj pre 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, e, zachytávajúci energiu rádiových vĺn 50 kW vysielača pracujúceho v rozsahu 50 ... 250 MHz, dostal jednosmerný výkon asi 3 mW. Anténa bola vo vzdialenosti 1,5 km od vysielača. Na obr. 6.3, e ukazuje 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 energiu RF kmitov z dipólovej antény. V polohe 1 prepínača B1 zariadenie funguje ako signalizačné zariadenie riadené modulovaným RF signálom, v polohe 2 ako prijímač.
Zaujímavým príkladom využitia energie rádiových vĺn na napájanie rádiových zariadení je obvod znázornený na obr. 6,3, f. Ide o maják (pozemný, riečny alebo morský), ktorý je aktivovaný signálom vysielača inštalovaným na aute, parníku, klzáku alebo lietadle. Požiadavkové signály spúšťajú vysielač na bóji, ktorého signály odozvy slúžia na určenie jej polohy. Signalizačné zariadenia tohto typu uľahčujú vyhľadávanie osôb 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 s 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 ... in - prijímač na príjem vysielania výkonných rádiových staníc v dosahu CB;
d - prijímač s usmerňovačom, ktorý dobíja batérie (spínač B je zobrazený v polohe "Nabíjanie");
e - sada VHF antén napájajúcich usmerňovač;
e - prijímač signalizácie;
g - automatická bójka-maják.
Lepšie funguje prijímač, ktorého zapojenie je znázornené na obr.6.3, d, v ktorom sa usmernené RF napätie prijímanej rádiostanice využíva na dobíjanie miniatúrnych nikel-kadmiových batérií pri nefunkčnom prijímači, Vo vzdialenosti 20 km od rozhlasovej stanice Varšava 1 a pri prijímači dĺžka vonkajšej antény 40 m nabíjacieho prúdu batérie napätie 2,5 V sa rovná 5 mA. Takéto nabíjanie prakticky dopĺňa spotrebu elektrickej energie počas hodinovej prevádzky prijímača.
Voitsekhovsky Y. "Rádioelektronické hračky" - M .: Sovietske rádio, 1978
Batériu nabíjame z energie elektromagnetického poľa.
Je vhodné vziať drôt antény a redukciu s pomerom priemerov 2: 1
Je veľmi dôležité urobiť dobré uzemnenie.
Odporúčam vám vyskúšať nasledovné:
- Odstránime cievku a kondenzátory (tie, ktoré tvoria sériový oscilačný obvod)
- Dióda zapojená paralelne s kondenzátorom sa posunie doľava.
- Anténu pripojíme k pripojovaciemu bodu diód (mimochodom - neodporúčam hneď robiť príliš dlhé:o)
- Uzemnenie je možné odstrániť
Výsledok, ak neprekvapí, určite poteší:o)
J. Voitsekhovsky, Experimentálne zdroje elektriny (kapitola 6 z knihy "Rádio-elektronické hračky")Kapitola 6 z knihy J. Voitsekhovského „Radioelectronic Toys“, preložená 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) - používame pri našich pokusoch zariadenia, ktoré premieňajú teplo, svetlo, rádiové vlny, zvuk na elektrický prúd. Treba však poznamenať, že napriek jednoduchosti obvodov sú takéto meniče energie zvyčajne ťažko ovládateľné, predovšetkým kvôli nízkemu výkonu a nízkej účinnosti. 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 rovnaké: slnečné svetlo 10 6 a vyššie, žiarivka 1 ... 10, mesačné svetlo - 10 -1 ... 1, dobré elektrické osvetlenie - 10 -2, slabé svetlo (sotva rozlíšiteľné) 10 -10 .
Úsilie dizajnérov smeruje k využívaniu solárnych článkov na priamu premenu slnečnej energie na elektrickú energiu. Fotokonvertory, nazývané aj solárne panely, pozostávajú z množstva fotovoltaických článkov zapojených do série alebo paralelne. Ak konvertor musí nabíjať batériu, ktorá napája napríklad rádiové zariadenie počas zamračeného času, potom sa pripojí paralelne ku svorkám solárnej batérie (obr. 6.1, b).
