Luisteren naar kwantumradio

26 maart 2019, 00:00
Met deze quantumchip (1 x 1 cm) kunnen de onderzoekers luisteren naar het zwakste radiosignaal dat de quantummechanica toelaat (foto: TU Delft).
Met deze quantumchip (1 x 1 cm) kunnen de onderzoekers luisteren naar het zwakste radiosignaal dat de quantummechanica toelaat (foto: TU Delft).

Onderzoekers van de TU Delft hebben een quantumcircuit gemaakt dat hen in staat stelt te luisteren naar het zwakste radiosignaal dat de quantummechanica toelaat. Dit nieuwe quantumcircuit kan leiden tot toekomstige toepassingen op gebieden als radioastronomie en geneeskunde (MRI). Het stelt onderzoekers ook in staat om experimenten te doen die licht kunnen werpen op de wisselwerking tussen quantummechanica en de zwaartekracht.

 

Iedereen heeft zich al wel eens geërgerd aan zwakke radiosignalen. Onze favoriete song in de auto verandert in ruis, of we zijn te ver weg van onze WiFi-router om onze mail te checken. De gebruikelijke oplossing is om het signaal sterker te maken, bijvoorbeeld door een ander radiostation te kiezen of door naar een kamer dichter bij de router te verhuizen. Maar wat als we gewoon beter zouden kunnen luisteren?

Kwantumsprong

Zwakke radiosignalen zijn niet alleen een uitdaging voor mensen die hun favoriete radiostation proberen te vinden, maar ook voor MRI-scanners in ziekenhuizen en voor de radiotelescopen die wetenschappers gebruiken om signalen uit de ruimte op te vangen.

In een ‘kwantumsprong’ op het gebied van het detecteren van signalen hebben onderzoekers in de groep van professor Gary Steele in Delft nu fotonen of ‘quanta’ van energie gedetecteerd. Dat zijn de zwakste signalen die de theorie van de quantummechanica toelaat.

Kwantumbrokken

Een van de vreemde voorspellingen van de kwantummechanica is dat energie in kleine brokjes komt. Die brokjes worden ‘kwanta’ genoemd. Wat betekent dit? ‘Stel dat ik een kind op een schommel een duwtje geef”, zegt hoofdonderzoeker Mario Gely. “Als ik wil dat het kind een beetje sneller gaat, kan ik haar volgens de klassieke natuurkunde een klein duwtje in de rug geven, waardoor ze iets meer snelheid en energie krijgt. Maar de quantummechanica zegt iets anders: ik kan de energie van het kind slechts één ‘kwantumstap’ tegelijk verhogen. De helft van die hoeveelheid is niet mogelijk.”

Voor een kind op een schommel zijn deze ‘kwantumstappen’ te klein om op te merken. En tot voor kort gold hetzelfde voor radiogolven. Het Delftse onderzoeksteam heeft nu echter een ‘quantumcircuit’ ontwikkeld dat deze energiekwanta daadwerkelijk kan detecteren in radiosignalen, wat het mogelijk maakt om radiogolven op quantumniveau te detecteren.

Kwantumzwaartekracht?

Naast toepassingen in kwantumdetectie willen de onderzoekers de kwantummechanica nu naar een volgend niveau tillen: massa. Ook al is de theorie van kwantummechanica bijna 100 jaar geleden ontwikkeld, natuurkundigen weten vandaag de dag nog steeds niet hoe ze zwaartekracht met de kwantummechanica moeten verenigen.

“Met behulp van onze kwantumradio willen we niet alleen luisteren naar kwantumtrillingen van zware objecten maar ze ook beheersen, zodat we experimenteel kunnen onderzoeken wat er gebeurt als je kwantummechanica en zwaartekracht mengt”, zegt Gely. “Dergelijke experimenten zijn erg ingewikkeld, maar als het ons lukt zouden we een kwantumsuperpositie van ruimte-tijd kunnen proberen te maken. Dat is een compleet nieuw concept dat ons begrip van zowel kwantummechanica als algemene relativiteit zou testen.”

Het ondezoek is gepubliceerd in Science.

Bron: Elektor

Bron:  TU Delft

Het inrichten van een elektronicawerkplaats

Of u nu een professional of een hobbyist bent, een goed uitgeruste elektronica-werkplek is essentieel voor het ontwerpen en testen van uw projecten. Rekening houdend met het beschikbare budget moet u een ruimte inrichten waar u prettig in kunt werken. Als u op zoek bent naar tips, trucs en suggesties, dan vindt u hier een overzicht waar u mee van start kunt. We geven eenvoudig advies en aanbevelingen voor betaalbare gereedschappen, testapparatuur, verlichting, energiebronnen, het maken van prototypes en de inrichting van uw werkplek.

Electronics Workspace

Meubels en verlichting

Om te beginnen hebt u een stevig, vlak werkblad nodig, liefst wit. Dat zorgt voor betere verlichting dankzij de reflectie en het zal u ook helpen onderdelen en gereedschap snel te vinden en te herkennen.

Denk aan uw rug. Zorg dat u een in hoogte verstelbare draaistoel hebt van hoge kwaliteit, om uw lange soldeer- en ontwerpsessies comfortabel te maken.

