Dom » Vodene karakteristike » Pretvaranje radio talasa u električnu energiju. FM detektorski prijemnik napajan energijom radio talasa

Pretvaranje radio talasa u električnu energiju. FM detektorski prijemnik napajan energijom radio talasa

Efikasnost i druge karakteristike performansi bežičnih senzora se stalno poboljšavaju, a pitanje napajanja autonomnih uređaja širi se izvan niše iu svakodnevne aplikacije.

Energija - solarna, termalna, piezoelektrična ili elektromagnetna - okružuje nas sa svih strana. Uzimajući čak i mali dio toga, inženjerske kompanije mogu proširiti usvajanje senzorskih tehnologija koje imaju za cilj osiguranje općeg dobra. Takve primjene senzora uključuju različite nosive medicinske dijagnostičke i nadzorne uređaje, avio i automobilske funkcionalne monitore, kao i tehnička sredstva za daljinsko mjerenje utrošenog plina, topline i električne energije. Mogućnost izvlačenja energije iz različitih izvora poboljšat će zdravstvenu zaštitu u područjima sa lošom infrastrukturom, kao što su ruralna područja. Globalni razvoj ove oblasti elektronike podržava sve veći broj tehničkih sredstava - od specijalizovanih integrisanih kola do aktivnih i pasivnih diskretnih komponenti.

Primjeri se mogu naći među komponentama razvojnih modula "Energy Harvesting Solution To Go" kompanija Energy Micro i Würth Elektronik. Dvije osnovne komponente ovih kompleta su ploča za prikupljanje energije i Giant Gecko Starter Kit. Oba elementa sadrže pasivne komponente iz Würth Elektronik. Na primjer, WE-EHPI transformatori, posebno dizajnirani za aplikacije za prikupljanje energije iz okoliša, visoko su efikasni zbog niskog otpora namotaja i jezgra dizajniranog posebno za teške uslove rada. Efikasno suzbijanje elektromagnetnih smetnji postiže se upotrebom SMD feritnih filtera na svakom terminalu transformatora.

Višenamjenska ploča za prikupljanje energije (slika 1) dolazi s četiri naponska pretvarača iz Linear Technology, svaki optimiziran za drugačiji izvor energije. Na primjer, LTC3588 je dizajniran za AC izvore napajanja do 20 V, kao što su piezoelektrični i induktivni generatori. Giant Gecko Starter Kit (Slika 2) uključuje mikrokontroler (MK) koji troši samo 200 µA/MHz u aktivnom načinu rada. ARM Cortex M3 jezgro ovog MCU radi na frekvencijama do 48 MHz. MK ima 1024 KB Flash memorije, 128 KB RAM-a, USB interfejs, LCD kontroler i LESENCE touch interfejs.


Slika 2.	*EFM32 Giant Gecko Starter Kit.*

Ako pogledate različite pristupe implementirane u alate za ekstrakciju energije, postaje jasno da ovaj komplet sadrži sve što vam je potrebno za početak punopravnog rada. Za bežične aplikacije kratkog dometa, kao što su eksterno napajani senzorski čvorovi, jeftini čipovi se koriste za obavljanje senzorskih funkcija, obrade signala, prikupljanja podataka i komunikacijskih funkcija. Svaki čvor takvih sistema opremljen je bežičnim interfejsom male snage.

Većina samostalnih senzora ima strukturu sličnu onoj prikazanoj na slici 3. Funkcije glavnih blokova su sljedeće:

senzor mjeri i prikuplja bilo koji broj okolinskih parametara potrebnih u određenoj primjeni;
pretvarač pretvara neku vrstu energije u električnu energiju;
modul za upravljanje napajanjem stabilizira, preusmjerava i pohranjuje primljenu energiju;
MC obrađuje signale primljene od primarnih senzora i održava komunikaciju sa drugim čvorovima sistema preko radio kanala;
Prijemnik signala za buđenje prihvaća eksterni zahtjev za buđenje senzora iz stanja mirovanja.

Međutim, ključna karakteristika takvih sistema nije samo način na koji su različiti dijelovi međusobno povezani. Uređaji za ekstrakciju energije postavljaju vrlo stroge zahtjeve za svaku pojedinačnu komponentu, posebno u pogledu potrošnje energije i efikasnosti. Dakle, kako bi se produžio vijek trajanja izvora energije, MK i radio modul trebaju raditi u režimima s minimalnom potrošnjom kad god je to moguće. Posljednjih godina, proizvođači IC i RF čipova uložili su velika sredstva u razvoj i proizvodnju uređaja male snage koji se mogu koristiti u bežičnim senzorskim čvorovima kratkog dometa koji se napajaju ekstrahovanom energijom. Primjer su RF moduli i mikrokontroleri koji mogu raditi na naponu napajanja od 1,8 V, što omogućava postizanje ultra-niske potrošnje energije u bežičnom uređaju.

Takođe je neophodno da mikrokontroler može brzo da pređe iz stanja mirovanja u aktivni režim. To smanjuje potrošnju struje između prijenosa i prijema informacija, što znači uštedu energetskih rezervi. Ključ za isplativiju arhitekturu RF uređaja je zahtjev za smanjenjem snage prilikom prijenosa i primanja paketa podataka. Sistemi za prikupljanje energije takođe zahtevaju robusne protokole za prenos informacija. Minimiziranje grešaka tokom razmjene paketnih podataka smanjuje vrijeme rada uređaja u zraku, što znači da se smanjuje dnevni potreban “dio” energije koju konvertor prikuplja iz okoline.

Jednako su važna pitanja vezana za strukturu bežičnih senzorskih mreža. Na primjer, većina ovih mreža radi u cikličnom načinu rada, koji štedi energiju i ograničava radiofrekvencijski prostor, ali stvara skokove u struji koju troše senzori. Nizak nivo vršne potrošnje radio primopredajnika smanjuje ozbiljnost problema razvoja izvora napajanja za autonomne senzore.

Ova ograničenja su još važnija za senzore koji se u potpunosti napajaju prikupljanjem vanjske energije. Često pretvarači primarne energije imaju izlaznu impedanciju mnogo veću od baterija. To znači da čvor za upravljanje napajanjem mikronapajanja ne samo da mora upravljati distribucijom energije između pretvarača i senzora, već i pretvarati impedanciju izvora.

Bez obzira na metode i tehnologiju izgradnje sistema za prikupljanje energije, sva rješenja su podređena glavnom cilju - maksimiziranju efikasnosti u cilju što češćeg prenosa informacija. Međutim, svaka tehnologija sakupljanja ima prilično uske granice upotrebe. Danas su najčešći pretvarači solarne energije, koji rade sa efikasnošću od 25% do 50% po cm 2 (tabela 1). Posljedica široke upotrebe fotonaponskih ćelija bit će stalno smanjenje njihove cijene po cm 2.

Tabela 1.

Uporedne karakteristike raznih
izvori energije (prema Texas Instruments)

Izvor energije	Karakteristike	Efikasnost	Sastavlja se moć
			100 mW/cm 2
	Indoors		100 μW/cm 2
Temperatura			60 μW/cm 2
Temperatura	Oprema		~1…10 mW/cm 2
Vibracije	ljudski (~Hz)		~4 μW/cm 3
Vibracije	mašina (~kHz)		~800 μW/cm 3
Radio talasi			0,1 μW/cm 2
Radio talasi			0,001 µW/cm 2

Trenutno stanje tehnologije ekstrakcije energije radio talasa

Sistemi za prikupljanje energije radio talasa i dalje su uglavnom predmet laboratorijskih istraživanja, a kao samostalno rešenje još uvek nisu postali rasprostranjeni. RF sistemi za ekstrakciju energije značajno se razlikuju od svih ostalih. Funkcionalno su podijeljeni u dva dijela:

prijemnik koji ima podesivu antenu, ispravljač, element za skladištenje (kondenzator), DC/DC pretvarač;
predajnik koji usmjerava energiju radio valova, na primjer, koristeći PowerCast tehnologiju, ili vanjski izvor elektromagnetnog zračenja (WiFi, ćelijska komunikacija ili radio).

Tipičan sistem za prikupljanje elektromagnetne energije sastoji se od četiri komponente: podesiva antena, element za skladištenje ulazne energije, kolo za upravljanje napajanjem i izlazna baterija.

