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:

Чувства кота, ожидаюшего возвращения хозяина 16.07.2026

Многие владельцы кошек уверены, что их питомцы совершенно равнодушны к уходу человека из дома. Считается, что кошки - независимые существа, которые спокойно переносят одиночество и даже радуются, оставаясь одни. Однако испанские специалисты по поведению животных считают, что реальность гораздо сложнее. Реакция кошки на отсутствие хозяина зависит от ее индивидуального характера, степени привязанности к человеку и привычного распорядка дня. Кошки хорошо запоминают ежедневные ритуалы своих владельцев. Они способны связывать определенные звуки - звон ключей, шаги у двери или звук закрывающегося замка - с предстоящим уходом человека. Для одних животных эти сигналы означают возможность спокойно лечь спать, а для других становятся причиной беспокойства и длительного ожидания возвращения хозяина. Таким образом, кошка не просто "не замечает" уход, а активно реагирует на связанные с ним изменения в окружающей обстановке. Исследования поведения кошек показывают, что некоторые из них действи ...>>

Целесообразность приема пробиотиков после курса антибиотиков 16.07.2026

Антибиотики остаются одним из самых мощных инструментов современной медицины в борьбе с бактериальными инфекциями. Однако их действие не ограничивается уничтожением только вредных микроорганизмов. Эти препараты способны существенно влиять на состав кишечной микрофлоры, что часто вызывает вопросы у пациентов: насколько серьезны эти изменения, как долго они сохраняются и нужно ли после курса антибиотиков принимать пробиотики для восстановления. На эти вопросы попытались ответить исследователи, проанализировав имеющиеся научные данные. Во время приема антибиотиков многие люди сталкиваются с неприятными симптомами со стороны пищеварительной системы: тошнотой, болями или спазмами в животе, а также диареей. Такие реакции возникают потому, что препараты воздействуют не только на возбудителей инфекции, но и на полезные бактерии, которые населяют кишечник и участвуют в пищеварении, синтезе витаминов и поддержании иммунитета. Некоторые антибиотики, например азитромицин, могут напрямую влия ...>>

Резкое похудение и возврат веса могут навредить сердцу 15.07.2026

Многие люди, желая быстро избавиться от лишних килограммов, прибегают к строгим диетам с резким ограничением калорий. Достигнув желаемого результата, они часто постепенно или быстро возвращаются к прежнему рациону и прежнему весу. На первый взгляд это кажется лишь вопросом внешнего вида, однако ученые предупреждают: постоянные колебания массы тела могут оказывать негативное влияние на сердечно-сосудистую систему и обмен веществ. Так называемый эффект йо-йо, когда периоды активного похудения сменяются повторным набором веса, становится все более распространенным явлением. Новые исследования указывают на возможную связь между такими циклами и ухудшением работы сердца. Организм способен адаптироваться к изменениям питания, но постоянное повторение резких переходов между ограничением калорий и перееданием создает дополнительную нагрузку на различные системы. В одном из экспериментов на лабораторных животных исследователи моделировали эффект йо-йо, периодически снижая калорийность рац ...>>

Случайная новость из Архива Фотоны вместо электронов для революционных процессоров 18.01.2021 Современные вычислительные возможности классических процессорных архитектур себя исчерпали, уверены в IBM. Более того, они стали препятствием на пути развития систем машинного обучения и искусственного интеллекта. Прорыв видится в области развития кремниевой фотоники и вычислений в памяти, когда данные обрабатываются там, где они хранятся. И сегодня в IBM доказали, что они нащупали путь к электронике будущего, в которой вместо электронов по цепям полетят фотоны. Специалисты IBM совместно с учеными из нескольких стран разработали и реализовали оптическую вычислительную систему для ускорения работы нейронных сетей. В частности, в компании создали "фотонное тензорное ядро", которое способно выполнять так называемую операцию свертки - математическую операцию над двумя функциями, которая выводит третью функцию - за один временной шаг. Обычно это простое сложение или умножение, но для обработки одного фрагмента данных требуются миллиарды таких операций, поэтому низкие задержки и малое потребление - это жизненно необходимые требования к таким системам. Выполнение операций над данными в памяти - это дополнительная возможность сэкономить как на потреблении, так и на задержках, поскольку данные не нужно перегонять в процессор и обратно. В разработке IBM данные хранились и обрабатывались в ячейках памяти на основе памяти с фазовым переходом. Следующий шаг к ускорению обработки данных - это мультиплексирование с разделением по длине волны (WDM). Проще говоря, на блок памяти данные поступали в виде света с разной длиной волны. Подобный подход позволяет как расширить канал передачи данных (частотное расширение), так и проводить операции над фотонным потоком данных параллельно. Там, где электроны текли в цепи последовательно, фотонные цепи допускают параллельное течение данных и одновременную обработку каждого из потоков. Это колоссальное ускорение обработки данных! В качестве эксперимента была создана матрица 9 х 4 с максимум четырьмя входными векторами на временной шаг, каждый из которых передавался в виде светового излучения со своей длиной волны. Для операций MAC (умножение-накопление) матрица показала производительность 2 TOPS/с на скорости модуляции 14 ГГц. В IBM рассчитывают, что предложенная схемотехника поможет достичь производительности фотонных схем с вычислениями в памяти значений на уровне PetaMAC/с на мм2 (тысячи триллионов операций MAC), что на три порядка выше современных значений на уровне 1 TOPS/мм2 для текущей электроники.

Другие интересные новости:

▪ Шоковая терапия умного браслета

▪ Каждому кассиру - по детектору лжи

▪ В старении интеллекта виновата генетика

▪ Портативные жесткие диски Stream S03 с интерфейсом USB 3.0

▪ Cудоходная компания по транспортировке уловленного CO2

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Основы первой медицинской помощи (ОПМП). Подборка статей

▪ статья Эймос Бронсон Олкотт. Знаменитые афоризмы

▪ статья От кого вели свою генеалогию русские князья (и цари) Рюриковичи? Подробный ответ

▪ статья Главный бухгалтер. Должностная инструкция

▪ статья Охранная система MICROALARM. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Генератор сигнала ДМВ. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026