Zorg ook voor ruim voldoende licht. Als u rechtshandig bent, wilt u een goede LED-lamp linksboven uw werkblad, bent u linkshandig, dan komt de lamp natuurlijk aan de rechterkant. Zo werpt uw hand geen schaduw op de plek waar u aan het werk bent.

Waarschijnlijk wilt u heel dicht op uw werk zitten. Trouwens, componenten worden tegenwoordig kleiner en kleiner. Een oplossing zoals de Toolcraft Helping Hand LED Magnifier is een combinatie van een goede LED-lamp met vergrootglas plus een uitstekende “derde hand”.

Toolcraft Magnifier for Electronics Workspace
Toolcraft LED-lamp met derde hand

Indeling van uw elektronicawerkplek

De indeling van uw elektronicawerkplek moet zijn afgestemd op uw persoonlijke voorkeuren. In elk geval is het een groot voordeel als alle apparatuur en gereedschap binnen handbereik is. Dat maakt het werk gemakkelijker, minder vermoeiend en zorgt dat u zich beter kunt concentreren en prettiger voelt.

Een wirwar van draden is voor elke elektronicus een gruwel. Dat probleem is op te lossen door een eenvoudige draadspoel te bouwen. Dat gaat heel gemakkelijk met bijvoorbeeld een stukje overgebleven rondhout, dar u vastmaakt tussen twee rechthoekige stukken hout.

Hier zijn nog wat tips voor het verbeteren van uw efficiëntie en inrichting:

  • Gebruik oude jampotten met een etiket voor het bewaren van onderdelen, schroeven enz.
  • Gebruik een kleurcodering voor verschillende componenten
  • Overweeg de aanschaf van een samengestelde toolkit. iFixit is gespecialiseerd in gemakkelijk toegankelijk kits van hoge kwaliteit in handige tasjes met alle gereedschappen die u nodig hebt (en zonder spullen die u niet gebruikt!)
iFixit Took Kit
iFixit Tool Kit

Test- en meetapparatuur

Als het gaat om test- en meetapparatuur, staat de kwaliteit voorop. Kwaliteit is bij meetapparatuur synoniem met nauwkeurigheid. Hier zijn wat tips en trucs om mee te beginnen:

  • Multimeter: Een goede multimeter is het belangrijkste instrument op uw werkbank. U kunt daarmee spanning, stroom, continuïteit, weerstand en capaciteit meten. Hij moet geschikt zijn voor het meten van stromen tot in het microampèrebereik. U moet op uw multimeter kunnen vertrouwen. Daarom is het verstandig om te gaan voor een vertrouwd merk, zoals Peaktech, Siglent, Fluke, Voltcraft enz. Elektor verkoopt een gevarieerd assortiment van kwaliteitsmultimeters.
  • Labvoeding: U hebt tenminste één voeding nodig, bij voorkeur een type met een variabele uitgangsspanning. Daar kunt u er nooit genoeg van hebben, dus misschien wilt u er wel drie of vier.
  • Functiegenerator: Waarschijnlijk wilt u ook een bron voor het genereren van een testsignaal. Daarom is een functiegenerator die de basissignalen zoals driehoek-, sinus- en blokgolven kan genereren een must.
  • Oscilloscoop: Een ander essentieel apparaat op uw werkbank is een oscilloscoop. In feite is dat een spanningsmeter die extra visuele informatie biedt. Zelfstandige apparaten kunnen groot en lastig zijn, dus u kunt overwegen om een modern USB-alternatief zoals de SmartScope te kiezen.
SmartScope USB Oscilloscope
SmartScope USB-oscilloscoop

Goed gereedschap

“Een vakman is zo goed als zijn gereedschap.” Die oude stelling is in de elektronicawerkplaats zeker van toepassing. Met kwaliteitsgereedschappen levert u werk van hoge kwaliteit. Wilt u weten welke gereedschappen essentieel zijn voor een goede werkplaats? Hier zijn wat aanbevelingen:

  • Soldeergereedschap: Het meest fundamentele gereedschap op de werkbank van een elektronicaliefhebber is natuurlijk het soldeerstation. Of u nu reparaties doet of nieuwe schakelingen bouwt, een goed soldeerstation is van het grootste belang voor een goed resultaat. Dat hoeft geen honderden Euro’s te kosten, zorg gewoon voor een apparaat van een betrouwbaar merk met een regelbare temperatuur, dat niet te groot is voor uw werkbank. De Weller WT 1014 is niet goedkoop, maar is een uitstekende universele oplossing. Koop ook een goede tinzuiger en een hittebestendige mat. Dat zorgt voor een langdurig behoud van uw werkbank en uw componenten!
  • Ventilator: Geef geen fortuin uit aan een geavanceerde afzuiginstallatie. Een eenvoudige tafelventilator helpt u af van die afschuwelijke soldeerdampen. En hij houdt u lekker koel in de hete zomermaanden.
  • Tangen: Wat u nodig hebt is een goede, kleine zijsnijtang, met een bek die aan één kant vlak is, zodat u draden kunt afknippen zonder er kracht op uit te oefenen. daarnaast heeft u een platbektang en een punttang nodig. De firma Bernstein levert een uitstekend assortiment van tangen.
  • Lijm: De hete lijm uit een lijmpistool heeft allerlei nuttige toepassingen: de belangrijkste zijn werktuiglijke ondersteuning van elektronische componenten en draden, elektrische isolatie en andere doelen bij de opbouw van elektronica.
  • Striptang: Als het niet lukt met uw zijsnijtang, is een striptang altijd een welkome aanvulling voor uw gereedschapsset.
  • Digitale schuifmaat: Een schuifmaat is heel handig op de werkbank. Het digitale type heeft de traditionele mechanische variant intussen vrijwel verdrongen. Maar ook een stalen liniaal is heel nuttig.
  • Mes: een goed mes of scalpel is essentieel voor het bewerken van printsporen.
  • Schroevendraaierset: Waarschijnlijk hebt u gereedschap nodig om dingen uit elkaar te halen en weer in elkaar te zetten. Een goede schroevendraaierset omvat platte, kruiskop, Torx en zeskantige typen. Ook een set imbussleutels is handig. Als u die dingen bij de hand hebt, bespaart dat een hoop ergernis.

