SCHEMA ALIMENTATORE WIRELESS

NE555   Schema di un Alimentatore Wireless che sfrutta una Tensione Sinusoidale per Generare un Campo Magnetico che Induce una Tensione su una Spira posta a Distanza…


 
 
 
 




 

PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO

Il principio di funzionamento di tutto il circuito è molto semplice, la prima bobina genera un campo magnetico che fluisce nella seconda bobina, il campo magnetico variabile generato dall’oscillatore induce nella seconda bobina una corrente indotta, come succede secondo la legge di Faraday-Lenz. Il campo magnetico del primo induttore sarà uguale a:

NE555   Dove μ0 è la permeabilità magnetica del vuoto, i è la corrente ed n è il numero di spire, questo valore di B vale nel caso ideale. Essendo “i” sinusoidale avremo che anche il campo avrà una variazione temporale di tipo sinusoidale, la legge di Faraday afferma che si può indurre una forza elettromotrice in una spira quando varia il campo magnetico che attraversa questa spira e questa forza elettromotrice è proporzionale alla rapidità di variazione del campo, per questo useremo una frequenza molto elevata. La formula della forza elettromotrice indotta in una spira è:

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La f.e.m. diminuisce all’aumentare della distanza tra le bobine, questo perchè ci saranno delle perdite e delle attenuazioni dovute all’aria tra le spire.

 




 
COSTRUZIONE DELLE BOBINE

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Le bobine in figura hanno un numero di spire n=60, un diametro di 4,5cm e sono costituite da un filo di spessore 0,2mm. Queste caratteristiche tecniche offrono una induttanza ai capi di 150uH tra verde e giallo, quindi un’impedenza di 300uH tra verde e verde. Le bobine per questo circuito non devono essere obbligatoriamente simili a queste, devo avere però un numero discreto di spire e il filo non deve essere di elevato spessore, questo per non sovraccaricare il transistor con un carico resistivo elevato.  Per il calcolo dell’induttanza che ci servirà successivamente per trovare la frequenza di oscillazione del circuito si può utilizzare questa formula derivante dalla definizione di induttanza:

NE555   Nella formula di sopra il valore 0.3947 deriva dalla permeabilità magnetica dell’aria normalizzata  per ottenere un valore in μH di induttanza moltiplicata per π che deriva dalla formula dell’area del cerchio. Øm è il diametro medio mentre l è la lunghezza della bobina. Questa formula teorica si adatta molto bene alla pratica, ma per sicurezza se si dispone di un induttanzimetro conviene misurare il valore induttivo della bobina.

 

MODULO TRASMITTENTE

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Il modulo trasmittente è un semplice oscillatore di potenza, con una configurazione simile ad un oscillatore di Hartley. L’induttanza della bobina trasmittente e il condensatore C2 vanno a formare la rete di sfasamento, infatti la frequenza di oscillazione dipende da questi 2 componenti.NE555   La resistenza R2 e il condensatore C3 formano la retroazione che riporta il segnale sulla base del  transistor che provvede ad amplificate il segnale. C1 è un condensatore che filtra le alte frequenze mentre R1 serve solo a polarizzare la base.

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Il circuito a vuoto, ovvero con le 2 bobine distanti assorbe poca corrente e il transistor non riscalda , invece quando il circuito ricevente assorbe corrente il transistor inizia a riscaldare e quindi è obbligatoria una aletta di raffreddamento, l’alimentazione può andare da 24V a 9V e ovvio che maggiore e la tensione di alimentazione maggiore e la potenza trasmessa, ma anche maggiore l’assorbimento e il calore. Il transistor è in grado di lavorare con tensioni di molti volt, più di 100, e correnti di 5A, questo perchè, con la risonanza, la tensione ai capi della bobina sale intorno i 60V. In alternativa al transistor indicato potete usare un qualsiasi transistor di potenza equivalente con una buona risposta in frequenza, quali 2SC4106, MJE13009, 2SC4161 Ecc.

 




 

PROVE DI EFFICIENZA

La tabella di seguito riportata fornisce i valori di potenza assorbita e di potenza trasmessa al variare della distanza tra le bobine, al variale del tipo di transistor e al variale del condensatore C2 e quindi della frequenza del nostro oscillatore. Il circuito è stato alimentato con una tensione continua di circa 20Volt per tutta la durata della prova, facendo raffreddare il transistor tra una prova e l’altra per escludere la dipendenza dalla temperatura.

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Per la misura della potenza sono stati usati 2 multimetri digitali identici, uno usato come voltometro e uno come amperometro. La resistenza che andava a formare il carico sul circuito ricevente è stata opportunamente misurata con un ohmetro di precisione, rilevando un valore di 47,5Ω.

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CIRCUITO RICEVENTE

Nel modulo ricevente la bobina funziona come un avvolgimento secondario di un trasformatore a presa centrale,  al suo interno fluisce il campo magnetico generato dalla bobina trasmittente e quindi si induce una tensione alternata.

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Il condensatore C1 posto in parallelo ai capi della bobina serve ad ottenere la risonanza del circuito, infatti sia la bobina che il condensatore hanno valori uguali al circuito trasmittente, in questo modo si ha sia un adattamento dell’impedenza sia un circuito risonante con il vantaggio di una maggiore potenza disponibile. I diodi D1 e D2 sono diodi Schottky perchè avendo una minore caduta di tensione offrono il vantaggio di avere pochi milliVolt in più in uscita, si possono utilizzare tutti i tipi di diodi e questi due diodi servono a rendere continua la tensione in uscita dalla bobina. Infine il condensatore C2 ha la funzione di filtro, livella la tensione, mentre la resistenza e il led forniscono una prova visibile del funzionamento del circuito.

 

PCB E SIMULAZIONE CON MULTISIM

Una possibile soluzione del circuito stampato potrebbe essere la seguente:

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Questo circuito può servire a caricare lampade subacquee, visto che non presentano connettori per via dell’isolamento, oppure può servire per caricare un cellulare poggiandolo su di un tavolo o per qualsiasi altra idea.

DOWNLOAD SIMULAZIONE CON MULTISIM12

DOWNLOAD PCB CREATO CON PCB WIZARD





 

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SCHEMA ALIMENTATORE WIRELESS ultima modifica: 2013-08-14T16:20:34+00:00 da ne555

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