Kao i drugi sistemi za slične svrhe, uređaji za prikupljanje energije radio talasa moraju se poboljšati na mnogo načina. Sa liste zadataka za koje je potrebno prioritetno rješenje (od kojih su mnogi već u realizaciji) možemo izdvojiti:

pitanja korišćenja izvora usmerenih radio talasa umesto energije okolne elektromagnetne „pozadine“,
poboljšanje DC/DC pretvarača u smislu povećanja njihove efikasnosti i smanjenja struje mirovanja,
razvoj mikrokontrolera manje snage i RF primopredajnika.

RF i mikrovalna industrija može značajno poboljšati takve sisteme uvođenjem novih, isplativih primopredajnika na tržište. Ali čak i sistemi sa usmerenim prenosom RF energije koji ispunjavaju navedene zahteve ostaju visoko specijalizovani. Oni koji koriste "pozadinske" radio talase inferiorni su u odnosu na fotonaponske ili sisteme za prikupljanje toplotne energije u smislu preuzete energije. Tehnologije prikupljanja energije radio talasa moraju prevazići još jedan nedostatak tipičan za radio sisteme - ograničen domet zbog uticaja zgrada, relativnog položaja i drugih razloga.

Dok tehnologije za prikupljanje energije iz elektromagnetnih talasa tek počinju da se probijaju, sistemi za izvlačenje energije iz drugih izvora osvajaju sve više i više novih područja upotrebe. Na primjer, solarni paneli će vremenom samo povećati svoju efikasnost i koristit će se i u zatvorenom i na otvorenom, tj. gde god postoji izvor svetlosti. Uređaji za prikupljanje toplotne energije koriste se u sistemima automatizacije zgrada gde se temperaturne razlike između unutrašnjeg i spoljašnjeg prostora mogu maksimalno povećati, kao što su prozori. Termalni pretvarači se također koriste kao izvori energije za različite nosive medicinske uređaje.

Ukratko, sistemi za prikupljanje energije imaju svijetlu budućnost jer sve više proizvoda dolazi na tržište iz naučnih laboratorija.

Navedenu tačku gledišta potvrđuju stalni novi proizvodi. Na primjer, čip sučelja AS3953 koji je razvio ams AG, dizajniran za sisteme komunikacije bliskog polja (NFC), omogućava vam da kreirate kanal velike brzine za razmjenu podataka između NFC uređaja, kao što je pametni telefon, i bilo kojeg glavnog kontrolera koji ima standardni SPI interfejs. Čip se napaja prikupljenom energijom radio talasa koje emituje NFC čitač i ne zahteva nikakav eksterni izvor napajanja ili spoljne komponente, osim možda jednog kondenzatora. AS3953 ima konfigurabilni eksterni izlaz prekida dizajniran da probudi mikrokontroler iz stanja mirovanja, omogućavajući da se uređaji grade sa nultom potrošnjom energije kada su u stanju mirovanja. Mikrokrug je sposoban da "izvuče" struju do 5 mA iz energije okolnog magnetnog polja. Sa eksternim kolom za upravljanje napajanjem, AS3953 može obezbijediti prikupljenu energiju za samostalni uređaj.

Još jedan od debija obećava da će riješiti dugogodišnji problem određivanja lokacije u zatvorenom prostoru za hitne službe. Japanska kompanija, u saradnji sa Univerzitetom Ritsumeikan i ISID-om, najavila je tehnologiju Guidepost Cell. Koristeći mrežu bežičnih signalnih signala male snage usklađenih sa IEEE 802.11, infrastruktura tehnologije pruža pametnim telefonima i drugim mobilnim uređajima precizne mogućnosti lociranja u zatvorenom prostoru. Sistem se napaja energijom iz jeftinih panela solarnih ćelija napravljenih od organskih boja. Paneli prikupljaju energiju iz umjetnog i prirodnog svjetla u zatvorenom prostoru, eliminišući potrebu za vanjskim izvorom napajanja i smanjujući troškove instalacije i rada. Za takve solarne ćelije, sposobne da isporuče 48 μW/cm 2 pod osvjetljenjem od 1000 luksa, predviđa se obećavajuća budućnost.

Pogledali smo samo dva od bezbrojnih primjera. Razvojni potencijal ovih rješenja nema i neće imati ograničenja sve dok su u stanju da zadovolje naše sve veće zahtjeve za efikasnošću i produktivnošću. S vremenom će se opisana rješenja sve više minijaturizirati, osvajajući tržište prijenosnih medicinskih aplikacija. A inženjeri će, kako se čipovi i diskretne komponente poboljšavaju, dosljedno prevazilaziti barijere dometa, otpornosti na buku i veličine.

Elektromagnetno zračenje je sada svuda gde idete. Radio, televizija, mobilne i satelitske komunikacije, kućanski aparati. Sada se doslovno "kupamo" u moru elektromagnetnog zračenja koje sami proizvodimo, naziva se i "elektronski smog". Koristimo ga neefikasno i rasipamo. Plaćamo mnogo novca za energente, ali nismo baš naučili kako da ih koristimo. Čak se i papir, plastika i metal mogu reciklirati i koristiti, ali energija elektromagnetnog zračenja ne može. Malo ljudi zna da se ova energija može ponovo iskoristiti. Kako?

Energija oko nas

Nedavno je objavljeno nekoliko publikacija na temu dobijanja energije iz vakuuma. Tema je svakako zanimljiva i mnogima još nije poznata i nerazumljiva. O tome svjedoči talas kritika u komentarima na takve publikacije. Svi smo navikli da nam struja u velikoj većini slučajeva dolazi preko žica iz elektrana. Solarni paneli i vjetrogeneratori također nisu egzotika ni za koga. Neki ih čak koriste, iako je masovna primjena još uvijek daleko;

U naučnom svijetu se mnogo govori o takozvanoj „tamnoj materiji“ i, shodno tome, „tamnoj energiji“ koja se nalazi u njoj. Do sada, upotreba takve energije ostaje „tamna materija“. Znamo samo da ima dosta ove energije oko nas. Ali malo ljudi zna (ili bolje rečeno ne primjećuje) činjenicu da oko nas postoji mnogo druge energije koja nam je odavno poznata - elektromagnetnih valova.

Prijemnici detektora

Još kao školarac pohađao sam radio-elektronički klub, gdje smo momci i ja sklapali naša prva elektronska kola. Među njima su bili prijemnici koji su mogli raditi i bez baterija(!). “Kako je ovo moguće?” Da, vrlo je jednostavno - da bi takav prijemnik radio, dovoljna je energija radio valova koje emitira stanica (posebno ako se nalazi u blizini). Možete pronaći mnogo sličnih krugova prijemnika detektora.

Radio je svakako zanimljiv, ali sam želio da pokušam da iskoristim energiju radio talasa na drugačiji način, na primjer za napajanje električnog motora igračke. Vrtio se, ali nije bilo dovoljno energije za njega. Ali ipak je uspjelo!

Rad izvora jednosmjerne struje, koji su opisani u nastavku, temelji se na korištenju takozvane slobodno dostupne energije, odnosno energije radio valova moćne lokalne radio stanice. Takvi izvori vam omogućavaju napajanje tranzistorskih prijemnika (1...3 tranzistora). Takav eksperiment je sproveden. Daleko od grada, žičana antena dužine oko 30 m bila je okačena na visini od 4 m. Jednosmjerna snaga od 0,9 mW dodijeljena je opterećenju od 9 kOhm. Istovremeno, predajnik snage 1 kW i radne frekvencije od 1,6 MHz nalazio se na udaljenosti od oko 2,5 km. Napon od približno 5 V zabilježen je na terminalima filterskog kondenzatora (u praznom hodu).

U praksi se koriste i druge efikasnije šeme. Postoje tri poznate metode za napajanje prijemnika iz ispravljenog RF napona radio stanice. Prvi je da se radio stanica prima pomoću dvije antene. Radio signali koje prima druga antena pretvaraju se u jednosmernu struju, koja se koristi za napajanje prijemnika. Druga metoda koristi jednu antenu i dio energije koju ona hvata se prenosi u kolo pretvarača. U potonjoj metodi koriste se dvije antene: prva antena je za prijem radio emisija koje se slušaju, a druga prima signale druge radio stanice, koji se pretvaraju u napon napajanja.

