แผนภาพลอยแม่เหล็กจากประเทศจีน การลอยด้วยแม่เหล็กแบบทำเองโดยใช้รูปแบบง่ายๆ เราประกอบคอยล์ เฟรมสามารถทำได้โดยใช้ไฟเบอร์กลาสแผ่นบางและปากกาสักหลาดเก่า

ที่นี่เราจะบอกและแสดงวิธีสร้าง Levitron สุดเจ๋งด้วยมือของคุณเอง!

ฉันถูกบังคับให้ประกอบงานฝีมือชิ้นนี้ที่มหาวิทยาลัย :)

ฉันทำมันร่วมกับเพื่อนร่วมชั้นซึ่งมีหน้าที่ทำคดีบ้าๆบอ ๆ และสำหรับฉัน - การกรอกแบบอิเล็กทรอนิกส์

ทุกอย่างออกมาดีแค่ไหน - ตัดสินด้วยตัวคุณเองเขียนความคิดเห็นการอ่านและพูดคุยจะน่าสนใจ

ฉันจำไม่ได้แน่ชัดว่าเราเกิดแนวคิดในการสร้าง Levitron ได้อย่างไร ธีมของงานฝีมือเป็นแบบอิสระ การออกแบบดูเรียบง่ายแต่ดึงดูดสายตา

โดยทั่วไปแล้ว Levitron นั้นเป็นอุปกรณ์ที่รองรับวัตถุใด ๆ ในตัวกลางที่ไม่สัมผัสกับพื้นผิวใด ๆ ยกเว้นผ่านอากาศ มันจะทำงานในสุญญากาศด้วย

ใน ในกรณีนี้อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ทำให้แม่เหล็กลอยได้และสามารถติดแม่เหล็กได้เช่นเครื่องดื่มราคาไม่แพงแสนอร่อย :)

หากคุณค้นหาอินเทอร์เน็ตอย่างระมัดระวังคุณจะเห็นได้มากมาย ตัวเลือกที่แตกต่างกันเลวิตรอนแม่เหล็กไฟฟ้าตัวอย่างเช่น:

พวกเขาสามารถแบ่งออกเป็นระงับและน่ารังเกียจ หากในกรณีแรกจำเป็นต้องชดเชยแรงโน้มถ่วงเพียงอย่างเดียวจากนั้นในกรณีที่สองก็จะมีการกระจัดเช่นกัน ระนาบแนวนอนเนื่องจากตามทฤษฎีบทของเอิร์นชอว์ “การกำหนดค่าสมดุลใดๆ ของประจุแบบจุดจะไม่เสถียร หากไม่มีสิ่งใดกระทำกับประจุเหล่านั้น ยกเว้นแรงคูลอมบ์ของแรงดึงดูดและแรงผลัก” - อ้างอิงจากวิกิ

จากนี้ไปว่าเลวิตรอนแบบแขวนจะง่ายต่อการผลิตและกำหนดค่าหากจำเป็น ฉันไม่อยากกังวลมากเกินไปดังนั้นสำหรับมหาวิทยาลัยพวกเขาจึงทำ Levitron แบบแขวนซึ่งมีการกล่าวถึงที่นี่และฉันได้จัดทำสิ่งที่น่ารังเกียจสำหรับตัวเองเพื่อที่รักของฉันแล้ว :) มันจะเขียนเกี่ยวกับในบทความอื่น อีกไม่นานฉันจะลบข้อความนี้และระบุลิงก์ไปยังข้อความนี้ มันใช้งานได้ดี แต่ก็มีข้อเสียเช่นกัน

ในทางกลับกัน เลวิตรอนแบบจี้ทั้งหมดสามารถแบ่งออกเป็นแบบดิจิทัลและแอนะล็อกตามวิธีการจับวัตถุในระยะห่างเดียวกัน และตามประเภทของเซ็นเซอร์สามารถแบ่งออกเป็นออปติคัลแม่เหล็กไฟฟ้าเสียงและอาจเป็นทุกอย่าง

นั่นคือเรารับสัญญาณอะนาล็อกเกี่ยวกับระยะห่างของแม่เหล็กถึงเลวิตรอนและเราปรับอิทธิพลของแม่เหล็กแบบดิจิทัล แต่ไฮเทค..

แนวคิดนี้ยืมมาจากเว็บไซต์ geektimes และ แผงวงจรพิมพ์ถูกสร้างขึ้นเป็นการส่วนตัวสำหรับชุดชิ้นส่วนของเราแล้ว นอกจากนี้ในโครงการดั้งเดิมนั้น มีการใช้เซ็นเซอร์ SS49 แบบสามเทอร์มินัล แต่กำหนดเวลานั้นเข้มงวดมาก กล่าวคือมีราคาแพงอย่างไม่สมเหตุสมผล ($4 ต่อชิ้นเทียบกับ $6 สำหรับ 10 ชิ้นในจีน - เป็นต้น ลิงก์) ดังนั้นเราจึง ใช้เซ็นเซอร์ฮอลล์สี่เทอร์มินัล ฉันต้องเปลี่ยนวงจรและเพิ่มโครงสร้างให้กับอุปกรณ์ นอกจากนี้ เพื่อการแสดงที่เหนือชั้นยิ่งขึ้น เราได้เพิ่มบล็อกของ LED ที่จะสว่างขึ้นอย่างนุ่มนวลเมื่อมีการดึงแม่เหล็กขึ้นมา กล่าวคือ เมื่อ Levitron เริ่มทำงานและดับลงอย่างราบรื่นเมื่อถอดแม่เหล็กออก ทั้งหมดนี้จะแสดงอยู่ในแผนภาพ

ที่จริงแล้ววงจร Levitron ที่มีเซ็นเซอร์สี่ขั้ว:

และวงจร Levitron พร้อมเซ็นเซอร์สามเทอร์มินัลและไฟแบ็คไลท์ที่เรียบง่ายกว่า:

หลักการทำงานค่อนข้างง่าย ขดลวดซึ่งเป็นแม่เหล็กไฟฟ้าเมื่อมีการจ่ายไฟจะดึงดูดแม่เหล็ก - วัตถุจะถูกดึงดูด เซ็นเซอร์ที่ติดอยู่ระหว่างแม่เหล็กและขดลวดจะตรวจจับการเพิ่มขึ้นของฟลักซ์แม่เหล็ก ซึ่งหมายความว่าแม่เหล็กกำลังเข้าใกล้ อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์จะตรวจสอบสิ่งนี้และปลดคอยล์ออกจากแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้า แม่เหล็กเริ่มตกอยู่ภายใต้อิทธิพลของแรงโน้มถ่วง เซ็นเซอร์ตรวจจับการลดลงของฟลักซ์แม่เหล็กซึ่งตรวจพบโดยอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ทันทีและแรงดันไฟฟ้าถูกนำไปใช้กับแม่เหล็กไฟฟ้าแม่เหล็กถูกดึงดูด - และสิ่งนี้เกิดขึ้นบ่อยมาก - ประมาณ 100,000 ครั้งต่อวินาที ความสมดุลแบบไดนามิกเกิดขึ้น สายตามนุษย์ไม่มีเวลาสังเกตสิ่งนี้ ความถี่ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าถูกกำหนดโดยตัวต้านทานและตัวเก็บประจุบนพิน 5 และ 6 ของไมโครวงจร TL494

จำเป็นต้องมีเซ็นเซอร์ตัวที่สองที่อยู่อีกด้านหนึ่งของแม่เหล็กไฟฟ้าเพื่อชดเชยสนามแม่เหล็กที่เกิดจากขดลวดเอง นั่นคือหากไม่มีเซ็นเซอร์ตัวที่สองนี้เมื่อแม่เหล็กไฟฟ้าเปิดอยู่ระบบจะไม่สามารถแยกแยะความเข้มได้ สนามแม่เหล็กแม่เหล็กนีโอไดเมียมจากสนามแม่เหล็กที่สร้างขึ้นโดยแม่เหล็กไฟฟ้าเอง

ดังนั้นเราจึงมีระบบเซ็นเซอร์สองตัวซึ่งเป็นสัญญาณที่ป้อนไปยังเครื่องขยายสัญญาณในการเชื่อมต่อแบบดิฟเฟอเรนเชียล ซึ่งหมายความว่าเฉพาะความต่างแรงดันไฟฟ้าที่ได้รับจากเซ็นเซอร์เท่านั้นที่ปรากฏที่เอาต์พุตของแอมพลิฟายเออร์ในการดำเนินงาน

ตัวอย่างเช่น. ในเซ็นเซอร์ตัวใดตัวหนึ่งแรงดันเอาต์พุตคือ 2.5 V และอีกตัวคือ 2.6 V เอาต์พุตจะเป็น 0.1 V สัญญาณดิฟเฟอเรนเชียลนี้อยู่ที่พิน 14 ของชิป LM324 ตามวงจร

