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:

Ранняя Вселенная не была ледяной 28.11.2025

Понимание того, как формировались первые структуры во Вселенной, требует взгляда в эпохи, в которых не существовало ни звезд, ни галактик, ни привычных нам источников света. Научные группы по всему миру пытаются восстановить картину тех времен при помощи слабейших радиосигналов, оставшихся от водорода, который наполнял космос вскоре после Большого взрыва. Новые результаты, полученные на радиотелескопе Murchison Widefield Array в Австралии, неожиданным образом меняют представление об этих ранних этапах. Сразу после Большого взрыва, произошедшего около 13,8 миллиарда лет назад, пространство стремительно расширялось и остывало. Через несколько сотен тысяч лет образовался нейтральный водород, и началась так называемая эпоха тьмы, когда Вселенная была лишена источников излучения. Лишь значительно позже гравитация собрала газ в плотные области, где зародились первые звезды и ранние черные дыры, а их интенсивное излучение привело к реионизации водорода и окончательному появлению света. ...>>

Устройство идеальной очистки воздуха 28.11.2025

Качество воздуха в закрытых помещениях давно стало важнейшим фактором здоровья, особенно в городах, где люди проводят подавляющую часть времени внутри зданий. В последние годы исследователи уделяют все больше внимания именно тем технологиям, которые способны задерживать или разрушать вредоносные частицы до того, как они попадут в дыхательные пути человека. Одним из таких новаторских направлений стала разработка инженеров Университета Британской Колумбии в Оканагане, которые предложили принципиально иной подход к очистке воздуха в присутствии людей. По словам профессора Школы инженерии доктора Санни Ли, традиционные персонализированные вентиляционные системы действительно могут улучшать качество воздуха вокруг пользователя, однако их принцип работы имеет ряд ограничений. Человек вынужден находиться в строго определенной зоне, а одновременное использование одной системы несколькими людьми снижает эффективность. Кроме того, непрерывный поток сухого очищенного воздуха способен вызывать ...>>

Ощущение текстуры через экран гаджета 27.11.2025

Гаджеты научились передавать изображение и звук с впечатляющей реалистичностью, но тактильные ощущения по-прежнему остаются недоступными для полноценной цифровой симуляции. Именно поэтому инженеры и исследователи во всем мире стремятся создать технологии, которые позволят "почувствовать" виртуальный объект так же естественно, как и настоящий. Новая разработка специалистов Северо-Западного университета США стала одним из самых заметных шагов в этом направлении. Возглавлявшая исследование аспирантка Сильвия Тан (Sylvia Tan) подчеркивает, что прикосновение остается последним фундаментальным чувственным каналом, для которого пока нет зрелого цифрового аналога. По ее словам, если визуальные и звуковые интерфейсы давно обеспечивают высокую степень реалистичности, то осязание лишь начинает приближаться к этому уровню. В недавней публикации в журнале Science Advances Тан отмечает, что новая технология способна изменить само представление о взаимодействии человека с устройствами. Разработ ...>>

Случайная новость из Архива Трамвайная линия с участком без контактной сети 31.03.2023 В Варшаве запустили первую в Польше трамвайную линию с участком без контактной сети, который будут обслуживать трамваи Hyundai. На линии будут курсировать 30 транспортных средств. В общей сложности у корейского производителя было заказано 123 трамвая, 80 из которых уже прибыли в Варшаву. В трамваях Hyundai используются суперконденсаторы, то есть современные накопители электроэнергии. Отмечается, что это не батарея, а совсем другая технология. Вагоны могут двигаться на отдельных участках с опущенными пантографами - без получения электроэнергии от контактной сети. Как пояснили в Варшавском трамвайном управлении, на модернизированной трамвайной линии пришлось демонтировать часть контактной сети. Обычно это привело бы к остановке движения на участке. Но благодаря новым трамваям теперь есть возможность продолжать перевозку пассажиров на маршруте. Трамваи курсируют на линии каждые 8 минут в час пик и каждые 12 минут в непиковое время.

Другие интересные новости:

▪ Ионный микроскоп

▪ Бесшумные источники питания Mean Well LSP-160

▪ Сумки Louis Vuitton с AMOLED-экранами

▪ Индийский космический зонд на орбите Марса

▪ Мотоцикл на воздушной подушке

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Электрику. ПУЭ. Подборка статей

▪ статья Лао-цзы. Знаменитые афоризмы

▪ статья Кто придумал парашют? Подробный ответ

▪ статья Резка металла на ножницах. Типовая инструкция по охране труда

▪ статья ИМС FSK модема. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Импульсный блок питания устройств памяти. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025