Najjednostavniji dijagram bežične radio tačke prikazan je na Sl. a-c. Može primiti lokalnu radio stanicu, na primjer, istu "Varšavu II" i istovremeno koristiti njenu energiju da je pretvori u električnu energiju. d.s. DC. Za primanje radio valova frekvencije iznad 50 MHz, odnosno signala od VHF predajnika (na primjer, televizije), RF naponski pretvarač mora imati posebnu antenu - vibrator petlje (dipol). Ova antena može istovremeno raditi u srednjem talasnom opsegu i kao prijemnik i kao izvor napajanja. Ako energija jednog vibratora nije dovoljna, tada se koristi nekoliko antena ovog tipa (slika e), povezanih serijski (za povećanje napona) ili paralelno (za povećanje struje).

Koristeći antenu prikazanu na sl. d, hvatanjem energije radio talasa sa predajnika od 50 kW koji radi u opsegu 50...250 MHz, dobijena je jednosmerna snaga od oko 3 mW. Antena se nalazila 1,5 km od predajnika. Na sl. Prikazuje kolo prijemnika sa dvije antene, od kojih se jedna (VHF) koristi u izvoru napajanja. Srednjotalasni prijemnik može raditi sa bilo kojom antenom, dok izvor napajanja mora primati RF energiju od dipolne antene. U položaju 1 prekidača B1, uređaj djeluje kao signalni uređaj pokretan moduliranim VF signalom, u položaju 2 kao prijemnik.

Zanimljiv primjer korištenja energije radio valova za napajanje radio uređaja je kolo prikazano na Sl. i. Ovo je radio plutača (kopnena, riječna ili morska) koja se aktivira signalom odašiljača instaliranog na automobilu, brodu, jedrilici ili avionu. Signali ispitivanja aktiviraju odašiljač na plutači, čiji signali odgovora služe za određivanje njene lokacije. Signalni uređaji ovog tipa olakšavaju pronalaženje ljudi izgubljenih u moru, planinama, gustim šumama i sl. Oni su dio opreme turista i penjača. Vješto korištenje energije radio valova očito će omogućiti značajno smanjenje veličine slušnih aparata, prijemnika, daljinskih upravljača, igračaka itd. Treba, međutim, reći da se, kako su eksperimenti pokazali, pri napajanju postižu prihvatljivi rezultati. prijemnici iz ispravljenog RF napona Primljeni radio talasi se mogu postići samo korišćenjem pažljivo podešenih antena i dobrog uzemljenja. Još jedan nedostatak je što veličina ispravljenog napona zavisi od dubine modulacije noseće frekvencije tokom prijema.

Ako postoji elektromagnetno zračenje, ono ima energiju i ta energija se može iskoristiti. Ništa ovdje nije u suprotnosti sa zakonima fizike, za razliku od takozvanih „generatora energije vakuuma“. U ovom slučaju govorimo o stvarnom energetskom zračenju.

Ova ideja sama po sebi nije nova, stara je otprilike koliko i sam radio. Bilješke o ovoj temi mogu se naći i u domaćim časopisima koji su izlazili u zoru našeg radija amatera. Jasno je da nećete dobiti puno "besplatne energije" iz takvog izvora, a općenito ima smisla to učiniti samo za one koji žive na relativno maloj udaljenosti od predajnika.

Na primjer, dijagram američkog radio amatera Michaela Leeja:

Za primanje „besplatne energije“ autor je koristio antenu (WA1) i sistem uzemljenja amaterske radio stanice. Antena je snop duga 43 metra. To je nekoliko puta manje od talasne dužine srednjetalasnih radio stanica, tako da ulazna impedancija takve antene ima uočljivu kapacitivnu komponentu. Paralelno spojeni varijabilni kondenzator C1 i konstantni kondenzator C2 su povezani u seriju s njim, što vam omogućava da podesite smanjenu vrijednost kapacitivne komponente na spojnoj točki gornjeg (prema dijagramu) izlaza zavojnice L1 ( drugim riječima, promijenite rezonantnu frekvenciju serijskog kola formiranog od ovog namotaja i kapacitivnost antene).

Kada krug rezonira, značajan RF napon može nastati na zavojnici L1 od radio stanice nosioca na koju je podešen oscilirajući krug. U autorovim eksperimentima, sa induktivitetom zavojnice L1 od 39 μH, rezonancija na frekvenciji od 1370 kHz (na njoj je radila najmoćnija lokalna radio stanica) dogodila se s ukupnim kapacitetom kondenzatora C1 i C2. jednak 950 pF (interval podešavanja je ograničen na frekvencije od 1100 i 1600 kHz).

Budući da se RF napon u ovom slučaju mora ukloniti iz strujnog kruga visokog otpora, ispravljačka dioda VD1 je spojena na izvod zavojnice. Njegovo mjesto se bira prilikom postavljanja uređaja prema maksimalnoj izlaznoj snazi. Kako napominje autor, lokacija slavine nije bila kritična: približno isti rezultati dobiveni su kada se nalazila u rasponu od 1/4 do 1/6 broja zavoja zavojnice, računajući od njenog donjeg (prema na kolo) terminal.

Kako bi se izbjeglo prekomjerno punjenje baterije ili kvar ispravljačkih dioda kada se baterija isključi (zbog mogućeg kvara obrnutim naponom), u uređaj se uvodi zaštitna jedinica na tranzistorima VT1 i VT2. Kada je napon opterećenja manji od 12 V, struja ne teče kroz zener diodu VD3, pa su tranzistori zatvoreni. Kada napon poraste iznad ove vrijednosti, otvaraju se i otpornik R4 zaobilazi izlaz ispravljača.

Prema autorovim mjerenjima, uređaj podešen na frekvenciju gore navedene radio stanice davao je struju punjenja baterije do 200 mA. (Nažalost, u bilješci nema podataka o snazi predajnika, samo piše da je udaljenost do njega oko 1,6 km). Procjenjuje se da je koncentrator za godinu dana “proizveo” oko 1.700 Ah za punjenje baterije... Štaviše, za razliku od, na primjer, solarnih panela, može se koristiti gotovo 24 sata (tačnije, tokom cijelog vreme rada radio stanice).

Za podešavanje kola, autor je koristio varijabilni kondenzator s velikim razmakom između rotorske i statorske ploče, ali ako napon koji se razvija u sistemu pri rezonanciji nije previsok, možete koristiti i kondenzator sa zračnim dielektrikom iz emitiranja prijemnik.

Induktor L1 je namotan na okvir promjera 50 mm i sadrži 60 zavoja žice promjera 1,6 mm, dužina namota je 250 mm (korak je približno 4 mm). Magnetsko jezgro induktora 12 je prsten T-106-2 (27 × 14,5 × 11,1 mm) izrađen od karbonilnog željeza, namotaj se sastoji od 88 zavoja žice promjera 0,4 mm. Diode VD1 i VD2 su dizajnirane za prednju struju do 1 A i reverzni napon 40 V. Zener dioda VD3 - sa stabilizacijskim naponom od 12 V.

Naravno, kod ponavljanja uređaja, parametri elemenata oscilacionog kola (induktivnost zavojnice L1 i kapacitet kondenzatora C1 i C2) moraju se prilagoditi postojećoj anteni i frekvenciji lokalne radio stanice.

U članku se opisuje domaći uređaj za bežični prijenos energije (električne) koji može raditi na energiji radio valova iz mobilnih komunikacija.

Mobilni telefoni su toliko uobičajeni da ih danas skoro svi imaju, i to ne u jednom primjerku. Uprkos svojoj prividnoj bezopasnosti, emituju nevidljive radio talase tokom poziva i razgovora.

Danas su autoritativni istraživači dokazali štetno djelovanje visokofrekventnih radio valova na organe živih organizama, pa mobilni telefon predstavlja direktnu prijetnju našem mozgu, jer najčešće ljudi ne koriste slušalice kao žičane slušalice za razgovore.

Neki ljudi smatraju da je sav ovaj razgovor o opasnostima mobilnih komunikacija nategnut, a količina zračenja je toliko mala da ne može nanijeti značajniju štetu ljudskom tijelu. Ali nisu u pravu samo zato što u stvarnosti jednostavno postoji more štetne radiotalasne energije "bačene" u vaše tijelo. Dovoljno je čak i za napajanje male sijalice, na primjer, LED. Ova energija je više nego dovoljna da ćelije raka počnu aktivno da se razmnožavaju.

