基于压电传感器的脚踏发电电路

从过去几年开始，对低功耗电子便携式设备的需求迅速增加。而且为这些小型便携式电子设备（如碱性电池或太阳能等）供电的选择非常有限。所以在这里我们使用一种不同的方法来产生少量的功率，它使用压电传感器。在这里，我们将建立脚步发电电路来发电。

什么是压电效应？

压电效应是一些压电材料（如石英、黄玉、氧化锌等）产生电荷以反馈机械应力的能力。“压电”一词源自希腊语“piezein”，意思是推动、挤压和按压。

此外，压电效应是可逆的，这意味着当我们对压电材料施加机械应力时，我们会在输出端接收一些电荷。而且，当我们向压电材料通电时，它会压缩或拉伸压电材料。

压电效应用于各种应用，包括

声音的产生和检测

产生高压

电子频率生成

微量天平

光学组件的超精细聚焦

日常应用，如打火机

压电材料

现在有许多压电材料可用，甚至是天然的和人造的。天然压电材料包括石英、蔗糖、罗谢尔盐、黄玉碧玺等。人造压电材料包括钛酸钡和钛酸锆酸盐。下表中给出了天然和合成类别中的一些材料：

 

天然压电材料	合成压电材料
石英（最常用的）	钛酸锆酸铅
罗谢尔盐	氧化锌
黄玉	钛酸钡（BaTiO3)
TB-1	压电陶瓷钛酸钡
TBK-3	钛酸钙
蔗糖	正镓（GaPO4)
肌腱	铌酸钾（KNbO3)
丝绸	钛酸铅（PbTiO3)
搪瓷	钽铁矿锂（LiTaO3)
牙本质	兰加石（拉3加语5二氧化硅14)
脱氧核糖核酸	钨酸钠（Na2窝3)

 

所需组件

压电传感器

指示灯（蓝色）

二极管 （1N4007）

电容器 （47uF）

电阻器 （1k）

按钮

连接线

面包板

脚步发电电路图

压电传感器由压电材料（最常用的石英）组成。它用于将机械应力转换为电荷。压电传感器的输出是交流电。我们需要一个全桥整流器将其转换为直流电。传感器的输出电压小于30Vp-p，可以将压电传感器的输出馈入或将其存储到电池或其他存储设备中。压电传感器的阻抗小于500欧姆。工作和储存温度范围分别为-20°C~+60°C和-30°C~+70°C。

按照压电传感器电路图进行连接后，当我们向压电传感器提供机械应力时，它会产生电压。压电传感器的输出为交流形式。为了将其从交流转换为直流，我们使用全桥整流器。整流器的输出连接在一个47uF电容上。压电传感器产生的电压存储在电容器中。而且，当按下按钮时，所有存储的能量都转移到 LED，LED 打开，直到电容器放电。

在该电路中，LED发光几分之一秒。要增加LED的导通时间，您可以提高电容器额定值，但充电需要更多时间。甚至，您可以串联更多的压电传感器以产生更多的电能。此外，二极管用于阻止电流从电容器流向压电传感器，电阻器是限流电阻器。LED也可以直接连接到压电传感器，但由于没有电容器来保持电流，它会在一瞬间关闭。