效果好的有方铅矿,烟灰银颜色,翻砂厂用的黄铁矿也凑合.吉利胡子刀片上的蓝荧荧的膜也有检波作用. [TABLE][TR][TD]感谢大自然的馈赠 电源无所不在 [/TD][/TR][TR][TD] [/TD][/TR][/TABLE][TABLE][TR][TD]【陈乃塘】 [/TD][TD]2006.07 [/TD][/TR][/TABLE] [B]电源，在电子设备中不可或缺；而当代人们的生活已经离不开电子产品，从而，人类必须和插座、电池等电源设备打交道。崇尚自由的新一代已将电视怀揣在口袋中，岂能甘心被电源束缚？于是，无电池装置逐渐走入人们的视线。从矿石到太阳光，从体温到手摇脚踏的自给自足，能源随处存在，只是挑战研发人员的想象力而已。随之而来，对电源电路的设计也提出了更上台阶的要求。 [/B]放眼望去，从收音机、 计算器、手表到最近的数码相机、MP3、手机等，都需要电源供应来让内部的电子电路运作。尤其当便携式装置越来越繁荣的时代，加上无线通信技术的成熟推动力量，人们期望的是一个任何时刻、任何地点，都可以使用电源的无所不在型电源社会。 [B]追根溯源无电池电子装置[/B] 1906年，首次发现了方铅矿、黄铁矿等，含有某种矿石的结晶部分连上针会产生电流，可以作为检波器(Detector)使用，也就直接促成了“矿石收音机”的出现。 1925年，日本早川金属工业研究所，也就是现在的夏普，发布日本第一台矿石收音机。同年，东京放送局(现在的NHK)，也在当地开始收音机广播。 这可能就是不使用电池运作的电子装置的开始。随后进入人类视线的是长久不用更换的太阳能电池，手表以及计算器是此类应用的典型代表范例。 世界上第一个搭载太阳能电池(Crystron Solar Cell)的腕表，是西铁城(Citizen)于1976年8月出品的模拟式手表，在表盘上配置了八枚单晶硅太阳能电池单元。12月，夏普又推出了使用太阳能电池的计算器，机器内部使用了16枚太阳能电池单元。 由此看来，太阳能电池悄悄地进入人类的生活，已经有一段时间了。 随着绿色环保意识的增长，在能源越来越珍贵的趋势推导之下，如何让电子装置可以自给自足，便成为人类的终极梦想。 [B]见识无所不在的电源[/B] 充电电池已经很普遍，但毕竟还是要不停充电。尽管，聪明的科学家与工程师卯足了全力，开发能量密度更高、既小型化又重量轻的燃料电池，但是它依然需要补充燃料。当消费者出门在外，或是长时间在海外旅游，目前有效可靠的方式还是备用第二颗电池，携带充电连接线。 而这里所提到的无所不在(Ubiquitous)电源，是指通过使用者的手动，或是体温、光、振动等能量源头转换成电力。如此一来，电力发电的产生，就不受时间与地点的约束，这个使用情境基本上已经颠覆了使用电池与市电供给的常识。 可以看到，日本是地震常发生的地域，一些手摇方式的收音机或是手电筒。因手机的高度普及率，也顺带有手摇式充电器问世了。 此外，获得了日本G-Mark的太阳能摇摆花（如图６），不需要阳光、无须施肥，更不用电池或市电，是一个创意度很优秀的畅销产品。 英国也有一家Freeplay Technology公司，致力研发自发电科技(Self-powered Technology)，从发条收音机、发条手电筒、发条式手机充电器到自发电GPS系统。Motorola手机的手动式充电器，就是该公司的杰作。 [B]寻找消费电力与发电量的交叉点[/B] 现在的信息社会，最好笑的事情莫过于家中摆置了一堆的电源适配器(AC Adapter)了。一个手机就存在一个电源适配器，笔记本电脑、游戏机、数码相机、摄影机、外置音箱、外置储存装置等往往都是需要一个电源适配器。而且，各个厂家的产品又使用了不同尺寸与规格的电源适配器。