Приветствую, радиолюбители-самоделки, а также все любители высоких напряжений!
Обычно при упоминании словосочетания «катушка Тесла» люди сразу же представляют себе огромные столбы с человеческий рост с металлическими шарами наверху, из которых с сильнейшим грохотом бьют невиданных размеров молнии. Такие конструкции представляются чем-то невероятно сложным, дорогим в изготовлении, требующим для создания немалого опыта и многих лет работы — по сути, всё именно так, построить полномасштабную катушку Тесла с человеческий рост достаточно трудоёмко, особенно в домашних условиях, кроме того, компоненты потребуют значительных финансовых вложений. Тем не менее, многие энтузиасты по всему миру строят подобные конструкции, которые позже демонстрируют на различных шоу, концертах — ведь большие катушки очень часто умеют ещё и петь, за счёт аудиомодуляции. Помимо полномасштабных катушек, конструкции которых очень часто оказываются уникальными и трудноповторимыми в сборке и настройке, в сети представлено большое множество транзисторных катушек Тесла, выполненных в меньшем масштабе — с высотой вторичной обмотки до 1 метра. Такие конструкции представляют большой интерес многих радиолюбителей, так как не требуют для построения слишком больших финансов, состоят из доступных и распространённых деталей, к тому же их сборка и настройка достаточно проста, хоть и требует наличия определённых навыков, в том числе работы с высоковольтными устройствами. Эти факторы обеспечили популярность транзисторных катушек Тесла — их можно обнаружить в интернете по аббревиатуре SSTC. Существуют также другие типы подобных устройств, например, ламповые, они обозначены уже другой аббревиатурой. Особую популярность получили именно полумостовые транзисторные схемы — их силовая часть состоит всего из двух транзисторов, обеспечивает высокую мощность, в отличие от однотактных схем, но менее капризна в настройке, чем полноценные мостовые схемы. Именно о полумостовой транзисторной схеме и пойдёт речь в этой статье, схема представлена ниже.
Условно всю схемы можно поделить две важные части — низковольтную логическую, слева до трансформатора GDT, и высоковольтную силовую, справа. Роль первой заключается в генерировании прямоугольных импульсов нужной частоты и скважности, а роль второй — непосредственная коммутация первичной обмотки высоким напряжением, в ней протекают при этом достаточно высокие токи, поэтому эта часть и называется силовой. Трансформатор по середине схемы служит для передачи готовых прямоугольных импульсов от логической части к силовой, обеспечивая при этом гальваническую развязку — но обо всех частях схемы по порядку.
В самой левой части схемы можно увидеть популярную микросхему-таймер NE555, она в схеме служит для генерации импульсов прерываний. Дело в том, что если непрерывно подавать на первичную обмотку катушки Тесла высокочастотные импульсы, то катушка будет работать в непрерывном режиме (CW), это сопровождает очень большой нагрузкой на транзисторы, огромным потреблением всей схемы, при этом вместо разрядов на вторичной обмотке будет большой и яркий коронный разряд, не очень большой по длине. Для того, чтобы разряды «выстреливали» в виде небольших молний и достигали больших расстояний в длину используется прерывание — низкочастотные импульсы, которые делят высокочастотные на «пачки» — после чего весь этот готовый сигнал уже через трансформатора подаётся за затворы транзисторов силовой части. В обвязке микросхемы NE555 можно увидеть два переменных резистора, один из которых служит для регулировки частоты прерываний, а второй для регулировки скважности. Чем больше будет скважность — тем сильнее и ярче будут бить разряды, но при этом увеличивается нагрузка на силовую часть. Переменные резисторы можно установить просто на плату в виде подстроечников, а можно вывести в виде переменных резисторов, но при этом длина проводов должна быть максимально короткой, лучше всего запаять непосредственно на плату. Длинные провода в логической части схемы — не лучшая идея по той причине, что при работе катушка испускает вблизи сильное электромагнитное поле, которые запросто улавливается любыми проводниками — каждый кусочек провода будет служить мини-антенной, улавливая наводки и нарушая работы схемы. Мощности элементов логической части можно брать стандартные, резисторы по 0,25 ватт, конденсаторы на напряжение как минимум 25В. При этом экономить на ёмкости конденсаторов на по питанию не стоит как в логической части, так и в силовой — просадки или помехи по питанию могут привести к отказу схемы. Желательно в логической части использовать блокировочные конденсаторы — это керамические конденсаторы небольшой ёмкости (47-100 нФ), установленные на плате непосредственно возле выводов питания микросхем.
