მაღალი დიაპაზონის უკაბელო სიმძლავრე: 9 ნაბიჯი (სურათებით)

2024 ავტორი: John Day | [email protected]. ბოლოს შეცვლილი: 2024-01-30 10:20

შექმენით უკაბელო ელექტროგადამცემი სისტემა, რომელსაც შეუძლია აანთოს ნათურა ან დატენოს ტელეფონი 2 ფუტიდან დაშორებით! ეს იყენებს რეზონანსულ კოჭის სისტემას მაგნიტური ველების გადასაცემად გადამცემი კოჭიდან მიმღებამდე.

ჩვენ გამოვიყენეთ ეს როგორც დემო ჩვენს ეკლესიაში მაქსველის ოთხ დიდ განტოლებაზე ქადაგებისას! შეამოწმეთ აქ:

www.youtube.com/embed/-rgUhBGO_pY

ნაბიჯი 1: ის, რაც დაგჭირდებათ

• 18 ლიანდაგიანი მაგნიტური მავთული. გაითვალისწინეთ, რომ თქვენ არ შეგიძლიათ გამოიყენოთ ჩვეულებრივი მავთული, თქვენ უნდა გამოიყენოთ მაგნიტური მავთული (რომელსაც აქვს ძალიან თხელი მინანქრის იზოლაცია). ერთი მაგალითი ხელმისაწვდომია ამაზონზე აქ:

  www.amazon.com/gp/product/B00BJMVK02

• 6W (ან ნაკლები) AC/DC 12V Dimmable LED ნათურა. ერთი მაგალითი აქ არის:

  www.amazon.com/Original-Warranty-Dimmable-R…

• 1uF კონდენსატორები (არა ელექტროლიტები, უნდა იყოს არაპოლარიზებული). აქ თქვენ გაქვთ გარკვეული არჩევანი. თუ თქვენ ააშენებთ დაბალი სიმძლავრის ვერსიას, შეგიძლიათ მიიღოთ 250V 1uF კონდენსატორები რადიო Shack ან Frys– დან. თუ გსურთ შექმნათ მაღალი სიმძლავრის ვერსია, თქვენ უნდა მიიღოთ სპეციალური 560V კონდენსატორები Digikey– სგან.
• 0.47uF კონდენსატორი (არა ელექტროლიტური, უნდა იყოს არაპოლარიზებული)
• ერთგვარი დენის გამაძლიერებელი. ჩვენ გამოვიყენეთ 450W HI-FI დენის გამაძლიერებელი. თქვენ შეგიძლიათ გამოიყენოთ ყველაფერი, დაწყებული კომპიუტერის დინამიკით. რაც უფრო მეტს გამოიყენებ ძალა, მით მეტ დიაპაზონს მიიღებ მისგან.
• Solder & Solder რკინა. Მავთულის საჭრელები
• პლაივუდის ნაჭერი და რამდენიმე პატარა ფრჩხილი (გამოიყენება გრაგნილის ხვეულებისთვის)
• შავი ელექტრო ფირზე
• საზომი ლენტი და მმართველი
• იზოლირებული მავთული
• ჩაქუჩი

• აუდიო წყარო ცვალებადი სიხშირით და ამპლიტუდით, რომელიც წარმოქმნის 8 კჰც სინუს ტონს. ადვილია კომპიუტერის, ლეპტოპის ან ტელეფონის გამოყენება თავისუფლად ხელმისაწვდომი ტონის წარმოქმნის პროგრამული უზრუნველყოფით და ყურსასმენის ჯეკთან დაკავშირება. მე გამოვიყენე Mac ამ პროგრამული უზრუნველყოფით:

  code.google.com/p/audiotools/downloads/det… ან შეგიძლიათ გამოიყენოთ ეს პროგრამა კომპიუტერისთვის: თქვენ ასევე შეგიძლიათ გამოიყენოთ ფუნქციის გენერატორი, თუ გაქვთ ერთი (ძვირადღირებული სატესტო აღჭურვილობა)

NTE კონდენსატორის ნაწილების სია (დაბალი სიმძლავრის ვერსიისთვის). თქვენ შეგიძლიათ მიიღოთ ეს ნაწილები Frys– ში