当然，使用共通的充电装置确实可以简化，也能够减少使用者的负担；可是事实上，鲜有公司愿意这样做。 若是遇到了怀抱着数字信仰的3C狂热分子，即使有多个电源插孔的延长线也不够使用。家庭影剧院的风行使得音响扩大机的后面接头，数量庞大，多声道音箱线连接，既不方便又显得布线凌乱，完全与生活美学背道而驰。 摆在眼前的事实，高功能与长时间驱动的现实环境下，要实践以自然的方式来发电，困难重重。看看笔记本电脑，一颗内部核心中央处理器就要用掉多少的电力？一些玩家又贪爱绝佳效果的3D游戏，内部图形控制器也是个猛吃电的家伙。当消费者的欲望越是高涨，产品电力的挑战往往就更加艰辛。 因此，当前的工作就是试着找出消费电力与发电量的交叉点。好在随着半导体工艺微细化的日新月异，加上系统芯片SoC与SiP的进步，降低装置的耗电量可以实现。比如说，MD曾经是日本的随身听产品，JVC约在2002年就已经做到225小时连续播放的MD播放机，功耗在20mW以下。该产品完成所运用的战略，就是思索利用各种发电结构。 在2003年，University of Massachusetts Amherst的Derek R.Lovley教授以及Swades Chaudhuri，发表了砂糖等碳水化合物在氧化之后会有产生电气的微生物，也就是“砂糖电池”高效率化的成果。依据当时的发表，一杯砂糖可以驱动17小时60W的电灯泡。松下也在从事于利用酵素来分解砂糖或是血液中糖份的发电研究。不过，根据近几年的电子展观察，似乎没有燃料电池热门。 预期到了2010年左右，LSI的电源电压会降到0.5V的层次。但是，伴随着无所不在电源的利用特性，电源电路的革新也是必要的。同时，电荷的累积技术也必须有突破性的发展。 [B]预测无所不在电源的四大影响[/B] 我们可以推测，如果无所不在电源的美梦成真之后，也许会引起某些变化或衍生效应。 其一，某些电子装置的电源按键，有机会如同太阳能电池的计算器一样，从此走入历史。比如说，松下利用记忆型液晶技术所开发的电子书E Book，当初在开发阶段就在争论该是运用普遍的三号电池还是太阳能电池。如果当初启用了太阳能电池的话，也许是继计算器与手表之后，EBook成为没有电源按键的非电子设备。 其二，一些诸如家具或是窗户等非电子装置的东西，有机会成为传送信息的角色。 这点是有实际的案例可以追寻。在2003年，一家日本公司与USC公司共同开发没有电源的震动感应器以及接收机系统。利用了特殊窗的开关操作，陶瓷组件自行发电，内部又建构了无线传输机。 其三，电力供应的手段会呈现出多样化的局面。一个相当具有代表性的案例就是JR东日本实施的预付卡Suica Card(Super Urban Intelligent Card)。基本上就是一种非接触型的IC卡，从卡片阅读机取得能量来驱动IC。 其四，电源供给分散化。大家所熟知的观念是发电站提供每一个家庭用电，通过电源插座来供电。若是无所不在电源的观念建立之后，装置内部的设计，也许会采用电源分散的设计，存在备份电源的可能性。 [B]来自大自然无尽的能源馈赠[/B] 人类是聪颖的动物，凡太阳光、大自然的风、用脚来踩动、糖份、体温或是组件的热量等等，都是身边可以获得的能量来源，也就是说可以将这些能量转换成电力供应。 因此，能量来源的种类可以有：自然的能量、人造的能量、物体移动时的能量、机器本身或是其他机器所发出的能量。 大自然的能量免费而且无穷供应，但也有气候与时间影响的特征，在产业上也存在一定的实际成绩。因此，将太阳能电池小型化对于便携式装置寸土寸金的空间需求是必须的。如何在有限的空间之内创造更高的输出，是当前要努力而且不可欠缺的课题。 除了小型化的进展之外，相关核心技术的开发也是不可或缺的。