Беспроводной светодиод – Своими Руками

Беспроводной светодиод

Беспроводной светодиод. Схемы.

Беспроводная мощность передается от передатчика к приемной катушке по принципу индуктивной связи. Для эффективной передачи беспроводной мощности частота передатчика и приемника должна быть настроена на одну и ту же частоту. LC-бак на стороне передатчика создает колебательное магнитное поле настроенной частоты. LC-бак на стороне приемника такой же, как частота на стороне передатчика, что обеспечивает высокую эффективность. Давайте построим беспроводной светодиод.

Этот светодиод с беспроводным питанием может использоваться в зарядных устройствах для мобильных телефонов, электрических зубных щетках и при маломощных нагрузках, таких как светодиоды, SMPS, роторы и так далее. Авторский прототип показан на рис. 1.

Рис. 1: Авторский прототип

Схема и работа беспроводного светодиода

Принципиальная схема блока передатчика показана на рис. 2. Он построен на 5В регуляторе напряжения 7805 (IC1), таймере NE555 (IC2) и нескольких других компонентах.

Выход положительного напряжения регулятора 7805 обеспечивает 5 В для NE555 и BC547. NE555 настроен как нестабильный мультивибратор для генерации импульсов. Конденсатор заряжается через резисторы R1 и R2.

Время зарядки t1 = 0,693 (R1 + R2) × C3 Время разряда t2 = 0,693 (R2) × C3 Частота колебаний F = (1,44 / (R1 + 2R2) × C3) = 18,94 кГц C4 – это байпасный конденсатор на выводе управляющего напряжения 5 из NE555. T1 – драйвер для мощного полевого МОП-транзистора IRF540 (T2). T2 управляет контуром LC-бака, резонирующим с частотой F = 1 / (2p (LC)), где L = L1 = 180 мкГн и C = C5 + C6 = 0,1 мкФ + 0,1 мкФ = 0,2 мкФ

Поэтому настроенная частота F составляет около 26 кГц. Он генерирует осциллирующее магнитное поле вокруг катушки на частоте 26 кГц, связанной с цепью LC-ресивера приемника.

Принципиальная схема приемного устройства приведена на рис. 3. Он построен на базе стабилизатора напряжения IC IC34063 и нескольких других компонентов.

Рис. 3: принципиальная схема приемного устройства

Индуктор L2 и конденсаторы C7 и C13 образуют схему резервуара LC, настроенную на частоту резервуара LC на стороне передатчика. Частота приемника LC-бака составляет 26 кГц с использованием частотной формулы, описанной ранее.

Рис. 4: Авторский прототип, демонстрирующий работу с катушками в перпендикулярных положениях

Мостовой выпрямитель BR1 используется для преобразования высокочастотного переменного тока в пульсирующий постоянный ток. C8 и C9 являются сглаживающими конденсаторами для обеспечения регулируемого напряжения постоянного тока. Для достижения высокой эффективности используется микросхема Buck / Boost MC34063. Имеет широкий диапазон входного напряжения от 3 до 40 В. Его максимальный выходной ток составляет 1,5 А с регулируемым выходным напряжением.

В этой схеме он настроен как понижающий преобразователь или понижающий преобразователь. Выход (V_out) понижающего преобразователя, который появляется в C11 и C12 относительно земли, рассчитывается как V_out = 1,25 В (1 + R6 / R8)

где, 1.25V является внутренним источником опорного напряжения микросхемы MC34063. Итак, V_out = 1,25 В (1 + 15 кОм / 4,7 кОм) = 5,2 В, что достаточно для питания светодиодов питания (LED1 и LED2).

R9 и R10 являются токоограничивающими резисторами для LED1 и LED2.

Сборка и тестирование

Схема односторонней печатной платы фактического размера для передающего модуля для беспроводного светодиода показана на рис. 5, а компоновка ее компонентов на рис. 6. Аналогично, схема односторонней печатной платы фактического размера для приемного блока беспроводной сети Светодиод показан на рис. 7, а расположение его компонентов на рис. 8. После сборки цепей на печатных платах заключите их в две отдельные коробки.

