Блок питания трансформатора Тесла с микроконтроллерным управлением. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Блоки питания

 Комментарии к статье

Внешний вид предлагаемого блока вместе с питающимся от него трансформатором. Тесла показан на рис. 1.

Рис. 1

Блок собран в корпусе от стандартного компьютерного. БП. К его выходу подключена первичная обмотка трансформатора, состоящая из пяти витков изолированного монтажного провода сечением 2,5...4 мм2, намотанных на отрезке пластиковой сантехнической трубы внешним диаметром 110 мм. Каркас вторичной обмотки - пластиковая бутылка из-под кефира объемом 0,8 л. Эмалированный провод диаметром 0,2 мм намотан на нее в один ряд виток к витку до заполнения (всего около 1000 витков). Нижний конец этой обмотки заземлен - подключен к третьему контакту (РЕ) сетевой "евророрезетки". Верхний конец снабжен медным штырем, вокруг которого и наблюдаются различные высоковольтные эффекты. Вторичная обмотка защищена от механических повреждений и межвитковых пробоев несколькими слоями эпоксидной смолы. Между первичной и вторичной обмотками обязателен воздушный промежуток шириной, достаточной для исключения пробоев между обмотками и коронных разрядов.

Индуктивность вторичной обмотки и ее собственная емкость образуют колебательный контур, за счет резонанса в котором и происходит многократное повышение напряжения по сравнению со значением, рассчитанным, исходя лишь из отношения числа витков обмоток, анализ показывает, что основной фактор, определяющий резонансную частоту вторичной обмотки - ее размеры.

Измерить эту частоту довольно просто. Для этого достаточно, как показано на рис. 2, подать на первичную обмотку изготовленного трансформатора напряжение от перестраиваемого генератора сигналов G1.

Рис. 2

Резистор R1 ограничивает ток, его мощность должна быть не меньше мощности генератора. Поблизости от трансформатора устанавливают осциллограф с подключенной к его входу антенной WA1 - отрезком любого провода длиной 100...200 мм. Перестраивая генератор, снимают зависимость размаха сигнала на экране осциллографа от частоты. Для описанного выше трансформатора она получилась такой, как на рис. 3.

Рис. 3

Резонансная частота соответствует главному максимуму кривой и в данном случае равна 600 кГц. Имеющиеся в Интернете программы расчета трансформатора Тесла дали близкие результаты: 632 кГц. При отсутствии осциллографа его можно заменить простым индикатором электромагнитного поля, собрав по схеме, изображенной на рис. 4.

Рис. 4

Антенна WA1 представляет собой два припаянных к выводам диода VD1 и направленных в разные стороны отрезка провода длиной около 100 мм каждый. Резонанс определяют по максимальной яркости свечения светодиода HL1. Схема блока питания трансформатора. Тесла изображена на рис. 5.

Рис. 5 (нажмите для увеличения)

Т3 - собственно этот трансформатор. На элементах DD1.1, DD1.2 собран генератор импульсов, следующих с частотой, близкой к резонансной частоте его вторичной обмотки. Усиленные микросхемой DA3 (драйвером полевого транзистора) и работающим в ключевом режиме мощным полевым транзистором VT1, эти импульсы поступают на обмотку I трансформатора. Переменным резистором R1 регулируют частоту импульсов, добиваясь наиболее яркого свечения газоразрядной (например,"энергосберегающей") лампы, расположенной поблизости от трансформатора.

Микроконтроллер формирует на своем выходе Р85 импульсы, которые, поступая на вход EN драйвера DA3, разрешают и запрещают работу драйвера. Эти импульсы модулируют импульсную последовательность, поступающую на обмотку I трансформатора Т3, а следовательно, и высокое напряжение на его обмотке II.

Предусмотрено пять режимов работы микроконтроллера, переключаемых по кольцу нажатиями на кнопку SB1. Каждый переход подтверждается миганием светодиода HL1, число его вспышек равно номеру включенного режима. В первом режиме генерируются импульсы длительностью 1 мс с паузами между ними 8 мс. Во втором продолжительность пауз увеличена до 10 мс, в третьем - до 12 мс, в четвертом - до 14 мс и в пятом - до 20 мс.