Da otvorim oči takvim skepticima, razvio sam i sastavio jednostavan uređaj sa LED diodom koji svijetli i bez baterija, trošeći samo energiju mobilnih radio valova za svoje potrebe. Rezultat je nevjerovatno minijaturni uređaj za mjerenje intenziteta štetnog zračenja mobilnog telefona, koji čak i školarac može sklopiti. Ako ste zainteresovani, onda odvojite pet minuta svog ličnog vremena sastavljajući tako zanimljiv uređaj kojim možete iznenaditi svoje prijatelje.

Mobilni bežični prijemnik električne energije

Za realizaciju svojih planova pronašao sam sljedeće:

1. debela bakarna žica, od koje će se moći sastaviti odgovarajući uređaj koji rezonira na frekvenciji mobilnih komunikacija (1000-1800 MHz);

2. 1N21B dioda ili bilo koja druga germanijumska dioda koja se može ukloniti sa starog radija ili TV-a;

3. LED dizajniran da registruje energiju radio talasa iz mobilnog telefona. Ako se ove 3 stvari pronađu, onda možete početi sa sastavljanjem ovog uređaja.

Prvo, trebali biste pronaći nekoliko telefona, od kojih će jedan stalno zvati drugi. Sve radove obavljajte u neposrednoj blizini uključenih telefona, na taj način ćete „uhvatiti“ trenutak kada se uređaj uključi.

Drugo, savijamo žicu u kvadrat, čija svaka strana treba biti 7,5 cm.

Treće, temeljito kalajmo krajeve žice kako bismo mogli pravilno lemiti diodu i LED. Za ovo bi vam ovaj mogao dobro odgovarati.

Četvrto, postižemo ispravan geometrijski oblik žice i počinjemo da tražimo mesto najvišeg nivoa mobilnog signala, koje se po pravilu nalazi sa zadnje strane na vrhu telefona.

Ako je kolo sastavljeno manje-više ispravno, LED dioda počinje da svijetli čim ga prinesete telefonu.

Peto, da biste povećali svjetlinu LED-a, potrebno je precizno odrediti dužinu žice. Naravno, nećete moći precizno odrediti valnu dužinu radio signala bez posebne skupe opreme, a to nije potrebno. U pravom sklapanju, možete koristiti trik i učiniti sljedeće: skraćivati dužinu žice dio po dio (2 mm odjednom), tražeći tačnu dužinu žice za rezonanciju.

U nekim regijama bakrena kvadratna antena sa dužinom strane od 5,5 cm pokazala je dobre rezultate Ako tačno znate frekvenciju mobilnih komunikacija u vašem regionu, onda izračunajte talasnu dužinu koristeći formulu: talasna dužina (m) = 300/frekvencija (MHz. ). Zatim podijelite talasnu dužinu sa 4. Rezultat ovog proračuna je dužina jedne strane bakrenog kvadrata. Za 1000 MHz dobijamo 0,3 metra, tj. 30 centimetara.

U ovom slučaju, dužina jedne strane bakrenog prijemnika je: 30/4 = 7,5 cm Dakle, ako je glavna frekvencija mobilne komunikacije u vašem regionu na frekvenciji od 1000 MHz, onda bi najbolji prijemnik trebao imati kvadrat. oblik sa stranicom od 7,5 cm Kao alternativu kvadratnom obliku, možete koristiti okrugli prijemnik.

Nakon što pronađete optimalnu veličinu i oblik, možete sigurno lemiti diodu za direktnu vezu i LED. Dioda će djelovati kao neka vrsta detektora, a LED će treptati u vremenu s detektiranim radio signalom. Sve je to vrlo slično radu detektorskog radio prijemnika, s jedinom razlikom što ga neće puniti zvučnik ili slušalice visoke impedancije, već LED dioda.

Da bih dokazao punu funkcionalnost, dajem slike telefona i uređaja koji rade.

U savremenom svijetu, kada energetski resursi stalno postaju sve skuplji, mnogi ljudi skreću pažnju na mogućnost uštede novca korištenjem bilo kojeg alternativnog izvora električne energije.

Ovaj problem zaokuplja umove ne samo domaćih pronalazača koji pokušavaju pronaći rješenje kod kuće s lemilom u rukama, već i pravih naučnika. To je pitanje o kojem se već dugo raspravlja i pokušavaju se pronaći novi izvori električne energije.

Da li je moguće dobiti struju iz vazduha?

Možda mnogi misle da je ovo čista glupost. Ali realnost je da je moguće dobiti struju iz ničega. Postoje čak i sheme koje mogu pomoći u stvaranju uređaja koji može dobiti ovaj resurs doslovno iz ničega.

Princip rada takvog uređaja je da je zrak nositelj statičkog elektriciteta, samo u vrlo malim količinama, a ako napravite odgovarajući uređaj, onda je sasvim moguće akumulirati električnu energiju.

Iskustva poznatih naučnika

Možete se obratiti radovima već poznatih naučnika koji su u prošlosti pokušavali dobiti električnu energiju doslovno iz zraka. Jedan od tih ljudi je i poznati naučnik Nikola Tesla. Bio je prvi koji je pomislio da se struja može dobiti, grubo rečeno, ni iz čega.

Naravno, u Teslino vrijeme nije bilo moguće sve njegove eksperimente snimiti na video, tako da u ovom trenutku stručnjaci moraju rekreirati njegove uređaje i rezultate njegovih istraživanja prema njegovim bilješkama i starim svjedočanstvima njegovih savremenika. A zahvaljujući brojnim eksperimentima i istraživanjima savremenih naučnika, moguće je izgraditi uređaj koji će omogućiti proizvodnju električne energije.

Tesla je utvrdio da između baze i podignute metalne ploče postoji električni potencijal, koji predstavlja statički elektricitet, a utvrdio je i da se može pohraniti.

Nakon toga, Nikola Tesla je uspeo da konstruiše uređaj koji je mogao da akumulira malu količinu električne energije, koristeći samo potencijal sadržan u vazduhu. Inače, sam Tesla je pretpostavio da prisustvo elektriciteta u svom sastavu vazduh duguje sunčevim zracima, koji, kada prodiru u svemir, bukvalno dele njegove čestice.

Ako pogledamo izume modernih naučnika, možemo dati primjer uređaja Stephena Marka, koji je stvorio toroidni generator koji vam omogućava da pohranite mnogo više električne energije, za razliku od najjednostavnijih izuma ove vrste. Njegova prednost je u tome što ovaj izum može osigurati električnu energiju ne samo slabim rasvjetnim uređajima, već i prilično ozbiljnim kućanskim aparatima. Ovaj generator može raditi bez punjenja dosta dugo.

Jednostavna kola

Postoje prilično jednostavni krugovi koji će pomoći u stvaranju uređaja sposobnog za primanje i pohranjivanje električne energije sadržane u zraku. Ovo je olakšano prisustvom u modernom svijetu mnogih mreža i dalekovoda koji doprinose ionizaciji zračnog prostora.

Možete stvoriti uređaj koji prima električnu energiju iz zraka vlastitim rukama, koristeći samo prilično jednostavan krug. Tu su i razni video zapisi koji mogu pružiti potrebna uputstva za korisnika.

Nažalost, stvaranje moćnog uređaja vlastitim rukama je vrlo teško. Složeniji uređaji zahtijevaju upotrebu ozbiljnijih sklopova, što ponekad značajno otežava stvaranje takvog uređaja.

Možete pokušati stvoriti složeniji uređaj. Na internetu postoje složeniji dijagrami, kao i video uputstva.

Video: domaći besplatni generator energije

J. Voitsekhovsky, Eksperimentalni izvori električne energije (poglavlje 6 iz knjige "Radioelektronske igračke")
Poglavlje 6 iz knjige J. Woitsekhovskog “Radioelektronske igračke”, prevod sa poljskog, Moskva, 1979.

6. Eksperimentalni izvori električne energije

Pored klasičnih hemijskih izvora struje: suve galvanske ćelije i baterije, kao i sve vrste pretvarača (mašina, vibrator, tranzistor) - u našim eksperimentima koristimo uređaje koji pretvaraju toplotu, svetlost, radio talase i zvuk u električnu struju. Međutim, treba napomenuti da je, uprkos jednostavnosti kola, takve pretvarače energije obično teško regulisati, prvenstveno zbog njihove male snage i niske efikasnosti. Upravo se tu otvara veliko polje aktivnosti za uporne eksperimentatore.