比如，使用吸着色素材料TiO2的色素增感太阳能电池，是采用薄膜状的树脂基板所形成，具有高度的柔软性。 在风力发电机方面也能看到小型化的产品。SYSTEC所开发的风力发电机SMG-1001，风扇的直径约20公分，风速在4m/s的时候，电力约0.3W，10m/s则可以获得约1.4W的电力，应用范围为道路标示的照明或是家庭用夜灯等。 手动发电机，大多用于手机的充电用途。日省Engineering在2002年销售的Tug Power，利用手拉的方式来回转动安装有磁铁的回转轴(Rotor)而发电。一分钟40回的拉引，可以得到约2.5W的电力。如果再通过磁铁材料进一步改善，电力输出还有上升空间。当然，利用脚比用手来得轻松。内建了两个同样的结构，一分钟40回，就可以取得10W以上的输出。 无论是利用手力还是脚力，都势必要安装某种速度以上并且配置有磁铁的回转轴。以日省Engineering的Tug Power来说，要针对手机充电，需要1500rpm以上的旋转速度。而Freeplay Technology的手动发电机，也需要90rpm。 脚还有一个显性清晰的特征，那就是走路或步行。美国SRI International开发树脂制的压电变换膜，就试做了一双依靠走路来发电的鞋子。当在步行时脚着地的时候，会对该压电变换膜施加压力，从而得到了电力。SRI称之为Electroactive Polymer Artificial Muscles，意为树脂制的人工肌肉。目前，尚待研究的课题是可靠度以及产品商业化制造成本的问题。 另外一种发电结构，就有一点玄了。那就是人类体内的发电机构。比如说，松下开发中的砂糖电池，美国Applied Digital Solutions埋入人体内部的VeriChip。事实上，这就是医疗领域中的RFID芯片。将来，利用体内发电的人工器官或小型胃镜的应用，该不会是荒唐无稽之谈了吧。 [B]发电技术与电源电路齐头并进[/B] 发电技术的发展也需要搭配电源电路步调，未来的路途才能够走得平坦。电源电路技术进化的主要目的就是提高电力的利用效率。更精准地用专业技术用语来说，就是将激烈变动的电压或是电流平滑化，从+0.1V的低电压升压到驱动电压的范围，瞬间将大电流取出的技术，然后才是微小化的实现。 以无所不在的电源来观察，或许平滑化是最耗功夫的工程。 以当前来说，锂离子电子该是一般最常使用的电源，它的输出电流值或电压值得浮动控制在数个百分比之内。可是，以热能或太阳能所取得的电压电流短时间有大的变动，要装置稳定工作有一点困难。 不仅是变动的问题，输出电压的绝对值比较小，也是一道难题。比如说，热电转换组件起动电力约是0.1V～0.5V的程度，必须依靠着升压的技术将电压拉高到3V~5V的程度。 高输出密度的需求来自于不少有急剧负载变动的便携式装置，比如数码相机的闪光灯，瞬间就要消耗大电流。因此，如何在极短时间内供应大电流，确实有其需要。 以上所说的这些现象，都要从电源电路的设计来下手，找出最佳的解决办法。 针对平滑化的课题，所谓双电荷层电容器(Electric Double Layer Capacitor)是当前可以采用的解决方案。该种器件具有可以瞬间大电流充放电的特征。 在提高电力效率方面，热电转换组件其实可以利用正负两个方向的温度差。比如在较高温度的物体得到了正电压，低温的物体则获得了负电压。 如何从负电压来起电也是提高效率之道，如此一来，炎炎夏日或是寒风凛冽的季节也都可以应对。 而电压转换电路，一般是采用了完全空泛型的SOI(Silicon On Insulator)基板。随着半导体工艺的进步，漏电流(Leak Current)可以控制在数皮安的范围。 我们可以大胆预期，直流-直流转换器，在未来会有革命的创新发现，不仅具有更高的转换效率，同时也可以做的更小。 [TABLE][TR][TD]《我的少年无线电往事》 之二 [/TD][/TR][TR][TD]［ 作者：愚人转贴自：闲闲书话点击数：459文章录入：admin ］[/TD][/TR][TR][TD][TABLE][TR][TD] （二）矿石收音机是怎样做成的 父亲从培训我一开始，便引入了电路图的概念，而不象许多业余无线电爱好者那样，至少在矿石机阶段，是按照某些杂志或者书上给出的实物接线图。这一点我以为很重要，它使学习这门知识的人，较容易为进一步深入下去打好基础。在电路图里，矿石机被抽象成很简单的结构： 代表天线的Y字尾巴长长地拖下来，直接连接到螺线管，就是线圈。线圈的另一端连到地线，地线由几根逐渐变短的横杠表示。线圈上面并联到一个电容器(或者天线和地线接在一个线圈上称为初级线圈，另外再紧挨着绕一个次级线圈，并联可变电容器)，电容器是两根短平行线，形象地表示了两块平行而绝缘的电极。电容器一般是可变的，于是上面斜划了一根带箭头的短线。矿石检波器则由一根箭头线，正好抵着一根短直线段，这是二极管的抽象表示，这个抽象把具有单向导电性质的部件全部概括进去了。我在学习电路图时并没有感到困难，然而理解其图象符号的深入意义，却用了几十年的时间。 制作矿石收音机的过程其实是很有趣的，它可深可浅。电路图虽然简单，却也允许对它进行一些花哨的改动，虽然这并非本质意义，对其功能也起不了多大作用，这是我后来为提高接收效果挖空心思在电路图设计上尝试若干次以后才得出的结论，然而却可以启发少年发明家的想象和激发其创造性思维。 线圈是用十几号的漆包线绕制在一只事先做好的纸筒，或者竹筒上，矿石机接收广播波段（即通常所说的中波，大约从525KHz到1600KHz），为保证市售的可变电容器的改变范围，它的电感有一定的大小，因此，随螺线管的直径大小，相应的圈数也不同，可以通过试验来确定圈数，一般说来，导线的直径对电感的影响是不大的，但是，为减少LC回路对电流的损耗，应该使用较粗的漆包线。可变电容器是很难自己做的，市售的通常有两种，一种是用云母作电介质的，另一种是空气做电介质，前者较后者便宜，大约只要五毛钱就可以买到，后者却要一块五以上才能买到，穷家的孩子一般只好买云母电容器了。据书上说，云母的损耗大，Q值因素不高。自己做可变电容器的人很少。标准的矿石收音机电路图上，耳机插头两端会并联一只250微微法（微微法指百万分之一的法拉第，即电容基本单位）的固定电容器，说是为了过滤掉经过矿石检波器后残存的高周率电流对检出来的声频信号的干扰，其实是可以省略的，因为耳机线包里所存在的分布电容也起到了同样的作用，一只这样大小的固定电容当时大约卖一毛多钱。矿石检波器市售有两种，一种是玻璃管外套的，一端固定了一小块两颗绿豆大小的方铅矿结晶体，另一端固定在球形轴承上的磷铜丝拨针，准确地说，矿石检波器是由磷铜丝与方铅矿晶体的接触产生的半导体效应。用磷铜丝，是因为它具有较好的弹性，以便使铜丝和方铅石晶体较紧密的接触，之所以要让磷铜丝旋转，是因为需要随时拨动铜丝，使之在晶体表面上找到一个最佳检波点。称为活动检波器的这玩意儿大约要卖三毛钱一只。另一种叫做固定检波器的只要一毛五就可以买到，小如浙江产山核桃的圆柱面上有一个小孔，可以用针穿过孔拨动里面的一根磷铜丝弹簧，使它的尖端与方铅矿的接触调整到最佳检波效果，但调整很费力。一般初学者可以自己做，方铅矿可以在小贩的摊上买，也可以找来一块铅（比如印刷用的铅字）和硫磺块，将铅在坩埚里溶解后放入硫磺作用，冷却后就成了铁灰色闪光的矿石了。另外还可以在煤块里寻找一种铜的化合物，但做出来的检波器效果不好。自己做的检波器就不再遵守管状了，有时用粗铜丝把一小块方铅矿固定住。