Также на схеме имеется логическая микросхема, которая содержит в себе логические элементы — инверторы, совместно с каскадом на транзисторе и антенной она занимается генерацией высокочастотных импульсов, частота которых будет равна собственной резонансной частотой вторичной обмотки. Именно равенство этих частот и позволяет катушке Тесла генерировать такие эффектные разряды, ведь работает она именно за счёт резонанса частот. Казалось бы, зачем на схеме катушки Тесла антенна — ведь это не радиоприёмник, но на самом деле всё хитрее — антенна служит для обеспечения обратной связи, позволяя генератору работать именно на той частоте, на которой «хочет» колебаться сама вторичная. Существуют также катушки Тесла с фиксированной частотой — в них генератор вручную нужно настроить на частоту резонанса, этот способ плох тем, что резонансная частота вторичной обмотки зависит от многих факторов, расположения, влажности, окружающих предметов, а потому резонанс постоянно теряется при изменении внешних факторов.
Процесс намотки вторичной обмотки многим кажется очень страшным делом — ведь намотать нужно много витков, как минимум 500, лучше — 1000 или 1500. Чем больше витков — тем больше напряжение, но переусердствовать тоже не стоит, иначе лишние витки просто будут лежать мёртвым грузом, не давая прироста напряжения. Наматывать катушку действительно сложно, если не сделать хотя бы простенького намоточного станка, как на фото выше — с ним работа пойдёт и быстро, и аккуратно. Наматывается обмотка на диэлектрическом каркасе, например, из под канализационной трубы, на 1 метр длины катушки оптимально взять 10 см диаметра, ориентируясь на эти пропорции размер катушки можно уменьшить. Провод можно брать диаметром 0,1-0,2 мм, он обязательно должен быть в лаковой изоляции.
Вся конструкция собирается на двух печатных платах — отдельно силовая и отдельно логическая часть. В силовой части можно применить практически любые мощные полевые либо IGBT транзисторы — ключевыми параметрами здесь являются ток и рабочее напряжение. Например, подойдут IRF840, они достаточно дёшевы, но обладают не самыми совершенными характеристиками, на них можно производить первые включения и настройку катушки. GDT трансформатор наматывается на небольшой ферритовом колечке, рекомендуется брать синие от компании Epcos — они лучше всего подходят для данной цели. Наматывать можно как просто эмалированный медный проводов диаметром 0,4-0,6 мм, так и провод в изоляции, например, от витой пары. Трансформатор содержит три обмотки, каждая из них может содержать 16-25 витков, количеством витков в каждой обмотке должно быть одинаковым. Количество можно подобрать экспериментально, глядя на сигналы на затворах транзисторов — там должен быть ровный не искривлённый прямоугольный сигнал.
Вся конструкция устанавливается в круглый деревянный корпус, силовая часть питается непосредственно от сети через выпрямитель, логическая через понижающий трансформатор. Силовые транзисторы устанавливаются на радиатор.
У автора получилась весьма симпатичная и аккуратная конструкция — радует глаз даже в выключенном состоянии. Первое включение катушки нужно проводить аккуратно, подавать на силовую часть сперва пониженное напряжение и через балласт — если появились небольшие разряды и ничего не греется, можно увеличивать напряжение. Таким образом, получилась довольно простая конструкция сетевой транзисторной катушки Тесла, которая выдаёт красивые высоковольтные разряды — при желании их можно даже подкрашивать различными солями, как на фото ниже. Удачной сборки! Все вопросы и дополнения пишите в комментарии.
Источник (Source)
Становитесь автором сайта, публикуйте собственные статьи, описания самоделок с оплатой за текст. Подробнее здесь.
Подборки: Катушка Тесла Высокое напряжение Схема Электроника
Источник: