Mūsų pasaulyje gana daug žmonių užsiima naminiais eksperimentais namų laboratorijose ir dirbtuvėse. Vieniems tai – būdas įsitvirtinti, kitiems – noras lavinti savo sugebėjimus. Taigi ką daryti, jei tai eksperimentas, pagamintas iš paskubomis suklijuotų dalių. Svarbiausia, kad įrenginys ar grandinė veiktų. Šiandien mes analizuosime kaip tik tokį išradimą, pagamintą praktiškai ant kelių. Tačiau jis pagrįstas nepajudinamais fizikos principais ir dėsniais, kurių negalima paneigti.
Kalbėsime apie žibintuvėlį, kuris veikia be baterijų. Galbūt kas nors jau matė internete paprasčiausią Faradėjaus generatorių, leidžiantį uždegti mažą Šviesos diodas. Agregatai iš beveik išsikrovusio akumuliatoriaus, autotransformatoriaus ir tranzistoriaus, galintys maitinti pradine dešimtųjų voltų įtampa Šviesos diodas 3V taip pat nebėra neįprasta.
Čia autorius nuėjo šiek tiek toliau, modernizuodamas įrenginio grandinę, pridėdamas lygintuvą, superkondensatorių (jonistorius), atsparumas ir visiškai pašalinamas maitinimo šaltinis.Dėl to žibintuvėlio veikimas tapo daug stabilesnis ir efektyvesnis. O jei dėklą pakratysite keletą minučių, jis gali būti įkrautas ilgą laiką LED. Kaip tai veikia? Išsiaiškinkime.
Veikimo principas
Įrenginys susideda iš kelių induktorių, kuriuos galite surinkti patys. Pirminis induktorius iš tikrųjų tarnauja kaip maitinimo šaltinis arba visiškai pakeičia įprastą atitikmenį - akumuliatorių. Dėl nuolatinių magnetų strypo judėjimo jame indukuojama elektros srovė. Dėl svyruojančių judesių magnetiniame lauke sukuriamos tam tikru dažniu iš ritės sklindančios elektrinės bangos. Lygintuvas arba diodinis tiltelis padeda juos stabilizuoti ir paversti nuolatine srove.
Be atminties talpos tokį įrenginį tektų nuolatos kratyti, tad sekantis elementas grandinėje – superkondensatorius, kuris gali būti įkraunamas kaip baterija. Toliau prijungiamas pakopinis transformatorius arba įtampos keitiklis, susidedantis iš toroidinės ferito ritės ir dviejų apvijų – pagrindo ir kolektoriaus. Posūkių skaičius gali būti vienodas ir paprastai yra 20–50. Transformatorius turi vidurinį prijungimo tašką priešinguose abiejų apvijų galuose ir tris išėjimus į tranzistorių. Autotransformatorius padidina mažus srovės impulsus, kad jie būtų pakankamai veikti LED, o jiems valdyti prijungtas bipolinis tranzistorius. Panaši elektros grandinė skirtinguose šaltiniuose turi skirtingus pavadinimus: džaulio vagis, blokuojantis generatorius, Faradėjaus generatorius ir kt.
Būtinų išteklių bazė naminiams gaminiams
Medžiagos:
- PVC vamzdis, skersmuo 20 mm;
- Varinė viela, skersmuo – 0,5 mm;
- Mažos galios atvirkštinio laidumo tranzistorius;
- Neodimio magnetai yra apvalūs, 15x3 mm dydžio;
- Diodinis tiltelis arba lygintuvas 2W10;
- Rezistorius;
- Superkondensatorius arba jonistorius 1F 5,5V
- Perjungimo mygtukas;
- Šviesos diodas balta arba mėlyna esant 5V;
- Skaidrūs epoksidinės dervos tipo klijai;
- Karšti klijai;
- Faneros gabaliukai, vata;
- Vario laidų izoliacija.
- Lituoklis;
- Karšto klijų pistoletas;
- Metalo pjūklas;
- Dildė, švitrinis popierius.
Žibintuvėlio gamybos procesas
Žibintuvėlio korpusą pagaminsime iš PVC vamzdžių. Pažymėkite 16 cm ilgio segmentą ir supjaustykite jį metaliniu pjūklu.
Nuo segmento centro pažymime 1,5 cm kiekviena kryptimi. Dėl to susidaro 3 cm pločio apvijos plotas.