Leg een voorraad van basiscomponenten aan. Als u een beperkt budget hebt en niet alles tegelijk kunt kopen, maak dan een lijst van de onderdelen die u het meest gebruikt en begin daar mee.

Belangrijke verbruiksmaterialen

We adviseren om de volgende gebruiksvoorwerpen in te slaan:

  • Breadboards: De meest gebruikte techniek voor het maken van prototypes is met behulp van soldeerloze breadboards. Daarmee kunt u gemakkelijk experimenteren, schakelingen ontwerpen en testen en prototypes opbouwen.
  • Gaatjesprint: Een andere populaire methode voor maken van prototypes is het gebruik van gaatjesprint, bijvoorbeeld Veroboard.
  • Veelgebruikte componenten: Het is altijd een goed idee om een assortiment van weerstanden, condensatoren, spoelen, diodes, transistors en LED’s bij de hand te hebben.
  • Soldeer: Kies voor niet te dik soldeerdraad. Mooi dun (<0.5mm) 60/40 tin/loodsoldeer (met harskern) zal geschikt zijn voor de meeste toepassingen
  • Koelspray: Essentieel voor het vinden van slechte soldeerverbindingen en printsporen in uw schakelingen. Ook heel handig bij het losmaken van vastzittende schroeven.
  • Samengeperste lucht: Heel goed om mee schoon te maken. Dit voorkomt de opbouw van statische ladingen die vaak ontstaat bij andere schoonmaakmethoden.
  • Oplosmiddelen: Isopropyl- en methylalcohol zijn handig voor allerlei doelen.
  • Lijm: Extra lijm voor uw lijmpistool, epoxyhars (Araldite, JB Weld) en Loctite voor het vastzetten van schroeven.
  • Kabeltjes: Vooral kabels met banaanstekkers en krokodilklemmen zijn bijzonder nuttig.
  • Veiligheid: Een veiligheidsbril en een verbandtrommel.

Ontwerp, bouw en verkoop elektronica

Het hoeft geen fortuin te kosten om een elektronicawerkplaats in te richten in uw huis, appartement of kantoor. Maar kwaliteit is essentieel als u de beste resultaten wilt behalen. Het is de moeite waard om de hier gedane suggesties te overwegen. Dat spaart u op den duur tijd en geld en geeft u de werkplek waar u zo naar verlangt. Hopelijk heeft dit artikel u geholpen met enkele basisideeën van wat er nodig is om uzelf uit te rusten met de belangrijkste dingen om mee van start te gaan.

Bij Elektor doen we er alles aan om ingenieurs, makers en studenten te helpen bij het ontwerpen, bouwen en verkopen van elektronica. Meld u aan voor een gratis Elektor Labs account om de projecten die u hebt gebouwd in uw nieuwe, verbeterde werkruimtes te delen en samen te werken met ontwerpers uit de hele wereld.

Bron: Elektor

Snelle dataopslag met licht

15 januari 2019, 16:09
‘Artist impression’ van het optische schakelen van magnetische bits. Een laserpuls (rood) verandert de richting van de magnetisatie en bepaalt daarmee of het een 0 of een 1 wordt (afbeelding: TU Eindhoven).
‘Artist impression’ van het optische schakelen van magnetische bits. Een laserpuls (rood) verandert de richting van de magnetisatie en bepaalt daarmee of het een 0 of een 1 wordt (afbeelding: TU Eindhoven).

Licht is de meest energie-efficiënte manier om informatie te verzenden. Het is alleen niet eenvoudig om licht op te slaan. Vandaar dat datacenters nog steeds gebruik maken van magnetische harde schijven, maar daarmee kost het versturen van informatie dan weer erg veel energie. Onderzoekers van het Institute of Photonic Integration aan de TU Eindhoven hebben echter in het tijdschrift Nature Communications een ‘hybride techniek’ gepresenteerd die de voordelen van licht en magnetische opslag combineert. Ultrakorte lichtpulsen maken het mogelijk om gegevens direct in een magnetisch geheugen te schrijven op een snelle en zeer energiezuinige manier.

