지난 몇 년 동안 저전력 전자 휴대용 장치에 대한 수요가 급격히 증가했습니다. 그리고 알카라인 배터리 나 태양 광 발전 등과 같은 이러한 소형 휴대용 전자 장치에 전력을 공급하는 옵션은 매우 제한적입니다. 그래서 여기서 우리는 압전 센서를 사용하는 소량의 전력을 생성하는 다른 방법을 사용하고 있습니다. 여기서 우리는 전기를 생산하기 위해 발자국 발전 회로 를 구축 할 것 입니다. 이 압전 변환기 회로를 따라 압전 효과에 대해 자세히 알아볼 수 있습니다.
압전 효과는 무엇입니까?
압전 효과 는 기계적 응력에 대한 피드백으로 전하를 생성하는 일부 압전 재료 (예: 석영, 토파즈, 산화 아연 등)의 능력입니다. 'Piezoelectric'단어는 밀고, 쥐고, 누르는 것을 의미하는 그리스어 'piezein'에서 파생되었습니다.
또한 압전 효과는 가역적입니다. 즉, 압전 재료에 기계적 응력을 가할 때 출력에서 일부 전하를받습니다. 그리고 압전 재료에 전기를 가하면 압전 재료가 압축되거나 늘어나게됩니다.
압전 효과는 다음과 같은 다양한 응용 분야에서 사용됩니다.
- 소리의 생성 및 감지
- 고전압 발생
- 전자 주파수 생성
- 마이크로 저울
- 광학 어셈블리의 초 미세 초점
- 담배 라이터와 같은 일상적인 애플리케이션
공진기는 또한 압전 효과를 사용합니다.
압전 재료
현재 많은 압전 재료를 사용할 수 있으며 심지어 천연 재료와 인공 재료도 있습니다. 천연 압전 재료에는 석영, 사탕 수수 설탕, 로셸 소금, 토파즈 전기석 등이 포함됩니다. 인공 압전 재료에는 티탄산 바륨과 티탄산 지르콘 산이 포함됩니다. 천연 및 합성 카테고리에서 아래 표에 제공된 일부 재료가 있습니다.
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천연 압전 재료 |
합성 압전 재료 |
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석영 (가장 많이 사용됨) |
납 지르 코 네이트 티타 네이트 (PZT) |
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로셸 소금 |
산화 아연 (ZnO) |
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황옥 |
바륨 티타 네이트 (BaTiO 3) |
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TB-1 |
압전 세라믹 바륨 티타 네이트 |
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TBK-3 |
티탄산 바륨 칼슘 |
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자당 |
갈륨 orthophosohate (GaPO 4) |
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건 |
니오브 산 칼륨 (KNbO 3) |
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실크 |
티탄산 납 (PbTiO 3) |
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에나멜 |
리튬 탄탈 라이트 (LiTaO 3) |
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상아질 |
랑가 사이트 (La 3 Ga 5 SiO 14) |
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DNA |
텅스텐 산 나트륨 (Na 2 WO 3) |
필요한 구성 요소
- 압전 센서
- LED (파란색)
- 다이오드 (1N4007)
- 커패시터 (47uF)
- 저항기 (1k)
- 누름 단추
- 전선 연결
- 브레드 보드
발자국 발전 회로도
압전 센서는 압전 재료로 구성된다 (석영 가장 사용). 기계적 스트레스를 전하로 변환하는 데 사용되었습니다. 압전 센서의 출력은 AC 입니다. DC로 변환하려면 풀 브리지 정류기가 필요합니다. 센서의 출력 전압이 30Vp-p 미만이면 압전 센서의 출력을 공급하거나 배터리 또는 기타 저장 장치에 저장할 수 있습니다. 압전 센서 의 임피던스는 500ohm 미만입니다. 작동 및 보관 온도 범위는 각각 -20 ° C ~ + 60 ° C 및 -30 ° C ~ + 70 ° C입니다.
압전 센서 회로도에 따라 연결 한 후 압전 센서에 기계적 스트레스를 가하면 전압이 생성됩니다. 압전 센서의 출력은 AC 형태입니다. AC에서 DC로 변환하기 위해 풀 브리지 정류기를 사용하고 있습니다. 정류기의 출력은 47uF 커패시터에 연결됩니다. 압전 센서에서 생성 된 전압은 커패시터에 저장됩니다. 그리고 누름 버튼을 누르면 저장된 모든 에너지가 LED로 전달되고 커패시터가 방전 될 때까지 LED가 켜집니다.
이 회로에서 LED는 몇 초 동안 빛납니다. LED의 ON 시간을 늘리려면 커패시터 정격을 높일 수 있지만 충전하는 데 더 많은 시간이 걸립니다. 심지어 더 많은 압전 센서를 직렬로 연결하여 더 많은 전기 에너지를 생성 할 수 있습니다. 또한 다이오드는 커패시터에서 압전 센서로 흐르는 전류를 차단하는 데 사용되며 저항은 전류 제한 저항입니다. LED는 압전 센서에 직접 연결할 수도 있지만 전류를 유지할 커패시터가 없기 때문에 잠시 후에 꺼집니다.
이 풋 스텝 발전 시스템에 대한 데모 비디오 는 다음과 같습니다.