Смена режимов влияет на характер звуков, издаваемых электрическими разрядами, а также на их число и длину. Чем продолжительней пауза, тем сильнее успевает деионизироваться воздух в области разряда к началу следующей пачки импульсов высокого напряжения. изменив программу, можно промодулировать импульсную последовательность более сложными сигналами.

Трансформатор Т1 с выпрямителем по схеме удвоения напряжения на диодах VD1, VD2 питает напряжением 40...60 В каскад на полевом транзисторе VT1 имеется еще один трансформатор питания - Т2. От него через выпрямительный мост VD3 и интегральный стабилизатор DA1 напряжением 12 В питается драйвер DA3. Выходное напряжение стабилизатора DА2 (5 В) предназначено для микроконтроллера DD2 и микросхемы DD1.

Чертеж печатной платы блока показан на рис. 6.

Рис. 6

Транзистор VT1 снабжен ребристым теплоотводом. Значительная часть поверхности платы свободна от деталей и печатных проводников. Здесь укрепляют трансформаторы Т1 и Т2. В качестве SA1 использован выключатель, уже имеющийся в компьютерном блоке питания, в корпус которого помещена плата. Ее длина (145 мм), указанная на рисунке, может быть изменена в зависимости от размеров использованного корпуса. Если в нем имеется вентилятор, его можно включить, подав напряжение 12 В с выхода стабилизатора DA1. Это поможет снизить температуру транзистора VT1, однако стабилизатор в этом случае тоже нужно снабдить теплоотводом.

Микросхему 74НС14 можно заменить отечественной КР1564ТЛ2 или другой логической микросхемой, содержащей триггеры Шмитта, инверторы, элементы И-НЕ, ИЛИ-НЕ. При необходимости на оставшихся свободными элементах можно собрать генератор импульсов, заменяющий микроконтроллер. Однако будет потеряна возможность оперативно изменять режимы работы и создавать, изменяя программу микроконтроллера, новые визуальные и звуковые эффекты.

Замену транзистору IRFP460 следует подбирать с допустимым напряжением сток-исток не менее 200 В и максимальным током стока не менее 10 А. Трансформатор Т1 должен иметь вторичную обмотку с напряжением 20...30 В при токе нагрузки 3 А. Если найдется трансформатор с вдвое большим напряжением вторичной обмотки, от удвоения напряжения в подключенном к ней выпрямителе (диоды VD1, VD2, конденсаторы С1, С2) можно отказаться и применить обычный мостовой выпрямитель.

После изготовления блока и установки в него запрограммированного микроконтроллера, конфигурация которого должна соответствовать показанной в таблице (именно такой ее устанавливают на заводе-изготовителе), рекомендуется не подключая к блоку трансформатора. Т3, подать напряжение 220 В, 50 Гц только на обмотку I трансформатора Т2. Светодиод HL1 должен мигнуть дважды, подтверждая работоспособность микроконтроллера.

Теперь нужно проверить напряжение на выходах интегральных стабилизаторов DA1, DA2 и наличие импульсов на входах и выходе драйвера DA3. На экране осциллографа, подключенного к его входу IN (вывод 2), должны наблюдаться прямоугольные импульсы амплитудой около 5 В, частота следования которых регулируется переменным резистором R1 в пределах как минимум 300...900 кГц. Если это не так, нужно проверить генератор на элементах DD1.1, DD1.2.

Параметры импульсов, поступающих на вход EN (вывод 3) драйвера от микроконтроллера, должны соответствовать указанным при описании режимов работы блока.

На выходе драйвера (выводах 6 и 7) и на затворе полевого транзистора VT1 должны наблюдаться пачки высокочастотных импульсов с соответствующими выбранному режиму паузами.

Убедившись, что все в порядке, можно подключить к блоку трансформатор Т3 и подать сетевое напряжение и на первичную обмотку трансформатора Т1.

Поместив рядом с обмоткой II трансформатора Т3 энергосберегающую лампу и вращая движок переменного резистора R1, нужно добиться максимально яркого свечения лампы. Вокруг штыря, соединенного с верхним выводом обмотки, должны образоваться разряды (стримеры), подобные показанным на рис. 7.