Magnetische domeinen

Gegevens worden op een harde schijf opgeslagen in de vorm van ‘bits’, minuscule magnetische domeinen met een noordpool en een zuidpool. De richting van deze polen (‘magnetisatie’) bepaalt of de bits een digitale 0 of een 1 bevatten. Het schrijven van de gegevens gebeurt door de richting van de magnetisatie van de bijbehorende bits om te schakelen.

Synthetische ferrimagneten

Conventioneel vindt het schakelen plaats door een extern magnetisch veld aan te leggen, die de richting van de polen ofwel omhoog (1) of omlaag (0) dwingt. Een alternatief is om het schakelen optisch te doen, door gebruik te maken van een zeer korte (femtoseconde-)laserpuls. Hiermee kan de opslag van gegevens potentieel sneller en efficiënter gebeureHet is de onderzoekers gelukt om het optisch schakelen te realiseren in zogeheten synthetische ferrimagneten – materialen die zeer geschikt zijn voor spintronicatoepassingen. Dit lukte met een enkele femtoseconde laserpuls, waardoor het schrijven van gegevens energiezuinig én snel gebeurt.

‘On-the-fly’ data schrijven

Daarnaast combineerden de onderzoekers het optisch schakelen met een zogenaamd racetrackgeheugen, een magnetische draad waardoorheen de gegevens, in de vorm van magnetische bits, efficiënt worden getransporteerd met behulp van een elektrische stroom. In dit systeem worden magnetische bits continu met licht opgeslagen en onmiddellijk langs de draad getransporteerd door de elektrische stroom, waardoor ruimte vrijkomt voor lege magnetische bits en dus nieuwe gegevens worden opgeslagen. Dit ‘on the fly’ kopiëren van informatie tussen licht en magnetische racebanen, zonder tussenliggende elektronische stappen, is als het heen en weer springen tussen twee rijdende hogesnelheidstreinen, in plaats van dat men moet overstappen op een station. Dat is uiteraard veel sneller en energiezuiniger.

Het ‘on-the-fly’ schrijven van gegevens in een racetrack-geheugen. De magnetische bits (enen en nullen) worden geschreven door laserpulsen (rode puls, linkerkant). Deze bewegen vervolgens over de racetrack (zwarte pijlen). In de toekomst kan de data mogelijk ook weer optisch worden uitgelezen (rode puls, rechterkant). Afbeelding: TU Eindhoven.

Nanoschaal

Het onderzoek is uitgevoerd met microdraden. In de toekomst moet verkleind worden naar de nanoschaal om integratie met computerchips mogelijk te maken. De onderzoeksgroep Physics of Nanostructures werkt ook aan het optisch uitlezen van de (magnetische) data.

Bron: TU Eindhoven

Klasse R: Innovatieve hybride audioversterker

3 april 2018, 21:30
Een nieuw soort eindtrap: klasse-R. Afbeelding: UnoQuattro.
Een nieuw soort eindtrap: klasse-R. Afbeelding: UnoQuattro.

Het is bijna niet te geloven, dat er vandaag de dag nog iets te verbeteren valt aan de oude vertrouwde audioversterker, na decennia van research en verbeteringen. En het is nog interessanter, dat deze doorbraak juist bereikt bij een Japanse autofabrikant, die tot nu toe vooral bekend stond om zijn slecht-ontworpen, maar dankzij hybride aandrijving erg brandstofbesparende auto’s.

Maar misschien komt het wel, doordat er tot nu toe vooral is gelet op weergavekwaliteit en alleen is gekeken naar verhoging van het rendement door middel van digitalisering met alle nadelen van dien. En een eindtrap, waarin het analoge ingangssignaal eerst met een eindige nauwkeurigheid wordt gedigitaliseerd, waarna de datapakketjes worden bewerkt om ze vervolgens gekwantiseerd weer om te zetten in analoge signalen voor de luidspreker, is iets dat veel audiofielen pijn doet! Het betere rendement van een digitale eindtrap is dan een schrale troost.

U kunt zich misschien wel herinneren, dat een klasse-A-eindtrap zelfs in het praktisch niet bereikbare ideale geval bij volledige uitsturing een rendement van maximaal 50 % kan halen. Bij niet-volledige uitsturing is het rendement nog veel slechter. Daarom geeft men de voorkeur aan klasse-AB-eindtrappen, die dankzij een kleinere ruststroom bij volledige uitsturing nog steeds in de buurt komen van het rendement van 2/3 van een klasse-B-eindtrap, zonder het nadeel van een sterke cross-over-vervorming. In autoradio’s worden jarenlang alleen nog klasse-D-eindtrappen gebruikt, die theoretisch een rendement van bijna 100 % kunnen hebben en in de praktijk altijd nog ergens tussen 80 % en 90 % scoren, maar wel „digitaal“ klinken.

