有几篇文章介绍制作无线传输充电实验,照其中最简单的一个图,用几块 4069、IRF640,还有两个 TO-220 封装的高频整流管。原设计用 2 MHz 晶体,只找到一个 2.5 MHz、一个 3.579 MHz 和一个 4 MHz 的,据说频率高容易传输、效率也高,但数字电路的频率不是没有门槛的,4 MHz 能不能用还在两说,估计不大于 500 kHz 应该没问题。
4069 的 1-3-5 全部连在一起,内部的三个非门的输入端等电位连接,保证不会引入信号、造成不稳定;另外一半的三只非门则由前两个配合 1 MΩ 电阻和 2.5 MHz 晶体组成振荡器,最后一个负责功率推动。功率管原采用 IRF540,用手头有的 IRF640 代了。线圈要求用 0.5 mm 粗的线,在 Φ80 mm 的圆筒上绕 12 圈、脱胎,用一个 85 mm 的茶叶筒绕了两个相同的线圈,其中一个接在 IRF640 的漏极 D 上,另外一个头则接在 12 V 电瓶的正电上,4069 的 8 脚为驱动信号端,接 IRF640 的 G 极,S 极同 4069 的 7 脚一起接地,4069 的 1 脚和 14 脚之间接一个 1 MΩ 电阻。
先用 4 V 的电瓶给 4069 的 7 脚和 14 脚接上电,然后用收音机 AM 段靠近听听有没有声音,果然其中一个台在开启振荡器后竟然没了电台信号,看来已经起振了。
制作耦合线圈的负载,负载要求不高、发光管和灯泡都可以,先用一个红色 LED 代替,用快速整流管和一个 100 μF/16 V 电解组成整流电路,发光管接在电容两端。将两个线圈对齐,先接上振荡器的电源,再接上功率级的电源,LED 亮得太暗了,测量 LED 上的电压才 1.3 V。测量整个输出级才不到 300 mA,怀疑驱动级电压不够,于是使用 4 节 5 号镍镉电池组提供 5 V 电压,这回电压上升了许多、达到 2 V,但是整个输出级电流已经达到 600 mA。把振荡级的电压提高到 6 V,输出电压达到 4 V。很快就闻到一股热的味道,那 640 管子烫手,给它加了点散热片感觉好些但仍然烫,看来是过激励了。测量输出级电流竟接近 1 A(900 mA),于是把电压降回 5 V,这个时候的电压正好合适。把一个带座的 2.5 V/0.3 A 小灯泡接上竟也点亮了,橘黄色的灯光预告着实验的成功。测量带负载的电流依然是 600 mA,似乎负载变化对主电路没多大影响,这不由联想起电子管收音机或甲类功放电路的特性了,看来它本身振荡就这么消耗功率、没有功率控制电路。
问题是距离明显地受限制,只有紧贴上才能达到最佳耦合,稍微拉开半厘米灯泡亮度就明显降低,当拉开到 1 cm 以上时基本上没有输出了。而且当两个线圈的相对位置变化时,对输出的影响也很大,例如两个线圈互相平移超过 5 mm,效果与垂直拉开 5 mm 一样,看来电路有待改进。
82 年的《中学科技》上有篇介绍《水中灯》的实验:一个带有铁棒芯的大线轴,上边绕满了漆包线,接在调压器上,在线轴上放一个水槽、里边加水,然后将一个手镯大小的线圈两端接个 2.5 V 灯泡,当调动调压器到一定时候灯泡就亮起来,这是工频的无线传输实验、其实就是个变压器的模型。
能否把感应线圈做小点,这样同样长度的线可以多绕 2 圈,而且完全可以放进原线圈里、不存在耦合不良的问题。找个小瓶用它将原来的感应线圈脱胎共绕了 14 圈,将整流管和电解焊在中间、灯泡接在电解上,组成一个完全独立的整体,正好把它放在输出线圈当中,输出电压正好 2 V、已经满足要求了。
把晶体一点一点地提高频率,4 MHz 正常、8.2 MHz 正常,最后一横心换了个 25.670 MHz 的,这下可发达了,不但输出电压高了而且工作电流小了,现在只有 410 mA、输出电压可以达到 7.5 V,而且现在允许拉开 3 cm,调整两个线圈的相对距离就可以改变输出电压。我又绕了一个 38 圈的线圈,经实际测量可以输出 48 V、短路电流达 400 mA,可以给电动车电瓶组应急浮充电了。把 7805 装上,免得使用两组电源,这样可以使用电瓶供电了。