==> 20241021

今天咱講講習題9.2，但在 早於 習題本身前，咱先講講輔助內容，因為這些內容乃同時地 有關於 第八九兩章。

習題9.2講偵測旋轉磁場，這概念讓咱聯想到騎youbike去點亮車燈，即用腳力轉動輪子、讓輪子擾動磁場磁通、然後 用磁通變化 去 點亮LED燈。

當然，這不是唯一的 發電方法給燈具。比如滑板車燈 和 小朋友們的 發亮鞋常採用其它的 發電方法。

依舊，擾動磁場磁通是很重要的 基礎 給 諸發電實驗。但，咱不能拆開youbike 去 破壞商品，腳踏車的 輪胎尺寸也過大 對於 簡單的 桌上實驗。

於是，咱設計了幾個簡單的 實驗，看看是否可能用最簡單的 工具組，去 理解手搖發電之類的 關鍵。

比如下面的 短片展示了實驗一，在 其中，

作者用手指 去 轉動一個塑膠輪 於其 有 磁鐵堆被膠貼 在 輪上，其造成磁通變化 於 一綑金色線圈，最後導致LED燈閃光一瞬。

閃光發亮時畫面雖模糊，但 有助於 被觀察，因為光點範圍被擴大。讀者重播個一兩回應該就能發現。

若 觀察下圖的 實驗材料 給 本實驗一，讀者可看出所涉成本不昂貴。

在 上圖裡，塑膠轉盤取材 於 兩個老式的 CD座，其被四個長尾夾固定 忒於 一起。

這四個長尾夾可被歸類 給 一種coupler(耦合器，常見於 機械用語 和 專利用語之眾)。

這字很類似於copula，即係詞，其常指文法裡的be動詞，意味著把兩物綁定 於 一個固定的 關係。

在 英文裡，有另一個相似字彙copulate，其專指生物上的 交合。

因此，同時認識coupler、copula、和 copulate三字可助融會理解物理上、文法上、和 生理上的 綁定。

在 本實驗裡，用長尾夾 去 耦合兩盤當然是 著眼於 形成一個對稱的 轉軸 於其 能被安置 在 轉軸架上。

各長尾夾本身也作為一掛載點 給 磁鐵堆。

實驗一裡還有個 關鍵工具，即綠色的 轉軸架，其運用寶特瓶材質。

該轉軸架又稱stand，可代表咱常說的 摩托車中柱。

stand也可代表jojo漫畫裡的 替身(這是因為它像中柱把輪胎架空，代替了角色 去 作用 隨與 部分物理世界。)

