В нашем мире довольно много людей занимаются самодельными опытами в домашних лабораториях и мастерских. Для одних - это способ самоутвердиться, для других – стремление к развитию своих способностей. И что с того, если это будет эксперимент из наспех склеенных деталей. Главное, чтобы устройство или схема работали. Сегодня мы будем разбирать именно такое изобретение, сделанное практически на коленях. Однако в его основу положены незыблемые принципы и законы физики, которые невозможно отрицать.
Речь пойдет о фонарике, который работает без батареек. Возможно кто-то уже видел на просторах интернета простейший генератор Фарадея, который позволяет от нескольких движений проводника в обмотке зажечь небольшой светодиод. Сборки из практически мертвой батарейки, автотрансформатора и транзистора, которые способны при исходном напряжении в десятые доли вольта питать светодиод на 3V тоже уже не редкость.
Здесь же автор пошел немного дальше, модернизировав схему устройства, добавив выпрямитель, суперконденсатор (ионистор), сопротивление и полностью исключив источник питания. В итоге работа фонарика стала намного стабильнее и эффективнее. А если корпус несколько минут потрясти, его можно зарядить на длительное время работы светодиода. Как это работает? Давайте разбираться.
Принцип работы
Устройство состоит из нескольких катушек индуктивности, которые можно собрать самому. Первичная катушка индуктивности служит фактически источником питания или полностью заменяет его привычный аналог – батарейку. За счет перемещения в ней стержня из постоянных магнитов, индуцируется электрический ток. Из-за колебательных движений в магнитном поле создаются электрические волны, исходящие от катушки с определенной частотой. Стабилизировать их и преобразовать в постоянный ток помогает выпрямитель или диодный мост.
Без накопительной емкости такое устройство пришлось бы постоянно трясти, поэтому следующим элементом в схеме выступает суперконденсатор, способный подзаряжаться по типу аккумулятора. Далее подключен повышающий трансформатор или преобразователь напряжения, который состоит из тороидальной ферритовой катушки и двух обмоток – базовой и коллекторной. Число витков может быть одинаковым, и обычно составляет 20-50. Трансформатор имеет среднюю точку соединения по противоположным концам обеих обмоток, и три выхода на транзистор. Автотрансформатор повышает мизерные импульсы тока в достаточные для работы светодиода, а для их контроля подключен биполярный транзистор. Подобная электрическая схема в разных источниках имеет различные названия: вор джоулей, блокинг-генератор, генератор Фарадея и т.д.
Необходимая база ресурсов для самоделки
Материалы:
- ПВХ труба, диаметр 20 мм;
- Медная проволока, диаметр – 0,5 мм;
- Транзистор маломощный обратной проводимости;
- Неодимовые магниты круглые, размер 15х3 мм;
- Диодный мост или выпрямитель 2W10;
- Резистор;
- Суперконденсатор или ионистор 1F 5.5V
- Кнопка-выключатель;
- Светодиод белый или синий на 5V;
- Прозрачный клей типа эпоксидной смолы;
- Горячий клей;
- Кусочки фанеры, вата;
- Медная проводка в изоляции.
- Паяльник;
- Пистолет для горячего клея;
- Ножовка по металлу;
- Напильник, наждачная бумага.
Процесс изготовления фонарика
Корпус фонарика будем делать из ПВХ трубы. Отмечаем отрезок длиной 16 см, и отрезаем его ножовкой по металлу.
От центра отрезка отмечаем по 1,5 см в каждую стороны. Получается зона для обмотки шириной в 3 см.
Далее берем медный провод сечением 0,5 мм, оставляем один конец его длиной около 10-15 см, и наматываем проволоку на трубку-корпус фонарика по разметке вручную. Мотать придется довольно много, более полутысячи витков. Первые несколько из них можно зафиксировать клеем. Начальный ряд катушки плотно прижимаем друг к другу, и делаем его строго последовательным.
В максимальных точках обмотка должна быть приблизительно около половины сантиметра толщиной. Зачищаем оба конца проволоки наждачной бумагой для надежной спайки.
Подвижный магнитный сердечник катушки может быть, как цельным, так и собранным по частям. Неодимовые магниты подбираются по внутреннему диаметру ПВХ трубки. Опытным путем набирается необходимая длина магнитного стержня, через колебания которого и будет создаваться электрический ток.
Автор использовал десять магнитов толщиной 3 мм, чтобы набрать длину максимально рациональную для таких колебаний, и одновременно равную ширине обмотки.
По шкале осциллографа можно увидеть разницу между потенциалами, получаемыми от колебаний одного и десяти магнитов. Автор получил от колебаний магнитного стержня напряжение в 4,5V. На ней также ясно видна цикличность синусоиды в интервалах изменяющейся частотности.
На этом этапе, по примеру автора, можно подключить напрямую к выходящим концам катушки светодиод, и проверить ее работоспособность. Как видно на фото, светодиод реагирует на перемещение магнитного стержня, и создаваемый им самим импульсный ток.
Теперь необходимо заглушить оба конца трубки, чтобы не придерживать их руками во время тряски. Для этого той же ножовкой выпиливаем из фанеры несколько пятачков, обрабатываем грани напильником, прокладываем ваткой с тыльной стороны для смягчения и сажаем их на клей, чтобы не вываливались.
Настала очередь подключить выпрямитель. Схема, отображенная на фото, показывает какие два его контакта из четырех подключить к катушке. Такой диодный мост способен принимать переменный ток, и выдавать постоянный строго в одном направлении.
Повышающий автотрансформатор поможет преобразовать низкие спонтанные импульсы от первичной катушки в достаточное напряжение для работы светодиода за счет самоиндукции одной из обмоток – коллекторной. Так как она связана с базовой обмоткой, постоянный и стабильный электрический ток будет подаваться на суперконденсатор в достаточном количестве. Резистор же ограничит превышение допустимых номиналов. Конденсатор достаточной емкости также подобран автором опытным путем с помощью замеров исходящих сигналов осциллографом.
Замыкает эту схему биполярный транзистор обратной проводимости, который и управляет поступающим электрическим током к светодиоду. Собрать схему можно без платы, поскольку деталей не так много. Кнопку выключатель монтируем на один из контактов, идущий от автотрансформатора.
Свою импровизированную конструкцию фонарика автор предпочел собрать на горячий клей, одновременно улучшив изоляцию контактных групп. Кнопка выключатель расположилась сбоку на корпусе фонарика. Основные же элементы схемы один на другой автор наклеил с одного из торцов. Замыкающим элементом остается светодиод, который можно облагородить защитным стеклом или отражателем.
Несмотря на неказистый внешний вид устройства, подходящий разве что для лабораторно-экспериментальной самоделки, такой фонарик вполне работоспособен и при случае не даст пропасть темноте. Собрать такую схему несложно в домашних условиях и при минимальных затратах. А полное отсутствие элементов питания делает его действительно полезным устройством для различных аварийных ситуаций.