จากนั้นสัญญาณนี้จะถูกป้อนไปยังแอมพลิฟายเออร์ปฏิบัติการสองตัวถัดไป - OP1.1, OP 1.3 ซึ่งเป็นสัญญาณเอาท์พุตที่จะผ่านวาล์วไดโอดเพื่อพิน 4 ของชิป TL494 วาล์วไดโอดบนไดโอด D1, D2 ผ่านแรงดันไฟฟ้าเพียงอันเดียว - อันที่จะสูงกว่าค่าที่ระบุ พินหมายเลข 4 ของไดรฟ์คอนโทรลเลอร์ PWM ดังต่อไปนี้ - ยิ่งแรงดันไฟฟ้าที่พินนี้สูงเท่าไร รอบการทำงานของพัลส์ก็จะยิ่งต่ำลง ตัวต้านทาน R9 ได้รับการออกแบบเพื่อให้ในสถานการณ์ที่แรงดันไฟฟ้าที่อินพุตของวาล์วไดโอดน้อยกว่า 0.6 V - พินหมายเลข 4 จะถูกดึงลงกราวด์อย่างชัดเจน - ในขณะที่ PWM จะสร้างรอบการทำงานสูงสุด

กลับไปที่แอมพลิฟายเออร์ปฏิบัติการ OP1.1, OP 1.3 กัน อันแรกทำหน้าที่ปิดตัวควบคุม PWM ในขณะที่แม่เหล็กอยู่ห่างจากเซ็นเซอร์มากพอที่จะทำให้ขดลวดไม่ทำงานเมื่อไม่ได้ใช้งานสูงสุด

การใช้ OP 1.3 เราตั้งค่าเกน สัญญาณที่แตกต่าง- กำหนดความลึกของการตอบรับ (OS) เป็นหลัก ยิ่งผลป้อนกลับมากเท่าไร ระบบก็จะตอบสนองต่อการเข้าใกล้ของแม่เหล็กมากขึ้นเท่านั้น หากความลึกของระบบปฏิบัติการไม่เพียงพอ คุณสามารถนำแม่เหล็กเข้ามาใกล้ได้ และอุปกรณ์จะไม่เริ่มลดกำลังที่สูบเข้าไปในแม่เหล็กไฟฟ้า และหากความลึกของ OS สูงเกินไป รอบการทำงานจะเริ่มลดลงก่อนที่แรงดึงดูดของแม่เหล็กจะจับมันไว้ที่ระยะนี้ได้

ไม่จำเป็นต้องติดตั้งตัวต้านทานผันแปร P3 - ใช้เพื่อปรับความถี่ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า

OP1.2 คือเครื่องกำเนิดแรงดันไฟฟ้า 2.5V ที่จำเป็นสำหรับเซ็นเซอร์สี่พิน ไม่จำเป็นสำหรับเซนเซอร์ชนิด SS49 สามพิน

ฉันลืมพูดถึงองค์ประกอบ C1, R6 และ R7 เคล็ดลับของพวกเขาคือสัญญาณคงที่ที่นี่ถูกตัด 10 ครั้งเนื่องจากตัวต้านทาน และสัญญาณตัวแปรผ่านไปอย่างเงียบ ๆ เนื่องจากตัวเก็บประจุ ดังนั้นจึงเน้นการทำงานของวงจรใน การเปลี่ยนแปลงอย่างกะทันหันระยะห่างของแม่เหล็กถึงเซนเซอร์

Diode SD1 ได้รับการออกแบบมาเพื่อระงับการปล่อยก๊าซย้อนกลับเมื่อปิดแรงดันไฟฟ้าที่แม่เหล็กไฟฟ้า

โหนดบน T2 ช่วยให้คุณสามารถเปิดและปิดสาย LED ได้อย่างราบรื่นเมื่อมีพัลส์ปรากฏบนแม่เหล็กไฟฟ้า

มาดูการออกแบบกันดีกว่า

ประเด็นสำคัญประการหนึ่งในเลวิตรอนคือแม่เหล็กไฟฟ้า เราสร้างเฟรมโดยใช้สลักเกลียวสำหรับงานก่อสร้างบางประเภท โดยตัดด้านไม้อัดทรงกลมออก

ฟลักซ์แม่เหล็กที่นี่ขึ้นอยู่กับปัจจัยสำคัญหลายประการ:

• การปรากฏตัวของแกนกลาง;
• เรขาคณิตของคอยล์
• กระแสคอยล์

กล่าวง่ายๆ ก็คือ ยิ่งขดลวดมีขนาดใหญ่และมีกระแสไหลในขดลวดมากเท่าไร ก็จะยิ่งดึงดูดวัสดุแม่เหล็กได้แรงขึ้นเท่านั้น

ใช้ลวด PEL 0.8 มม. เป็นขดลวด พวกเขาหมุนมันด้วยตาจนกระทั่งขนาดของคอยล์ดูน่าประทับใจ ผลลัพธ์จะเป็นดังนี้:

อาจไม่สามารถหาลวดที่จำเป็นในพื้นที่ของเราได้ แต่ค่อนข้างง่ายที่จะหาในร้านค้าออนไลน์ - ลวดขนาด 0.4 มม. สำหรับพันขดลวด

ขณะที่ขดลวดกำลังพันอยู่ กระดานก็ถูกเตรียมและแกะสลัก มันถูกสร้างขึ้นโดยใช้เทคโนโลยี LUT การเขียนแบบบอร์ดถูกสร้างขึ้นในโปรแกรม Sprint LayOut คุณสามารถดาวน์โหลดบอร์ด Levitron ได้จากลิงค์

กระดานถูกสลักไว้ในซากของแอมโมเนียมเพอร์ซัลเฟต ซึ่งเป็นขวดเปล่าที่นำไปใช้ได้สำเร็จในโครงการนี้ :)

ฉันต้องการทราบว่าการวางชิ้นส่วนตลอดจนการกำหนดเส้นทางของแทร็กนั้นจำเป็นต้องมีการบัดกรีอย่างระมัดระวังเนื่องจากการเชื่อมต่อในที่ที่ไม่ควรอยู่นั้นทำได้ง่าย หากคุณไม่มีทักษะดังกล่าว คุณสามารถทำได้โดยใช้ส่วนประกอบต่างๆ ขนาดใหญ่บน เขียงหั่นขนมเช่นนี้และการเชื่อมต่อทำได้โดยใช้สายไฟจากด้านหลัง

เป็นผลให้กระดานกลายเป็นดังนี้:

บอร์ดนี้มีขนาดพอดีกับขดลวดตามหลักสรีรศาสตร์และติดเข้ากับบอร์ดโดยตรงโดยใช้กาวร้อนละลายอันทรงพลัง จึงกลายเป็นโมโนบล็อกเดียว - เชื่อมต่อพลังงาน กำหนดค่า และระบบจะทำงาน

แต่ทั้งหมดนี้เกิดขึ้นก่อนที่แม่เหล็กไฟฟ้าจะพร้อม บอร์ดถูกสร้างขึ้นก่อนหน้านี้เล็กน้อยและเพื่อทดสอบการทำงานของอุปกรณ์จึงมีการเชื่อมต่อคอยล์ขนาดเล็กลงชั่วคราว ผลลัพธ์แรกก็น่าพอใจ

เซ็นเซอร์ตามที่เขียนไว้ข้างต้นนั้นใช้จากระบบติดตามตำแหน่งของมอเตอร์ BLDC แบบสี่พิน เนื่องจากไม่สามารถค้นหาเอกสารเกี่ยวกับหมุดเหล่านั้นได้ ฉันจึงต้องค้นหาอย่างประจักษ์ว่าหมุดตัวใดรับผิดชอบต่อสิ่งใด ฟอร์มแฟคเตอร์กลายเป็น:

ขณะเดียวกันก็มีแม่เหล็กไฟฟ้าขนาดใหญ่เข้ามา สิ่งนี้ทำให้ฉันมีความหวังมาก :)

การทดสอบครั้งแรกด้วยแม่เหล็กไฟฟ้าขนาดใหญ่แสดงให้เห็นระยะการทำงานที่ค่อนข้างใหญ่ มีความแตกต่างเล็กน้อยที่นี่ - เซ็นเซอร์ซึ่งอยู่ที่ด้านข้างของแม่เหล็กนีโอไดเมียมควรอยู่ห่างจากขดลวดเล็กน้อยเพื่อการทำงานของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่เชื่อถือได้

ภาพสุดท้ายดูเหมือนดาวเทียมอวกาศบางประเภทมากกว่า อย่างไรก็ตาม นี่คือวิธีการออกแบบ Levitron ตัวนี้อย่างแน่นอน และสำหรับผู้ที่ตั้งใจจะออกแบบซ้ำ ทุกอย่างรออยู่ข้างหน้า :)

มีการตัดสินใจที่จะใช้กระป๋องน้ำอัดลมเป็นวัตถุลอยได้ เราติดแม่เหล็กเข้ากับขวดโดยใช้เทปสองหน้าแล้วตรวจสอบ

ใช้งานได้ดีโดยทั่วไปถือว่าอุปกรณ์พร้อม ซ้าย การออกแบบภายนอก- คานรองรับทำจากแท่งและแท่ง ส่วนโครงโมโนบล็อกของเราทำจากช่องว่างแบบเดียวกัน ขวดพลาสติกจากแอมโมเนียมเพอร์ซัลเฟต มีสายไฟเพียงสองเส้นที่ออกมาจาก monoblock สำหรับจ่ายไฟตามที่ตั้งใจไว้

มาถึงตอนนี้มันก็ถูกบัดกรีแล้ว ติดผนังแผนภาพแสดงการสลับสายของไฟ LED อย่างราบรื่น ตัวสายนั้นถูกติดตั้งบนกาวร้อนละลายที่แพร่หลาย

แหล่งจ่ายไฟเป็นหน่วยที่ยืมมาจากเครื่องพิมพ์บางรุ่น โดยแปลงจาก 42 V เป็น 12 V

ฉันจะแสดงให้คุณเห็นลักษณะของแหล่งจ่ายไฟด้วย :)

ถัดไปทำจากไม้อัดโดยวางแหล่งจ่ายไฟและขั้วต่อสำหรับเชื่อมต่อ 220 V ติดกาวผ้าไว้ที่ด้านบนเพื่อความสวยงามโครงสร้างทั้งหมดทาสีเหลืองและสีดำ โถมีการเปลี่ยนแปลงเนื่องจากมีรอยบุบเล็กน้อยระหว่างการทดลอง

จากทั้งหมดนี้นอกเหนือจากเอฟเฟกต์การลอยตัวแล้วยังมีแสงยามค่ำคืนที่วิเศษมากอีกด้วย

ฉันจะเพิ่มวิดีโอในภายหลังเล็กน้อย แต่สำหรับตอนนี้ เหนือสิ่งอื่นใด ฉันอยากจะบอกว่าการออกแบบของฉันซ้ำได้ง่ายโดยนักเรียนอายุ 13 ปีในชมรมวิทยุของฉัน

ยัง รูปร่างยังไม่เสร็จแต่ ไส้อิเล็กทรอนิกส์ทำงานตามที่คาดไว้ รูปถ่ายของการออกแบบ:

แนวคิดของอุปกรณ์นั้นง่ายมาก โดยแม่เหล็กไฟฟ้าจะยกแม่เหล็กขึ้นในอากาศ และเพื่อสร้างเอฟเฟกต์การลอยตัวในสนามแม่เหล็ก โดยจะเชื่อมต่อกับแหล่งกำเนิดความถี่สูงซึ่งจะยกหรือลดวัตถุลง

ขั้นตอนที่ 1: แผนภาพอุปกรณ์

วงจรนั้นเรียบง่ายอย่างน่าประหลาดใจและฉันเชื่อว่าการประกอบ Levitron ด้วยมือของคุณเองนั้นไม่ใช่เรื่องยาก นี่คือรายการส่วนประกอบ:

• LED (สีใดก็ได้)
• ทรานซิสเตอร์ Irfz44n (หรือ mosfet ที่เหมาะสม)
• ไดโอด HER207 (1n4007 น่าจะใช้งานได้เช่นกัน)
• ตัวต้านทาน 1k และ 330Om (ตัวหลังเป็นอุปกรณ์เสริม)
• เซ็นเซอร์ฮอลล์ A3144 (หรือคล้ายกัน)
• ลวดม้วนทองแดงที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 0.3 - 0.4 มม. และความยาว 20 ม
• แม่เหล็กนีโอไดเมียม (ฉันใช้ 5*1 มม.)

ขั้นตอนที่ 2: การประกอบ

มาเริ่มประกอบกันเลย ขั้นแรก เราต้องสร้างกรอบสำหรับแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีขนาดประมาณต่อไปนี้: เส้นผ่านศูนย์กลาง 6 มม. ความสูงของสายประมาณ 23 มม. และเส้นผ่านศูนย์กลางหูประมาณ 25 มม. อย่างที่คุณเห็นมันสามารถทำจากแผ่นธรรมดากระดาษแข็งและซุปเปอร์กาวได้ ตอนนี้เรามารักษาจุดเริ่มต้นของความยุ่งเหยิงไว้ที่เฟรมแล้วผ่อนคลาย - เราจะต้องทำการปฏิวัติประมาณ 550 รอบไม่ว่าจะเพิ่มขึ้นเท่าใดก็ตาม ฉันทำ 12 ชั้น ซึ่งใช้เวลา 1.5 ชั่วโมง

ขั้นตอนที่ 3: การบัดกรี

เราประสานทุกอย่างตามแผนภาพโดยไม่มีความแตกต่างใด ๆ เซ็นเซอร์ฮอลล์ถูกบัดกรีเข้ากับสายไฟเพราะว่า มันจะวางอยู่ในวงล้อ เมื่อบัดกรีทุกอย่างแล้ว ให้วางเซ็นเซอร์ในคอยล์ ยึดให้แน่น แขวนคอยล์ และใช้กระแสไฟ เมื่อคุณนำแม่เหล็กเข้ามาใกล้ คุณจะรู้สึกว่าแม่เหล็กถูกดึงดูดหรือผลักไส ขึ้นอยู่กับขั้ว และพยายามลอยขึ้นไปในอากาศ แต่ล้มเหลว

ขั้นตอนที่ 4: ตั้งค่า

หลังจากใช้เวลา 30 นาทีในการพยายามหาคำตอบว่า "ทำไมสิ่งนี้ถึงใช้งานไม่ได้" ฉันก็หมดหวังและหันไปใช้มาตรการที่รุนแรง - ฉันเริ่มอ่านข้อมูลจำเพาะของเซ็นเซอร์ ซึ่งสร้างขึ้นสำหรับคนเช่นฉัน ข้อมูลจำเพาะประกอบด้วยรูปภาพที่แสดงให้เห็นว่าด้านใดมีความอ่อนไหว

หลังจากดึงเซ็นเซอร์ออกมาแล้วงอเพื่อให้ด้านแบนที่มีคำจารึกขนานกับพื้นฉันก็คืนมันกลับไปที่เดิม - อุปกรณ์โฮมเมดมันเริ่มทำงานดีขึ้นอย่างเห็นได้ชัด แต่แม่เหล็กก็ยังไม่ลอยขึ้น เป็นไปได้ที่จะเข้าใจปัญหาที่เกิดขึ้นอย่างรวดเร็ว แม่เหล็กรูปแท็บเล็ตไม่ใช่ตัวอย่างที่ดีที่สุดในการลอยตัว ก็เพียงพอแล้วที่จะเลื่อนจุดศูนย์ถ่วงไปที่ด้านล่างของแม่เหล็ก (ฉันทำโดยใช้กระดาษหนาแผ่นหนึ่ง) อย่าลืมตรวจสอบว่าแม่เหล็กด้านใดดึงดูดเข้ากับขดลวด ตอนนี้ทุกอย่างทำงานได้ตามปกติไม่มากก็น้อย และสิ่งที่เหลืออยู่ก็คือการรักษาความปลอดภัยและปกป้องเซ็นเซอร์

มีความแตกต่างอื่นใดในโครงการนี้? ตอนแรกฉันต้องการใช้อะแดปเตอร์ 12V แต่แม่เหล็กไฟฟ้าร้อนเร็วและฉันต้องเปลี่ยนเป็น 5V ฉันไม่สังเกตเห็นประสิทธิภาพที่ลดลงเลย และความร้อนก็เกือบจะหมดไป ไดโอดและตัวต้านทานจำกัดถูกปิดเกือบจะในทันที ฉันก็ถอดมันออกจากรอกด้วย กระดาษสีฟ้า- ขดลวดทองแดงดูสวยงามกว่ามาก

ขั้นตอนที่ 5: ขั้นสุดท้าย

วิดีโอสั้น ๆ เกี่ยวกับสิ่งที่ Levitron สร้างขึ้นนั้นเป็นอย่างไร:

www.youtube.com/watch?feature=player_embedded&v=vypjmqq9...

หากใครไม่กลัวที่จะทำสิ่งที่น่าสนใจแบบเดียวกันก็ไปได้เลย คำแนะนำโดยละเอียด:

ทฤษฎีเล็กน้อย

เริ่มต้นด้วยแผนภาพเชิงกลของแพลตฟอร์ม Levitron ซึ่งพัฒนาขึ้นตามความเข้าใจของฉัน เพื่อความกระชับ ฉันจะเรียกแม่เหล็กที่อยู่เหนือแท่นว่าคำว่า "ชิป"
ภาพสเก็ตช์ของแพลตฟอร์มเลวิตรอน(ด้านบน) แสดงในรูปที่. 1.

