Controlando uma corrente com outra - alternativas caseiras ao transistor?

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Eu tenho um entendimento muito básico de como um BJT ou um FET funciona, mas acho que entendi. Eles são impressionantes em todos os aspectos, exceto um: você não pode fazer um em casa sem fornos quentes e produtos químicos assustadores. Os triodos antigos seriam mais fáceis de fazer, exceto que eles precisam de um bom vácuo (melhor do que o que eu poderia fazer em casa).

Existem outros componentes que se possa usar no lugar de um transistor ou triodo, para controlar uma corrente forte com uma fraca?

Pensei nessas maneiras - são idéias ingênuas de alguém fascinado, mas que mal entrou no estágio "iniciante" da eletrônica:

  • faça uma tecelagem de fio de cobre isolado (como uma grade apertada) e passe outros fios através dos olhos da tecelagem, para que uma tensão na tecelagem (o controlador) possa assustar os elétrons que passam pelos fios que passam (o controlado) usando sua campo elétrico, como a grade funciona em um triodo ou como o portão funciona em um FET

  • coloque uma placa (controladora) entre as placas de um capacitor (controlado); assim, quando você coloca uma corrente na placa controladora, a capacidade do capacitor é modificada um pouco para que sua reatância mude (não pensei muito nessa idéia , nem como poderia ser usado, definitivamente parecerá estúpido)

  • coloque um capacitor cilíndrico (o controlador) em torno de um fio (o controlado), para que o cilindro interno negativo fique próximo ao fio; espero que carregar o capacitor ... oh espere ... o campo elétrico líquido fora de um capacitor deve ser 0 ...

Eu já suponho que essas idéias estejam erradas de inúmeras maneiras. Você poderia apontar alguns dos erros? Espero aprender muito dessa maneira.

Transistores e triodos são os melhores, mais convenientes, mais rápidos e mais eficientes para esta tarefa. Eu sei muito bem, não nego de forma alguma. Esta pergunta é feita no espírito de "O que não posso criar, não entendo". e "Saiba como resolver todos os problemas que foram resolvidos.", como Feynman colocou de maneira tão brilhante.

Estou primariamente interessado no controle e na amplificação com um ganho. Ligar / desligar não é suficiente - acho que gostaria de usar isso em um oscilador ou circuito de RF.

CamilB
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Por curiosidade, o que você está fazendo para criar o seu próprio?
Direita. Deveria ter mencionado. Eu não preciso de nada de especial. É apenas para poder fazer o meu. Quando conseguir criar algo em casa com a tecnologia bruta, usarei felizmente todos os transistores disponíveis, com todas as conveniências que eles oferecem. Mas antes disso, serei atormentado com o pensamento de que "sim, posso facilmente usar um já pronto, mas posso FAZER um eu mesmo?".
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Muitas das idéias você que sugere foram perdidos com Tesla e agora estão patenteada pela IBM
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Sua primeira idéia me lembrou coisas como "mono elétrons", "resistividade magnética gigante", "sensores de hall" e "sensores de weigandt". Alguns dos que foram alcançados pela IBM e certamente Tesla estava pensando ou tentando este tipo de coisas

Respostas:

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Existe o amplificador magnético . Eu acho que parece muito fácil de construir e funciona muito bem.

Aqui está um bom livro sobre amplificadores magnéticos : Amplificadores Magnéticos, Paul Mali, 1960, 101 páginas , encontrado na coleção de livros verdadeiramente impressionante de Pete Millet . Deste livro:

Reator Saturável Simples.  Fonte: Amplificadores Magnéticos, Paul Mali, 1960

"Basicamente, o princípio do reator saturável simples pode ser declarado em duas partes: À medida que o núcleo magnético satura, a corrente para carga aumenta; à medida que o núcleo magnético dessatura, a corrente para carga diminui." (p.28)

Outra imagem ilustra isso:

Entrada de amplificador magnético vs. formas de onda de saída.  Fonte: Amplificadores Magnéticos, Paul Mali, 1960

Quando você varia a corrente CC (circuito de controle), você dirige o núcleo para dentro ou para fora da saturação, controlando o declive se a característica de transferência de saída para entrada (circuito de carga CA).

Observe que, como o princípio subjacente é um indutor, você pode controlar apenas as correntes de carga CA. Para aplicações CC, é possível controlar uma corrente CA e retificar a saída usando um retificador de diodo e um capacitor de suavização.

Além das aplicações bastante exóticas na tecnologia militar antiga, aviônica ou transmissão de alta tensão, há pelo menos dois exemplos em que indutores saturáveis ​​foram usados ​​aos milhões em dispositivos de consumo:

  • Pós-regulação em fontes de alimentação comutadas - na verdade, uma aplicação em que uma corrente CA é controlada para criar, depois de retificada, uma tensão CC estabilizada.