3 x 1uF 50V კონდენსატორი, NTE CML105M50 (ნათურაზე და პატარა ხვეულზე დასაკავშირებლად)

1 x 0.47uF 50V კონდენსატორი, NTE CML474M50 (ნათურაზე და პატარა ხვეულზე 1uF თავსახურის პარალელურად)

1 x 1uF 250V კონდენსატორი, NTE MLR105K250 (დიდ ხვეულთან დასაკავშირებლად)

დიგიკეის ორდენი (მაღალი სიმძლავრის ვერსიისთვის)

მიმაგრებულია Digikey ნაწილების სია, რომელიც შეგიძლიათ გამოიყენოთ უმაღლესი ვერსიისთვის. ეს კონდენსატორები 560 ვ -მდე ადის, რაც საშუალებას გაძლევთ გამოიყენოთ 500 ვტ სიმძლავრის გამაძლიერებელი და მიაღწიოთ დიაპაზონის თითქმის ორ ფუტს. თანდართული ვერსია შეიცავს მხოლოდ მინიმალურ ნაწილებს. სანამ დიგიკეის შეკვეთას აკეთებთ, შეუკვეთეთ დამატებითი შეცდომები შეცდომის დაშვების ან აფეთქების შემთხვევაში (ეს განსაკუთრებით ეხება TVS დაცვის დიოდებს, რომლებსაც რამდენჯერმე ვეწეოდი).

ნაბიჯი 2: გააკეთეთ Coil Winder

გრაგნილების დასამუშავებლად, თქვენ გჭირდებათ ჩარჩო, რომლითაც ისინი ირგვლივ იქცევიან.

პლაივუდის ნაჭერზე, თქვენ უნდა გამოიყენოთ კომპასი, რომ გამოყოთ ზუსტი 20 სმ წრე და ზუსტი 40 სმ წრე.

ჩაქუჩის ფრჩხილები თანაბრად იშლება წრის გარშემო. 20 სმ წრისთვის მე გამოვიყენე დაახლოებით 12 ფრჩხილი და 40 სმ წრისთვის გამოვიყენე დაახლოებით 16. წრის ერთ ადგილას, თქვენ გინდათ გააკეთოთ შესასვლელი წერტილი, რომელიც დაიკავებს მავთულს, სანამ დაიწყებთ პირველ გრაგნილს რა იმ ადგილას, ერთი სხვა ლურსმანი ახლოს ერთი ლურსმანი, შემდეგ მეორე რამდენიმე სანტიმეტრით დაშორებით.

ნაბიჯი 3: დააბრტყელეთ 40 სმ -იანი კოჭა 20 ბრუნვით და 20 სმ -იანი კოჭა 15 შემობრუნებით

თქვენ ჯერ გააკეთებთ რამოდენიმე მარყუჟს მავთულით გარე ლურსმნზე მავთულის გასამაგრებლად, შემდეგ კი დაიწყეთ მარყუჟი კოჭის გარშემო. დარწმუნდით, რომ დატოვეთ ბევრი დამატებითი მავთული კოჭის დასაწყისში და ბოლოს. დატოვე 3 ფუტი რომ იყო უსაფრთხო (ეს დაგჭირდება ელექტრონიკასთან დასაკავშირებლად).

გასაკვირი ძნელია თვალყური ადევნო გრაგნილების რაოდენობას. გამოიყენეთ მეგობარი, რომელიც დაგეხმარებათ.

გახადეთ გრაგნილები მართლაც მჭიდრო. თუ თქვენ დასრულდება მდე ფხვიერი გრაგნილი, coil იქნება სასადილო.

მართლაც ძნელია გრაგნილების მოწესრიგება (განსაკუთრებით თუ იყენებთ 18 მავთულხლართს, 24 მავთულის ლიანდაგი უფრო ადვილია, მაგრამ გაცილებით მეტი დანაკარგი აქვს). ასე რომ თქვენ დაგჭირდებათ რამდენიმე ადამიანი, რომლებიც დაგეხმარებიან მის შეკავებაში, როგორც კი ქარიშხალია.

შემობრუნების დასრულების შემდეგ, თქვენ გინდათ შემოაბრუნოთ შესასვლელი და გასასვლელი მავთულები, რათა მყარად შეინარჩუნოთ კოჭა. შემდეგ მიამაგრეთ გრაგნილი ელექტრული ლენტით რამდენიმე წერტილში.

როდესაც ამ ნაბიჯს დაასრულებთ, თქვენ უნდა გქონდეთ ორი კოჭა, ერთი კოჭა 20 სმ დიამეტრით და 15 ბრუნვით და ერთი კოჭა 40 სმ დიამეტრით და 20 ბრუნვით. კოჭები უნდა იყოს მჭიდროდ დაჭრილი და დაცული ლენტით. თქვენ უნდა შეგეძლოთ მათი აღება და მარტივად დამუშავება მათ დაშლის ან განტვირთვის გარეშე.

ნაბიჯი 4: დაამატეთ ნათურა და ელექტრონიკა 20 სმ სიგრძის კოჭას

შემდეგი, თქვენ აპირებთ ნათურის მიმაგრებას პატარა კოჭაზე. თქვენ უნდა შეაერთოთ სამი 1uf (1 მიკროფარადი, ანუ სხვაგვარად 1, 000nF) და ერთი 0.47uF (სხვაგვარად რომ ვთქვათ, 470nF) კონდენსატორი ნათურაზე. ეს არის სულ 3.47uF (კონდენსატორები იმატებს პარალელურად). თუ თქვენ აკეთებთ მაღალი სიმძლავრის ვერსიას, თქვენ ასევე უნდა შეაერთოთ 20 ვ ორმხრივი TVS დიოდი ნათურას შორის, როგორც დაცვა ზედმეტი ძაბვისგან.

კონდენსატორების შედუღების შემდეგ, თქვენ უნდა გადაახვიოთ კოჭის მავთულის ბოლოები კოჭის ცენტრში. მავთული საკმარისად მტკიცეა ნათურის საყრდენი. მას შემდეგ რაც მავთულს მთელ დიამეტრზე გადააბრუნებთ, თქვენ უბრალოდ გაჭრით მავთულის ბოლოებს და დატოვებთ მათ ღია.

შემდეგ თქვენ განათავსებთ ნათურა გრეხილი მავთულის ცენტრში. თქვენ გადაშალეთ ბრუნვები ისე, რომ თითოეული მავთული შეეხოთ ნათურის ერთ ტერმინალს. შემდეგ თქვენ ამოიღეთ მავთულის მინანქარი დანით და შემდეგ გაასუფთავეთ გაწმენდილი მავთული ნათურის საყრდენებზე. დარწმუნდით, რომ იყენებთ როზინის ბირთვს. შეიძლება დაგჭირდეთ დამატებით როზინის დამატება, რაც ხელს შეუწყობს მინანქრის ნაჭრების გაწმენდას.

ნაბიჯი 5: მიამაგრეთ 40 სმ კოჭა ელექტრონიკას

შემდეგი თქვენ უნდა დაუკავშიროთ 40 სმ კოჭა 1uF კონდენსატორს. აქ ნაჩვენებია მაღალი სიმძლავრის ვერსია, სადაც მე დავუკავშირე 10x 0.1uF კონდენსატორები პარალელურად ერთი 1uF კონდენსატორის შესაქმნელად (კონდენსატორები პარალელურად იმატებენ). კონდენსატორი მიდის კოჭასა და სიმძლავრის გამაძლიერებლის პოზიტიურ გამომუშავებას შორის. კოჭის მეორე მხარე პირდაპირ მიდის სიმძლავრის გამაძლიერებელთან GND.

ნაბიჯი 6: შეაერთეთ სინუსის ტალღის წყარო დენის გამაძლიერებელთან და სცადეთ

ბოლო ნაბიჯი არის სინუსური ტალღის შექმნა. თქვენ შეგიძლიათ ჩამოტვირთოთ ფუნქციის გენერატორის აპი თქვენს ტელეფონში, ლეპტოპზე ან დესკტოპზე. თქვენ გსურთ ექსპერიმენტი, რათა იპოვოთ ოპერაციის საუკეთესო სიხშირე.

თქვენ აკავშირებთ თქვენს სინუსურ წყაროს აუდიო სიმძლავრესთან, შემდეგ კი აკავშირებთ აუდიო სიმძლავრეს 40 სმ -იანი ხვეულით და 1uF კონდენსატორით, შემდეგ კი ყველაფერი უნდა იმუშაოს!