ในรูป 2 – แผนภาพกำลังของส่วนแนวตั้งตามแนวแกนกลางของแท่น (ตามที่ฉันจินตนาการ) ขณะพักและไม่มีกระแสในคอยล์ ทุกอย่างเรียบร้อยดี ยกเว้นสภาวะที่เหลือในระบบดังกล่าวไม่เสถียร ชิปมีแนวโน้มที่จะย้ายจาก แกนแนวตั้งและกระแทกแม่เหล็กอันใดอันหนึ่งด้วยแรง เมื่อชิป “สัมผัส” พื้นที่เหนือแม่เหล็ก จะรู้สึกถึงแรง “โคก” เหนือศูนย์กลางของแท่นโดยที่ด้านบนวางอยู่บนแกนกลาง

มก. – น้ำหนักชิป
F1 และ F2 คือพลังแห่งปฏิสัมพันธ์ระหว่างชิปและแม่เหล็กของแท่น
Fmag คือผลกระทบรวมที่ทำให้น้ำหนักของชิปสมดุล
DH – เซ็นเซอร์ฮอลล์

ในรูป 3. มีการแสดงปฏิสัมพันธ์ของชิปกับคอยส์ (อีกครั้งตามความเข้าใจของฉัน) และแรงที่เหลือจะถูกละเว้น

จากรูปที่ 3 จะเห็นได้ว่าจุดประสงค์ในการควบคุมคอยล์คือการสร้างแรง Fss ในแนวนอน โดยจะมุ่งตรงไปยังแกนสมดุลเสมอเมื่อมีการกระจัดเกิดขึ้น เอ็กซ์- ในการทำเช่นนี้ก็เพียงพอที่จะเปิดขดลวดเพื่อให้กระแสเดียวกันในนั้นสร้างสนามแม่เหล็กในทิศทางตรงกันข้าม เหลือเพียงสิ่งเล็กๆ น้อยๆ เท่านั้น: วัดการกระจัดของชิปจากแกน (ค่า เอ็กซ์) และกำหนดทิศทางของการกระจัดนี้โดยใช้เซ็นเซอร์ฮอลล์ จากนั้นจึงส่งกระแสไปในขดลวดที่มีกำลังแรงที่เหมาะสม

การทำซ้ำวงจรอิเล็กทรอนิกส์อย่างง่าย ๆ ไม่ได้อยู่ในประเพณีของเรา โดยเฉพาะอย่างยิ่งเนื่องจาก:
- ไม่มี TDA2030A สองตัว แต่มี TDA1552Q ให้เลือก
- ไม่มีเซ็นเซอร์ SS496 Hall (ราคาประมาณ 2 ดอลลาร์ต่ออัน) แต่มีเซ็นเซอร์ที่คล้ายกับ HW101 ฟรี 3 ชิ้นในแต่ละไดรฟ์ซีดีหรือดีวีดี
- ขี้เกียจเกินไปที่จะกังวลกับแหล่งจ่ายไฟแบบไบโพลาร์
แผ่นข้อมูล:
SS496 - http://sccatalog.honeywell.com/pdbdownload/images/ss496.seri...HW101- http://www.alldatasheet.com/datasheet-pdf/pdf/143838/ETC1/HW101A.html

วงจรประกอบด้วยช่องขยายสองช่องที่เหมือนกันซึ่งมีอินพุตดิฟเฟอเรนเชียลและเอาต์พุตบริดจ์ ในรูป รูปที่ 4 แสดงแผนภาพที่สมบูรณ์ของช่องขยายสัญญาณเพียงช่องเดียว ใช้ชิป LM358 (//www.ti.com/lit/ds/symlink/lm158-n.pdf) และ TDA1552Q (//www.nxp.com/documents/data_sheet/TDA1552Q_CNV.pdf)

เซ็นเซอร์ Hall คู่หนึ่งเชื่อมต่อกับอินพุตของแต่ละช่องสัญญาณเพื่อจ่ายสัญญาณที่แตกต่างไปยังเครื่องขยายเสียง เอาต์พุตของเซนเซอร์เชื่อมต่อกันในทิศทางตรงกันข้าม ซึ่งหมายความว่าเมื่อเซ็นเซอร์คู่หนึ่งอยู่ในสนามแม่เหล็กที่มีความแรงเท่ากัน แรงดันไฟฟ้าที่ต่างกันเป็นศูนย์จะถูกส่งไปยังอินพุตของเครื่องขยายเสียง
ตัวต้านทานแบบปรับสมดุล R10 เป็นแบบหลายรอบแบบเก่าแบบโซเวียต
ในการพยายามบีบเกนให้สูงเพียงพอจากแอมพลิฟายเออร์ ฉันมีการกระตุ้นตัวเองซ้ำๆ ซึ่งอาจเป็นเพราะความยุ่งเหยิงบนแผงวงจร แทนที่จะ "ทำความสะอาด" จึงมีการนำวงจร RC ที่ขึ้นกับความถี่ R15C2 เข้ามาในวงจร ไม่จำเป็น หากคุณยังต้องติดตั้งอยู่จะต้องเลือกความต้านทาน R15 ให้เป็นค่าสูงสุดซึ่งการกระตุ้นตัวเองจะดับลง
แหล่งจ่ายไฟสำหรับอุปกรณ์ทั้งหมดคืออะแดปเตอร์ 12V 1.2A (พัลส์) ซึ่งกำหนดค่าใหม่เป็น 15V การใช้พลังงานในสภาวะปกติ (เมื่อปิดพัดลม) จบลงด้วยค่อนข้างเจียมเนื้อเจียมตัว: 210-220 mA

ออกแบบ
โครงสร้างที่เลือกคือโครงไดรฟ์ขนาด 3.5 นิ้ว ซึ่งสอดคล้องกับขนาดของต้นแบบโดยประมาณ เพื่อยกระดับแพลตฟอร์ม
ขาทำจากสกรู M3
รูที่มีรูปทรงถูกตัดออกที่ส่วนบนของร่างกายซึ่งมองเห็นได้ชัดเจนในรูปที่ 5 ต่อจากนั้นปิดด้วยแผ่นกระจกตกแต่งที่ทำจากทองเหลืองชุบโครเมียม ยึดด้วยสกรูจากฮาร์ดไดรฟ์

1 – ตำแหน่งการติดตั้งสำหรับแม่เหล็ก (ด้านล่าง) และตัวแสดงความสมดุล (อุปกรณ์เสริม)
2 – “ชิ้นส่วนขั้ว” ของคอยล์
3 – เซ็นเซอร์ฮอลล์
4 – ไฟ LED แบ็คไลท์ (อุปกรณ์เสริม)

เซ็นเซอร์ฮอลล์ตั้งอยู่ในรูของฐานไฟเบอร์กลาสของแท่นและบัดกรีบนขาที่ยืดตรงของตัวเชื่อมต่อ (ฉันไม่รู้ประเภท) ตัวเชื่อมต่อดูเหมือนในรูปที่ 6

เซ็นเซอร์ถูกบัดกรีจากมอเตอร์ไดรฟ์ซีดีหรือดีวีดี พวกมันอยู่ใต้ขอบของโรเตอร์และมองเห็นได้ชัดเจนในรูปที่ 7 สำหรับช่องทางหนึ่งคุณจะต้องใช้เซ็นเซอร์คู่หนึ่งจากเครื่องยนต์เดียวกัน - ด้วยวิธีนี้เซ็นเซอร์จะเหมือนกันมากที่สุด เซ็นเซอร์บัดกรีจะแสดงในรูปที่ 8

สำหรับวงล้อนั้น ได้มีการซื้อแกนม้วนพลาสติกมา จักรเย็บผ้าแต่ไม่มีที่ว่างเพียงพอสำหรับไขลาน จากนั้นแก้มก็ถูกตัดออกจากแกนและติดกาวเข้ากับท่อทองเหลืองผนังบางที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางภายนอก 6 มม. และความยาว 14 มม. ท่อเคยเป็นส่วนหนึ่งของเสาอากาศแบบแขนยืดไสลด์ ในสี่เฟรมดังกล่าว ขดลวดจะถูกพันด้วยลวดขนาด 0.3 มม. "เกือบทีละชั้น" (โดยไม่มีความคลั่งไคล้!) จนกระทั่งเต็ม ความต้านทานอยู่ในแนวที่ 13 โอห์ม

แม่เหล็ก - สี่เหลี่ยม 20x10x5 มม. และดิสก์แม่เหล็กที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 25 และ 30 มม. ความหนา 4 มม. (รูปที่ 9) - ฉันยังต้องซื้อ... มีการติดตั้งแม่เหล็กสี่เหลี่ยมไว้ใต้ฐานของแท่นและชิปทำจาก ดิสก์แม่เหล็ก

มุมมองของอุปกรณ์จากด้านล่างและจากด้านหลัง (กลับหัว) - ในรูป. 10 และ 11 (หนึ่งตำนานสำหรับทั้งสองร่าง) แน่นอนว่าความยุ่งเหยิงนั้นงดงามราวกับภาพวาด...
ชิป U2 TDA1552Q (3) ตั้งอยู่บนฮีทซิงค์ (9) ซึ่งก่อนหน้านี้ใช้งานได้กับการ์ดแสดงผล ตัวหม้อน้ำนั้นถูกยึดด้วยสกรูเข้ากับส่วนที่โค้งงอของฝาครอบด้านบนของเคส หม้อน้ำ (9) ยังมีปลั๊กไฟ (1) ช่องควบคุม (2) และชุดควบคุมความร้อน (5)
ไฟเบอร์กลาสชิ้นหนึ่งซึ่งเคยเป็นคีย์บอร์ดทำหน้าที่เป็นฐานของแท่น คอยล์ (7) ยึดเข้ากับฐานด้วยสกรูและน็อต M4 ติดแม่เหล็ก (6) โดยใช้แคลมป์และสกรูเกลียวปล่อย
ช่องเสียบทดสอบ (2) ทำจากขั้วต่อไฟของคอมพิวเตอร์และติดอยู่ที่ด้านหลังของอุปกรณ์ใกล้กับตัวต้านทานสมดุล (10) เพื่อให้เข้าถึงได้ง่ายโดยไม่ต้องถอดชิ้นส่วน โดยปกติแล้ว ช่องเสียบจะเชื่อมต่อกับเอาต์พุตของทั้งสองช่องของเครื่องขยายเสียง
วงจรของปรีแอมป์และตัวปรับกำลังไฟฟ้ารวมถึงตัวต้านทานที่สมดุล (10) ถูกติดตั้งบนเขียงหั่นขนมและจากการปรับแต่งก็กลายเป็นเล้าหมูที่งดงามซึ่งเราต้องละเว้นจากการถ่ายภาพมาโคร

1 – การยึดปลั๊กไฟ
2 – ช่องเสียบควบคุม
3 – TDA1552Q
4 – สวิตช์ไฟ
5 – หน่วยควบคุมความร้อน
6 – แม่เหล็กอยู่ใต้ที่หนีบ
7 – คอยส์
8 – สับเปลี่ยนแม่เหล็ก
9 – แผ่นระบายความร้อน
10 – ตัวต้านทานที่สมดุล

ติดตั้ง

จำเป็นต้องตั้งค่าศูนย์ที่เอาต์พุตของทั้งสองช่องทุกครั้งที่เปิดการแก้ไขข้อบกพร่อง หากไม่มีความคลั่งไคล้: +–20 mV เป็นความแม่นยำที่ยอมรับได้ อาจมีอิทธิพลร่วมกันระหว่างช่องสัญญาณ ดังนั้นหากค่าเบี่ยงเบนเริ่มต้นมีนัยสำคัญ (มากกว่า 1-1.5 โวลต์ที่เอาต์พุตช่องสัญญาณ) ควรตั้งค่าศูนย์สองครั้งจะดีกว่า ควรจำไว้ว่าเมื่อใช้เคสเหล็ก ความสมดุลของอุปกรณ์ที่ถอดประกอบและประกอบแล้วมีความแตกต่างใหญ่สองประการ

กำลังตรวจสอบการวางขั้นตอนของช่อง

จะต้องถือชิปไว้ในมือของคุณและวางไว้เหนือกึ่งกลางของแท่นของ Levitron ที่เปิดอยู่ที่ความสูงประมาณ 10-12 มม. ช่องจะถูกตรวจสอบทีละช่องและแยกกัน เมื่อเคลื่อนชิปด้วยมือไปตามเส้นที่เชื่อมต่อเซ็นเซอร์ที่อยู่ตรงข้ามกับศูนย์กลาง มือควรรู้สึกถึงความต้านทานที่เห็นได้ชัดเจนซึ่งเกิดจากสนามแม่เหล็กของคอยล์ หากไม่รู้สึกถึงความต้านทานและมือที่มีชิป "ปลิว" ออกจากแกนคุณจะต้องเปลี่ยนสายไฟจากเอาต์พุตของช่องที่กำลังทดสอบ

การปรับตำแหน่งของชิปลอย

ในวิดีโอเกี่ยวกับแพลตฟอร์ม Levitrons แบบโฮมเมด คุณมักจะเห็นว่าชิปลอยอยู่ในตำแหน่งเอียงแม้ว่าจะถูกสร้างขึ้นบนพื้นฐานของแม่เหล็กของดิสก์ก็ตามนั่นคือมันค่อนข้างสมมาตรกัน การออกแบบที่อธิบายไว้มีความผิดเพี้ยนไปบ้าง บางทีเคสโลหะอาจเป็นตำหนิสำหรับสิ่งนี้...
ความคิดแรก: เลื่อนแม่เหล็กลงที่ด้านข้างซึ่งชิป "ถูกค้ำยัน" มากเกินไป
ความคิดที่สอง: ขยับแม่เหล็กให้ห่างจากจุดศูนย์กลางด้านข้างซึ่งชิป "ถูกหนุน" มากเกินไป
ความคิดที่สาม: หากแม่เหล็กถูกแทนที่ แกนแม่เหล็กของระบบแม่เหล็กถาวรของแพลตฟอร์มจะเอียงสัมพันธ์กับแกนแม่เหล็กของระบบคอยล์ ซึ่งเป็นสาเหตุที่ทำให้พฤติกรรมของชิปไม่สามารถคาดเดาได้ (โดยเฉพาะอย่างยิ่งหากน้ำหนักแตกต่างกัน ).
แนวคิดที่สี่: การทำแม่เหล็กให้แข็งแรงขึ้นที่ด้านที่ชิปเอียงนั้นถูกมองข้ามไปเนื่องจากไม่สมจริง เนื่องจากไม่มีที่ไหนเลยที่จะหาแม่เหล็กที่หลากหลายมาติดตั้งได้
แนวคิดที่ห้า: การทำให้แม่เหล็กอ่อนลงที่ด้านที่ชิป "ถูกค้ำไว้" เกินไป กลับกลายเป็นว่าประสบความสำเร็จ นอกจากนี้ มันค่อนข้างง่ายในการดำเนินการ แม่เหล็กซึ่งเป็นแหล่งกำเนิดของสนามแม่เหล็กสามารถแบ่งได้ กล่าวคือ ส่วนหนึ่งของฟลักซ์แม่เหล็กสามารถลัดวงจรได้ เพื่อให้สนามแม่เหล็กในพื้นที่โดยรอบอ่อนลงเล็กน้อย วงแหวนเฟอร์ไรต์ขนาดเล็ก (10x6x3, 8x4x2 ฯลฯ) หยิบออกมาจากหลอดประหยัดพื้นที่ (8 ในรูปที่ 10) อย่างอิสระ ถูกนำมาใช้เป็นตัวสับเปลี่ยนแม่เหล็ก วงแหวนเหล่านี้จำเป็นต้องดึงดูดแม่เหล็กที่แรงเกินไป (หรือสองหรือสามอัน) ที่ด้านข้างซึ่งอยู่ห่างจากศูนย์กลางของแท่นมากที่สุด ปรากฎว่าโดยการเลือกจำนวนและขนาดของการแบ่งสำหรับแม่เหล็กที่ "แรงเกินไป" แต่ละตัว คุณสามารถปรับระดับตำแหน่งของชิปสมมาตรที่ลอยได้อย่างแม่นยำ อย่าลืมทำการปรับสมดุลทางไฟฟ้าหลังจากการเปลี่ยนแปลงระบบแม่เหล็กทุกครั้ง!

ตัวเลือก

ตัวเลือกได้แก่: ตัวบ่งชี้ความไม่สมดุลของแอมพลิฟายเออร์, ชุดควบคุมความร้อน, ไฟแบ็คไลท์ และขาแพลตฟอร์มแบบปรับได้
ตัวบ่งชี้ความไม่สมดุลของแอมพลิฟายเออร์คือไฟ LED สองคู่ที่อยู่ในรัศมีเดียวกันกับเซ็นเซอร์ ซึ่งอยู่ลึกเข้าไปในฐานไฟเบอร์กลาสของแท่น (1 ในรูปที่ 5) LED มีขนาดเล็กและแบนมาก เคยใช้กับโมเด็มบางประเภท แต่จะใช้งานได้จากโทรศัพท์มือถือรุ่นเก่าด้วย (ในเวอร์ชัน SMD) LED ถูกฝังอยู่ในรู เนื่องจากชิปที่ตกลงมาจากศูนย์กลางไปชนเข้ากับแม่เหล็กที่ใกล้ที่สุดและสามารถทำลาย LED ได้ค่อนข้างมาก
แผนภาพตัวบ่งชี้สำหรับหนึ่งช่องสัญญาณแสดงในรูปที่ 1 12. LED ต้องมีแรงดันไฟฟ้าในการทำงาน 1.1-1.2 V เช่น เรียบง่ายสีแดง สีส้ม สีเหลือง มากขึ้นอีกด้วย ไฟฟ้าแรงสูง LED (2.9-3.3 V สำหรับสว่างมาก) ควรคำนวณจำนวนไดโอดในห่วงโซ่ D3-D6 ใหม่เพื่อลด "โซนตาย" - แรงดันไฟฟ้าขั้นต่ำที่เอาต์พุตช่องสัญญาณที่ไม่มีไฟ LED ใดติดสว่าง

ฉันวางตำแหน่งตัวบ่งชี้เพื่อให้ชิปที่อยู่ตรงข้ามกับจุดศูนย์กลางเรืองแสง ตัวบ่งชี้ช่วยให้คุณแขวนชิปไว้เหนือ Levitron ได้อย่างง่ายดาย รวมถึงปรับระดับแพลตฟอร์มด้วย ในสภาวะปกติพวกมันทั้งหมดจะดับลง

แผนภาพของชุดควบคุมความร้อนแสดงไว้ในรูปที่ 1 13. จุดประสงค์คือเพื่อป้องกันไม่ให้แอมพลิฟายเออร์สุดท้ายเกิดความร้อนสูงเกินไป ที่เอาต์พุตของชุดระบายความร้อน พัดลมขนาด 50x50 มม. 12V 0.13A จากคอมพิวเตอร์จะเปิดอยู่