Prvky používané v solárnych článkoch by mali mať vysokú účinnosť, priaznivú spektrálnu odozvu, pomerne nízky vnútorný odpor, nízku cenu, jednoduchú konštrukciu a nízku hmotnosť. Žiaľ, 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, účinnosť Najlepšie selénové fotobunky sú malé (0,1 ... 1%) a ich vnútorný odpor dosahuje (1 ... 50) x 10 3 Ohm, čo neumožňuje ich pripojenie k obvodom s nízkym vstupným odporom a neguje ich praktickú hodnotu . Tieto prvky však radiamatéri ľahko používajú, pretože sú lacné a dostupné (sú inštalované v mnohých fotoexpozimetroch).
Základom solárnych článkov sú kremíkové fotokonvertory, ktoré majú tvar okrúhlych alebo obdĺžnikových platní s hrúbkou 0,7...1 mm a plochou do 5...8 cm 2 . 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 panelov je 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. Predpokladá sa však, že v budúcnosti nájdu široké uplatnenie v domácnosti. Bolo vypočítané, že na osvetlenie miestnosti 3 A x 110 V lampami stačí použiť solárny panel s rozmermi 2 x 2 x 0,05 m, ktorý nabíja alkalickú batériu.
Fotočlánky boli tiež vytvorené 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 fotovoltických konvertorov (asi o 10 %) prevyšuje najmä účinnosť. parná lokomotíva (8%), účinnosť slnečnej energie v flóry(1 %), ako aj účinnosť. veľa hydraulických a veterných zariadení. Fotovoltické meniče majú takmer neobmedzenú životnosť.
Pre porovnanie uvádzame 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 napájacieho zdroja namontovaného na tele prijímača, uhol osvetlenia batérií (v našom prípade zo štyroch prvkov) je možné nastaviť; d - návrh zdroja energie; e - model trajektu; e - batéria prvkov z tranzistorov.
Fotobunky môžu byť zapojené do série, paralelne, zmiešané (obr. 6.1, a). Môžu pracovať aj pri umelom osvetlení s elektrickou lampou s výkonom 200 ... 300 W. V tomto prípade by ste mali dbať na to, aby teplota fotobunky nepresiahla +70° C. Minimálna povolená teplota je -30° C.
1. Selénová solárna batéria. Môžete použiť selénové fotobunky akéhokoľvek typu z fotoexpozimetra alebo podomácky vyrobené (viď obr. 2.10). Tento typ napájania poskytuje energiu prijímaču s 1...3 tranzistormi. Mal by pozostávať z 10 fotokonvertorov zapojených do série. Batéria pri rozsvietení dáva prúd 1 mA a napätie 4,5 V slnečné svetlo alebo vysokovýkonná elektrická lampa. Na napájanie jednotranzistorových prijímačov stačí, že batéria obsahuje 4 ... 6 článkov a pri ožiarení slnečným žiarením kolmo na jej povrch vyvinie prúd 1 mA pri napätí 2 ... 3 V. batéria inštalovaná na okne počas dňa, ale neosvetlená slnkom, poskytuje prúd iba 1 mA pri napätí 1,5 V.
Dá sa predpokladať, že jeden selénový fotokonvertor s plochou 3 cm 2 môže dať (pri plnom osvetlení) prúd 1 mA pri napätí 0,5 V. Ak je potrebné napájať elektromotor alebo nabíjať miniatúrna batéria, prevodníky sú zapojené paralelne. Na obr. 6.1, e je znázornený model trajektu s elektromotorom, ktorý odoberá 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 stratám v dôsledku trenia hriadeľa vrtule. Pri tomto riešení stačí použiť drôtený krúžok ako ložisko hriadeľa vrtule.
Experimentálne sa zistilo, že pri zmiešanom zapojení selénových fotokonvertorov (osem sériovo zapojených skupín, každá skupina má šesť prvkov zapojených paralelne) je možné získať prúd asi 20 mA pri napätí 4 V. odporúča sa pripojiť 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 ako je batéria umiestnená na tele napájaného zariadenia (obr. 6.1, b). Štyri fotobunky sú zapojené do série a pri plnom slnečnom svetle dávajú prúd asi 50 mA pri napätí 1,5 V. Tá istá batéria môže dodávať prúd 90 ... 100 mA pri napätí 0,5 ... 0,7 V do a malý elektrický ventilátor.