在 實驗一裡，整困線圈原封有感值0.143H，其被塞入有磁導效果的 幾根釘子 且 因此提升了感值 到 0.36H。

若 咱不塞磁導材料，則 所用磁鐵堆將需晢般磁力 于 加倍以上。

0.143H是個頗大的 數字 對於 微電子實驗，需要許多砸數才能被容納 忒於 小範圍。

這表示線徑必須小，但 隨之匚會給出相對較大的 電阻值。

在 實驗一裡，這種高阻值不成問題，因為實驗裡的 LED只需mA~幾十mA等級的 電流就能被點亮，同時意味著不需要太大的 感應電動勢。

這種低功率的 發電，使用 忒於 示範沒問題，但若 想讓支援其它應用 搭 更大的 電流，則 設備需被改動一番。

這些改動可能包括用齒輪 或 皮帶系統 去 產生更高的 轉速，還可能包括增加磁鐵數量等一系列手段。

咱用實驗二 去 展示較大電流的 應用一款 去 對照實驗一。

下圖的 實驗設備 給 實驗二有個明顯的 特點就是線圈有更粗的 線徑 和 絕緣層 去 支援更大的 電流。

上圖的 實驗二展示了一種電磁鐵應用，即用一般電池 去 驅動接近安培級的 電流給線圈 而 產生磁場 去 吸起鐵粉 腑內於 玩具手寫板。

這工作本來是完成 挨忒於 磁性筆，但 咱可以用電磁鐵去替代。該電磁鐵的 導磁端有白色線圈包覆老虎鉗的 鐵心。

晢此作用 於 該鐵心就 好比 該作用 在 釘子一眾 之於 實驗一。

相較之下，實驗二的 電磁鐵用電生磁 去產生力量 而 改變物體位置，實驗一的 發電輪用磁生電 去 導通二極體LED 而 發出光芒。

兩實驗的 電流差異 可以大到兩個數量級，因而 導致選材差異。

這種考慮也導致了習題9.1 於 本書(簡稱"原理與應用")讓讀者練習挑合適的 線徑，只不過習題9.1還有一些考量 在 交流電 和 集膚效應。

現在，咱有了直觀的 經驗一些 去 幫助討論習題9.2。

咱先說咱的 評估方式。比如下圖的 線性磁IC，可以分辨是否磁鐵有接近它，其探測範圍也超過100G

在 下圖裡，LED的 導通電壓約1.7V，其落在晢此動態區間 於 該IC。磁鐵本身顯然也有足夠的 磁力讓電壓低過閾值。

一般的 線性IC還具有頻寬遠高於個位數赫茲。若 只考慮到此，似乎沒問題。

可是，習題9.2(1)給了一個最大磁力100G，其對應下圖特性顯然不足以跨越閾值 於 LED，即便考慮到其保護電阻分擔了一些跨壓。

遇到這種問題時，咱可以換一個思路。咱先忽略跨壓 於 該保護電阻上，並 假設咱必須設法讓電壓低於1.7V 在 LED的 正端點上。

咱開始不是用實驗二做了一個電磁鐵?這表示咱可以繞個小線圈 去 貼近磁開關 去廴 造出個偏置磁場，讓IC一開始就有個-500G 或 -600G的 偏置。

如此，咱只要再用磁鐵補上個負幾十G 或 正幾十G，就能順利跨越閾值 去 變燈LED。

(註:咱的 題目說100G省略了正負號，比較隨興。先請大家假設磁鐵對稱、SN兩極給出相當的 磁力強度 在 同距離。)

不過，這麼做雖然理論可行，但 實際挺麻煩的。首先，想精確控制-500G的 偏置並非一個隨手試試就成的 事。

其次，100G只能引發0.15V的 變化範圍，一旦設置有點偏差，比如距離、磁場偏置、閾值偏置等，都可能導致偵測失效。

因此，若咱 想要更高的 容錯設定，則咱可換一種IC 去 完成同樣的任務。

咱可能可以使用數位的 磁開關IC 去 完成這個任務。一般情況下，磁開關的 成本乃 低於 其 在 線性IC。

比如，咱考慮運用一磁開關 於其 具有規格如下圖:

在上圖裡，Bop的 一般值恰好100G，雖仍算太高 之於 題目給出的 最大磁力100G。

但，這時咱就有更高的 可行性 去 造出個偏置磁場 憑藉 繞個小線圈、讓其貼近磁開關，使得等效的 Bop低於100G。

若 選用這新規格，則 微小線圈不須產生500G的 磁場，頂多只需產生 略大於 60G就夠，因為規格裡的 最大Bop為 160G = 100G + 60G。

而且，若手頭的 IC特徵接近Typ情況，則 偏置線圈可有小尺寸。

如此，雖然磁鐵最多只有100G，但若 加了微小線圈的 輔助，就能產生更大的 合併磁場 去 轉態 給 磁開關 而 獲得能力 去 偵測旋轉磁鐵的 接近 。

而且，這個小線圈可以是 遠小於 實驗二的 線圈尺寸。

所以，無論讀者最後使用線性磁IC 或 數位磁開關，都是有解的。有直接解當然最好，若沒有，使用預設偏置 去 配套也行。

對於 習題9.2(2)，磁開關的 應用會略有挑戰。因為，很多磁開關並非設計 給 高頻操作，

而且，若 想準確地偵測旋轉圈數 搭 1kHz旋轉頻率，則 磁開關本身的 取樣速度 須高於1kHz。

這部分留給讀者自己去思考，除了可以考慮取樣理論之譜，還得考慮取樣行程遭遇磁場變化一事。

因為取樣過程不會總是取得 最大磁場 於 磁鐵，且 有可能必須進行多次取樣 去 運算。

尤其因 1kHz超過了視覺能力，故於 此況時咱無法僅靠肉眼 去 計算閃爍次數 而 判斷圈數。這代表額外的 算數機構某款為必要。