De nieuwe klasse R (de R komt van recuperatie of in het Engels „recover“) daarentegen, benut de niet-gebruikte magnetische energie van de spreekspoel van een dynamische luidspreker, door die bij het terugveren van de conus op te slaan in buffercondensatoren (te recupereren) en die energie te gebruiken voor de volgende versnelling van de spreekspoel, dus als het ware te recyclen. Zoals te zien is in het uitgelekte schema, zijn hier alleen maar 4 diodes en twee opslagcondensatoren voor nodig. Het ziet er erg eenvoudig uit, maar je moet er maar op komen! De spin-off UnoQuattro van de Japanse fabrikant benadrukt in een eveneens uitgelekte E-mail, die de Elektor-redactie dit weekend onder ogen kwam, dat de schakeling zelfs met de getekende Schottky-diodes nog niet optimaal is, hoewel de storingen niet hoorbaar zullen zijn door het geluid van de auto zelf, ook in een elektrische auto. Ze werken daarom aan een chip, die in plaats van de diodes vier LowRes-Power-MOSFET’s aanstuurt en de mogelijke beïnvloeding van het geluid reduceert door zacht te schakelen.

Om erachter te komen, wat met er een klasse-R-eindtrap mogelijk is, kunnen we een eenvoudige berekening doen: een normale, dynamische luidspreker heeft een rendement van ongeveer 3 %. Dat betekent dat er een verlies van ca. 97 % optreedt. Ook bij een digitale versterker! Niet meer dan ongeveer 3 % van de toegevoerde elektrische energie wordt omgezet in hoorbaar mechanisch arbeidsvermogen in de vorm van geluidsgolven. Dat is nog veel erger dan het rendement van een benzinemotor! Als we nu de in de spreekspoel opgeslagen bewegingsenergie recupereren, dan krijgen we het niet-verbruikte vermogen gewoon weer terug. Als we uitgaan van nog 2 % verlies in het recuperatiecircuit zelf, dan kunnen we dus tot maximaal 95 % van de niet gebruikte energie terugwinnen. Dat komt overeen met een factor 20! Met andere woorden: met een kleine netspanningsadapter van 5W van een mobieltje kunnen we dan een versterker voeden, die te vergelijken is met een conventionele 100W-versterker.

Zie voor meer details het persbericht van UnoQuattro.

Bron: Elektor

Elektrische auto’s opladen tijdens de rit?

3 april 2018, 15:48
Opladen tijdens het rijden. Concept van de University of Colorado. Afbeelding: colorado.edu
Opladen tijdens het rijden. Concept van de University of Colorado. Afbeelding: colorado.edu

Elektrische auto’s zijn HET thema van onze tijd. Geen wonder dat knutselaars en onderzoekers tegen elkaar opbieden met ideeën, die niet allemaal even realistisch zijn. Dat geldt zeker voor alle ideeën, die te maken hebben met het opladen van elektrische auto’s tijdens de rit.

De actieradius (en de daarmee verbonden kosten van grote accu’s) is, naast de infrastructuur aan elektriciteitscentrales en stroomleidingen (dat wordt vaak vergeten) het belangrijkste struikelblok, dat de massale verbreiding van puur elektrisch rijden in de weg staat. Daarom wordt er, naast voortdurende kleine verbeteringen aan lithiumaccu’s en alternatieve concepten voor energieopslag, ook over nagedacht, hoe we auto’s tijdens de rit zouden kunnen opladen, zodat een kleinere accu zou kunnen volstaan.

Het is niet zo gemakkelijk als bij de spoorwegen, want een dekkende bovenleiding boven alle straten met een tweede stroomafnemer voor de massa (net als bij trolleybussen), zou niet alleen waanzinnig kostbaar, maar ook gevaarlijk zijn. En de voertuigen zouden elkaar dan gaan beïnvloeden, zodat onze E-Golf trager wordt als hij net wordt ingehaald door een E-Bugatti die even lekker plankgas geeft… Nee, wacht, plankstroom natuurlijk! 😉

Dan komen we vanzelf op de tweede voor de hand liggende oplossing: inductieve voeding. Stationair is dat niet zo’n probleem, al is het wat duurder dan het gebruik van een armetierige stekker en gaat het gepaard met een onnodige vermindering van het rendement. Het verbetert de actieradius niet, dus het is de vraag waarom je zoiets zou willen.
We moeten dus een stap verder gaan: Een heleboel oplaadspoelen in de straten. Nadelen: Enorme kosten vanwege het vele koper en een miserabel rendement vanwege de grote afstand tot de ontvangstspoel in de auto. En dan hebben we het nog niet eens over het verwoestende effect van het magnetische veld op mechanische polshorloges, magnetische gegevensdragers en creditcards met een magneetstrip. Een absurd idee dus. Een afgeslankte versie van dit idee, met bijvoorbeeld alleen oplaadspoelen bij verkeerslichten, zou de kosten van de infrastructuur verminderen, maar ook het nut van het systeem. En alle technische nadelen blijven daarbij hetzelfde.