再在板上固定一根磷铜丝弹簧（钢丝也可以，但和方铅矿组成的检波效果不好），想办法压住矿石就行，但自己做的检波器常常不易调整，也很容易松脱，所以还是去买的多。 真正比较难做的，也是最考自己手艺和决心的是耳机，即听筒。 一开始，父亲在他的店里找了只旧的低阻抗耳机给我，所谓低阻抗，意味其线包的圈数不多，线径也较大，低阻抗耳机主要用于电话，能通过较大强度的电流。灵敏度不高。市售高阻抗耳机价格达六元以上，穷困家庭是很难提供出来的（那时候，我家还不算穷困，每个月也最多获得五毛钱的零花钱）。我后来只好自己试作耳机。 有些耳机部件可以买，比如说耳机的一对听筒外壳，可以在本城当时唯一的供应业余爱好者制作组件的市场，人民商场后门外十几家小地摊处买到，也可以用万金油小盒代替，但难度很大。每只听筒里有一只马蹄形磁铁，也能在地摊上买到。有人请工厂里工作的父兄用钢条做成，但还得想法用强力直流电上磁。听筒上的钢片自己不太好做，一般也在小摊上买到，都不贵。自己要做的事情只有两件：一、绕制磁铁外面两只对称的线包（两只听筒共四只）；二、将所有组件组装成两只听筒。不要以为组装很容易，其实最困难，也是耳机灵敏度的关键工作。假定一切都准备好了，你必须非常认真地用小螺丝钉和附加固定片把磁铁固定在外壳内，为了保证振动片与磁铁的距离最小，但不能接触上，你得用一些纸片垫在磁铁的下方，必须经过反复的调试，才能找到最佳高度，以使耳机的灵敏度最高。线包是由绕在塑料支架上的线圈完成的，用四十四号的漆包线绕数百圈，四十四号漆包线比头发丝还要细，手工绕制时常常中途折断，而且容易绕得不均匀。我利用父亲店里的绕线机绕的线包，绕线机较不容易把线扯断，且绕制美观、均匀。当然，绕线机所需要的绕制技术，也不是一学就掌握了的。顺便说一下，我掌握了这门技术以后，后来又用来绕制真空管收音机里的电源变压器，如果用手绕来做电源变压器的话，做出来的线包是相当差劲的，而且使用时很危险。 一种检验耳机灵敏度的方法是，带上听筒，把耳机的引出线插头端在地面上擦，好的耳机的听筒里会发出较大的“霍、霍”声，但自制的耳机往往声音不大，原因是多方面的。我们院子里一个专业军人有一付解放前的美国军用耳机，他的耳机所发出的声音是我听过的耳机（包括国产新耳机）里最大声音的。 所有的零件或是购买，或是自制都齐备以后，就可以正式安装矿石收音机了。许多新手用铜丝作连接线，把连线接头扭结在一起，长久使用。会因潮湿生铜绿而使收音机的性能降低。我利用父亲店里的电烙铁，用焊锡把连接线焊上。焊锡也是一门技术，需要有焊锡丝（或焊锡块），外加焊药或者拉二胡的松香作去氧化剂，电烙铁需要加热到较高温度，方能保证焊点处不“虚焊”，收音机的性能不好，很多时候都是由于虚焊所致。好的焊接点处，焊锡头要小巧光洁。45瓦电烙铁需要十多块钱一把，很多业余制作者都因为无钱购买又借不到而放弃锡焊，有些人用火烙铁来焊锡，但火烙铁的缺点是很难在狭窄的机子上操作，必须非常细心。火烙铁的优点在可以焊接大零件，如可变电容器上的焊点，一般45瓦电烙铁常常导致虚焊。最好的电烙铁是75瓦的，我在1958年以后买了一把旧的45瓦电烙铁，我把它的机心取出来，折断一半长度的电阻丝，于是功率加大一倍，效果很好。另一个办法是，购买500欧的带陶瓷管的电阻（一般用在交流收音机上，作为电源整流的滤波电阻），在陶瓷管里插上一根紫铜柱作为烙铁芯，大约相当于100瓦的电烙铁，效果不错。 整个机子由一张面板和一个底版构成，也可以再做一个木盒。再把横侧为L形的机子推进盒里。机子面板上，有一个矿石检波器，有一只被固定住的可变电容器，可以在电容器轴外绘上刻度。有耳机插销，有天线、地线的插销。经过调试，就可以用来正式收音了。[/TD][/TR][/TABLE][/TD][/TR][/TABLE]
作者：tyw 2006-9-16 7:27:00 |