Свечение никуда не подключенных, а просто удерживаемых в руке газоразрядных ламп - наиболее простой эффект, возникающий при работе с трансформатором Тесла. Это результат воздействия на газ внутри лампы высокочастотного электромагнитного поля, окружающего трансформатор. С рассматриваемой конструкцией эффект наблюдается на расстоянии до 20 см от трансформатора и производит большое впечатление на зрителей, не знакомых с его сущностью. Разряды можно наблюдать и внутри ламп, заполненных газом под сравнительно высоким давлением (рис. 8), в том числе обычных ламп накаливания (рис. 9). но для этого их нужно подключать одним выводом к выходу трансформатора.

Длина называемых стримерами нитевидных высокочастотных разрядов в воздухе, возникающих во время работы рассматриваемого трансформатора достигает 20...30 мм. Считается, что она численно равна выраженной в киловольтах амплитуде развиваемого на вторичной обмотке трансформатора высокочастотного напряжения. интересно наблюдать изменение окраски стримеров при нанесении на острие штыря, которым заканчивается обмотка, различных химических веществ, например, поваренной соли.

Разряды при работе рассматриваемого устройства возникают и гаснут с частотой модуляции подаваемой на трансформатор импульсной последовательности. В результате слышен характерный звук, основная частота которого равна частоте модуляции. Поскольку в каждой паузе стримеры гаснут, а возникающие после нее зачастую идут по иным путям, видимое число стримеров увеличивается.

Если установить на острие высоковольтного штыря легкую проволочную вертушку с загнутыми в горизонтальной плоскости в разные стороны концами, на этих концах возникнут разряды. Образующиеся в результате ионы, отталкиваясь от концов вертушки, приведут ее в движение. Конечно, чтобы эта модель ионного двигателя заработала, вертушка должна быть очень легкой и хорошо сбалансированной.

Положительное свойство описанного источника, обеспечивающее безопасность работы с ним - отсутствие внутри высокого постоянного напряжения. Возникающие же при работе трансформатора. Тесла высокочастотные практически безопасны для экспериментаторов, потому что при разряде, достигшем тела человека, его ток, поскольку он высокочастотный, протекает только по коже, не достигая жизненно важных органов. Это известное в радиотехнике явление называется скин-эффектом и проявляется при протекании тока высокой частоты по любым проводникам. Конечно, и такой ток может вызвать ожоги, но это случается лишь при разрядах во много раз большей мощности. Наличие в описанном устройстве микроконтроллера дает немалый простор для экспериментов.

Изменив его программу, можно, например, не внося никаких изменений в схему, воспроизводить несложные ритмы и мелодии, а заменив микроконтроллер более производительным, подключить к нему MIDI-клавиатуру либо управлять устройством с помощью компьютера.

Поскольку трансформатор. Тесла - источник мощного электромагнитного поля, не рекомендуется включать его поблизости от дорогостоящего электронного оборудования или от носителей важной информации.

Автор: Елюсеев Д.

Смотрите другие статьи раздела Блоки питания.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Экраны влияют на детей неравномерно в разном возрасте 01.08.2026

Планшеты и смартфоны давно стали привычной частью повседневной жизни даже самых маленьких детей. Родители часто используют гаджеты, чтобы успокоить малыша или занять его на время, однако ученые все чаще задаются вопросом, как экранное время сказывается на развитии мозга и будущей способности к обучению. Новое исследование показывает, что значение имеет не только продолжительность просмотра, но и возраст, в котором ребенок проводит время перед экраном. Ученые наблюдали детей от рождения до 8 лет. Оказалось, что больше всего экраны влияют на мозг в два периода - в раннем младенческом возрасте и перед поступлением в школу. У детей, много времени проводивших перед экранами в эти возрастные точки, в 9 лет были несколько хуже успехи в обучении, а в 10,5 лет хуже работала рабочая память - способность удерживать и обрабатывать информацию здесь и сейчас. Исследователи из Франции и Сингапура проанализировали данные 502 детей и выделили два ключевых этапа. У младенцев мозг развивается очень ...>>