Kort voor de paasdagen kwamen onderzoekers van de University of Colorado met een alternatief voorstel: waarom zouden we een magnetisch veld gebruiken, als het ook met een elektrisch veld kan? Waarom leggen we geen rijstroken aan met speciale platen, met daartussen een hoogfrequent elektrisch veld? Daar is minder koper voor nodig, dat klopt. Maar de bruikbare capaciteit van de bodem van een voertuig is wel erg beperkt, dus zullen de frequentie en de amplitude heel erg groot moeten zijn, wat ook dit mooie idee erg onhaalbaar maakt. Want zulke grote energieniveaus brengen ook grote kosten en grote risico’s voor levende wezens met zich mee. Het ziet er dus naar uit, dat we hier niet verder komen: de natuurkunde is niet te foppen, ook niet elektrisch…

En: Elektor

SMD solderen

Verdwaalde radiogolven voeden computer

25 oktober 2017, 15:25
Verdwaalde radiogolven voeden computer
Verdwaalde radiogolven voeden computer

Bij al dat (welverdiende!) feestgedruis over het winnen van de Solar Race 2017 zou je gemakkelijk vergeten dat er bij de Technische Universiteit in Delft nog veel meer baanbrekende technologie wordt ontwikkeld. Wij Nederlanders staan niet voor niets bekend als brutaal en zuinig. Zo was er bijvoorbeeld in 2016 een onderzoeksinitiatief van de Universiteit van Washington en de TU Delft voor het ontwikkelen van een microprocessor die zichzelf kan voeden uit verdwaalde radiogolven in de lucht en tegelijk draadloos kan worden geprogrammeerd. Hoewel de CPU waar het om gaat voor moderne begrippen echt een slak is (het is een RISC-achtige 16-bits microcontroller met een klokfrequentie van 0,016 GHz), heeft hij in elk geval geen batterij nodig. Probeer dat maar eens met uw 32-bits machine die werkt op 1 GHz! Voeding uit radiogolven heeft belangrijke consequenties voor de ontwikkeling van het Internet of Things en voor alle vormen van ambient computing.

Het WISP-project (Wireless Identification and Sensing Platform) is al meer dan 10 jaar geleden gestart bij Intel Labs. Het project dreigde in de problemen te komen, toen een programmeerbaar systeem nodig was dat kan overleven op energie uit de omgeving voor het uitvoeren van lees/schrijf-operaties. Vele jaren later kwam Texas Instruments met de MSP430FR5969: 64 KB FRAM (ferro-elektrisch RAM) voor dataopslag met 2 KB conventioneel DRAM. Het goede nieuws: FRAM’s verbruiken ruim 100 keer minder energie dan de NAND-gates die werden gebruikt in eerdere WISP-chips.

Dr. Przemyslaw Pawelczak heeft bij de TU Delft verder gebouwd aan het WISP-platform, en zo Wisent gecreëerd. Dat is, volgens zijn zeggen, een robuust downstream communicatieprotocol voor CRFID’s dat werkt bovenop het ouderwetse UHF RFID-communicatieprotocol EPC C1G2. Het nieuwe aan Wisent is dat de framelengte door de lezer kan worden aangepast, zodat de communicatiesnelheid kan worden teruggebracht om de verzendtijd te beperken bij slechte omstandigheden in het communicatiekanaal.

Pawelczak’s experimenten tonen aan dat met Wisent de datacommunicatie over afstanden tot 1 meter tot wel 16 maal zo snel kan gaan als bij gebruik van een niet-adaptieve equivalent (dwz: vaste lengte van één woord). Hij kon een draadloze CRFID zonder eigen voeding aansturen met behulp van HF-energie, waarmee hij de chip niet alleen kon voeden en ontwaken, maar ook herprogrammeren.

Bron: Elektor


Super platte supercondensator

23 januar
i 2017, 15:30
Super platte supercondensator
Super platte supercondensator

Murata heeft een nieuwe zeer platte supercondensator voorgesteld. De DMH-supercondensator is ontwikkeld om te dienen als buffercondensator voor het opvangen van voedingspiekstromen in wearables en andere kleine draagbare apparaten. De nieuwe DMH-condensator is slechts 0,4 mm dik.

Een supercondensator heeft meer dan 100 keer de capaciteit van keramische condensatoren en elektrolytische condensatoren. Ten opzichte van accu’s heeft een supercondensator een veel langere levensduur. De Murata supercondensatoren worden gekenmerkt door geringe afmetingen en een ESR die voor dit type component zeer gering is. Wanneer zo’n supercondensator parallel aan de voeding van een kleine elektronicaschakeling wordt opgenomen, dan zorgt dit een stabielere voedingsspanning bij sterk pulserende voedingsstromen.

Dankzij de geringe afmetingen is de nieuwe DMH-serie uitermate geschikt voor gebruik in draagbare apparaten, mobiele elektronica, chipkaarten, e-paper-readers enz. De voedingsspanning bedraagt 4,5 V en sluit daarmee perfect aan bij Li-ion-accu’s. Het type DMHA14R5V353M4ATA0 heeft een nominale capaciteit van 35 mF en een inwendige weerstand van 300 mOhm, zodat hij bijvoorbeeld enkele tientallen milliseconden lang een piekstroom van 1 A kan leveren. De productie staat gepland voor februari 2017.