3. Domáca solárna batéria. Takmer všetky polovodičové diódy a tranzistory v sklenenej skrini môžu slúžiť ako fotoelektrické meniče. Ak to chcete urobiť, stačí odstrániť ich nepriehľadnú škrupinu. Solárna batéria môže byť vyrobená z chybných tranzistorov, ale za predpokladu, že nemajú skrat medzi bázou a kolektorom alebo bázou a emitorom. Čím väčší je výkon tranzistora, tým lepšia fotobunka sa z neho získa. Pri tranzistoroch v kovovom puzdre sa puzdro opatrne odstráni alebo sa jeho horná časť odreže (pozri obr. 2.10, cd). Pred zložením batérie skontrolujte 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 základ. Keď je prvok osvetlený slnečným alebo umelým svetlom, mikroampérmeter by mal ukazovať prúd 0,2 ... 0,3 mA. Napätie namerané na svorkách článku bude asi 0,15 V.
Pre solárnu batériu sa vyberajú prvky s blízkymi charakteristikami prúdového napätia. Batéria pozostáva z dvoch paralelne zapojených radov fotokonvertorov, v každom rade je 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. Vypínač nie je potrebný alebo vôbec nie je potrebný, pretože batéria sa po vložení do vrecka alebo zásuvky na stole sama vypne.
Solárna batéria zostavená na tranzistoroch typu TG50 dáva prúd 0,5 mA pri napätí 1,5 V. Pomocou tranzistorov TG70, P201 ... 203 môžete získať prúd 3 mA pri napätí 1,5 V.
Hlasitosť prijímača na solárny pohon závisí nielen od intenzity svetla, ale aj od veľkosti antény a kvality zemného spojenia. V byte môže ako uzemnenie slúžiť vodovodné potrubie alebo batéria ústredného kúrenia a na otvorenom priestranstve - uzemňovacia kovová tyč s dĺžkou 0,5 ... 0,7 m, pripojená lankovým drôtom k uzemňovacej zásuvke prijímača. Solárny prijímač je obzvlášť užitočný na pláži, kde je jasné slnko a mokrý piesok (dobré uzemnenie).
6.2. Termálna energia
V termoelektrických konvertoroch sa používa efekt vzhľadu prúdu pod vplyvom teplotného rozdielu v obvodoch pozostávajúcich z rôznych kovov alebo polovodičov. Tento prúd sa vyskytuje v obvodoch zásobníka termoprvkov, kde sa tepelná energia premieňa na elektrickú energiu. Ak vezmeme napríklad dva elektrické vodiče, ktoré sú vyrobené z rôznych kovov, a ich konce prispájkujeme, potom keď sa jeden koniec zahreje a druhý sa ochladí, bude v obvode týchto termočlánkových vodičov prúdiť elektrický prúd (tzv. termočlánok). Vytvorené týmto spôsobom emf. 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 aj vysokú účinnosť. zdroj. V súčasnosti sa používajú polovodičové termoprvky alebo prvky pozostávajúce z vodiča a polovodiča.
Pred príchodom tranzistorových prijímačov boli termoelektrické meniče (alebo generátory) v mnohých krajinách široko používané na napájanie rádiových prijímačov s trubicovými batériami (vyhrievali sa petrolejovými alebo plynovými lampami). Počas vojnových rokov boli známe sovietske „partizánske kotlíky“, ktoré slúžili na varenie, a zároveň na výrobu elektriny na napájanie rádií.
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, zatiaľ čo 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 malej energetiky.
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 meter štvorcový plocha, ktorá bude v priemere 1000 kW/ha.
1. Termoelektrická batéria. Uvažujme o návrhu termoelektrického zdroja energie, ktorý má skôr výchovnú hodnotu, pretože umožňuje pocítiť 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 315 ... 649 ° C (v závislosti od priemeru drôtu). Ochrana holých drôtov umožňuje zvýšiť teplotu vykurovania. Pár chromel - alumel sa môže zahriať na 700 ... 1151 ° C. Najčastejšie sa používa drôt s priemerom 0,25 ... 3,5 mm a hrubý drôt vydrží vyššie teploty. Na zvýšenie účinnosti termočlánky, je potrebné maximalizovať teplotný rozdiel medzi spojmi (koncami) termočlánkov, t.j. je potrebné vybrať kovové páry tak, aby sa získala maximálna termoelektromotorická sila; je potrebné usilovať sa o to, aby pomer priemernej tepelnej vodivosti materiálov k priemernej elektrickej vodivosti bol minimálny.