Рис. 5: Схема печатных плат фактического размера модуля передатчика беспроводного светодиода Рис. 6: Компонентная схема печатной платы, показанная на рис. 5 Рис. 7: Схема печатной платы фактического размера блока приемника беспроводного светодиода

Нагрузочный тест. Приемник может выдавать ток нагрузки 271 мА при постоянном напряжении 5,2 В.

Поэтому приблизительная выходная мощность = 5,2 В × 271 мА = 1,4 Вт, а потребляемая мощность передатчика = 12 В × 180 мА = 2,16 Вт (прибл.).

Когда приемник находится вдали от передатчика, потребляемая передатчиком мощность = 12 В × 20 мА = 240 мВт.

КПД = выходная мощность / входная мощность = 1,4 / 2,16 = 0,648 или 64,8%. Из-за катушек с воздушным сердечником (с меньшей магнитной связью) эффективность низкая. Это можно улучшить с помощью катушек на магнитной основе.

Как сделать беспроводной светодиод

Жизнь не стоит на месте и преподносит нам постоянно технические решения, о которых раньше можно было только мечтать. Одно из них – беспроводное питание разных гаджетов, устройств. Сделать такое можно и со светодиодом, который будет светиться, не имея подводящих электричество проводов.

В принципиальной схеме такого решения всего один транзистор. Она является близким аналогом классического высокочастотного генератора, в котором имеется индуктор и обратная связь. В качестве индуктора используется проволока, уложенная в петлю. Такой же приемной петлей снабжается светодиод. Питание устройства построено на основе пальчиковых батареек.

Когда отмеченные выше петли совмещаются, энергия передается на светодиод и «зажигает» его. Такое возможно на определенном расстоянии, что и обеспечивает решение – свечение светодиода при отсутствии проводов, которые подводят к нему электроэнергию.

Сомнение у некоторых может вызвать отсутствие обычной для таких типов генератора обратной связи, которая включает конденсатор. В предлагаемом решении работа генератора происходит на высокой частоте, что делает конденсатор не нужным. К тому же индуктивности, которые представлены петлями из проводов, находятся одна от другой на небольшом расстоянии.

Чтобы сделать схему, заявленную в заголовке, нужно запастись шестью пальчиковыми батарейками, одним красным светодиодом, транзистором (тип BF494, подходит аналогичный), конденсатором емкостью 0,1 мкФ, резистором 33 кОм, индуктивностью 330 мкГ, проводами, припоем, куском одножильного, средней толщины проводом для петель индуктора.

Начинают работу со светодиода. Она простая – сгибают его выводы в кольцо и запаивают. Этого достаточно для приемного индуктора высокочастотного излучения.

Далее собирают генератор. К одному крайнему выходу транзистора припаивают через индуктивность «минусовый» провод от источника питания; к среднему – через петлю из очищенного от изоляции провода «плюсовой». Последний изгибается по кругу и представляет петлю индуктора. Между другим крайним выходом транзистора и началом петли индуктора устраивают двойную перемычку, располагая в одной резистор, а в другой – конденсатор.

Подключают питание к собранному генератору и подносят к нему светодиод. При правильной сборке он должен загореться. Дальше отводят светодиод понемногу от генератора. Он будет светиться и на некотором расстоянии, которое, для подобной схемы, измеряется несколькими сантиметрами.

Для демонстрации необычного поведения светодиода можно блок питания, генератор разметить под столом. Светодиод, который располагается сверху крышки стола, будет начинать светиться, когда его размещают в определенном месте.

Схема передачи электроэнергии без проводов

Это простая схема, которая может обеспечить энергией электролампочку без каких-либо проводов, на расстоянии почти 2,5 см! Эта схема действует и как повышающий преобразователь напряжения, и как беспроводной передатчик электроэнергии и приемник. Её очень просто сделать и, если усовершенствовать, то можно использовать различными способами. Итак, приступим!

Шаг 1. Необходимые материалы и инструменты.

1. NPN транзистор. Я использовал 2N3904, но можно использовать любой NPN транзистор, например, ВС337, BC547 и т.д. (Любой PNP транзистор будет работать, только соблюдайте полярность соединений.)
2. Обмоточный или изолированный провод. Около 3-4 метров провода должно быть достаточно (провода обмоточные, просто медные провода с очень тонкой эмалевой изоляцией). Подойдут провода от большинства электронных устройств, таких как трансформаторы, колонки, электродвигатели, реле и т.д.
3. Резистор с сопротивлением 1 кОм. Этот резистор будет использоваться для защиты транзистора от перегорания в случае перегрузки или перегрева. Вы можете использовать более высокие значения сопротивления до 4-5 кОм. Можно не использовать резистор, но при этом существует риск более быстрого разряда батареи.
4. Светодиод. Я использовал светодиод диаметром 2 мм ультра яркий белый. Вы можете использовать любой светодиод. Фактически назначение светодиода здесь – только показывать работоспособность схемы.
5. Батарея размера АА напряжением 1,5 Вольт. (Не используйте батареи высокого напряжения, если не хотите повредить транзистор.)

1) Ножницы или нож.

2) Паяльник (Необязательно). Если у вас нет паяльника, можно просто сделать скрутку проводов. Я делал это, когда у меня не было паяльника. Если вы хотите попробовать схему без пайки, это только приветствуется.

3) Зажигалка (Необязательно). Мы будем использовать зажигалку, чтобы сжечь изоляцию на проводе, а затем используем ножницы, или нож, чтобы соскоблить остатки изоляции.

Шаг 2: Посмотрите видео, чтобы узнать, как это сделать

Шаг 3: Краткий повтор всех шагов.

Итак, прежде всего вы должны взять провода, и сделать катушку, намотав 30 витков вокруг круглого цилиндрического объекта. Назовем эту катушку А. С тем же круглым предметом, начинаем делать вторую катушку. После наматывания 15-го витка создать ответвление в виде петли из провода и затем намотайте на катушку еще 15 оборотов. Так что теперь у вас есть катушка с двумя концами и одним ответвлением. Назовем эту катушку В. Свяжите узлы на концах проводов, так чтобы они не раскручивались сами по себе. Обожгите изоляцию на концах проводов и на ответвлении на обоих катушках. Также вы можете использовать ножницы или нож для снятия изоляции. Убедитесь, что диаметры и количество витков обоих катушек равны!

Создайте передатчик: Возьмите транзистор и поместите его так, чтобы плоская его сторона была обращена вверх и обращена к Вам. Контакт слева будет присоединен к излучателю, средний будет базовым, а контакт справа будет присоединен к коллектору. Возьмите резистор и подключите один из его концов к базовому контакту транзистора. Возьмите другой конец резистора и соедините его с одним из концов (не с ответвлением) катушки B. Возьмите другой конец катушки B и подключите его к коллектору транзистора. Если хотите, можете подключить небольшой кусок проволоки к эмиттеру транзистора (Она будет работать в качестве расширения Эмитента.)

Настройте приемник. Чтобы создать приемник, возьмите катушку А и присоедините ее концы к разным контактам вашего светодиода.

Вы собрали схему!

Шаг 4: Принципиальная схема.

Здесь мы видим принципиальную схему нашего соединения. Если вы не знаете каких-то обозначений на схеме, не волнуйтесь. В следующих изображениях все показано.

Шаг 5. Чертеж соединений схемы.

Здесь мы видим объяснительный чертеж соединений нашей цепи.

Шаг 6. Использование схемы.

Просто возьмите ответвление катушки B и присоедините его к положительному концу батареи. Подключите отрицательный полюс батареи к эмиттеру транзистора. Теперь, если вы приближаете катушку с светодиодом к катушке B, светодиод загорается!

Шаг 7. Как это объясняется с научной точки зрения?

(Я просто попытаюсь объяснить науку этого явления простыми словами и аналогиями, и я знаю, что могу ошибиться. Для того, чтобы правильно объяснить сие явление, мне придется углубляться во все подробности, что я не в состоянии сделать, поэтому я просто хочу провести общие аналогии для объяснения схемы).