Bron: Elektor

SMD’s solderen: hoe gebruik je een hetelucht-soldeerstation

Handmatig solderen van SMD’s is geen gemakkelijke klus, maar het is zeker te doen. Weet u nog hoe u jaren geleden begon met het solderen van ‘through-hole’-IC’s? Na de eerste, die ongetwijfeld de lastigste was, kreeg u al snel ervaring en raakte u vertrouwd met deze manier van solderen. Hetzelfde kan u overkomen met SMD’s.  Met de juiste apparatuur, zoals een hetelucht-soldeerstation, en een goed inzicht in wat er moet gebeuren en wat niet, wordt het solderen van deze minuscule componenten een leuke uitdaging.
Hoe sneller u start met oefenen, hoe eerder u van uw nieuwe vaardigheid gebruik kunt maken.
Bron: Elektor

nanoPower boostregulator helpt levensduur batterijen verlengen

23 maart 2017, 00:00
Foto © Maxim
Foto © Maxim

Ontwerpers van wearables, fitness-monitors, IoT-applicaties, mobiele en wat voor connected apparaatjes dan ook werken zich drie slagen in de rondte om de batterij-levensduur van de nieuwste generatie producten zoveel mogelijk te verlengen – en dat wordt steeds moeilijker naarmate er meer functies en meer snelheid in een steeds kleinere behuizing moeten worden gepropt. Voedingsoplossingen voor deze problemen vereisen een hoge mate van integratie en een ontwerp dat vooral de ruststrom minimaliseert.

Met het momenteel hoogste rendement en de laagste ruststroom IQ van slechts 300 nA maakt de  nieuwe MAX17222 nanoPower boostregulator van Maxim in wearables en IoT-applicaties bij een minimale vormfactor een maximale batterij-levensduur mogelijk. Het IC werkt met een ingangsspanning van 0,4…5,5 V (de ingangsstroombegrenzing ligt bij 500 mA) en levert een uitgangsspanning van 1,8…5 V. Het rendement bedraagt maximaal 95% (piek).

Blokschema van de MAX17222.

Niet alleen heeft de MAX17222 een extreem lage ruststroom, ook de uitschakelstroom is minimaal. In de True Shutdown-modus vormt de minuscule stroomopname van 0,5 nA nauwelijks nog een belasting voor de batterij; deze stroom is zo gering dat in veel gevallen een externe aan/uit-schakelaar overbodig zal zijn. Voor een complete voedingsoplossing heeft de MAX17222 slechts een enkele weerstand en een klein uitgangsfilter nodig. Het IC meet 2 x 2 mm (6-pens µDFN-behuizing).

Bron: Elektor

Denk na als u een print ontwerpt

7 april 2017, 06:00
Denk na als u een print ontwerpt
Denk na als u een print ontwerpt

Veel mensen zien het ontwerpen van een printplaat een beetje als een (vervelend) detail of als bijzaak. Eerst wordt veel aandacht besteed aan het ontwerp en het testen van de schakeling, maar dan wordt die, zonder er bij na te denken, op een print geplempt. Als de onderdelen er niet af vallen en de aansluitdraden op hun plaats blijven, zal alles wel in orde zijn.

Misschien werkt die onnozele aanpak wel voor simpele schakelingen, die werken met lage frequenties en kleine vermogens, maar zelfs dan is het fout. Ook een eenvoudige schakeling heeft een goede print nodig. Goede printen zorgen niet alleen dat de schakeling betrouwbaar werkt, ze beperken ook het uitzenden van stoorsignalen, ze zijn voorzien van testpunten voor test en reparatie en ze passen goed in het eindproduct.

Want een print is een onderdeel in een groter systeem en hij moet dus van dezelfde kwaliteit zijn als de andere onderdelen van het systeem. Een print wordt niet ontworpen voor het plezier van de ontwerper, maar voor de tevredenheid van de eindgebruiker.

Dus als u weer eens een print ontwerpt, denk dan eens wat verder door. Hij hoeft niet zo klein mogelijk te zijn. Er mag gerust een opdruk op. En vergeet in vredesnaam niet gaten aan te brengen voor de montage.

En nog zo’n vervelend detail: hoe zit het met de voeding? Had u daar al aan gedacht?

Bron: Elektor

BondicEVO: Lasapparaat voor plastic op Kickstarter

25 juli 2017, 13:48
Lasapparaat voor plastic. Afbeelding: Kickstarter/BondicEVO
Lasapparaat voor plastic. Afbeelding: Kickstarter/BondicEVO

De BondicEVO is een soort lasapparaat voor plastic, dat via crowdfunding (Kickstarter) wordt gefinancierd. Het apparaat bevat een door UV-licht uithardende kunststof, die samen met een UV-lichtbron is ondergebracht in een praktische dispenser. Overal nuttig waar iets moet worden vastgemaakt of gerepareerd.

Wie bij dit product aan de tandarts denkt, heeft het precies goed. Men zegt dat een Duitse tandarts, ene Dr. Tom, op een dag de vraag kreeg van één van zijn patiënten, of die misschien een beetje van die kunststof kon krijgen en of hij de reserve UV-lamp even zou mogen lenen. Toen de patiënt later terugkwam en dit keer meerdere liters van de kunststof wilde hebben, kon de tandarts zijn oren niet geloven. Dat zou meer materiaal zijn, dan 10 tandartsen in hun hele carrière gebruiken. En als deze patiënt zo enthousiast was, dan waren er misschien ook wel andere mensen die iets met deze kunststof zouden kunnen doen. Dat was het idee achter het product Bondic.