V tabuľke. 6.1 uvádza 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 a meď a striebro sú nízkoaktívny pár. Dvojica antimón - bizmut je najlepšia, ale pre amatéra prakticky neprístupná: dáva veľké termoelektrické napätie - asi 112 μV / ° C. Okrem toho je každý materiál uvedený v tabuľke. 6.1, má negatívny potenciál (-) vo vzťahu ku všetkým ostatným, ktoré sú vyššie v tomto stĺpci. Napríklad v páre oceľ - konštantán (53 μV / ° C) bude mať oceľ pozitívny potenciál (+). a konštantan je záporný (-). 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 výrobe 19 termoprvkov (obr. 6.2, b) sa konce každého prvku opatrne očistia brúsnym papierom a skrútia sa spolu kliešťami na približne tri otáčky. Potom sa skrútené konce zvaria acetylénovým horákom alebo sa spájkujú striebrom cez plynový horák. Môžete použiť aj bodové zváranie (obr. 6.2, h). Termočlánky sa montujú na dosku z eternitu (azbestocementu) s hrúbkou 5 mm alebo viac, ktorá je vystužená konzolami na podložke z preglejky alebo dreva s hrúbkou 20 mm. Spôsob výroby spoja a rozmery sú uvedené na obr. 6.2, dr. Pri kontrole by jednotlivé termočlánky mali dávať prúd: asi 22 mA pri zahriatí zápalkou, asi 30 mA po zahriatí liehovým horákom.
Hotová termoelektrická batéria sa v strednej časti zahrieva nad plynovým, liehovým alebo benzínovým horákom. Medená vložka akumuluje teplo a dodáva elektrinu napríklad elektrickému mikromotoru ešte niekoľko minút po vypnutí horáka, čo je počas predvádzania najpozoruhodnejší moment. V týchto podmienkach meracie zariadenie, pripojenom na svorky tohto zdroja, ukazuje napätie cca 0,5 V. Pri bežnom ohreve ohrievača dodáva batéria výkon 1,5 V x 0,3 A, čo je celkom dosť napríklad na prevádzku mikromotora s ventilátor. Môžete si postaviť model elektrárne budúcnosti, pripojiť tranzistorový rádiový prijímač k batérii atď. Na obr. 6.2 a zobrazuje zjednodušený model vyššie opísanej termočlánku. Premieňa vnútornú energiu plameňa sviečky na elektrickú energiu a obsahuje 50 termoprvkov s dĺžkou 50 mm pripevnených k azbestovému krúžku okolo medenej vložky so 6 mm otvorom v strede (krb). Batéria poskytuje napätie 0,6 V a prúd 8 mA (skratový prúd), dokáže obsluhovať jednotranzistorový prijímač. A ešte jedna malá poznámka. Pri sériovom zapojení ľubovoľného počtu rovnakých termočlánkov (napríklad oceľ - konštantán - oceľ - konštantán - oceľ atď.) sa hodnota termoemf. na výstupných svorkách sa zvýši, ale vnútorný odpor batérie sa zvýši o rovnakú hodnotu.
Ryža. 6.2. Termoelektrická batéria:
a - azbestocementový kotúč; b - termoprvky; c - pracovná križovatka je pripevnená k disku medeným drôtom; d - predbežná inštalácia; e - medená vložka vložená do otvoru disku, ako aj spôsob montáže "horúcich" spojov (musia byť nad vložkou, ale nesmú sa jej dotýkať); g - celkový pohľad na batériu; h - zvárací stroj pre križovatky (uhlíková elektróda sa môže odobrať z použitej galvanickej batérie); a - možnosť dizajnu.
6.3. Energia elektromagnetického poľa
Pôsobenie jednosmerných zdrojov, ktoré sú popísané nižšie, je založené na využití takzvanej voľne dostupnej energie, t.j. energiu rádiových vĺn z výkonnej miestnej rozhlasovej stanice. Takéto zdroje vám umožňujú napájať tranzistorové prijímače (na 1 ... 3 tranzistoroch). Takýto experiment sa uskutočnil. Drôtová anténa dlhá asi 30 m bola zavesená ďaleko od mesta vo výške 4 m. Pri zaťažení 9 kΩ bol pridelený jednosmerný výkon 0,9 mW. V tomto prípade bol vysielač s výkonom 1 kW a pracovnou frekvenciou 1,6 MHz umiestnený vo vzdialenosti cca 2,5 km. Na svorkách filtračného kondenzátora (pri voľnobehu) bolo zaznamenané napätie približne 5 V. Takéto výsledky sa dosahujú len s veľkou anténou nasmerovanou na vysielač.
V praxi sa používajú iné efektívnejšie schémy. Existujú tri spôsoby napájania prijímačov z usmerneného RF napätia rádiovej stanice. Prvým je, že príjem rozhlasovej stanice sa vykonáva na dvoch anténach. Rádiové signály prijímané druhou anténou sa premieňajú na jednosmerný prúd, ktorý sa používa na napájanie prijímača. Pri inom spôsobe sa používa jedna anténa a časť energie, ktorú zachytí, sa odvádza do obvodu prevodníka. Pri poslednom spôsobe sa používajú dve antény: prvá anténa je určená na príjem rádiového vysielania, ktoré sa počúva, a druhá prijíma signály z inej rádiovej stanice, ktoré sa premieňajú na napájacie napätie.
V každom prípade je minimálny výkon RF napätia potrebný na prevádzku prijímača 50 µW. To stačí len pre jednotranzistorové prijímače (alebo vysielače). Ak náš prijímač vyžaduje prúd povedzme 1 mA pri 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 prakticky možné 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 pre prijímač aj zdroj energie. Ak energia jedného vibrátora nestačí, potom sa použije niekoľko angens tohto typu (obr. 6.3, e), zapojených do série (na zvýšenie napätia) alebo paralelne (na zvýšenie prúdu).
Pomocou antény znázornenej na obr. 6.3, e, zachytávajúci energiu rádiových vĺn 50 kW vysielača pracujúceho v rozsahu 50 .. 250 MHz, prijímal výkon jednosmerného prúdu asi 3 mW. Anténa bola vo vzdialenosti 1,5 km od vysielača.
Na obr. 6.3e je znázornená schéma 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 energiu RF kmitov z dipólovej antény. V polohe 1 prepínača B1 zariadenie funguje ako signalizačné zariadenie riadené modulovaným RF 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 maják (pozemný, riečny alebo morský), ktorý je aktivovaný signálom vysielača inštalovaným na aute, parníku, klzáku alebo lietadle. Požiadavkové 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 RF napätia prijímaných rádiových vĺn je možné 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 znázornené na obr. 6.3, d, v ktorom sa usmernené RF napätie prijímanej rádiostanice využíva na dobíjanie miniatúrnych nikel-kadmiových batérií pri nefunkčnom prijímači. Vo vzdialenosti 20 km od rádiostanice "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 hodinovej prevádzky prijímača.
Ryža. 6.3. Napájanie rádiových zariadení energiou elektromagnetického poľa:
a ... c - prijímač na príjem vysielania výkonných rádiových staníc v rozsahu CB; d - prijímač s usmerňovačom, ktorý dobíja batérie (spínač B je zobrazený v polohe "Nabíjanie"); e - sada VHF antén napájajúcich usmerňovač; c - signálny prijímač; 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 sa privádza 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 stabilné napájanie. Skúsenosti však ukázali, že bežné zdroje zvuku (napríklad mestský hluk) sú pre naše účely vo všeobecnosti príliš slabé.
Približné hodnoty intenzity rôznych zdrojov zvuku (μW / m 2) sú nasledovné: prúdové lietadlo 10 6 , hranica 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 dynamickej reproduktorovej 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 odoberajú podstatne menej energie z napájacieho zdroja ako aj tie najekonomickejšie vákuové elektrónky. Preto na napájanie tranzistorových zariadení je celkom možné použiť menič poháňaný malým úsilím ľudských svalov.
Kedysi široko používaný svalový (ručný) generátor na baterky má výkon 0,25 ... 0,5 W. 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 otvorených priestranstvách); môže pracovať na frekvenciách v rozsahu 4...50 MHz. Jeho schéma napájania je rovnaká ako na obr. 6,4, c.
6.6. Domáce zdroje chemického prúdu
Najjednoduchší galvanický článok (variácia prvku Volta) 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 lyžice v pohári vody). Takýto „vodný“ zdroj energie, ktorý poháňa zariadenie (rádio, bzučiak atď.), nezasvätených pozorovateľov prekvapí.
Veľký efekt dáva použitie medených, zinkových alebo cínových platní. Takýto prvok pozostáva z dreveného alebo plastového štipca na prádlo, medenej, striebornej alebo niklovej mince a podložky z mokrého novinového papiera (obr. 6.5, b).
Elektromotorická sila (emf) článku bude asi 0,1 V a môžu byť zapojené do batérie. Stačí zaviesť dva vodiče - železo a meď (obr. 6.5, c) do citróna, jablka alebo nálevu (a ešte lepšie do piva), aby ste získali zdroj prúdu s emf. 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 článok; g - zemný galvanický článok a ním napájaný dvojpásmový prijímač (L1 - 150 závitov provon PEV 0,25, L2 - 90 závitov toho istého drôtu, L3 - 900 závitov drôtu PEV 0,45; feritové jadro 10x160 mm).
Energiu na napájanie rádia je možné čerpať nielen z antény, ale aj zo zeme. Je to dobrý spôsob napájania rádií pri kempovaní, kempovaní, 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 galvanického článku "zem" 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 je k prvku pripojené akékoľvek zaťaženie, jeho napätie sa postupne zníži, až kým sa po 15 ... 30 minútach nestabilizuje. Ak existujú typické zinkové platne (veľkosť 170 x 210 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 Odbočky z kladných elektród (uhlie, meď) sú vyrobené s holým alebo izolovaným medeným drôtom. Pre zápornú svorku (zinok, hliník) sa používa izolovaný medený alebo hliníkový drôt. Pripojenia k elektródam sa vykonávajú spájkovaním alebo zváraním. Najvyššia účinnosť takýto uzemňovací prvok sa dosiahne pri zaťažovacom prúde 1 ... 2 mA.
Na obr. 6.5, d je znázornená schéma prijímača detektora napájaného uzemňovacím prvkom, ktorý pozostáva z dvoch kruhových tyčí – oceľovej (2,5 x 400 mm) a medenej (4 x 400 mm), vzdialených od seba 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 vonkajšiu 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, plocha 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). emf prvok asi 1,5 V, účinnosť 60...80 %. Prevádzková doba elektromotora, ktorý spotrebuje prúd 0,15 A, pri jedinom naplnení prvku dosahuje 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 médiu za prítomnosti vody, dávajú (pri 12 nádobách) prúd cca 40 mA pri napätí 6 V. Zásoba živného média vystačí na pol roka nepretržitej prevádzky prvku.
Biologické prvky s živnou pôdou pozostávajúcou z banánov a anorganických solí napájajú elektronické zariadenia s výkonom až 3,7 W (0,76 V x 4,92 A) počas 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 zdroje núdzového prúdu, ako aj v rádiosondách a geofyzikálnych zariadeniach. Môžu byť tiež použité na pohon motorových lietajúcich modelov a malých plávajúcich modelov. Po naliatí začnú pracovať morská voda alebo 10 ... 20% roztok chloridu sodného.
Štrukturálne sa prvky najčastejšie vykonávajú v plastových vreciach (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 možné vidieť z vyššie uvedených príkladov, výber primárnych napájacích zdrojov pre nízkovýkonové tranzistorové zariadenia veľmi závisí od tvorivej predstavivosti a vynaliezavosti konštruktéra. 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 na jednej strane pokrytý vodivou fóliou a na druhej strane je najprv pokrytý vrstvou tenkého suchého papiera, napríklad filtračného papiera s kryštálmi soli, a potom tenkou zinkovou alebo horčíkovou fóliou. Takýto prvok môže slúžiť napríklad na jednorazovú dodávku elektrického holiaceho strojčeka. Pri rozmeroch 1x45x45 mm vyčerpá na 5 ... 7 minút prúd 0,5 A pri napätí 2 V. Pred použitím sa filtračný papier navlhčí a potom sa naň nanesie zinková fólia. Pomocou "energetického" papiera si môžete vyrobiť rolovaciu fóliovú batériu.