Андрей Кашкаров - Автономное электроснабжение частного дома своими руками
2.4. Автономное устройство с малым напряжением питания и его полезное действие
Во время летнего отдыха все кажется безмятежным до той поры, пока вы не почувствуете влияние комаров с их предательскими укусами и неприятным жужжанием.
Среди большого количества устройств, заявленных производителем как отпугиватели комаров (и или прочих вредителей) есть интересные для анализа радиолюбителей образцы. И если ранее подобные устройства были «завязаны» на питание от осветительной сети 220 В, или имели автономное питание от нескольких батарей (эквивалентное напряжение 9 В и выше), то недавно появились портативные (переносные) устройства с питанием от одной «пальчиковой» батарейки и «спрятанные» при этом в небольшой корпус, по габаритам едва превышающий губную помаду или спичечный коробок.
К примеру, портативный отпугиватель комаров, внешний вид которого представлен на рис. 2.14, собран по схеме высокочастотного генератора на комплементарной паре биполярных транзисторов и нагружен на пьезоэлектрический капсюль BZ1. От значений элементов С1, R1, R2 зависит частота генерации.
Рис. 2.14. Внешний вид устройства
Особенность приведенного автономного устройства в минимальном напряжении питания, которое можно получить всего от одного элемента типа АА/LR6 c напряжением 1,5 В.
Электрическая схема устройства представлена на рис. 2.15.
Рис. 2.15. Электрическая схема устройства
При приведенных в схеме (рис. 2.15) значениях элементов частота генерации составляет 5,45 кГц. Такая частота не влияет на работу радиоприемных, телевизионных и компьютерных устройств.
Монтаж элементов довольно компактный; он представлен на рис. 2.16.
Рис. 2.16. Монтаж устройства, вид на печатную плату со стороны дорожек
Пользуясь электрической схемой и ее описанием в части рекомендуемых замен радиодеталей, ребята могут самостоятельно собрать устройство излучения небольшой мощности и экспериментировать с ним, в том числе – изменять частоту излучения и наблюдать эффективность результатов. Небольшая мощность этого устройства служит гарантией безопасности таких экспериментов.
2.4.1. Элементы электрической схемы
Кремниевый биполярный эпитаксиально-планарный p-n-p транзистор в корпусе ТО-92 2N5401 предназначен для использования в высокочастотных устройствах радиоаппаратуры широкого применения с
малым уровнем шумов и повышенным напряжением питания. Это вытекает из его электрических характеристик. Отечественный аналог КТ6116А. В данной схеме транзистор 2N5401 уверенно работает при минимальном напряжении питания и в генераторном режиме. Его также можно заменить на 2N5401C, 2N5401G, 2N5401N, 2N5401S, G2N5401, H2N5401, L2N5401. При других заменах устройство не проверено.
При столь малом напряжении питания и токе в цепи значения предельно допустимых электрических режимов эксплуатации не сильно важны. Тем не менее, приведу наиболее существенные из них.
Рассеиваемая мощность коллектора (Pк max) для транзистора 2N5491 всего 350 мВт.
Биполярный высокочастотный n-p-n транзистора– 2N5551 в корпусе То-92 или SOT-23, на мой взгляд, следует заменять аналогом лишь в крайнем случае, с учетом его конкретной схемы применения и режима работы.
Можно попробовать заменить транзистор 2N5551 близкими по электрическим характеристикам транзисторами: 2N5175, 2N5550, BFQ22, ECG194, LBC546B, BC445, BC537-16, BC449-5, BC449-18, BC449A, BC537-10, BC447B, BC447A, BC447-5. Однако эти опытные замены на практике при столь малом напряжении питания не проверены.
Но даже при таком малом напряжении питания замена должна опираться на следующие электрические характеристики: статический коэффициент передачи тока (h21э) минимум от 50 и выше 50, граничная частота коэффициента передачи тока (fгр) 100 МГц.
Его максимальная рассеиваемая мощность всего 0,35 Вт.
Емкость конденсатора может находиться в пределах 180 пФ ±20 %. При выборе конденсаторов важно иметь в виду особенности их маркировки. На миниатюрном корпусе указывается – первые две цифры – номинал в пФ, а третья цифра – показатель степени с основанием 10.
Резисторы R1 и R2 минимальной мощности рассеяния. Допуск отклонения от указанных на электрической схеме значений – 25 %.
BZ1 – пьезоэлектрический капсюль без встроенного генератора с небольшим диаметром рабочей поверхности: всего 13,8 мм отлично подошел под компактный корпус.
Расшифровываются особенности их обозначений так, к примеру:
HPA 17 A
1 2
где 1 – серия: HPA – без встроенного генератора, HPM – с защитной пленкой без встроенного генератора, HPS – для поверхностного монтажа без встроенного генератора.
А 2 – диаметр излучающей (рабочей) поверхности в мм.
Для подбора других капсюлей уместно воспользоваться справочной табл. 2.1.
Справочные данные взяты с сайта http://www.platan.ru/pdf/ec215.pdf
Таблица 2.1. Технические и электрические характеристики пьезоэлектрических капсюлей малой мощности
2.4.2. Перспектива применения
Учитывая небольшую мощность, рассмотренное высокочастотное устройство предназначено для отпугивания комаров в небольшом помещении, ограниченного площадью одной комнаты 12–15 м². Это выяснено опытным путем.
В инструкции по эксплуатации указано, что устройство является «эффективным и безопасным средством борьбы с комарами» и «совершенно безопасно для человека и домашних животных». А также приведена «площадь эффективного покрытия» в 30 м².
Из паспорта изделия также следует, что «лабораторные исследования доказали, что звуковые волны активно воздействуют на нервную систему комаров, вызывая у них чувство дискомфорта». Тем не менее, я не вполне соглашусь с таким утверждением по нескольким причинам, обсуждение которых, очевидно, выходит за рамки данной статьи.
Однако, не могу не описать свой опыт как с этим, так и с другими электронными устройствами опугивателей комаров, грызунов, тараканов, птиц, домашних животных – кошек и собак, и даже коров и коз – представителей семейства мелкого и крупного рогатого скота (с которыми я экспериментировал в своем хозяйстве в сельской местности 2007–2011 гг.); некоторые из электронных устройств имеют регулировку частоты генератора и заявленную производителем мощность более 1 Вт.
Каждая из перечисленных групп насекомых и животных реагирует на «свою» частоту. Но вот что интересно. Особенности человеческого уха таковы, что оно (за редким индивидуальным исключением) не слышит, не воспринимает высокочастотный сигнал свыше 20 кГц. Если держать включенным такой прибор (в том числе отпугиватель комаров) недалеко (в пределах комнаты, офиса) от человека длительное время (на моей практике – достаточно получаса и более), то ощущается дискомфорт: хочется бросить занятия и уйти в другое помещение на улицу, сменить место дислокации.
Таким образом, устройства отпугивателей насекомых и особенно домашних животных оказывают воздействие на человека. Как минимум, вызывая дискомфортное состояние (эффект «звона в ушах»).
На основании собственных наблюдений и экспериментов могу сказать, что такие устройства кое-кто при желании с сомнительной мотивацией и целями щекотливого свойства может использовать в кабинетах, для бизнес и иных переговоров, в автомобилях в иначе – локально – в любых местах небольшой площади для намеренного вреда здоровью других людей, вызывая у них подсознательное стремление покинуть помещение.
Этих воздействий следует остерегаться.
Полагаю, что результаты исследований на эту тему либо не известны широкому кругу лиц – потенциальных пользователей устройств в быту, либо намеренно скрываются. Таким образом, настоящая статья имеет и еще одну цель: дать повод задуматься над «эффективностью» и безопасностью подобных «экспериментов» с комарами или с людьми.
С другой стороны «зона эффективности» или область действия устройства действительно локальна, мощность невелика, обнаружить такое излучение на расстоянии без специальных приборов затруднительно. Следовательно, трудно доказать намеренность действий с помощью такого источника дискомфортного излучения.
Устройство также бесполезно вне замкнутых пространств. Так при моих экспериментах летом текущего 2014 года на рыбалке, включенное и подвешенное на пояс брюк оно никоим образом не отгоняло комаров и мошкару.
На основании изложенного, эффект от данного устройства более вредный (в помещениях с присутствием людей), нежели полезный, а вне помещений эффекта не ощущается. Значит, его уместно эксплуатировать тогда, когда люди выведены из зоны его действия.
Выводы предлагаю сделать самим.
2.5. Восстановление энергоемкости аккумуляторной батареи с помощью таймера
Почти все электронные устройства для обеспечения возможности автономного энергообеспечения рассчитаны на автономную работу от батарей (элементов питания) или аккумуляторов (перезаряжаемых элементов питания, имеющих идентичные типоразмеры). Однако, любые, даже самые современные АКБ, на основе Li-ion технологии, со временем теряют первоначальную энергоемкость. Из-за этого время работы такой АКБ существенно сокращается. За примерами далеко ходить не надо – вспомните сотовые телефоны.