თუ იყენებთ მაღალი სიმძლავრის აუდიო გამაძლიერებელს (100 ვატი ან მეტი), იყავით ფრთხილად! მას შეუძლია წარმოქმნას ძალიან მაღალი ძაბვები +/- 500V- ზე მეტი. მე გამოვცადე მაღალი ძაბვის მოცულობით, რათა დავრწმუნდე, რომ კონდენსატორების აფეთქებას არ ვაპირებ. ასევე ადვილია შოკისმომგვრელი თუ შეხებით გამოვლენილ ტყვიას.

ასევე, თუ იყენებთ მაღალი სიმძლავრის აუდიო გამაძლიერებელს, თქვენ ვერ მიაღწევთ 20 სმ კოჭას ძალიან ახლოს 40 სმ კოჭასთან. თუ ისინი ძალიან ახლოს არიან, TVS დიოდი ან LED ნათურა იწვის ზედმეტი სიმძლავრის გამო.

ნაბიჯი 7: შექმენით უკაბელო ტელეფონის დამტენი

თქვენ შეგიძლიათ მარტივად შეცვალოთ წრე ტელეფონის დასატენად. მე ავაშენე მეორე 20 სმ კოჭა და შემდეგ დავამატე ყველა წრე. გამოიყენება იგივე 3.47uF კონდენსატორი და TVS დიოდი. ამას მოყვება ხიდის გასწორება (Comchip P/N: CDBHM240L-HF), რასაც მოყვება 5V ხაზოვანი რეგულატორი (Fairchild LM7805CT), რასაც მოყვება 47uF ტანტალის კონდენსატორი. მაღალი სიმძლავრის გამაძლიერებლით, მიკროსქემს შეუძლია მარტივად დატენოს თქვენი ტელეფონი ფეხის ნახევრის მანძილიდან!

ნაბიჯი 8: შედეგები

მიმაგრებულია გაზომილი ძაბვა მანძილის მრუდების წინააღმდეგ.

დიზაინის გაზომვები და შედარება სიმულაციასთან და თეორიასთან

40 სმ კოჭა

• ძირითადი კოჭა = 0.2 მ რადიუსი, 0.4 მ დიამეტრი. 18 ლიანდაგიანი მავთული 20 გრაგნილი
• თეორიული წინააღმდეგობა = 20.95e-3*(2*pi*0.2*20+0.29*2) = 0.5387 ohms
• ფაქტობრივი წინააღმდეგობა = 0.609 ohms. ვარიაცია თეორიიდან: +13%
• სიმულაციური ინდუქციურობა = 0.435mH ფაქტობრივი ინდუქცია: 0.49mH. განსხვავება სიმულაციიდან: +12%

20 სმ კოჭა

• მიიღეთ coil = 0.1m რადიუსი 0.2m დიამეტრი 18 guage wire 15 გრაგნილი
• თეორიული წინააღმდეგობა = (2*pi*0.1*15+0.29*2)*0.0209 = 0.2091
• ფაქტობრივი წინააღმდეგობა = 0.2490. განსხვავება სიმულაციიდან: +19%
• სიმულაციური ინდუქცია = 0.105mH. ფაქტობრივი ინდუქცია = 0.1186mH. განსხვავება სიმულაციიდან: +12%

ნაბიჯი 9: სიმულაცია, ოპტიმიზაცია და დისკუსია

როგორ დავამუშავეთ დიზაინი

ჩვენ მოდელირებული და ოპტიმიზირებული დიზაინი 2-D mangetostatic სიმულატორი, და SPICE.

ჩვენ გამოვიყენეთ უფასო 2-დ მანგეტოსტატიკური სიმულატორი სახელწოდებით Infolytica. შეგიძლიათ ჩამოტვირთოთ უფასოდ აქ:

www.infolytica.com/en/products/trial/magnet…

ჩვენ გამოვიყენეთ უფასო SPICE სიმულატორი სახელწოდებით LTSPICE. შეგიძლიათ გადმოწეროთ აქ:

www.linear.com/designtools/software/

თან ერთვის დიზაინის ფაილები ორივე ტრენაჟორისთვის.

