- Was ist ein piezoelektrischer Effekt?
- Piezoelektrische Materialien
- Erforderliche Komponenten
- Schaltplan zur Stromerzeugung
In den letzten Jahren hat die Nachfrage nach elektronischen tragbaren Geräten mit geringem Stromverbrauch rapide zugenommen. Und es gibt nur sehr begrenzte Möglichkeiten, diese kleinen tragbaren elektronischen Geräte wie Alkalibatterien oder Solarenergie usw. mit Strom zu versorgen. Daher verwenden wir hier eine andere Methode, um eine kleine Energiemenge zu erzeugen, die einen piezoelektrischen Sensor verwendet. Hier werden wir einen Footstep Power Generation Circuit bauen, um Strom zu erzeugen. Sie können mehr über den piezoelektrischen Effekt erfahren, indem Sie dieser piezoelektrischen Wandlerschaltung folgen.
Was ist ein piezoelektrischer Effekt?
Der piezoelektrische Effekt ist die Fähigkeit einiger piezoelektrischer Materialien (wie Quarz, Topas, Zinkoxid usw.), eine elektrische Ladung in Rückkopplung auf die mechanische Beanspruchung zu erzeugen. Das Wort "Piezoelektrisch" leitet sich vom griechischen Wort "Piezein" ab, was "drücken", "drücken" und "drücken" bedeutet.
Außerdem ist der piezoelektrische Effekt reversibel, was bedeutet, dass wir beim Ausüben mechanischer Beanspruchung des piezoelektrischen Materials eine elektrische Ladung am Ausgang erhalten. Und wenn wir Elektrizität auf das piezoelektrische Material anwenden, komprimiert oder streckt es das piezoelektrische Material.
Der piezoelektrische Effekt wird in verschiedenen Anwendungen eingesetzt
- Erzeugung und Erkennung von Schall
- Erzeugung von Hochspannung
- Elektronische Frequenzerzeugung
- Mikrowaagen
- Ultrafeine Fokussierung von optischen Baugruppen
- Alltägliche Anwendungen wie Feuerzeuge
Resonator verwenden auch piezoelektrischen Effekt.
Piezoelektrische Materialien
Zahlreiche piezoelektrische Materialien sind jetzt verfügbar, auch natürliche und künstliche. Natürliche piezoelektrische Materialien umfassen Quarz, Rohrzucker, Rochellesalz, Topas-Turmalin usw. Künstlich hergestelltes piezoelektrisches Material umfasst Bariumtitanat und Zirkonat-Titanat. In der folgenden Tabelle sind einige Materialien in der Kategorie natürlich und synthetisch aufgeführt:
Natürliches piezoelektrisches Material |
Synthetisches piezoelektrisches Material |
Quarz (am häufigsten verwendet) |
Bleizirkonat-Titanat (PZT) |
Rochelle Salz |
Zinkoxid (ZnO) |
Topas |
Bariumtitanat (BaTiO 3) |
TB-1 |
Piezoelektrische Keramik Bariumtitanat |
TBK-3 |
Calciumbariumtitanat |
Saccharose |
Galliumorthophosohat (GaPO 4) |
Sehne |
Kaliumniobat (KNbO 3) |
Die Seide |
Bleititanat (PbTiO 3) |
Emaille |
Lithiumtantalit (LiTaO 3) |
Dentin |
Langasit (La 3 Ga 5 SiO 14) |
DNA |
Natriumwolframat (Na 2 WO 3) |
Erforderliche Komponenten
- Piezoelektrischer Sensor
- LED (blau)
- Diode (1N4007)
- Kondensator (47 uF)
- Widerstand (1k)
- Druckknopf
- Kabel anschließen
- Steckbrett
Schaltplan zur Stromerzeugung
Ein piezoelektrischer Sensor besteht aus piezoelektrischem Material (am häufigsten verwendetes Quarz). Früher wurde die mechanische Beanspruchung in elektrische Ladung umgewandelt. Der Ausgang des piezoelektrischen Sensors ist Wechselstrom. Wir brauchen einen Vollbrückengleichrichter, um ihn in Gleichstrom umzuwandeln. Die Ausgangsspannung des Sensors beträgt weniger als 30 Vp-p. Sie können den Ausgang des piezoelektrischen Sensors speisen oder in einer Batterie oder anderen Speichergeräten speichern. Die Impedanz des piezoelektrischen Sensors beträgt weniger als 500 Ohm. Der Betriebs- und Lagertemperaturbereich beträgt -20 ° C ~ + 60 ° C bzw. -30 ° C ~ + 70 ° C.
Wenn nach dem Herstellen von Verbindungen gemäß dem Schaltplan des piezoelektrischen Sensors der piezoelektrische Sensor mechanisch belastet wird, erzeugt er Spannung. Der Ausgang des piezoelektrischen Sensors liegt in Wechselstromform vor. Für die Umwandlung von Wechselstrom in Gleichstrom verwenden wir einen Vollbrückengleichrichter. Der Ausgang des Gleichrichters ist über einen 47uF-Kondensator angeschlossen. Die vom piezoelektrischen Sensor erzeugte Spannung wird im Kondensator gespeichert. Wenn der Druckknopf gedrückt wird, wird die gesamte gespeicherte Energie auf die LED übertragen und die LED leuchtet auf, bis der Kondensator entladen wird.
In dieser Schaltung leuchtet die LED für den Bruchteil von Sekunden. Um die Einschaltzeit der LED zu erhöhen, können Sie die Kondensatorleistung erhöhen, das Aufladen dauert jedoch länger. Sie können sogar mehr piezoelektrische Sensoren in Reihe schalten, um mehr elektrische Energie zu erzeugen. Die Diode wird auch zum Blockieren des Stromflusses vom Kondensator zum piezoelektrischen Sensor verwendet, und der Widerstand ist ein Strombegrenzungswiderstand. Die LED kann auch direkt an den piezoelektrischen Sensor angeschlossen werden, erlischt jedoch sofort, da kein Kondensator für den Strom vorhanden ist.
Das Demonstrationsvideo für dieses Foot Step Power Generation System ist unten aufgeführt.