Amplificación de 10-30mV en al menos 5V

Estás haciendo una pregunta xy. La pregunta no es: "¿Cómo puedo cargar un banco de energía con un micrófono?", Sino más bien "¿Puedo cargar un banco de energía con un micrófono?"

Lo primero que deberías haber hecho antes de meterte en este lío fue observar los aspectos básicos de la pregunta.

Supongamos que su emisor de sonido produce 1 vatio de potencia acústica, emitido con un patrón de radiación hemisférica. Un micrófono con un área de recolección de 1 cm x 1 cm se encuentra a 3 metros de la fuente de sonido. ¿Cuánta potencia puede acumular el micrófono?

Bueno, eso es fácil. El micrófono tiene una superficie de 10 ^ -4 metros cuadrados. El vatio del emisor se extiende sobre un área 2 pi r ^ 2, por lo que la potencia disponible P es $$ P = \ frac {10 ^ {- 4}} {2 \ pi r ^ 2} = \ frac {10 ^ {-4}} {56.5} = 1.7 \ mu W $$ Por supuesto, sus números pueden ser diferentes, por lo que debe hacer sus propios cálculos, pero francamente, no van a mejorar mucho. 1 vatio de potencia es bastante alto, especialmente en comparación con los niveles de conversación normales.

Si comparas esto con la potencia necesaria para cargar un banco de energía, verás que va a tomar mucho tiempo hacer el trabajo. Para empeorar las cosas, usando los números dados y 5 voltios como voltaje de la batería, la corriente de carga será del orden de 0,3 microamperios. Ahora necesita encontrar un número fascinante para su banco de energía: la corriente de autodescarga. Sospecho que, para una batería disponible comercialmente, ese número será mayor que su corriente de carga, lo que significa que su cargador no podrá aumentar la cantidad de capacidad perdida durante la no operación, simplemente ralentizará el proceso.

Francamente, estoy asombrado de que un profesor esté dispuesto a comprometerse a supervisar su tesis: es casi una pérdida de tiempo, excepto como una lección para hacer la pregunta incorrecta. Si puede, le sugiero que intente encontrar un nuevo tema de tesis.

Comprender poder será clave para este proyecto. En los circuitos eléctricos, la tensión y la corriente están relacionadas por la ecuación \ $ P = VI \ $ o, si conocemos la resistencia, \ $ P = \ frac {V ^ 2} {R} \ $ o \ $ P = I ^ 2R \ $.

Tiene una lectura de voltaje pero la ha tomado sin resistencia de carga, por lo que no sabe qué corriente se suministrará cuando agregue una carga. El siguiente paso es averiguar cuál es la impedancia del micrófono (Z). Probablemente sea 600 (lo-Z) o aproximadamente 10 kΩ (hi-Z).

Supongamos que es 600. El teorema de transferencia de potencia máxima nos dice que podemos extraer la máxima potencia de la fuente cuando la impedancia de carga = impedancia de la fuente. El voltaje caerá a la mitad en este punto. Ahora podemos calcular la potencia usando 15 mV como el voltaje que se puede obtener:

\ $ P = \ frac {V ^ 2} {R} = \ frac {0.015 ^ 2} {600} = 0.000,000,375 \ \ mathrm W \ $.

Ahora veamos una batería. Tengo en mi escritorio una celda recargable NiMH de 1.2 V, 800 mAh. Podemos calcular el almacenamiento de energía en esto como \ $ 1.2 \ veces 0.8 = 0.96 \ \ mathrm {Wh} \ $ (vatios-hora).

Ahora podemos calcular cuánto tiempo tendrá que cantar para cargar la batería:

\ $ t = \ frac {capacidad} {charge \ rate} = \ frac {0.96} {0.000000375} = 2,560,000 \ \ mathrm {hours} \ $. Esto es alrededor de 292 años.

¿Crees que podrías cantar un poco más alto para acelerarlo?

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Pero si lo amplifico usando un amplificador operacional o un amplificador de voltaje, ¿será posible?

^{simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab}

Figura 1. La amplificación de la señal del micrófono requiere energía de otro lugar.

No. Los amplificadores usan una pequeña señal para controlar la potencia desde otro lugar. En la figura 1 la potencia proviene de la batería. El amplificador desperdiciaría aproximadamente la mitad de la energía, por lo que sería más eficiente simplemente usando la batería.

^{simular este circuito}

Figura 2. Un transformador de micrófono.

En caso de que lo esté pensando, un transformador puede aumentar la corriente de tensión o pero no ambas. Si aumenta el voltaje, la corriente disponible disminuye en la misma proporción.

Para un transformador 100% eficiente \ $ P_ {OUT} = P_ {IN} \ $. Ya que \ $ P = VI \ $ podemos reescribir esto como $$ V_ {OUT} I_ {OUT} = V_ {IN} I_ {IN} $$

No puedes sacar más poder del que pones.