6.1. Svetlosna energija

Snaga sunčevih zraka koji vertikalno upadaju na vanjski dio atmosfere iznosi približno 1350 W/m2. U srednjim geografskim širinama, snaga za Zemljinu površinu je 300 W/m2 ljeti i 80 W/m2 zimi. Približne vrijednosti intenziteta različitih izvora svjetlosti (u mikrovatima po kvadratnom metru) su redom: sunčeva svjetlost 10 6 i više, fluorescentna lampa 1...10, mjesečina - 10 -1 ...1, dobro električno osvjetljenje - 10 - 2, slabo svjetlo (jedva vidljivo) 10 -10.

Napori dizajnera idu putem korištenja fotoćelija za direktno pretvaranje sunčeve energije u električnu energiju. Fotokonvertori, koji se nazivaju i solarni paneli, sastoje se od niza fotoćelija povezanih u seriju ili paralelno. Ako pretvarač mora puniti bateriju koja napaja, na primjer, radio uređaj za vrijeme oblačnih vremena, onda se on povezuje paralelno sa terminalima solarne baterije (slika 6.1, b).

Elementi koji se koriste u solarnim baterijama moraju imati visoku efikasnost, povoljne spektralne karakteristike, prilično nizak unutrašnji otpor, nisku cijenu, jednostavan dizajn i malu težinu. Nažalost, samo nekoliko fotoćelija koje su danas poznate barem djelimično ispunjavaju ove zahtjeve. To su prvenstveno neke vrste poluvodičkih fotoćelija. Najjednostavniji od njih - selen - ima maksimalnu spektralnu karakteristiku na valnoj dužini od 560 nm, što gotovo odgovara maksimalnom zračenju u sunčevom spektru. Nažalost, efikasnost Najbolje selenske fotoćelije su male (0,1...1%), a njihov unutrašnji otpor dostiže (1...50)x10 3 Ohma, što im ne dozvoljava povezivanje u kola sa malim ulaznim otporom i negira njihovu praktičnu vrijednost . Ali ove elemente rado koriste radio-amateri, jer su jeftini i pristupačni (instalirani su u mnogim mjeračima ekspozicije fotografija).

Osnova solarnih baterija su silikonski fotokonvertori, koji imaju oblik okruglih ili pravokutnih ploča debljine 0,7...1 mm i površine do 5...8 cm 2. Iskustvo je pokazalo da mali elementi površine oko 1 cm 2 daju dobre rezultate. Fotoćelija s radnom površinom od 1 cm 2 stvara struju od 24 mA pri naponu od 0,5 V (pod opterećenjem od 0,3 V) i ima efikasnost. oko 10%

Nekoliko primjera praktične upotrebe solarnih ćelija prikazano je na Sl. 6.1. Koriste se zajedno sa hemijskim izvorima struje za napajanje uređaja na veštačkim Zemljinim satelitima i njihovim modelima (vidi sliku 16.22).

Silicijumske solarne ćelije su i dalje veoma skupe. Ipak, očekuje se da će u budućnosti naći široku primenu u domaćinstvu. Izračunato je da je za osvjetljavanje prostorije pomoću lampi snage 3 A x 110 V dovoljno koristiti solarnu bateriju dimenzija 2 x 2 x 0,05 m, koja puni alkalnu bateriju.

Fotoćelije su takođe napravljene od poluprovodničkih materijala, na primer od kadmijum sulfida CdS sa teoretskom efikasnošću. 18% i e.m.f. 2...2,5 V na direktnom suncu. Usput, praktična efikasnost fotoelektrični pretvarači (oko 10%) premašuju, posebno, efikasnost. parna lokomotiva (8%), faktor efikasnosti solarne energije u biljnom svijetu (1%), kao i efikasnost. mnoge hidraulične i vjetroelektrane. Fotonaponski pretvarači imaju gotovo neograničenu trajnost.

Predstavimo za poređenje vrednosti efikasnosti. različiti izvori električne energije (u procentima): termoelektrana - 20...30, poluprovodnički termoelektrični pretvarač - 6...8, fotoćelija selena - 0,1...1, solarna baterija - 6...11, gorivna ćelija - 70, olovna baterija 80...90, alkalna baterija - 50...60, srebrno-cink baterija 88...95.

Rice. 6.1. Solarni paneli
a - serijski (ili paralelni) 1 i mješoviti 2 priključka fotonaponskih ćelija; b - krug za punjenje minijaturnih baterija; c - dizajn izvora napajanja postavljenog na tijelo prijemnika može se podesiti ugao osvjetljenja baterija (u našem slučaju koji se sastoji od četiri elementa); d - dizajn izvora napajanja; d - model trajekta; e - baterija elemenata od tranzistora.

Fotoćelije mogu biti povezane serijski, paralelno ili mješovito (slika 6.1, a). Mogu raditi i pod umjetnom rasvjetom sa električnom lampom snage 200...300 W. U tom slučaju treba obratiti pažnju da temperatura fotoćelije ne prelazi +70°C. Minimalna dozvoljena temperatura je -30°C.

1. Selenska solarna baterija. Možete koristiti selenske fotoćelije bilo koje vrste od foto-ekspozicije ili one domaće izrade (vidi sliku 2.10). Izvor napajanja ovog tipa daje energiju prijemniku sa 1...3 tranzistora. Trebalo bi da se sastoji od 10 fotokonvertera povezanih u seriju. Baterija proizvodi struju od 1 mA i napon od 4,5 V kada je osvijetljena sunčevom svjetlošću ili električnom lampom velike snage. Za napajanje jednotranzistorskih prijemnika dovoljno je da baterija sadrži 4...6 elemenata i, kada je ozračena sunčevom svjetlošću koja pada okomito na njenu površinu, razvija struju od 1 mA pri naponu od 2...3 V. Ista baterija postavljena na prozor tokom dana, a ne obasjana suncem, daje struju od samo 1 mA pri naponu od 1,5 V.

Može se pretpostaviti da jedan selenski fotokonvertor površine 3 cm 2 može proizvesti (pri punom osvjetljenju) struju od 1 mA pri naponu od 0,5 V. Ako je potrebno napajati elektromotor ili puniti minijaturni baterije, pretvarači su povezani paralelno. Na sl. Na slici 6.1d prikazan je model trajekta sa elektromotorom koji troši struju od 5 mA i dijagram njegovog napajanja iz solarne selenske baterije. Model je napravljen od balse [ Drvo balse raste na sjeveru. Andi, njegovo drvo je šest puta lakše od drveta vrbe, ponekad čak i lakše od kore hrasta pluta.] u obliku katamarana kako bi se izbjegli gubici osovine propelera zbog trenja. Kod ovog rješenja dovoljno je koristiti žičani prsten kao ležaj osovine propelera.

Eksperimentalno je utvrđeno da se mješovitom vezom selenskih fotokonvertera (osam serijski povezanih grupa, svaka grupa ima šest paralelno povezanih elemenata) može dobiti struja od oko 20 mA pri naponu od 4 V. Preporučuje se da se spojite fotokonvertore pomoću opružnih stezaljki (od fosforne bronze, vidi sl. 13, 7, a, b), jer lemljenje može uništiti element.

2. Silicijumska solarna ćelija. Proizvedena je na skoro isti način kao i selenska baterija, pa ćemo samo pokazati kako se baterija postavlja na kućište uređaja koji se napaja (slika 6.1, b). Četiri fotoćelije su povezane u seriju i na punoj sunčevoj svjetlosti proizvode struju od oko 50 mA pri naponu od 1,5 V. Ista baterija može napajati struju od 90...100 mA pri naponu od 0,5...0,7 V na mali električni ventilator.

3. Domaća solarna baterija. Gotovo sve poluvodičke diode i tranzistori u staklenom kućištu mogu poslužiti kao fotoelektrični pretvarači. Da biste to učinili, dovoljno je ukloniti njihovu neprozirnu ljusku. Solarna ćelija se može napraviti od neispravnih tranzistora, pod uslovom da nemaju kratki spoj između baze i kolektora ili baze i emitera. Što je veća snaga tranzistora, to je bolja fotoćelija. Za tranzistore u metalnom kućištu, pažljivo uklonite kućište ili mu odrežite gornji dio (vidi sliku 2.10, c-e). Prije sastavljanja baterije provjerite svaki njen element. Da biste to učinili, miliampermetar s granicom mjerenja do 1 mA spojen je između terminala baze i kolektora: "plus" uređaja spojen je na kolektor (ili emiter), a "minus" na bazu. Prilikom osvjetljavanja elementa sunčevom ili umjetnom svjetlošću, mikroampermetar bi trebao pokazati struju od 0,2...0,3 mA. Napon izmjeren na terminalima elementa bit će oko 0,15 V.

Za solarnu bateriju odabiru se elementi sa sličnim strujno-naponskim karakteristikama. Baterija se sastoji od dva paralelno povezana reda fotokonvertera, svaki red sadrži 10...12 elemenata povezanih u seriju (slika 6.1, e). Prednja ploča fotodetektora prikazana je na sl. 6.1, d, elementi su zaštićeni tankim staklom ili pleksiglasom. Praktično nema potrebe za prekidačem za napajanje, jer se baterija sama isključuje kada je skrivena u džepu ili ladici stola.

Solarna baterija sastavljena sa tranzistorima tipa TG50 proizvodi struju od 0,5 mA pri naponu od 1,5 V. Koristeći tranzistore TG70, P201...203, može se dobiti struja od 3 mA pri naponu od 1,5 V.

Volumen prijemnika koji se napaja solarnom baterijom ovisi ne samo o intenzitetu osvjetljenja, već io veličini antene i kvaliteti uzemljenja. U stanu uzemljenje može biti vodovodna cijev ili radijator centralnog grijanja, a na otvorenom - metalna šipka za uzemljenje dužine 0,5...0,7 m, spojena višeslojnom žicom na utičnicu za uzemljenje prijemnika. Prijemnik na solarni pogon posebno je koristan na plaži, gdje je jako sunce i mokar pijesak (dobro tlo).

6.2. Toplotna energija

Termoelektrični pretvarači koriste učinak pojave struje pod utjecajem temperaturnih razlika u krugovima koji se sastoje od različitih metala ili poluvodiča. Ova struja se javlja u krugovima baterije termoelementa, gdje se toplinska energija pretvara u električnu energiju. Ako uzmemo, na primjer, dva električna vodiča koja su napravljena od različitih metala i zalemimo njihove krajeve, onda kada se jedan kraj zagrije, a drugi ohladi, struja će teći u krugu ovih vodiča termoelementa (koji se također nazivaju i termoelement). e.m.f. zavisiće od temperaturne razlike, kao i od izbora materijala koji čine termoelement. Visoka toplotna provodljivost metalnih termoelemenata ne omogućava postizanje značajne temperaturne razlike, a time i visoke efikasnosti. izvor. Trenutno se koriste poluvodički termoelementi ili elementi koji se sastoje od vodiča i poluvodiča.

Termoelektrični pretvarači (ili generatori) prije pojave tranzistorskih prijemnika bili su naširoko korišćeni u mnogim zemljama za napajanje radio aparata na cijevne baterije (zagrijavali su se pomoću kerozinskih ili plinskih lampi). Tokom rata bili su poznati sovjetski „partizanski kotlići“, koji su se koristili za kuvanje, a ujedno i za proizvodnju električne energije za napajanje voki-tokija.

Poluvodičke termoelektrične baterije koriste se u rashladnim uređajima, pa čak iu kućnim frižiderima. Princip rada takvih baterija zasniva se na reverzibilnosti svojstava termoelemenata. Svi rashladni spojevi termoelektrične baterije smješteni su unutar hladnjaka, a spojevi za grijanje su postavljeni izvana. Oba spojna sistema su opremljena metalnim hladnjakom. Unutrašnji radijatori apsorbuju toplotu iz pregrade za frižider, a spoljni radijatori (nalaze se na zadnjoj strani frižidera) je zrače kada je takav sistem povezan na DC bateriju. Prednost takvih uređaja je odsustvo pokretnih dijelova i izdržljivost.

Efikasnost termoelektričnih baterija je 5...6%, ali se očekuje da će u budućnosti dostići 8...10%. Od ovog trenutka će doći do nesumnjive revolucije u tehnologiji takozvane male energije.

Pri radu s termoelementima koristi se i temperaturna razlika između površinskog sloja tla i zraka. Obično je 2...6°C (u nekim slučajevima 8...10°C). Na ovaj način se dobija snaga od 70...160 W po kvadratnom metru površine, što u proseku iznosi 1000 kW/ha.

1. Termoelektrična baterija. Razmotrimo dizajn termoelektričnog izvora energije, koji ima, prije, edukativnu vrijednost, jer vam omogućava da iskusite probleme termoelektrike. Izvor se može koristiti za napajanje jednostavnih tranzistorskih radija, modela, malih ventilatora itd.

Prvo, nekoliko opštih napomena. Maksimalna temperatura do koje se termoelement može zagrijati određena je tačkom topljenja jednog od elemenata. Dakle, par bakar - konstantan može se zagrijati do 350 ° C, čelik - konstantan - do 315...649 ° C (ovisno o promjeru žice). Zaštita izloženih žica omogućava vam da povećate temperaturu grijanja. Par kromel - alumel može se zagrijati na 700...1151 ° C. Najčešće se koristi žica promjera 0,25...3,5 mm, a debela žica može izdržati više temperature. Za povećanje efikasnosti termoelementa, temperaturnu razliku između spojeva (krajeva) termoelemenata treba maksimizirati, tj. parovi metala moraju biti odabrani na način da se dobije maksimalna termoelektromotorna sila; Treba nastojati osigurati da omjer prosječne toplotne provodljivosti materijala i prosječne električne provodljivosti bude minimalan.

U tabeli Tabela 6.1 pokazuje niz metala koji se mogu koristiti za stvaranje termoelemenata. Da biste postigli najbolje rezultate, trebali biste odabrati materijale koji su što je moguće udaljeniji u koloni. Na primjer, par čelik (gore) - konstantan (dolje) daje dobre rezultate, ali bakar i srebro su niskoaktivni par. Par antimon-bizmut je najbolji, ali amateru praktički nedostupan: daje visok termoelektrični napon - oko 112 μV / ° C. Osim toga, svaki materijal naveden u tabeli. 6.1, ima negativan potencijal (-) u odnosu na sve ostale više u ovoj koloni. Na primjer, u paru čelik-konstantan (53 μV/°C), čelik će imati pozitivan potencijal (+). a konstanta je negativna (-). U hromel-alumel termoparu, hromel će biti (+) i alumel (-).

Praktičan dizajn termoelektrične baterije prikazan je na Sl. 6.2. Za izradu baterije termoelemenata potrebna su dva komada žice (čelična i konstantan) prečnika 0,3 mm i dužine od 18 m svaki. Nakon izrade 19 termoelemenata (slika 6.2, b), krajevi svakog elementa pažljivo se čiste brusnim papirom i uvijaju zajedno s kliještima oko tri okreta. Uvijeni krajevi se zatim zavare acetilenskom gorionikom ili zalemljuju srebrom preko plinskog plamenika. Možete koristiti i točkasto zavarivanje (slika 6.2, h). Termoelementi se montiraju na ploču od eternita (azbest cementa), debljine 5 mm ili više, koja se nosačima oslanja na podlogu od šperploče ili drveta debljine 20 mm. Način izrade spoja i dimenzije su date na Sl. 6.2, d-j. Kada se testiraju, pojedinačni termoparovi bi trebali proizvesti struju: oko 22 mA kada se zagriju šibicom, oko 30 mA nakon zagrijavanja alkoholnim gorionikom.

