- Co je piezoelektrický efekt?
- Piezoelektrické materiály
- Požadované komponenty
- Krokové obvodové schéma výroby energie
Od posledních několika let se rychle zvýšila poptávka po elektronických přenosných zařízeních s nízkým výkonem. A existují velmi omezené možnosti pro napájení těchto malých přenosných elektronických zařízení, jako jsou alkalické baterie nebo solární energie atd. Takže zde používáme jinou metodu pro generování malého množství energie, která využívá piezoelektrický senzor. Zde postavíme obvod Footstep Power Generation Circuit pro výrobu elektřiny. Další informace o piezoelektrickém efektu se dozvíte podle tohoto obvodu piezoelektrického převodníku.
Co je piezoelektrický efekt?
Piezoelektrický efekt je schopnost některých piezoelektrických materiálů (jako je křemen, topaz, oxid zinečnatý atd.) Generovat elektrický náboj ve zpětné vazbě k mechanickému namáhání. „Piezoelektrické“ slovo je odvozeno z řeckého slova „piezein“, což znamená tlačit, mačkat a tisknout.
Piezoelektrický efekt je také reverzibilní, což znamená, že když aplikujeme mechanické napětí na piezoelektrický materiál, dostáváme na výstupu určitý elektrický náboj. A když aplikujeme elektřinu na piezoelektrický materiál, pak piezoelektrický materiál komprimuje nebo roztahuje.
Piezoelektrický efekt se používá v různých aplikacích, které zahrnují
- Produkce a detekce zvuku
- Generování vysokého napětí
- Elektronické generování frekvence
- Mikrováhy
- Ultra jemné zaostření optických sestav
- Každodenní aplikace, jako jsou zapalovače cigaret
Rezonátor také používá piezoelektrický efekt.
Piezoelektrické materiály
Počet piezoelektrických materiálů je nyní k dispozici, dokonce i přírodních a umělých. Přírodní piezoelektrické materiály zahrnují křemen, třtinový cukr, rochellovskou sůl, topaz turmalín atd. Umělý piezoelektrický materiál zahrnuje titaničitan barnatý a titaničitan zirkoničitý. V následující tabulce v kategorii přírodní a syntetické jsou uvedeny některé materiály:
|
Přírodní piezoelektrický materiál |
Syntetický piezoelektrický materiál |
|
Křemen (nejpoužívanější) |
Olovo zirkoničitan titaničitý (PZT) |
|
Sůl Rochelle |
Oxid zinečnatý (ZnO) |
|
Topas |
Titaničnan barnatý (BaTiO 3) |
|
TB-1 |
Piezoelektrická keramika Titaničitan barnatý |
|
TBK-3 |
Titaničnan barnatý vápenatý |
|
Sacharóza |
Galium ortofosforečnan (GaPO 4) |
|
Šlacha |
Niobát draselný (KNbO 3) |
|
Hedvábí |
Titaničitan olovnatý (PbTiO 3) |
|
Smalt |
Lithium tantalit (LiTaO 3) |
|
Dentin |
Langasit (La 3 Ga 5 SiO 14) |
|
DNA |
Wolframan sodný (Na 2 WO 3) |
Požadované komponenty
- Piezoelektrický senzor
- LED (modrá)
- Dioda (1N4007)
- Kondenzátor (47uF)
- Rezistor (1k)
- Stiskněte tlačítko
- Připojení vodičů
- Nepájivá deska
Krokové obvodové schéma výroby energie
Piezoelektrický snímač se skládá z piezoelektrického materiálu (křemen-nejvíce používané). Používal se k přeměně mechanického napětí na elektrický náboj. Výstup piezoelektrického senzoru je AC. Potřebujeme plný můstkový usměrňovač, který jej převede na DC. Výstupní napětí senzoru je menší než 30 Vp-p, můžete napájet výstup piezoelektrického senzoru nebo jej uložit do baterie nebo jiných paměťových zařízení. Impedance piezoelektrického senzoru je menší než 500 ohmů. Rozsah provozních a skladovacích teplot je -20 ° C ~ + 60 ° C, respektive -30 ° C ~ + 70 ° C.
Po provedení zapojení podle schématu zapojení piezoelektrického senzoru, když zajišťujeme mechanické namáhání piezoelektrického senzoru, generuje napětí. Výstup piezoelektrického senzoru je ve formě střídavého proudu. Pro jeho převod z AC na DC používáme plný můstkový usměrňovač. Výstup usměrňovače je připojen přes kondenzátor 47uF. Napětí generované piezoelektrickým senzorem se uloží do kondenzátoru. A když stisknete tlačítko, veškerá uložená energie se přenese na LED a LED se rozsvítí, dokud se kondenzátor nevybije.
V tomto obvodu svítí LED na zlomek sekund. Chcete-li prodloužit dobu zapnutí LED, můžete zvýšit hodnocení kondenzátoru, ale nabíjení bude trvat déle. Můžete dokonce zapojit více piezoelektrických senzorů do série a generovat tak více elektrické energie. Dioda se také používá k blokování toku proudu z kondenzátoru do piezoelektrického snímače a odpor je odpor omezující proud. LED může být také přímo připojena k piezoelektrickému senzoru, ale za chvíli zhasne, protože nebude existovat kondenzátor, který by udržoval proud.
Demonstrační video pro tento systém generování energie nohou je uvedeno níže.