Как «таблетка» домофона открывает входную дверь, если там даже нет батарейки

Вы подносите к домофону у входной двери небольшой ключ (контактный ключ «таблетку» или бесконтактная RFID-метка). Раздаётся писк, щелчок замка, и дверь открыта. Внутри такого ключа нет ни батарейки, ни аккумулятора, которые можно было бы заменить или зарядить. Магия или обычная физика? Как же такому ключу удаётся работать? — Давайте разбираться.

Начнем с того, когда мы говорим «ключ от домофона», речь обычно идёт об одном из двух типов устройств. Самый классический вариант (в основном домофоны в старом жилом фонде) — контактный ключ или та самая металлическая таблетка. Её нужно приложить к считывателю в специальное место. Второй, уже более распространённый тип — бесконтактная RFID-метка (или транспондер). Она может быть спрятана в пластиковом брелоке-«капельке», браслете или карточке, и для считывания её достаточно просто поднести на расстояние нескольких миллиметров к корпусу домофона. И в том, и в другом случае ключ от двери является пассивным: вся энергия для его работы поступает от считывателя домофона. Давайте разберёмся, как это устроено в каждом случае.

Секрет контактной «таблетки»: один провод и крошечный конденсатор. Внутри металлического корпуса классической таблетки находится микросхема энергонезависимой памяти (ПЗУ) с зашитым уникальным кодом и конденсатор ёмкостью около 60-80 пикофарад.

Когда вы прикладываете ключ к считывателю, домофон подаёт на него слабый ток (примерно 3-5 В) в зоне контакта. Этот ток попадает в микросхему внутри «таблетки». Тот конденсатор буквально на доли секунды запасает эту энергию, «просыпается» и начинает работать. Чип отвечает контроллеру домофона — своим уникальным номером. Этот номер записали на заводе лазером прямо на микросхему. Он действительно уникален: вариантов настолько много (281 триллион), что вероятность совпадения с другим ключом практически нулевая. Весь этот обмен — запрос и ответ (поиск номера в базе и сигнал на открытие замка) занимает меньше пяти тысячных секунды. Удобно.

Именно в эти моменты таблетка расходует накопленный заряд из конденсатора, чтобы передать свой код обратно домофону. Этот принцип называют «паразитным питанием» — устройство «ворует» энергию из линии связи. Домофон постоянно заряжает конденсатор таблетки, не давая ему разрядиться, поэтому ключ работает десятилетиями без каких-либо батареек.

Бесконтактные RFID-метки (радиочастотная идентификация) не имеют прямого электрического контакта со считывателем. Их работа основана на электромагнитной индукции. Внутри такой метки находится резонансный контур (LC-контур), состоящий из катушки индуктивности (антенны) и так же конденсатора. Считыватель домофона постоянно излучает переменное магнитное поле (обычно на частоте 125 кГц).

Когда вы подносите метку к считывателю, её катушка оказывается в этом переменном магнитном поле. Согласно закону электромагнитной индукции Фарадея, в катушке возникает переменный электрический ток. Этот ток заряжает конденсатор (такой же как в первом случае). Резонансный контур настроен на ту же частоту, что и поле считывателя, поэтому он работает как антенна, эффективно улавливая энергию.

Накопленной энергии оказывается достаточно, чтобы «оживить» микросхему-чип, которая хранит уникальный идентификационный номер. Чип включается и передаёт этот номер обратно, воздействуя на поле считывателя (обычно путём модуляции отражённого сигнала). Считыватель улавливает эти изменения и считывает код. Вся эта последовательность событий занимает так же доли секунды.

Так что, когда вы в следующий раз приложите ключ к домофону, можете вспомнить, что в этот момент происходит либо «подзарядка» конденсатора по одному проводу, либо беспроводное превращение магнитного поля в электрический импульс, открывающий вам электромагнитный замок двери. В обоих случаях ключ — это гениальное инженерное решение, в котором нет необходимости в собственном источнике питания.

Спасибо за внимание.

Источник: wikipedia.org