  • Circuitos para corrigir a geometria distorcida ("forma de almofada") de uma imagem em um monitor CRT. Aqui, a corrente CA das bobinas de deflexão do tubo de imagem é modificada por um indutor saturável controlado.

Dan Stahlke
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Boa memoria. Amplificador magnético shoudl ser alimentado com pelo menos estabilizador de tensão ferrorressonância
Também conhecido como o "reator de núcleo saturável"
Nick T
Pelo que li, um amplificador magnético deve ser alimentado apenas por CA. Isso significa que não posso usá-lo para fazer um amplificador alimentado por bateria para um microfone? Ou eu realmente posso?
CamilB
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@Camil. Você precisará de um ponto de trabalho estável na região DC. Então, pensei que a fonte correta de deslocamento sem a eletrônica contemporânea deveria envolver estabilizador. O estabilizador de tensão ferrorressonante é o tipo de estabilizador CA para a tarefa. Para transformar CA em CC, você precisará de um retificador síncrono (sem componentes eletrônicos novamente) e filtro passa-baixo. Mas, para começar, o deslocamento pode ser feito apenas com um ímã permanente.
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@ Camil: "Eu pensei que não poderia usar [amplificadores magnéticos] com DC. Por favor, me diga que estou errado!" - Editei mais informações na resposta de uma linha original e você descobrirá que pode controlar a corrente contínua - a limitação é que você precisa executar a corrente alternada através do amplificador magnético e retificar essa corrente.
zebonaut
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Alcançar ganho de poder real será complicado. As coisas que você pode fazer por conta própria, sem equipamento especializado, não renderão alto ganho ou trabalharão nas frequências desejadas. Dito de outra forma, você não obterá muito produto de largura de banda com ganho *. Se fosse assim tão fácil, os tubos a vácuo, seguidos pelos transistores, não teriam sido tão inovadores.

No entanto, algumas coisas vêm à mente:

  1. Um revezamento, que é algo que você pode fazer por si mesmo. Ele tem apenas dois estados, mas um ganho bastante alto. Você pode obter saída analógica via pontilhamento ou PWM. Uma maneira é configurar o relé para oscilar automaticamente. Configure o contato para que ele fique normalmente fechado e, em seguida, coloque-o em série com a bobina. É exatamente assim que velhas campainhas e campainhas elétricas funcionavam. Agora você tem vários pulsos em provavelmente alguns 10s de Hz. Nesse ponto, é necessária pouca entrada de controle para perturbar o sistema para um ciclo de trabalho diferente. O controle pode ser um eletroímã separado puxando o braço de contato ou até mesmo um segundo enrolamento no mesmo. Deve ser possível configurá-lo para exigir menos energia de controle do que a energia que pode ser derivada da saída comutada média, proporcionando ganho.

  2. Uma luz controlada e um fotorresistor. Uma vez que a tensão e a corrente através do fotorresistor podem ser mais altas do que as que conduzem a luz, isso pode fornecer ganho de energia. Talvez ele só possa ser configurado com peças prontas para obter ganho de energia em corrente alternada. Isso não é trapaça, já que muitos tubos de vácuo têm o mesmo problema devido à energia necessária para aquecer o cátodo. Talvez nos pontos de operação corretos com um LDR de baixa resistência, você possa obter ganho de energia CA. O ganho de tensão por si só deve ser fácil, mesmo em corrente contínua.

    Acopladores ópticos existem que definitivamente têm ganho de potência, mas todos eles usam fototransistores, o que seria trapaça de acordo com suas necessidades.

    A parte mais difícil será criar sua própria luz que possua uma eficiência razoável. Obter os materiais para um resistor dependente de luz CdS também não será fácil, mas acho que eles devem ser possíveis de construir por conta própria, embora eu nunca tenha tentado isso.

  3. Como acima, mas use uma fonte de luz fixa e module seu feixe, desviando-o através de um espelho controlado magneticamente ou eletrostaticamente. Essa pode ser a maneira mais fácil de fazer o seu amplificador de microfone. O microfone pode ser algo tão simples quanto uma folha de papel alumínio que reflete a luz do sol ou alguma outra fonte de luz forte. Com algumas lentes, deve ser possível transformar isso em um feixe de luz modulado. Dirigir um fotorresistor e uma fonte de tensão DC fixa pode ser suficiente para levar os fones de ouvido pequenos a níveis audíveis.

  4. Regulador de pressão magneticamente controlado. Um motor a gasolina é capaz de produzir grande potência, certamente muito mais do que seria necessário para acionar seu acelerador eletricamente através de um solenóide. Se você deseja entrada e saída elétricas, peça ao motor para acionar um gerador. Definitivamente, isso pode ter um ganho de potência significativo, embora a largura de banda seja baixa, como um ou dois Hz, na melhor das hipóteses.