Gotova termoelektrična baterija se zagrijava u srednjem dijelu preko plinskog, alkoholnog ili benzinskog plamenika. Bakarna obloga pohranjuje toplinu i daje električnu energiju, kao što je električni mikromotor, nekoliko minuta nakon što se gorionik isključi, što je najspektakularniji trenutak tokom demonstracije. U tim uslovima mjerni uređaj priključen na terminale ovog izvora napajanja pokazuje napon od oko 0,5 V. Kada grijač normalno gori, baterija proizvodi snagu od 1,5 V x 0,3 A, što je sasvim dovoljno, npr. za rad mikromotora sa ventilatorom. Možete napraviti model elektrane budućnosti, povezati tranzistorski radio na bateriju, itd. Na Sl. 6.2 i prikazuje pojednostavljeni model termoelektrične baterije opisane gore. On pretvara unutrašnju energiju plamena svijeće u električnu energiju i uključuje 50 termoelemenata, dužine 50 mm, pričvršćenih na azbestni prsten koji okružuje bakrenu oblogu sa rupom od 6 mm u sredini (kamin). Baterija proizvodi napon od 0,6 V i struju od 8 mA (struja kratkog spoja), a od nje može raditi prijemnik s jednim tranzistorom. I još jedna mala napomena. Prilikom povezivanja bilo kojeg broja identičnih termoparova u seriju (na primjer, čelik - konstantan - čelik - konstantan - čelik, itd.), vrijednost termo-emf. na izlaznim terminalima će se povećati, ali se unutrašnji otpor baterije povećava za isti iznos.

Rice. 6.2. Termoelektrična baterija:
a - azbestno-cementni disk; b - termoelementi; c - radni spoj je pričvršćen na disk bakarnom žicom; d - prethodna instalacija; e - bakrena obloga umetnuta u otvor diska, kao i metoda za ugradnju "vrućih" spojeva (trebaju biti iznad obloge, ali ne dodiruju je); g - opšti pogled na bateriju; h - aparat za zavarivanje spojeva (karbonska elektroda se može uzeti iz rabljene galvanske baterije); i - opcija dizajna.

6.3. Energija elektromagnetnog polja

Rad izvora jednosmjerne struje, koji su opisani u nastavku, zasniva se na korištenju takozvane slobodno dostupne energije, tj. energija iz radio talasa moćne lokalne radio stanice. Takvi izvori vam omogućavaju napajanje tranzistorskih prijemnika (1...3 tranzistora). Takav eksperiment je sproveden. Daleko od grada, žičana antena dužine oko 30 m bila je okačena na visini od 4 m. Jednosmjerna snaga od 0,9 mW dodijeljena je opterećenju od 9 kOhm. Istovremeno, na udaljenosti od oko 2,5 km nalazio se predajnik snage 1 kW i radne frekvencije od 1,6 MHz. Napon od približno 5 V zabilježen je na terminalima filterskog kondenzatora (u praznom hodu).

U svakom slučaju, minimalna RF snaga potrebna za rad prijemnika je 50 µW. Ovo je dovoljno samo za prijemnike (ili predajnike) sa jednim tranzistorom. Ako je našem prijemniku potrebna struja od, na primjer, 1 mA pri naponu od 3 V, tada se potrebna RF snaga povećava na 3 mW i tu vrijednost treba uzeti kao prosjek. Činjenica da je na udaljenosti od 20...30 km od radio stanice "Varšava I" (818 kHz) još uvijek moguće praktično dobiti snagu ispravljene struje od oko 8 mW ukazuje na obećanje ovakvih eksperimenata.

Najjednostavniji dijagram bežične radio tačke prikazan je na Sl. 6.3,a-c. Može primiti lokalnu radio stanicu, na primjer, istu "Varšavu I" i istovremeno koristiti svoju energiju da je pretvori u emf. DC. Za prijem radio talasa frekvencije iznad 50 MHz, odnosno signala od VHF predajnika (na primjer, televizije), RF naponski pretvarač mora imati posebnu antenu - vibrator petlje (dipol). Ova antena može istovremeno raditi u srednjem talasnom opsegu i kao prijemnik i kao izvor napajanja. Ako energija jednog vibratora nije dovoljna, tada se koristi nekoliko antena ovog tipa (slika 6.3, d), povezanih serijski (za povećanje napona) ili paralelno (za povećanje struje).

Koristeći antenu prikazanu na sl. 6.3, d, hvatanjem energije radio talasa od 50 kW predajnika koji radi u opsegu od 50.. 250 MHz, dobijena je jednosmerna snaga od oko 3 mW. Antena se nalazila 1,5 km od predajnika.

Na sl. Slika 6.3e prikazuje kolo prijemnika sa dvije antene, od kojih se jedna (VHF) koristi u izvoru napajanja. Srednjotalasni prijemnik može raditi sa bilo kojom antenom, dok izvor napajanja mora primati RF energiju od dipolne antene. U položaju 1 prekidača B1, uređaj djeluje kao signalni uređaj pokretan moduliranim VF signalom, u položaju 2 kao prijemnik.

Zanimljiv primjer korištenja energije radio valova za napajanje radio uređaja je kolo prikazano na Sl. 6.3, g. Ovo je radio plutača (kopnena, riječna ili morska) koja se aktivira signalom odašiljača instaliranog na automobilu, brodu, jedrilici ili avionu. Signali ispitivanja aktiviraju odašiljač na plutači, čiji signali odgovora služe za određivanje njene lokacije. 1 uređaji ovog tipa olakšavaju traženje ljudi izgubljenih u moru, planinama, gustim šumama itd. One su dio opreme turista i penjača. Vješto korištenje energije radio valova očito će omogućiti značajno smanjenje veličine slušnih aparata, prijemnika, daljinskih upravljača, igračaka itd.

Treba, međutim, reći da se, kao što su eksperimenti pokazali, prihvatljivi rezultati pri napajanju prijemnika iz ispravljenog RF napona primljenih radio talasa mogu biti postignuti samo upotrebom pažljivo podešenih antena i dobrim uzemljenjem. Još jedan nedostatak je što veličina ispravljenog napona zavisi od dubine modulacije noseće frekvencije tokom prijema.

Prijemnik radi bolje, čiji je krug prikazan na slici 6.3, d, u kojem se ispravljeni VF napon primljene radio stanice koristi za punjenje minijaturnih kadmijum-nikl baterija u vrijeme kada prijemnik ne radi. Na udaljenosti od 20 km od radio stanice Varšava I i uz dužinu vanjske prijemne antene od 40 m, struja punjenja baterije od 2,5 V iznosi 5 mA. Ovakvo punjenje praktično nadoknađuje potrošnju električne energije tokom jednosatnog rada prijemnika.

Rice. 6.3. Napajanje radio uređaja energijom elektromagnetnog polja:
a...c - prijemnik za prijem signala od moćnih radio stanica u CB opsegu; d - prijemnik sa ispravljačem koji puni baterije (prekidač B je prikazan u položaju "Punjenje"); d - set VHF antena koje napajaju ispravljač; c - prijemnik signalizator; g - automatska plutača-svetionik.

6.4 Energija zvučnih vibracija

Za napajanje, na primjer, minijaturnog predajnika, možete koristiti uređaj (slika 6.4, a) koji pretvara električnu energiju u zvučne signale. Transduktor je dinamički mikrofon. Napon koji se indukuje u pokretnom zavojnici mikrofona dovodi se do ispravljača sa filterom za izravnavanje u obliku kondenzatora. Domet predajnika (slika 6.4, b), koji se napaja od takvog pretvarača, ne prelazi, naravno, nekoliko stotina metara. Snaga napajanja je oko 0,25 W. Ponekad je korisno uključiti filter sa dugom vremenskom konstantom na izlazu ispravljača kako bi se izgladilo talasanje najnižih frekvencija.

Ako postavite mikrofon blizu izvora zvuka konstantnog intenziteta (na primjer, upaljen motor), možete dobiti prilično stabilan izvor napajanja. Iskustvo je, međutim, pokazalo da su normalni izvori zvuka (npr. gradska buka) obično preslabi za naše potrebe.

Približne vrijednosti intenziteta različitih izvora zvuka (μW/m2) su sljedeće: mlazni avion 10 6, granica bola 10 4, voz od 1 do 10, ulična buka 10 -2, normalan razgovor od 10 -4 do 10 - 3, šapat 10 -7, granica sluha 10 -10.

Rice. 6.4. Upotreba mikrofona ili dinamičke glave zvučnika (a, b) i ručno pokretanog generatora (od električne baterijske lampe) (c) kao izvora napajanja (u našem slučaju za predajnik).

6.5 Ručno napajanje

Poznato je da tranzistori troše znatno manje energije iz izvora energije od čak i najekonomičnijih vakuumskih cijevi. Stoga je za napajanje tranzistorskih uređaja sasvim moguće koristiti pretvarač koji pokreće mali napor ljudskih mišića.