Умные жилеты, спасающие от жары 01.08.2026

Летняя жара в больших городах все чаще становится серьезным испытанием для людей, работающих на открытом воздухе. Мусорщики, строители и другие специалисты вынуждены проводить часы под палящим солнцем, рискуя перегревом. Китайские инженеры предложили практичное решение - специальные охлаждающие жилеты, которые помогают снизить ощущаемую температуру примерно на 10 градусов. Пока мир страдает от сильной жары, китайские инженеры разработали "умные" жилеты с климат-контролем. Жилеты с кондиционированием почти не отличаются от обычной рабочей одежды. Главное отличие - в системе охлаждения. В городе Нанкин в жилет вмонтированы два вентилятора, работающих от портативных аккумуляторов. Одного заряда хватает на 3-4 часа непрерывной работы. В Чанчжоу решили разместить в карманах охлаждающие элементы с материалом, который при нагревании переходит из твердого состояния в жидкое, активно поглощая тепло. Это поддерживает комфортную температуру в течение 2,5-4 часов. Такие жилеты выглядят почти ...>>

Летающие ветротурбины 3 МВт вышли в серию 31.07.2026

Традиционные ветряные электростанции зависят от силы и стабильности ветра у поверхности земли, где воздушные потоки часто бывают слабыми и порывистыми. На больших высотах ветер обычно сильнее и постояннее, поэтому инженеры уже давно рассматривают возможность подъема турбин в воздух. Китайская компания сделала важный шаг в этом направлении, перейдя от испытаний к мелкосерийному производству. Компания Beijing Linyi Yunchuan Energy Technology запустила мелкосерийное производство летающей ветротурбины S2000, а в провинции Чжэцзян возводят отдельный завод по производству материалов для оболочки аппарата. У компании уже есть предварительные договоренности с прибрежными городами и горными регионами, которые рассматривают возможность использования этой технологии для удовлетворения собственных энергетических потребностей. Прототип, который полгода назад только что поднялся в небо над Сычуанем, теперь превращается в целую отрасль. Идея S2000 проста: вместо того чтобы устанавливать ветряну ...>>

Случайная новость из Архива Металлическое топливо 20.01.2021 Микрогравитация помогает найти ответы и модели для усовершенствования процессов, необходимых для эффективного сжигания твердого топлива, такого как железная пыль. Твердое топливо используется для сжигания спички, зажигания бенгальского огня в канун Нового года, а также в качестве топлива в ускорителях многих ракет. Но металлы, такие как железо, также могут гореть в виде порошка, они полностью бездымны и не содержат углерода. Металлы можно производить с использованием чистой энергии, например, из солнечных батарей или ветряных турбин. Это электричество хранится в виде химической энергии в металлическом порошке с плотностями энергии, которые сопоставимы с ископаемым топливом. Технология может снизить выбросы парниковых газов во всем мире, но препятствием на пути к реализации этой технологии является разработка систем сжигания, которые могут эффективно сжигать металлическое топливо, что требует твердого понимания физики их горения. Чтобы понять физику горения металлического топлива, кластер железного порошка необходимо приостановить примерно на 30 секунд, время, необходимое для наблюдения и изучения того, как распространяется пламя. Исследователи использовали зондирующие ракеты и параболические полеты для проведения экспериментов в невесомости и проверки существующих моделей, что дало многообещающие результаты. Плотность частиц железа и состав газов в камере сгорания являются важными параметрами, как в бензиновом двигателе автомобиля. Микрогравитация позволяет изучать законы распространения пламени, оптимизировать параметры промышленных горелок и снижать воздействие на окружающую среду. Эти космические эксперименты также помогают нам понять подобные явления, такие как распространение заразных микробов и лесные пожары. Выражая вотум доверия технологии, команда студентов Технического университета Эйндховена в Нидерландах работала с промышленными партнерами над проектированием установки для сжигания металла, которая сейчас установлена на заводе Swinkels Family Brewers, субсидируемом голландской провинцией Северный Брабант, и используется в производстве пара для пивоваренного процесса.

Другие интересные новости:

▪ Минироботы BeerBots для ускорения брожения пива

▪ Загадка эволюции мозга человека разгадана

▪ Литий-ионный транзистор с твердым электролитом

▪ Офисное здание могут напечатать на 3D-принтере

▪ Домашние животные продлевают жизнь

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Акустические системы. Подборка статей

▪ статья Методические указания по разработке вопросов ГОЧС в дипломных проектах. Основы безопасной жизнедеятельности

▪ статья На какие исторические события повлияло появление нескольких Солнц на небе? Подробный ответ

▪ статья Техническое обслуживание машин и механизмов. Типовая инструкция по охране труда

▪ статья Формирователь биполярных напряжений. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Электросварочные установки. Область применения. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026