  5. Gerador controlado em campo. Faça um gerador elétrico com bobinas de campo em vez de ímãs permanentes. Isso tem a vantagem de poder lidar com grandes quantidades de energia de entrada na forma de um eixo de rotação. Com tudo certo, é possível modular a potência de entrada grande o suficiente para gerar um ganho de potência líquida do sinal de controle para a saída. Pode ser mais fácil obter ganho CA perturbando um ponto de operação CC. Alguns primeiros transmissores de RF trabalharam nesse princípio.

Basicamente, procure qualquer coisa na natureza que lide com quantidades razoáveis ​​de energia e pense em como esse fluxo de energia pode ser modulado com um sinal de controle de energia mais baixo. Existem muitas dessas coisas se você olhar com cuidado.

Olin Lathrop
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Bem, isso diminui um pouco meu entusiasmo. Muito obrigado pelas explicações. Ignorei inadvertidamente a largura de banda, acho que assumi que tudo ficará bem em todos os casos. Mais duas perguntas, por favor: (1) Eu poderia usar um amplificador magnético, alimentado pelo sinal tipo CA gerado pelo relé que você descreveu 1.?
CamilB
E (2): Se tudo mais falhar - provavelmente falhará - e eu acabar tentando construir um triodo de vácuo, seria muito sensível à qualidade do vácuo que posso produzir? Digamos que eu coloque sob 100 Pa de pressão. Estaria funcionando? Ou melhor: que fórmulas devo procurar para calcular a impedância do triodo quando conheço a pressão do vácuo? Eu suponho que eu precise do ε (permissividade) de alguma forma - provavelmente meça com um capacitor improvisado colocado em um vácuo semelhante. Estou fazendo sentido?
CamilB
@ Camil: Não sei que tipo de vácuo é necessário para um triodo razoavelmente funcional. Eu vi um vídeo no youtube há alguns anos atrás por um cara na França que fez seus próprios tubos de vácuo e depois construiu um receptor de rádio completo. Muito impressionante, mas ele também tinha muitas ferramentas especializadas, particularmente um soldador de contato.
amigos estão dizendo
@OlinLathrop: Sim, esse vídeo ainda está no ar e ainda inspira as pessoas. Acabarei analisando as fórmulas que determinam a impedância de um triodo em função do vácuo interno. Provavelmente na próxima semana ...
CamilB
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Você considerou um diodo ou triodo de chama? São equivalentes a tubos de vácuo que operam dentro da chama de uma lâmpada de álcool, e não no vácuo. Esse cara construiu os dois, e o site tem fotos de seus dispositivos e descrições dos materiais e técnicas que ele usou.

Você precisará de uma fonte de alta tensão DC (ele usa 200VDC) e precisará trabalhar com correntes muito baixas - precisará de um amplificador existente (construído com transistores regulares ou CIs) para ouvir o oscilador e / ou um osciloscópio com um impedância de entrada muito alta para visualizar / medir a saída.


Editado:

Há também esse cara que produziu transistores de efeito de campo a partir de óxido de zinco. Existem dois pdfs na página vinculada. Um descreve a criação de um transistor simples, o outro descreve o uso de um desenvolvimento adicional desses transistores para criar um oscilador.

A coisa mais desagradável que ele precisava era de ácido acético (98% puro).

JRE
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Suponho que você poderia tentar montar algo com um relé indutivo, uma mola e um reostato ... mas os triodos e os muitos tipos de transistores são como você faz isso.

dmckee --- gatinho ex-moderador
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Meu mal, eu deveria ter sido mais claro. Estou interessado nos recursos de amplificação de um transistor / triodo, não apenas na comutação simples. Relés são apenas interruptores ...
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@CamilBancioiu: Sim, é por isso que você precisa conectá-lo - mecanicamente! - a um reostato que controla o fluxo da corrente mais alta. E o objetivo da primavera é permitir que você tenha uma transição suave e não digital à medida que aumenta a corrente no relé.
dmckee --- ex-moderador gatinho
Cordas e paus. E selsins. Não esqueça selsins.
@ dmckee: ok, isso significa que eu não entendi sua sugestão inicialmente :) ainda não está claro para mim, mas agora vejo que você tem um ponto, e vou investigar. Felicidades pela paciência e por não rejeitar as restrições estranhas que adicionei.
CamilB
@RocketSurgeon: louco, por isso deve funcionar. Você está falando sobre isso ? Quanto mais confiança em cordas e paus, mais eu gosto. Agora, se eu poderia acrescentar algumas pedras a ele ...
CamilB