Nekada široko korišćeni mišićni (ručni) generator za baterijske lampe ima snagu od 0,25...0,5 W. Može poslužiti kao primarni izvor napajanja za minijaturni predajnik (slika 6.4, b), koji radi na jednom tranzistoru. Takvi predajnici se koriste za daljinsko upravljanje (na kratkim udaljenostima) modela, kućne radio opreme, a takođe i kao „ključevi“ za otvaranje garažnih vrata sa udaljenosti od nekoliko metara, bez napuštanja automobila (vidi sliku 7.25, c).

Radiotelefon (slika 6.4, c, 1), napajan ručnim generatorom, ima domet od 1...2 km (na otvorenim površinama); može raditi na frekvencijama u opsegu 4...50 MHz. Njegov krug napajanja je isti kao na sl. 6.4, c.

6.6. Domaći hemijski izvori energije

Najjednostavnija galvanska ćelija (vrsta Volta ćelije) sastoji se od čeličnih i bakrenih ploča odvojenih slojem upijajućeg papira (15x40 mm) natopljenog običnom vodom iz slavine ili samo pljuvačkom (slika 6.5. a). Ako element ne radi, papir se mora natopiti otopinom kuhinjske soli (pola žličice po čaši vode). Takav "vodeni" izvor napajanja koji napaja bilo koji uređaj (radio prijemnik, zujalica, itd.) iznenađuje neupućene posmatrače.

Upotreba bakarnih, cinkanih ili limenih ploča ima veliki učinak. Takav element se sastoji od drvene ili plastične štipaljke, bakrenog, srebrnog ili niklovanog novčića i jastučića od vlažnog novinskog papira (slika 6.5, b).

Elektromotorna sila (emf) ćelije će biti oko 0,1 V i mogu se spojiti u bateriju. Dovoljno je umetnuti dva provodnika - željezni i bakreni (slika 6.5, c) u limun, jabuku ili kiseli krastavac (ili još bolje u pivo) da bi se dobio izvor struje sa emf. 0,1 V. Povezivanjem nekoliko ovih elemenata dobićemo bateriju pogodnu za napajanje jednostavnog radio prijemnika.

Rice. 6.5. Eksperimentalni izvori struje:
a - najjednostavniji elektrohemijski element; b - isto, ali sa kovanicama; c - “voćni” galvanski element; d - uzemljeni galvanski element i dvopojasni prijemnik koji se napaja iz njega (L1 - 150 zavoja PEV 0,25 žice, L2 - 90 zavoja iste žice, L3 - 900 zavoja PEV 0,45 žice; feritno jezgro 10x160 mm).

Energija za napajanje radija može se crpiti ne samo iz antene, već i sa zemlje. Ovo je dobar način za napajanje radija na izletima, šatorima, kampovima itd. Ako se naš element postavi u podrum ili duboko u zemlju (ispod sloja smrzavanja - u prosjeku na dubini od 1 m), onda se može koristiti kontinuirano tijekom cijele godine.

Dizajn galvanske ćelije "zemlja" prikazan je na Sl. 6,5, g Kvaliteta njegovog rada ovisi o vrsti tla, njegovoj vlažnosti, kao i o veličini i materijalu elektrode. Najprikladnije je vlažno, masno tlo. Što je veća površina elektroda, to je manji unutrašnji otpor izvora struje. Vrsta materijala elektrode malo utiče na veličinu elektromotorne sile izvora, koja obično varira u granicama od 0,8...1,1 V. Najbolje rezultate daju sledeći galvanski parovi: cink - ugalj, aluminijum - bakar, cink - bakar . Ako na element priključite bilo koje opterećenje, njegov napon će se postepeno smanjivati dok se ne stabilizira nakon 15...30 minuta. Ako imate standardne pocinčane ploče (veličine 170x210 mm) i ugljične elektrode iz velikih telefonskih baterija (možete koristiti i karbonske šipke iz 1,5-voltnih ćelija), tada udaljenost između elektroda izvora struje može biti 0,3...0,5 m Vodovi pozitivnih elektroda (ugalj, bakar) izrađuju se golom ili izoliranom bakrenom žicom. Za negativnu klemu (cink, aluminij) koristi se žica izolirana bakrom ili aluminija. Veze na elektrode se izvode lemljenjem ili zavarivanjem. Najveća efikasnost takav element uzemljenja postiže se pri struji opterećenja od 1...2 mA.

Na sl. Na slici 6.5d prikazan je dijagram prijemnika detektora napajanog elementom uzemljenja, koji se sastoji od dvije okrugle šipke - čelične (2,5 x 400 mm) i bakrene (4 x 400 mm), koje su razmaknute na razmaku od 50 mm. Takav element je radio u režimima od 0,5 V/0,25 mA u suhom tlu i 0,75 V/0,9 mA u vlažnom tlu.

Za zadovoljavajući rad jednostavnog prijemnika koji se napaja uzemljenim elementom, potrebno je napraviti vanjsku antenu dužine najmanje 4 m i okačiti je na visini od najmanje 5 m od tla (što viša to bolje). Ako se nakon nekoliko mjeseci rada napon ćelije pod opterećenjem smanji, potrebno je povećati površinu elektrode.

6.7. Gorivne i biološke ćelije

U gorivnoj ćeliji, namenjen za amaterske eksperimente (slika 6.6, a), koristi se mešavina: kaustična toplota (NaOH), vodonik peroksid (H 2 O 2), metil alkohol i ploče katalizatora (srebro i platina). E.m.f. element oko 1,5 V, efikasnost 60...80%. Vrijeme rada elektromotora koji troši struju od 0,15 A dostiže 15 minuta kada se element napuni jednom.

Biološka baterija(Sl. 6.6, b) sastoji se od 12 elemenata, a to su plastične posude prečnika 50 i visine 100 mm, u koje se sipa prah iz pirinčanih pahuljica i ugrađuju elektrode (anoda i katoda). Bakterije (sigurne za druge), razmnožavajući se u ovoj sredini u prisustvu vode, proizvode (sa 12 sudova) struju od oko 40 mA na naponu od 6 V. Zalihe hranljivog medijuma dovoljne su za šest meseci neprekidnog rada uređaja. element.

Biološke ćelije sa hranljivim medijumom koji se sastoji od banana i anorganskih soli napajaju elektronske uređaje snage do 3,7 W (0,76 V x 4,92 A) tokom dana. Banane se mogu zamijeniti grožđem, dinjom itd.

Rice. 6.6. Eksperimentalni izvori energije:
a - gorivna ćelija; b - biološka baterija, c - element za punjenje.

6.8. Jednokratne stvari

Ovi elementi se nazivaju rezervni i koriste se prvenstveno kao izvori energije za hitne slučajeve, kao i u radiosondama i geofizičkoj opremi. Mogu se koristiti i za napajanje letećih modela na električni pogon i malih plutajućih modela. Počinju djelovati nakon punjenja morskom vodom ili 10...20% otopinom kuhinjske soli.

Konstruktivno, elementi se najčešće izrađuju u plastičnim vrećama (sl. 6.6, c). Elementi su pouzdani, lagani, sposobni za rad na niskim temperaturama i na velikim visinama i imaju veliku struju pražnjenja. Njihov glavni nedostatak je visoka cijena.

Kao što se može vidjeti iz gornjih primjera, izbor primarnih izvora napajanja za tranzistorske uređaje male snage u velikoj mjeri ovisi o kreativnoj mašti i domišljatosti dizajnera. Otuda neiscrpne mogućnosti rješenja.

Zanimljiv izvor električne energije je “energetski” papir. Sastoji se od suvog lista vlaknastog papira impregniranog kalijum persulfatom i ugljenom prašinom. Ovaj list je s jedne strane prekriven provodljivom folijom, a s druge najprije listom tankog suhog papira, na primjer filter papira koji sadrži kristale kuhinjske soli, a zatim tankom cinkovom ili magnezijum folijom. Takav element može poslužiti, na primjer, za jednokratno napajanje električnog brijača. Sa dimenzijama 1x45x45 mm, isporučuje struju od 0,5 A pri naponu od 2 V u roku od 5...7 minuta Prije upotrebe filter papir se navlaži, a zatim se nanese cinkova folija. Koristeći "energetski" papir, možete napraviti filmsku bateriju koja se može motati.

Podijeli: