不久前,笔者在网上看到了国外爱好者制作的超低功耗频闪灯,其工作电压为9V,电流在10μ以下。如果选用高性能的一次习惯9V锂电池(容量大大1300mAn),通过简单的计算可知,此频闪灯可以持续善良几十年。最神奇的是,只要给此电路配上一根20cm左右的金属线,次金属线吸收的电磁辐射能救可以驱动此电路!无需电池,仅仅依靠天线吸收的电磁波。
在完成此制作后,笔者在网上选购美国ULTRIFE9V一次性特种锂电池,想让此频闪灯作为自己人生旅途中的方向灯,因为它始终在工作,坚持不懈。原本没有想到要利用电磁波的能量来驱动这个电路,因为理论上讲如果想用电磁波的能量驱动此电路,要有至少3m长的天线,还要有地线。
笔者以前在制作矿石收音机时就因天线和地线的问题而受阻,此次又要甩不方便的天线和地线,笔者只好暂时选择了放弃。而就在一个雨夜,笔者在台灯下调试此电路,在给它接上一段软导线(充当天线与与电路之间的馈线)时,诡异的事情发生了:LED突然开始疯狂地闪耀!笔者吓了一跳,因为当时电路并没有使用电池,如果说软导线是天线,而也只有20cm,而且笔者也没给电路安地线!仅仅一小块电路板,一根20cm长的导线,LED就可以闪耀了!
事后发现,软导线的确充当了天线,它吸收了节能台灯(使用灯管)所辐射出的电磁波,如果关掉台灯,LED也就不闪了。因为天线过短,自由空间的电磁波还不足以驱动此电路.而我的GSM手机却可以轻松点亮.IJ2_,LED。呵呵,此电路俨然成了手机来电闪光贴纸的应用电路。
如何吸收空间中的电磁波的能量
电磁波的电场和磁场一直在变化.致使天线输出的是交流电压,且电压很低 我们的任务就是如何把高频的低幅值交流电压转化为直接可用的直流电压。
二极管泵就是一种用于将高频低幅值交流电转化为直流电的电路形式,其典型电路如下图所示。
在本文的应用中,二极管VD1、VD2、C1构成二极管泵,在无负载时可以输出10V的电压!
二极管泵中的二极管必须要有很微弱的反向电流。比如本电路选用的1N4148,它是一种相当常见的二极管,而{外加2。V的反向电压时,反向电流仅为25nA。
电路工作原理简述
电路图中的C1充当振荡器,电筒C2通过电阻R1进行充电。在此过程中,02上的电压上升,可知IC1引脚5的电t升,当此电位达到C1电压的2/3时,开关模块IC1b的开合,电容C1开始放电。当引脚5的电位下降到C1电压的时,IC1b的开关断开。C1开始充电,在充电的过程中,6的电位上升,当电位上升到触发电压时,开关模块IO1 c于工作,点亮LED。
器件选择
此电路是否能达到好的效果基本取决于IC1。IC1的型号是4016, CMOS四双向开关。有不少厂家都生产此芯片但在此制作中最合适的前3个分别是:Philips的HEF401 6BI的0D401 6BE,ST的HCF401 6BE。原本笔者只想买到排名第一的HEF4016BP,但在电子商场转了几家店面后.绝望了。人家就是没有4016,更不用说让我选择不同厂家的品了。就在山重水复疑无路时一个卖家说有4016 不产HCF4016BE,虽然排名第三.不过能买到也是万辛了。在买到HCF401 6BE后我又不小心买到了排名第二的CD401 6BE,而且价钱比排名第三的HCF401 6BE便宜!自己当时后悔为什么不多转几家再买。然而,笔者最后发现,排名第三的HCF4016BE的效果其实更好,超过了理论上的第二名CD401 6BE。排名第一的HEF401 6BP笔者始终未买到。其他品牌的也能用,但是功耗可能要大一些。
另一个关键器件就是LED了,选择电压在1.7~1.9V的最好。可以说,驱动电压越低,电流越小,亮度越高的LED越合适。
能源选择:电池OR电磁辐射能
如果选用电磁波充当电路的能源,并想让LED永远闪亮,电路的应用会有些受限。虽说20cm长的天线就可以驱动此电路,并且不用接地线,但是这是针对较强电磁场而言的。没有长的天线,没有地线,自由空间的较弱电磁波就不足以驱动此电路。不过20cm长的天线也很有用,它能利用节能台灯的辐射轻松地点亮LED.手机在进行呼Dq!~,l-辐射的电磁波也可以点亮LED。你可以用它来测试电器的辐射强度,也可以直观地演示电磁波是有能量的。
如果你只是想让LED“永远”地闪下去而不受天线的束缚,就可以选用gv电池。一次1'~9V电池常见的有碳锌电池、碱性电池、锂电池。其中,一次性锂电池的容量最高,可以达到1300mAh,此容量是碳锌电池的10倍,碱性电池的5倍。为了让此电路真的能够天长日久地工作下去,笔者选用了锂电池。一次I't~9V锂电池不常见,但笔者在淘宝网上淘到了美国UlTRAJIFEgV一次性特种锂电池,虽然不是全新的,但卖家承诺容量至少也在1000mAh,况且才9元,很合算了,一节顶过去的碱性电池5节,方便。不过,也不要高兴得太早,虽然电池有那么多容量,理论上这么多的能量可使电路工作几十年,但电池中的化学物质是有保质期的,这类电池的有效期为1O年,不过这并不意味着我们的电路只能连续工作1O年,因为过了有效期的电池不一定失效。
电路制作与调试
本电路简单,但是因为4016是CMOS器件,还是希望大家使用IC插座,并且注意防静电。
对IO1,除了电路图中所用的引脚3~6、8、9外,引脚12~14都与C1正极相连,引脚7与地相连。剩余的引脚悬空。为了减少不必耍的能源损耗,R1应很大,C2应很小。电阻R1可用22MQ电阻与10MQ电阻串联。
因为大家的LED可能都不尽相同,并且每个人对LED的闪烁频率和亮度的要求都不一样,所以电路图中器件的参数对大家仅仅作为参考。大家可以通过参考附表来调试自己的电路。
C1 | 1μF. 3.3μF. 4.7μF | 值越大,闪烁的频率越高 |
C2 | 100nF、 150nF. 200nF | 取值越大,闪烁的频率越低 |
R3 | 1.1MΩ,1.5MΩ,2MΩ,3MΩ,3.3MΩ,3.6MΩ,3.9M Ω,4.7MΩ,10MΩ | 取值越大亮度越暗 |