ในวงจรหน่วยความร้อน ง่ายต่อการจดจำทริกเกอร์ Schmitt ที่ดัดแปลงเล็กน้อย แทนที่จะใช้ทรานซิสเตอร์ตัวแรกกลับใช้ไมโครวงจร TL431 ประเภทของทรานซิสเตอร์ Q1 ถูกระบุตามเงื่อนไข - ฉันเสียบ NPN แรกที่ฉันเจอซึ่งสามารถทนต่อกระแสการทำงานของพัดลมได้ เทอร์มิสเตอร์ที่พบในเมนบอร์ดเก่าในซ็อกเก็ตโปรเซสเซอร์ถูกใช้เป็นเซ็นเซอร์อุณหภูมิ เซ็นเซอร์อุณหภูมิติดอยู่กับฮีทซิงค์ของแอมพลิฟายเออร์ตัวสุดท้าย เมื่อเลือกตัวต้านทาน R1 คุณจะสามารถปรับหน่วยระบายความร้อนให้ทำงานที่อุณหภูมิ 50-60C ได้ ตัวต้านทาน R5 ร่วมกับกระแสสะสม Q1 จะกำหนดจำนวนฮิสเทรีซิสของวงจรที่สัมพันธ์กับแรงดันไฟฟ้าที่อินพุตควบคุม U1
ในแผนภาพในรูป 13 มีการแนะนำตัวต้านทาน R7 เพื่อลดแรงดันไฟฟ้าบนพัดลมและเสียงรบกวนจากพัดลม
ในรูป 14 คุณสามารถดูว่าพัดลมฝังอยู่ในฝาครอบด้านล่างของเคสได้อย่างไร

อีกวิธีหนึ่งในการใช้หน่วยระบายความร้อนคือการเชื่อมต่อชิปเครื่องขยายเสียงสุดท้ายเข้ากับพินควบคุม MUTE (รูปที่ 15) ค่าของค่า R5 ที่ระบุในแผนภาพถือว่า MUTE (พิน 11 ของชิป U2 ในรูปที่ 4) เชื่อมต่อกับแหล่งจ่ายไฟผ่านตัวต้านทาน 1 kOhm (ไม่ใช่โดยตรง ดังในแผ่นข้อมูล!) ในกรณีนี้ไม่จำเป็นต้องใช้พัดลม จริงอยู่ที่เมื่อใช้สัญญาณ MUTE กับแอมพลิฟายเออร์ชิปจะตกและหลังจากลบสัญญาณ MUTE แล้ว (ด้วยเหตุผลบางประการ) ก็ไม่ถอดออก

แสงพื้นหลัง – ไฟ LED สว่าง 4 ดวงที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 3 มม. ซึ่งตั้งเฉียงไปทางกึ่งกลางในรูของฐานของแท่นและแผ่นตกแต่งในบริเวณที่ชิปไม่ตก เชื่อมต่อแบบอนุกรมและผ่านตัวต้านทาน 150 โอห์มกับวงจรจ่ายไฟทั่วไปของอุปกรณ์ 15V

บทสรุป

ความสามารถในการรับน้ำหนัก

เพื่อ "ปิดท้าย" หัวข้อ "ลักษณะสินค้า" ของ Levitron ที่มีชิปขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 25 และ 30 มม. จึงถูกลบออก ในที่นี้ฉันเรียกคุณลักษณะของสินค้าว่าขึ้นอยู่กับความสูงของชิปที่อยู่เหนือแท่น (จากแผ่นตกแต่ง) กับน้ำหนักรวมของชิป
สำหรับชิปที่มีแม่เหล็กขนาด 25 มม. และน้ำหนักรวม 19 กรัม ความสูงสูงสุดคือ 16 มม. และขั้นต่ำคือ 8 มม. โดยน้ำหนัก 38 กรัม ระหว่างจุดเหล่านี้ คุณลักษณะนี้แทบจะเป็นเส้นตรง สำหรับชิปที่มีแม่เหล็กขนาด 30 มม. ลักษณะการโหลดจะอยู่ระหว่างจุด 16 มม. ที่ 24 ก. และ 8 มม. ที่ 48 ก.
จากความสูงต่ำกว่า 8 มม. จากแท่น ชิปจะตกลงมาและถูกดึงดูดเข้ากับแกนเหล็กของคอยล์

อย่าทำเหมือนฉัน!

ประการแรก คุณไม่ควรละเลยเซ็นเซอร์ เซ็นเซอร์ Hall “Bare” ซึ่งถอดออกเป็นคู่สำหรับแต่ละช่องสัญญาณจากเครื่องยนต์สองตัว (ซึ่งเกือบจะเหมือนกัน!) - ยังคงแสดงค่าสัมประสิทธิ์ความต้านทานอุณหภูมิที่สูงอย่างน่าตกใจ แม้ว่าจะมีวงจรกำลังเดียวกันและการเชื่อมต่อแบบเคาน์เตอร์ดิฟเฟอเรนเชียลของเอาต์พุตเซนเซอร์ คุณสามารถเห็นการเปลี่ยนแปลงเป็นศูนย์ที่เอาต์พุตของช่องสัญญาณเมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนแปลง เซ็นเซอร์แบบรวม SS496 (SS495) ไม่เพียงแต่มีแอมพลิฟายเออร์ในตัวเท่านั้น แต่ยังมีระบบป้องกันความร้อนอีกด้วย เครื่องขยายเสียงภายในเซ็นเซอร์จะทำให้อัตราขยายโดยรวมของช่องสัญญาณสูงขึ้นอย่างมีนัยสำคัญและวงจรจ่ายไฟจะง่ายขึ้น
ประการที่สอง หากเป็นไปได้ คุณควรงดเว้นการวาง Levitron ไว้ในกล่องเหล็ก
ประการที่สาม แหล่งจ่ายไฟแบบไบโพลาร์ยังคงดีกว่า เนื่องจากการควบคุมเกนและการปรับค่าศูนย์นั้นง่ายกว่า

ขอขอบคุณสำหรับความสนใจของคุณ!

ฉันอ่านทุกสิ่งบนอินเทอร์เน็ตและตัดสินใจสร้าง Levitron ของตัวเองโดยไม่มีเรื่องไร้สาระทางดิจิทัล พูดไม่ทันทำเลย ฉันโพสต์ความเจ็บปวดของความคิดสร้างสรรค์ให้ทุกคนได้เห็น

1. คำอธิบายโดยย่อ

เลวิตรอนเป็นอุปกรณ์ที่ช่วยรักษาสมดุลของวัตถุกับแรงโน้มถ่วงโดยใช้สนามแม่เหล็ก เป็นที่ทราบกันมานานแล้วว่าเป็นไปไม่ได้ที่จะลอยวัตถุโดยใช้สนามแม่เหล็กคงที่ ในฟิสิกส์ของโรงเรียน สิ่งนี้เรียกว่าสภาวะสมดุลที่ไม่เสถียร เท่าที่ฉันจำได้ อย่างไรก็ตาม ด้วยความปรารถนา ความรู้ ความพยายาม เงิน และเวลาเพียงเล็กน้อย คุณสามารถลอยวัตถุแบบไดนามิกได้โดยใช้อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เป็นข้อเสนอแนะ

นี่คือสิ่งที่เกิดขึ้น:

2. แผนภาพการทำงาน

เซ็นเซอร์แม่เหล็กไฟฟ้าที่อยู่ปลายขดลวดจะสร้างแรงดันไฟฟ้าตามสัดส่วนของระดับการเหนี่ยวนำแม่เหล็ก ในกรณีที่ไม่มีสนามแม่เหล็กภายนอก แรงดันไฟฟ้าเหล่านี้จะเท่ากันโดยไม่คำนึงถึงขนาดของกระแสคอยล์

หากมีแม่เหล็กถาวรอยู่ใกล้เซ็นเซอร์ด้านล่าง ชุดควบคุมจะสร้างสัญญาณตามสัดส่วนของสนามแม่เหล็ก ขยายให้อยู่ในระดับที่ต้องการ และส่งไปที่ PWM เพื่อควบคุมกระแสผ่านขดลวด ดังนั้นการป้อนกลับจึงเกิดขึ้นและขดลวดจะสร้างสนามแม่เหล็กซึ่งจะทำให้แม่เหล็กมีความสมดุลกับแรงโน้มถ่วง

มีบางอย่างผิดพลาด ฉันจะลองแตกต่างออกไป:
- ไม่มีแม่เหล็ก - การเหนี่ยวนำที่ปลายคอยล์เท่ากัน - สัญญาณจากเซ็นเซอร์เหมือนกัน - ชุดควบคุมสร้างสัญญาณขั้นต่ำ - คอยล์ทำงานเต็มกำลัง;
- พวกเขานำแม่เหล็กเข้ามาใกล้ - การเหนี่ยวนำแตกต่างกันมาก - สัญญาณจากเซ็นเซอร์แตกต่างกันมาก - ชุดควบคุมสร้างสัญญาณสูงสุด - ขดลวดปิดสนิท - ไม่มีใครจับแม่เหล็กและมันก็เริ่มตก
- การกวักมือตก - เคลื่อนออกจากขดลวด - ความแตกต่างของสัญญาณจากเซ็นเซอร์ลดลง - ชุดควบคุมลดสัญญาณเอาท์พุต - กระแสผ่านขดลวดเพิ่มขึ้น - การเหนี่ยวนำของขดลวดเพิ่มขึ้น - แม่เหล็กเริ่มดึงดูด
- แม่เหล็กถูกดึงดูด - เข้าใกล้ขดลวด - ความแตกต่างของสัญญาณจากเซ็นเซอร์เพิ่มขึ้น - ชุดควบคุมจะเพิ่มสัญญาณเอาท์พุต - กระแสผ่านขดลวดลดลง - การเหนี่ยวนำของขดลวดลดลง - แม่เหล็กเริ่มตก
- มันเป็นปาฏิหาริย์ - แม่เหล็กไม่ตกและไม่ถูกดึงดูด - หรือค่อนข้างจะแม่เหล็กตกและถูกดึงดูดหลายพันครั้งต่อวินาที - นั่นคือสมดุลแบบไดนามิกเกิดขึ้น - แม่เหล็กก็แขวนอยู่ในอากาศ

3.การออกแบบ

องค์ประกอบหลักของการออกแบบคือขดลวดแม่เหล็กไฟฟ้า (โซลินอยด์) ซึ่งยึดแม่เหล็กถาวรไว้กับสนามของมัน

บน กรอบพลาสติก D36x48 พันทองแดงลึก 78 เมตร อย่างแน่นหนา ลวดเคลือบด้วยเส้นผ่านศูนย์กลาง 0.6 มม. กลายเป็นประมาณ 600 รอบ ตามการคำนวณด้วยความต้านทาน 4.8 โอห์มและแหล่งจ่ายไฟ 12V กระแสจะเป็น 2.5A กำลังไฟ 30W นี่เป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการเลือก หน่วยภายนอกโภชนาการ (อันที่จริงกลายเป็น 6.0 โอห์มไม่น่าเป็นไปได้ที่พวกเขาจะตัดลวดได้มากขึ้น แต่จะประหยัดเส้นผ่านศูนย์กลางมากกว่า)

แกนเหล็กจาก บานพับประตูเส้นผ่านศูนย์กลาง 20 มม. เซ็นเซอร์ติดอยู่ที่ปลายโดยใช้กาวร้อนละลายซึ่งจะต้องวางไปในทิศทางเดียวกัน

คอยล์พร้อมเซ็นเซอร์ติดตั้งอยู่บนขายึดที่ทำจากแถบอลูมิเนียมซึ่งในทางกลับกันจะติดอยู่กับตัวเครื่องซึ่งภายในนั้นมีแผงควบคุม

ในกรณีที่มีไฟ LED, สวิตช์และปลั๊กไฟ

แหล่งจ่ายไฟภายนอก (GA-1040U) ใช้พลังงานสำรองและให้กระแสไฟสูงสุด 3.2A ที่ 12V

แม่เหล็ก N35H D15x5 ที่มีโคคา-โคล่าสามารถติดกาวได้ถูกใช้เป็นวัตถุลอยได้ บอกเลยว่าเต็มกระปุกไม่ดีเลย สว่านบางเราทำรูที่ปลายระบายเครื่องดื่มอันมีค่า (คุณสามารถดื่มได้ถ้าคุณไม่กลัวขี้กบ) และติดแม่เหล็กไว้ที่วงแหวนด้านบน

4. แผนผัง

สัญญาณจากเซ็นเซอร์ U1 และ U2 จะถูกป้อนไปยังเครื่องขยายสัญญาณการทำงาน OP1/4 ซึ่งเชื่อมต่ออยู่ในวงจรดิฟเฟอเรนเชียล เซ็นเซอร์ด้านบน U1 เชื่อมต่อกับอินพุตแบบกลับด้าน U2 ด้านล่างเชื่อมต่อกับอินพุตที่ไม่กลับด้านนั่นคือสัญญาณจะถูกลบออกและที่เอาต์พุต OP1/4 เราได้รับแรงดันไฟฟ้าตามสัดส่วนเฉพาะกับระดับของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กเท่านั้น สร้างขึ้นโดยแม่เหล็กถาวรใกล้กับเซ็นเซอร์ U2 ด้านล่าง

การรวมกันขององค์ประกอบ C1, R6 และ R7 เป็นจุดเด่นของวงจรนี้และช่วยให้คุณได้รับผลของความเสถียรที่สมบูรณ์ มันทำงานอย่างไร? ส่วนประกอบ DC ของสัญญาณผ่านตัวแบ่ง R6R7 และลดทอนลง 11 ครั้ง ส่วนประกอบตัวแปรจะผ่านตัวกรอง C1R7 โดยไม่มีการลดทอน ส่วนประกอบของตัวแปรมาจากไหน? ส่วนที่คงที่นั้นขึ้นอยู่กับตำแหน่งของแม่เหล็กใกล้กับเซ็นเซอร์ด้านล่าง ส่วนที่แปรผันเกิดขึ้นเนื่องจากการแกว่งของแม่เหล็กรอบจุดสมดุล เช่น จากการเปลี่ยนแปลงตำแหน่งในเวลา กล่าวคือ จากความเร็ว เราสนใจว่าแม่เหล็กจะอยู่กับที่ เช่น ความเร็วของมันเท่ากับ 0 ดังนั้นในสัญญาณควบคุมเรามีสององค์ประกอบ - ค่าคงที่มีหน้าที่รับผิดชอบต่อตำแหน่ง และตัวแปรมีไว้สำหรับความเสถียรของตำแหน่งนี้
ต่อไปสัญญาณที่เตรียมไว้จะถูกขยายที่ OP1/3 เมื่อใช้ตัวต้านทานผันแปร P2 อัตราขยายที่ต้องการจะถูกตั้งค่าที่ขั้นตอนการจูนเพื่อให้เกิดความสมดุล ขึ้นอยู่กับพารามิเตอร์เฉพาะของแม่เหล็กและขดลวด

มีการประกอบตัวเปรียบเทียบอย่างง่ายบน OP1/1 ซึ่งจะปิด PWM และคอยล์ตามไปด้วยเมื่อไม่มีแม่เหล็กอยู่ใกล้ๆ มาก สิ่งที่สะดวกคุณไม่จำเป็นต้องถอดแหล่งจ่ายไฟออกจากเต้ารับหากคุณถอดแม่เหล็กออก ระดับทริกเกอร์ถูกกำหนดโดยตัวต้านทานผันแปร P1

จากนั้นสัญญาณควบคุมจะถูกส่งไปยังโมดูเลเตอร์ความกว้างพัลส์ U3 การแกว่งของแรงดันเอาต์พุตคือ 12V ความถี่พัลส์เอาท์พุตถูกกำหนดโดยค่าของ C2, R10 และ P3 และรอบการทำงานขึ้นอยู่กับระดับสัญญาณอินพุตที่อินพุต DTC
PWM ควบคุมการสลับของทรานซิสเตอร์กำลัง T1 ซึ่งจะควบคุมกระแสผ่านคอยล์

LED1 LED อาจไม่สามารถติดตั้งได้ แต่ต้องใช้ไดโอด SD1 เพื่อระบายกระแสไฟส่วนเกิน และหลีกเลี่ยงแรงดันไฟฟ้าเกินเมื่อขดลวดถูกปิดเนื่องจากปรากฏการณ์การเหนี่ยวนำตัวเอง

NL1 เป็นของเรา รีลแบบโฮมเมดซึ่งมีการแยกส่วนไว้โดยเฉพาะ

ด้วยเหตุนี้ ในโหมดสมดุล รูปภาพจะเป็นดังนี้: U1_OUT=2.9V, U2_OUT=3.6V, OP1/4_OUT=0.7V, U3_IN=1.8V, T1_OPEN=25%, NL1_CURR=0.5A

เพื่อความชัดเจน ฉันกำลังแนบกราฟของคุณลักษณะการถ่ายโอน การตอบสนองความถี่และการตอบสนองของเฟส และออสซิลโลแกรมที่เอาต์พุตของ PWM และคอยล์

5.การเลือกส่วนประกอบ

อุปกรณ์นี้ประกอบจากส่วนประกอบราคาไม่แพงและเข้าถึงได้ กลายเป็นว่าแพงที่สุด ลวดทองแดง WIK06N สำหรับ 78 เมตร WIK06N จ่าย 1,200 รูเบิล ทุกอย่างรวมกันถูกกว่ามาก โดยทั่วไปจะมีพื้นที่กว้างสำหรับการทดลอง คุณสามารถทำได้โดยไม่ต้องใช้แกน คุณสามารถใช้ลวดที่บางกว่าได้ สิ่งสำคัญคืออย่าลืมว่าการเหนี่ยวนำตามแกนของขดลวดขึ้นอยู่กับจำนวนรอบกระแสที่ไหลผ่านและรูปทรงของขดลวด

U1 และ U2 ใช้เป็นเซ็นเซอร์สนามแม่เหล็ก เซ็นเซอร์อะนาล็อก Hall SS496A ที่มีคุณสมบัติเชิงเส้นสูงถึง 840G เหมาะสำหรับกรณีของเรา เมื่อใช้อะนาล็อกที่มีความไวต่างกัน คุณจะต้องปรับเกนที่ OP1/3 รวมถึงตรวจสอบระดับการเหนี่ยวนำสูงสุดที่ปลายคอยล์ของคุณ (ในกรณีของเราที่มีแกนจะสูงถึง 500G) เพื่อให้เซ็นเซอร์ อย่าให้อิ่มตัวที่โหลดสูงสุด

OP1 เป็นแอมพลิฟายเออร์ปฏิบัติการรูปสี่เหลี่ยม LM324N เมื่อปิดคอยล์ มันจะสร้าง 20 mV แทนที่จะเป็นศูนย์ที่เอาต์พุต 14 แต่ก็ค่อนข้างยอมรับได้ สิ่งสำคัญคืออย่าลืมเลือกตัวต้านทาน 100K จำนวนหนึ่งซึ่งมีค่าใกล้เคียงที่สุดจริงที่สุดเพื่อติดตั้งเป็น R1, R2, R3, R4

