從過去幾年開始,對低功耗電子便攜式設備的需求迅速增加。而且為這些小型便攜式電子設備(如堿性電池或太陽能等)供電的選擇非常有限。所以在這里我們使用一種不同的方法來產生少量的功率,它使用壓電傳感器。在這里,我們將建立腳步發電電路來發電。
什么是壓電效應?
壓電效應是一些壓電材料(如石英、黃玉、氧化鋅等)產生電荷以反饋機械應力的能力?!皦弘姟币辉~源自希臘語“piezein”,意思是推動、擠壓和按壓。
此外,壓電效應是可逆的,這意味著當我們對壓電材料施加機械應力時,我們會在輸出端接收一些電荷。而且,當我們向壓電材料通電時,它會壓縮或拉伸壓電材料。
壓電效應用于各種應用,包括
聲音的產生和檢測
產生高壓
電子頻率生成
微量天平
光學組件的超精細聚焦
日常應用,如打火機
壓電材料
現在有許多壓電材料可用,甚至是天然的和人造的。天然壓電材料包括石英、蔗糖、羅謝爾鹽、黃玉碧璽等。人造壓電材料包括鈦酸鋇和鈦酸鋯酸鹽。下表中給出了天然和合成類別中的一些材料:
天然壓電材料 | 合成壓電材料 |
石英(最常用的) | 鈦酸鋯酸鉛 |
羅謝爾鹽 | 氧化鋅 |
黃玉 | 鈦酸鋇(BaTiO3) |
TB-1 | 壓電陶瓷鈦酸鋇 |
TBK-3 | 鈦酸鈣 |
蔗糖 | 正鎵(GaPO4) |
肌腱 | 鈮酸鉀(KNbO3) |
絲綢 | 鈦酸鉛(PbTiO3) |
搪瓷 | 鉭鐵礦鋰(LiTaO3) |
牙本質 | 蘭加石(拉3加語5二氧化硅14) |
脫氧核糖核酸 | 鎢酸鈉(Na2窩3) |
所需組件
壓電傳感器
指示燈(藍色)
二極管?(1N4007)
電容器?(47uF)
電阻器?(1k)
按鈕
連接線
面包板
腳步發電電路圖
壓電傳感器由壓電材料(最常用的石英)組成。它用于將機械應力轉換為電荷。壓電傳感器的輸出是交流電。我們需要一個全橋整流器將其轉換為直流電。傳感器的輸出電壓小于30Vp-p,可以將壓電傳感器的輸出饋入或將其存儲到電池或其他存儲設備中。壓電傳感器的阻抗小于500歐姆。工作和儲存溫度范圍分別為-20°C~+60°C和-30°C~+70°C。
按照壓電傳感器電路圖進行連接后,當我們向壓電傳感器提供機械應力時,它會產生電壓。壓電傳感器的輸出為交流形式。為了將其從交流轉換為直流,我們使用全橋整流器。整流器的輸出連接在一個47uF電容上。壓電傳感器產生的電壓存儲在電容器中。而且,當按下按鈕時,所有存儲的能量都轉移到 LED,LED 打開,直到電容器放電。
在該電路中,LED發光幾分之一秒。要增加LED的導通時間,您可以提高電容器額定值,但充電需要更多時間。甚至,您可以串聯更多的壓電傳感器以產生更多的電能。此外,二極管用于阻止電流從電容器流向壓電傳感器,電阻器是限流電阻器。LED也可以直接連接到壓電傳感器,但由于沒有電容器來保持電流,它會在一瞬間關閉。