Toliau imame 0,5 mm skerspjūvio varinę vielą, vieną galą paliekame apie 10-15 cm ilgio ir pagal žymes rankiniu būdu suvyniojame laidą ant žibintuvėlio korpuso vamzdelio. Teks vingiuoti gana daug, daugiau nei pusę tūkstančio apsisukimų. Pirmuosius kelis iš jų galima pritvirtinti klijais. Pradinę ritinių eilę stipriai prispaudžiame viena prie kitos ir padarome ją griežtai nuoseklią.
Didžiausiuose taškuose apvija turi būti maždaug pusės centimetro storio. Abu laido galus nuvalome švitriniu popieriumi patikimam litavimui.
Kilnojamoji ritės magnetinė šerdis gali būti vientisa arba surinkta dalimis. Neodimio magnetai parenkami pagal vidinį PVC vamzdžio skersmenį. Eksperimentiniu būdu gaunamas reikiamas magnetinio strypo ilgis, kurio virpesiais bus sukurta elektros srovė.
Autorius panaudojo dešimt 3 mm storio magnetų, kad gautų kuo racionalesnį tokioms vibracijoms ilgį ir tuo pačiu lygų apvijos pločiui.
Osciloskopo skalėje galite pamatyti skirtumą tarp potencialų, gautų iš vieno ir dešimties magnetų virpesių. Nuo magnetinio strypo virpesių autorius gavo 4,5V įtampą. Tai taip pat aiškiai parodo sinusoidės cikliškumą įvairaus dažnio intervalais.
Šiame etape, vadovaudamiesi autoriaus pavyzdžiu, galite prijungti šviesos diodą tiesiai prie ritės išvesties galų ir patikrinti jo veikimą. Kaip matote nuotraukoje, šviesos diodas reaguoja į magnetinio strypo judėjimą ir jo sukuriamą impulsinę srovę.
Dabar reikia užkimšti abu vamzdelio galus, kad purtant nelaikytumėte jų rankomis. Norėdami tai padaryti, tuo pačiu pjūklu išpjaukite kelis faneros lopinėlius, kraštus apdirbkite dilde, užpakalinėje pusėje išklokite vata, kad suminkštėtų, ir padėkite ant klijų, kad neiškristų.
Atėjo laikas prijungti lygintuvą. Nuotraukoje parodyta diagrama rodo, kurie du iš keturių jo kontaktų yra prijungti prie ritės. Toks diodinis tiltas gali priimti kintamąją srovę ir tiekti nuolatinę srovę griežtai viena kryptimi.
Paaukštintas autotransformatorius padės paversti žemus spontaniškus impulsus iš pirminės ritės į pakankamą įtampą, kad galėtų veikti šviesos diodą dėl vienos iš apvijų - kolektoriaus - savaiminės indukcijos. Kadangi jis yra prijungtas prie pagrindinės apvijos, į superkondensatorių bus tiekiama pakankamai pastovi ir stabili elektros srovė. Rezistorius apribos leistinų verčių viršijimą. Pakankamos talpos kondensatorių autorius parinko ir eksperimentiškai, matuodamas išeinančius signalus osciloskopu.
Šią grandinę uždaro atvirkštinis bipolinis tranzistorius, kuris valdo į LED įeinančią elektros srovę.Galite surinkti grandinę be plokštės, nes nėra daug dalių. Perjungimo mygtuką montuojame ant vieno iš kontaktų, gaunamų iš autotransformatoriaus.
Autorius pasirinko savo improvizuotą žibintuvėlio dizainą surinkti karštais klijais, tuo pačiu pagerindamas kontaktinių grupių izoliaciją. Jungiklio mygtukas yra žibintuvėlio korpuso šone. Autorius iš vieno galų įklijavo pagrindinius grandinės elementus vieną ant kito. Uždarymo elementas išlieka LED, kurį galima sustiprinti apsauginiu stiklu arba reflektoriumi.
Nepaisant negražios prietaiso išvaizdos, tinkančio tik laboratoriniams-eksperimentiniams namų gamybos gaminiams, toks žibintuvėlis yra gana funkcionalus ir retkarčiais neleis išnykti tamsai. Tokią grandinę lengva surinkti namuose ir už minimalias išlaidas. O dėl visiško baterijų nebuvimo tai tikrai naudingas prietaisas įvairioms avarinėms situacijoms.