De patiënt had het materiaal gebruikt voor het fixeren van bonding-draden aan een chip onder de microscoop. Daarna werd er drie jaar aan Bondic gesleuteld. Het is nu waarschijnlijk niet meer geschikt voor tandartsen, maar wel voor elke elektronicus, technicus, knutselaar en onderhoudstechnicus, die iets te lijmen of te repareren heeft. Na succesvol uitharden is de heldere kunststof namelijk chemisch en mechanisch stabiel en de oppervlakte is hard en droog. Voor praktische toepassing als plastic-„lasapparaat“ is voor de BondicEVO een dispenser met een spuitmechanisme en geïntegreerde UV-LED ontwikkeld, die het aanbrengen en uitharden van de kunststof veel gemakkelijker maakt.

De productie moet worden gefinancierd met behulp van Crowdfunding op Kickstarter, waar ook een verhelderende video te vinden is. Er is nu al ruim driemaal het streefkapitaal opgehaald en de campagne loopt nog 25 dagen. De BondicEVO moet al half augustus worden geleverd. De goedkoopste uitvoering kost bij vooraf bestellen 14 Canadese dollar, dus ongeveer € 9,64. Helaas komen daar nog CA$ 18 verzendkosten naar Europa bij, maar de totale CA$ 32 komen omgerekend neer op € 22, wat onder de grens voor heffingsvrije import ligt.
Ik heb me laten verleiden 😉

Bron: Elektor

Tesla’s Superpowerpack: De grootste lithium-accu ter wereld

26 juli 2017, 14:58
Project Reuzenaccu. Foto: Tesla
Project Reuzenaccu. Foto: Tesla

Nadat afgelopen herfst een gigantische storm een massale energiestoring veroorzaakte, die meer dan een miljoen mensen zonder stroom liet zitten, heeft de regering van Zuid-Australië een tender uitgeschreven om tot een oplossing voor energieopslag te komen, die zo’n uitval overbruggen kan. Tesla heeft die tender gewonnen en bouwt nog dit jaar een monster-accu met een capaciteit van 129 MWh en een vermogen van 100 MW.

Het project wordt uitgevoerd in samenwerking met de firma Neoen, die in de omgeving van Jamestown een windturbinepark beheert. De in de reuzenaccu opgeslagen energie moet dan het energienet van de bondsstaat Zuid-Australië stabiliseren en beschermen tegen spanningsuitval. De accu moet nog in 2017 in gebruik worden genomen. Als Tesla deze deadline niet haalt, moet het bedrijf de installatie gratis verzorgen.

Dit project is niet alleen belangrijk voor Zuid-Australië, maar heeft naast de reclame voor Tesla ook tastbare voordelen. Dit jaar is immers Tesla’s Gigafactory in gebruik genomen en om de prijs van de accu’s te drukken, zet Tesla sterk in op schaaleffecten. En partijen die geïnteresseerd zijn in grote energie-opslagsystemen zijn natuurlijk potentiële klanten voor accu’s, wat de productie van Tesla’s eigen accufabriek zal opvoeren en dus ook de rentabiliteit van de autoproductie kan vergroten, die nu trouwens met de start van Tesla’s Model 3 toch al sterk wordt opgevoerd.

Bron: Elektor

Record: Zonnecellen met een rendement van 44,5 %

8 augustus 2017, 23:05
Record: Zonnecellen met een rendement van 44,5 %
Record: Zonnecellen met een rendement van 44,5 %

Onderzoekers van de School of Engineering and Applied Science aan de George Washington University in Washington DC zijn erin geslaagd om een meerlaags-zonnecel met een sensationeel rendement van 44,5 % te ontwikkelen met behulp van concentrator-techniek. Daartoe zijn meerdere lagen op elkaar gemonteerd die gevoelig zijn voor licht in verschillende golfbereiken, om zo vooral ook gebruik te kunnen maken van zonlicht met een grote golflengte.

Voor het behalen van dit record zijn twee technieken gecombineerd: Om te beginnen gaat het om een zogenaamde concentrator-cel. Daarbij wordt het zonlicht met een lens geconcentreerd op een relatief kleine zonnecel (hier slechts 1 mm² groot). Dat bespaart silicium bij de experimenten. Verder is de zonnecel opgebouwd uit meerdere boven elkaar liggende semi-transparante lagen, die elk gevoelig zijn voor een bepaald spectraal bereik en de andere golflengtes vrijwel ongehinderd laten passeren.

Omdat zonnecellen niet bijzonder breedbandig zijn en hun spectrale gevoeligheid afhankelijk is van hun band gap, is deze manier van werken de enige, waarmee een groter deel van het spectrum van het zonlicht kan worden benut. De energie die als elektromagnetische straling vanaf de zon door de dampkring op het aardoppervlak terechtkomt, ligt voor 99 % in het spectrum tussen 250 nm en 2,5 µm. Juist het deel met een grote golflengte wordt met conventionele zonnecellen niet goed gebruikt. De onderzoeksresultaten zijn gepubliceerd in het vakblad Advanced Energy Materials onder de titel GaSb-based Solar Cells for Full Solar Spectrum Energy Harvesting.

Bron: Elektor