ค่า C1, R6 และ R7 ถูกเลือกโดยการลองผิดลองถูกมากที่สุด ตัวเลือกที่ดีที่สุดสำหรับการรักษาเสถียรภาพของแม่เหล็กที่มีคาลิเบอร์ต่างกัน (ทดสอบแม่เหล็ก N35H D27x8, D15x5 และ D12x3) สามารถปล่อยอัตราส่วน R6/R7 ไว้เหมือนเดิม และค่าของ C1 สามารถเพิ่มเป็น 2-5 µF หากเกิดปัญหา

หากคุณใช้แม่เหล็กที่มีขนาดเล็กมาก คุณอาจได้รับเกนไม่เพียงพอ ซึ่งในกรณีนี้จะลดค่า R8 ลงเหลือ 500 โอห์ม

D1 และ D2 เป็นไดโอดเรียงกระแส 1N4001 ธรรมดา อะไรก็ได้

ชิป TL494CN ทั่วไปใช้เป็นตัวปรับความกว้างพัลส์ U3 ความถี่ในการทำงานถูกกำหนดโดยองค์ประกอบ C2, R10 และ P3 (ตามรูปแบบ 20 kHz) ช่วงที่เหมาะสมที่สุดคือ 20-30 kHz ที่ความถี่ต่ำกว่านกหวีดจะปรากฏขึ้น แทนที่จะเป็น R10 และ P3 คุณสามารถใส่ตัวต้านทาน 5.6K ได้

T1 เป็นทรานซิสเตอร์สนามผล IRFZ44N; เมื่อเลือกทรานซิสเตอร์อื่นอาจจำเป็นต้องติดตั้งหม้อน้ำ โปรดดูที่ ค่าต่ำสุดความต้านทานของช่องสัญญาณและค่าเกต
SD1 เป็นไดโอด Schottky VS-25CTQ045 ที่นี่ฉันคว้ามันไว้ด้วยระยะขอบที่มากไดโอดความเร็วสูงปกติจะทำได้ แต่มันอาจจะร้อนมาก

LED1 LED สีเหลือง L-63YT อย่างที่พวกเขาบอกว่ามันขึ้นอยู่กับรสนิยมและสีคุณสามารถตั้งค่าเพิ่มเติมเพื่อให้ทุกอย่างเรืองแสงด้วยไฟหลากสี

U4 คือตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้า 5V L78L05ACZ สำหรับจ่ายไฟให้กับเซ็นเซอร์และเครื่องขยายเสียงในการดำเนินงาน เมื่อใช้แหล่งจ่ายไฟภายนอกที่มีเอาต์พุต 5V เพิ่มเติมคุณสามารถทำได้โดยไม่ต้องใช้แหล่งจ่ายไฟ แต่จะเป็นการดีกว่าถ้าทิ้งตัวเก็บประจุไว้

6.บทสรุป

ทุกอย่างเป็นไปตามแผนที่วางไว้ อุปกรณ์ทำงานได้อย่างเสถียรตลอดเวลาและกินไฟเพียง 6W ทั้งไดโอด คอยล์ และทรานซิสเตอร์ไม่ร้อน ฉันกำลังแนบรูปถ่ายอีกสองสามรูปและวิดีโอสุดท้าย:

7. ข้อจำกัดความรับผิดชอบ

15.01.2018 , เข้าชม 5,316 ครั้ง

ผลิตภัณฑ์โฮมเมดนี้คือ Levitron พร้อมระบบกันสะเทือนแบบควบคุม การออกแบบและวงจรค่อนข้างเรียบง่าย ดังนั้นแม้แต่นักวิทยุสมัครเล่นที่ไม่มีประสบการณ์และผู้ที่ชื่นชอบการ DIY ก็สามารถประกอบมันได้ บทความอธิบาย คำแนะนำทีละขั้นตอนการประกอบ Levitron ตามมาไม่ควรเกิดปัญหากับประสิทธิภาพ!

วงจรเลวิตรอน

สิ่งที่จำเป็นในการทำเลวิตรอน

1. ทรานซิสเตอร์ IRF740A [ซื้อราคาไม่แพง ]
2. มัลติเพล็กเซอร์ IN74LS157N
3. เซ็นเซอร์ฮอลล์ SS443A [ซื้อราคาไม่แพง ]
4. ไดโอด 1N4007 [ซื้อราคาไม่แพง ]
5. แอลอีดี 12V
6. ตัวต้านทาน [ซื้อราคาไม่แพง]
7. สวิตช์ (ไม่ใช่สวิตช์!!)
8. แผงวงจร [ซื้อราคาไม่แพง ]
9. ลวดม้วน ∅ 0.4 มม
10. แม่เหล็กนีโอไดเมียม ขนาดที่แตกต่างกัน [ซื้อราคาไม่แพง ]
11. แหล่งจ่ายไฟ 5V 3A [ซื้อราคาไม่แพง ]
12. ไม้อัดและพลาสติกบาง

การผลิตเลวิตรอน

ขั้นตอนแรกคือการประกอบตัวเรือนที่จะติดตั้งวงจรทั้งหมด รวมถึงคอยล์ด้วย กรณีสามารถทำได้ตามแผนภาพด้านล่างหรือคุณสามารถสร้างเวอร์ชันของคุณเองได้

ก่อนอื่นเราตัดชิ้นส่วนทั้งหมดของฐานด้านล่างออกจากไม้อัดแล้วประกอบโดยใช้กาว PVA

จากนั้นเราก็ตัดองค์ประกอบของชั้นวางออกแล้วทากาวเข้าด้วยกันโดยใช้กาว

หลังจากประกอบตัวถังแล้วคุณสามารถทาสีเป็นสีใดก็ได้ดังนั้นมันจึงดูมีสีเดียวและน่าดึงดูด แต่แน่นอนว่าไม่จำเป็น

ก่อนประกอบวงจรจำเป็นต้องติดตั้งแผงวงจรเข้ากับเคสโดยใช้ปะเก็น จำเป็นต้องมีปะเก็นเพื่อให้แน่ใจว่าระยะห่างระหว่างเคสและบอร์ดเพื่อให้ขาของชิ้นส่วนพอดีกับรูอย่างสมบูรณ์และไม่มีปัญหาระหว่างการติดตั้ง

จากนั้นเราก็ตัดส่วนที่เราทำรูสำหรับ LED และสวิตช์ออก ส่วนนี้จะทำหน้าที่เป็นตัวยึดสำหรับคอยล์

ใช้กาวซุปเปอร์ติดตั้งชิ้นส่วนนี้บนขาตั้ง

ตอนนี้คุณต้องเลือกแท่งซึ่งมีเส้นผ่านศูนย์กลาง 10 มม.

จากนั้นเราตัดผนังพลาสติกที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 45 มม. ออก

ใช้กาวซุปเปอร์เคลือบขอบด้านนอกของผนังและฐานเพื่อยึดติด

ร้อยลวดผ่านอย่างระมัดระวัง

เราตัดลวดโดยมีระยะขอบ ตัดบนผนัง วางปลายลวดไว้ตรงนั้นแล้วยึดด้วยกาวร้อนเพื่อหลีกเลี่ยงการคลี่คลาย

จากนั้นใช้ใบมีดเพื่อขจัดสิ่งผิดปกติทั้งหมด

รีลของเราพร้อมแล้ว ตอนนี้ใช้กาวซุปเปอร์ติดตั้งบนตัวเครื่องดังภาพด้านล่าง

จากนั้นเราจะติดตั้งสวิตช์และ LED บนเคสและประสานเข้ากับสายไฟที่จัดสรรไว้ให้ทันที

จากนั้นเราก็บัดกรีสายคอยล์และเซ็นเซอร์ฮอลล์ ความยาวของสายเซนเซอร์ฮอลล์ต้องเพียงพอที่จะถึงปลายขดลวด

จากนั้นเรางอเซ็นเซอร์ฮอลล์โดยให้บริเวณเซ็นเซอร์หันออกด้านนอก

ตอนนี้ใช้เทปพันสายไฟเราติดเซ็นเซอร์ดังแสดงในรูปด้านล่าง ในอนาคต วิธีการติดตั้งนี้จะช่วยให้คุณเปลี่ยนระยะห่างระหว่างเซ็นเซอร์ได้อย่างง่ายดาย นอกจากนี้ จำเป็นต้องยึดเซ็นเซอร์ให้แน่นโดยใช้หนังยาง

จากนั้นเราก็สอดเซ็นเซอร์เข้าไปในรูในคอยล์แล้วจัดกึ่งกลาง เพื่อจุดประสงค์นี้จึงได้ติดหนังยางเพิ่มเติม

ใช้ที่หนีบพลาสติกเพื่อยึดสายไฟทั้งหมด

ตอนนี้ Levitron ของเราพร้อมใช้งานแล้ว!

การทดสอบเลวิตรอน

เราเชื่อมต่อแหล่งจ่ายไฟ

ด้วยการเปลี่ยนระยะห่างระหว่างเซ็นเซอร์ เรายังเปลี่ยนระยะชักของระบบกันสะเทือนอีกด้วย

สิ่งที่ต้องทำคือวางแม่เหล็กไว้ในบริเวณเซ็นเซอร์และเพลิดเพลินไปกับความมหัศจรรย์ของการลอยตัว!))

วิดีโอโฮมเมด - Levitron พร้อม gimbal ที่ควบคุม