დისკუსია

ეს დიზაინი იყენებს რეზონანსულ მაგნიტოსტატიკურ ენერგიას. ხმის გამაძლიერებელი აწარმოებს ელექტრულ დენს, რომელიც მიედინება გადამცემი კოჭის გავლით და წარმოქმნის რხევით მაგნიტურ ველს. ეს მაგნიტური ველი მიიღება მიმღების მიერ და გადაიქცევა ელექტრულ ველად. თეორიულად, ჩვენ შეგვიძლია ამის გაკეთება კომპონენტების გარეშე (ანუ კონდენსატორების გარეშე). თუმცა, ეფექტურობა ძალიან დაბალია. ჩვენ თავდაპირველად გვინდოდა გაგვეკეთებინა უფრო მარტივი დიზაინი, რომელიც იყენებდა მხოლოდ კოჭებს და სხვა კომპონენტებს, თუმცა, ენერგოეფექტურობა იმდენად დაბალი იყო, რომ LED- ს ჩართვა არ შეეძლო. ასე რომ, ჩვენ გადავედით რეზონანსულ სისტემაზე. კონდენსატორი, რომელიც ჩვენ დავამატეთ, რეზონანსდება ერთ განსაკუთრებულ სიხშირეზე (ამ შემთხვევაში დაახლოებით 8 კჰც). ყველა სხვა სიხშირეზე წრე უკიდურესად არაეფექტურია, მაგრამ ზუსტი რეზონანსული სიხშირით ის ხდება ძალიან ეფექტური. ინდუქტორი და კონდენსატორი მოქმედებს როგორც ტრანსფორმატორი. გადამცემ კოჭზე, ჩვენ ვდებთ მცირე ძაბვას და მაღალ დენს (10Vrms და 15Arms). ეს მთავრდება კონდენსატორის გასწვრივ> 400Vrm- ის გამომუშავებით, მაგრამ გაცილებით დაბალ დენზე. ეს არის რეზონანსული სქემების მაგია! რეზონანსული სქემები გამოითვლება "Q ფაქტორით". 40 სმ დიამეტრის გადამცემის კოჭში, გაზომილი Q ფაქტორი არის დაახლოებით 40, რაც იმას ნიშნავს, რომ ეს საკმაოდ ეფექტურია.

ჩვენ სიმულაცია და ოპტიმიზაცია მოვახდინეთ Infolytica– ს 2-D მაგნიტო სტატიკური სიმულატორით. ამ სიმულატორმა მოგვაწოდა სიმულაციური ინდუქციურობა თითოეული ხვეულისთვის და ორ კოჭას შორის ურთიერთინდუქციურობა.

მაგნიტური სიმულაციური ღირებულებები:

• გადამცემი Coil = 4.35mH
• მიმღები Coil = 0.105mH
• ურთიერთდამოკიდებულება = 9.87uH. K = 6.87e-3 (კოჭებით გამოყოფილი 0.2 მ)

შემდეგ ჩვენ ავიღეთ ეს რიცხვები და მივაწოდეთ ისინი SPICE- ში, ელექტრული მახასიათებლების სიმულაციისთვის.

თქვენ შეგიძლიათ ჩამოტვირთოთ თანდართული სიმულაციური ფაილები და შეეცადოთ გააკეთოთ თქვენი ოპტიმიზაცია და გაზომვები!

ასევე მიმაგრებულია საველე ნაკვეთები, რომლებიც აჩვენებენ კოჭების მიერ წარმოქმნილ მაგნიტურ ველს. საინტერესოა, რომ მიუხედავად იმისა, რომ ჩვენ ვიყენებთ დიდ ძალას, აბსოლუტური ველები საკმაოდ მცირეა (მილიტესლას დიაპაზონში). ეს იმიტომ ხდება, რომ ველები გავრცელებულია დიდ ზედაპირზე. თუ თქვენ დაამატებთ (აერთიანებთ) მაგნიტურ ველს დიდ ზედაპირზე, ეს იქნება არსებითი. მაგრამ მოცულობის ნებისმიერ მოცემულ მომენტში ის პატარაა. როგორც გვერდითი შენიშვნა, სწორედ ამიტომ იყენებენ ტრანსფორმატორები რკინის ბირთვებს, ისე რომ მაგნიტური ველი კონცენტრირდება ერთ არეში.