Схема передатчика, который мы только что создали это схема Осциллятора. Вы, возможно, слышали о так называемой схеме Вор джоулей, так вот она имеет поразительное сходство с цепью, которую мы создали. Схема Вор джоулей принимает электроэнергию от батареи напряжением 1,5 Вольт, выводит электроэнергию с более высоким напряжением, но с тысячами интервалов между ними. Светодиоду достаточно напряжения 3 вольт, чтобы загореться, но в данной схеме он вполне может загореться и с батареей напряжением 1,5 вольт. Так схема Вор джоулей известна как повышающий напряжение конвертер, а также как излучатель. Схема, которую мы создали также является излучателем и конвертером, повышающим напряжение. Но может возникнуть вопрос: “Как зажечь светодиод на расстоянии?” Это происходит из-за индукции. Для этого можно, к примеру, использовать трансформатор. Стандартный трансформатор имеет сердечник с обеих своих сторон. Предположим, что провод на каждой стороне трансформатора равен по величине. Когда электроток проходит через одну катушку, катушки трансформатора становятся электромагнитами. Если через катушку протекает переменный ток, то колебания напряжения происходят по синусоиде. Поэтому, когда переменный ток протекает через катушку, проволока приобретает свойства электромагнита, а затем снова теряет электромагнетизм, когда падает напряжение. Моток проволоки становится электромагнитом, а затем теряет свои электромагнитные характеристики с такой же скоростью, с какой магнит движется из второй катушки. Когда же магнит быстро движется через катушку провода, вырабатывается электроэнергия, таким образом колебательное напряжение одной катушки на трансформаторе, индуцирует электричество в другой катушке провода, и электричество передается от одной катушки к другой без проводов. В нашей цепи, ядром катушки является воздух, и напряжение переменного тока проходит через первую катушку, таким образом вызывает напряжение во второй катушке и зажигает лампочки!!

Шаг 8. Польза и советы по улучшению.

Таким образом, в нашей схеме мы просто использовали светодиод, чтобы показать эффект схемы. Но мы могли бы сделать больше! Схема приемника получает электричество от переменного тока, так что мы могли бы использовать ее, чтобы осветить люминесцентные лампы! Также с помощью нашей схемы можно делать интересные фокусы, забавные подарки и др. Чтобы максимизировать результаты, вы можете поэкспериментировать с диаметром катушек и числом оборотов на катушках. Также Вы можете попробовать сделать катушки плоскими, и посмотреть, что получится! Возможности безграничны!!

Шаг 9. Причины, по которым схема может не работать.

С какими проблемами вы можете столкнуться и как их возможно исправить:

1. Транзистор слишком сильно нагревается!

Решение: Вы использовали резистор с нужными параметрами? Я не использовал резистор в первый раз, и транзистор у меня задымился. Если это не помогает, попробуйте использовать термоусадку или используйте транзистор более высокого класса.

Решение: Может быть очень много причин. Для начала проверьте все соединения. Я случайно поменял базу и коллектор в своем соединении, и это стало большой проблемой для меня. Итак, проверьте все связи в первую очередь. Если у вас есть такой прибор, как мультиметр, можете использовать его, чтобы проверить все соединения. Также убедитесь, что обе катушки у вас одного и того же диаметра. Проверьте, вдруг в вашей сети имеется короткое замыкание.

Я не знаю о каких-либо еще проблемах. Но если вы таки с ними столкнулись, дайте мне знать! Я постараюсь помочь, чем смогу. Кроме того, я ученик 9 класса школы и мои научные познания крайне ограничены, и поэтому, если вы обнаружите у меня ошибки, сообщите мне о них. Предложения по улучшению более чем приветствуется. Удачи вам в вашем проекте!

Источники:

http://izobreteniya.net/besprovodnoj-svetodiod/
http://izdoski.com/kak-sdelat-besprovodnoj-svetodiod.html
http://modelmen.ru/p3128/shema-peredachi-elektroenergii-bez-provodov