2015-04-27
Персональний сайт В'ячеслава Горчіліна
Всі статті
Електронний аналог переривника іскри для трансформатора Тесла з ФАПЧ

Матеріал присвячений любителям потужних іскрових розрядів так і шукачам вільної енергії, які використовують для своїх експериментів трансформатор Тесла (ТТ). А розглядати ми будемо серце цього трансформатора — електронний переривник, за допомогою якого досягаються необхідні напруги та потужності. Такий переривач вперше був описаний Теслою в патенті №787,412 і працював за допомогою двох механічних барабанів. З моменту його опублікування пройшло більше 100 років; за цей час змінилися технології і весь технологічний уклад. Тому ми перейдемо від механіки до сучасної електроніки, застосуємо останні схемотехнічні рішення у вигляді ФАПЧ, і подивимося, що з цього вийде :)

Пристрій виконаний на чотирьох цифрових мікросхемах серії 74HCXX, двох драйвери вихідного сигналу і двох стабілізаторах напруги. Переривач може працювати з різними ТТ в робочому діапазоні: 250 кГц .. 1 МГц (для інших резонансних частот потрібно буде змінити деякі частото і времязадающие елементи). ФАПЧ відстежує всі зміни параметрів ТТ і автоматично підлаштовує під них переривник. Схема виробляє пачки імпульсів і синхронізований з ними низкочатотный сигнал (для другого ТТ), який може зсуватися щодо пачки на будь-яку фазу. Крім того, в пачці регулюється число імпульсів і їх шпаруватість.

Схема электронного прерывателя искры для трансформатора Тесла с ФАПЧ

Нижче наведено список вживаних у пристрої мікросхем, діодів і преключателей. В дужках вказані можливі заміни:

Робота переривника

Працює переривач наступним чином. ГУН (генератор керований напругою) мікросхеми DD1 виробляє імпульси з частотою F1, яка, до речі, повинна збігатися з резонансною частотою ТТ. За збігом частоти і фази стежить фазовий компаратор, входи якого позначені Cin і Sin. На Cin подаються імпульси з ГУНа, а на Sin надходять коливання з ТТ. Вихід компаратора (PC2), через сглаживающую ланцюжок R6C7, надходить на вхід ГУН (Gin) і забезпечує зворотний зв'язок, змінюючи частоту і фазу генератора в залежності від параметрів ТТ.

Сформовані та засинхронизированные імпульси з ГУН подаються на два лічильника: DD2 і DD3. Перший, за допомогою шести перемикача SA2 забезпечує фіксований зсув по фазі між пачками імпульсів і низькою частотою F2. Зміна фази проводиться різними комбінаціями цього перемикача. Також, з допомогою лічильника DD2 ми отримуємо саму F2, яка з його виходу (ніжка 10) надходить на вхід драйвера напівмоста DA3. На його виході (X3, X4) ми отримуємо імпульси з частотою F2.

Лічильник DD3 відповідає за кількість імпульсів в пачці. З допомогою різних комбінацій перемикача SA3 ми можемо отримати від 1-го до 15-ти імпульсів в пачці. Для експериментів може бути цікавий режим, коли всі перемикачі розімкнуті. У цьому випадку, на виході X2 імпульси будуть відсутні. Времязадающая ланцюжок C8R11R12 спільно з тригером DD4.2 задає шпаруватість імпульсів у пачці, а його вихід підключений до драйвера вихідного сигналу DA4. На його виході (X2) ми отримуємо пачки імпульсів з частотою всередині пачки — F1 і частотою між пачками — F2.

Тригер DD4.1 синхронізує роботу цих лічильників скидаючи заборона на надходження імпульсів від ГУН до DD3 в самому початку пачки.

Заміни

За винятком DD1 всі цифрові мікросхеми можуть бути замінені на аналогічні серії КР1564 (див. вище). Замість 74HC7046 можна застосувати 74HC4046, але тоді у схемі буде відсутня детектор захоплення фази. У цьому випадку ланцюжок індикатора детектора — R7, VD3, і супроводжуючий конденсатор C6 потрібно буде прибрати. Драйвер вихідного сигналу на TC4420 можна замінити на TC4429, але тоді вхід цього драйвера (2-ю ніжку), через резистор R14 потрібно буде підключити до инверсному виходу тригера DD4.2 (до ніжці 8). Драйвер напівмоста IR2109 змінюється на аналогічні IR2104 або IR2108. У цьому випадку 3-ю ніжку цих мікросхем потрібно з'єднати з +12V.

Зауваження по монтажу

На схемі не показані висновки живлення мікросхем. Вони стандартні. Для 16-ти вивідних корпусів: 8 — мінус живлення (загальне), 16 — плюс, для 14-ти вивідних: 7 — мінус живлення (загальне), 14 — плюс. Всі мінуси потрібно з'єднати і підключити до загального проводу і до Gnd стабілізатора DA1. Всі плюсові висновки — до його Out (або +5V).

Підключіть дві ємності по 0.1 мкФ прямо на висновки драйвера DA4: 1-4 і 8-5. Таку ж ємність і підключіть до виводів живлення DD1.

Висновки частотозадающих ланцюжків бажано зробити коротші. Це стосується висновків 6, 7, 11 і 12 мікросхеми DD1.

Варіант друкованої плати наведено нижче:

Печатная плата для электронного прерывателя Печатная плата для электронного прерывателя - обратная сторона
Підключення переривника

Варіантів підключення ТТ може бути дуже багато, тому нижче наведемо приклад лише одного з них. Як ключ VT1 добре працюють IRFP360, IRFP460, FCH47N60. Для напівмоста VT2-VT3 підійдуть і більш низьковольтні, наприклад, IRFP260. Захисний діод VD5 — будь потужний високовольтний ультрафаст, наприклад, FR607. А ось до диоду VD6, який служить для збільшення добротності ТТ1, потрібно підійти більш ретельно. Добре себе зарекомендували HFA30PB60, але також добре працюють кілька паралельно з'єднаних SF56.

Особливу увагу варто звернути на струмовий трансформатор Tr, який відповідає за синхронізацію ФАПЧ. Токовый трансформатор для трансформатора Теслы Для цього він повинен перетворити пучність струму, що утворюється на нижньому кінці ТТ1, в напругу, яка потім подається на вхід X1 переривника.

Мотається трансформатор в довільному порядку; тут важливий принцип — отримати максимальну напругу на його вторинній обмотці **. Він являє собою феритове кільце, на яке потрібно намотати як можна більше витків, але так, щоб усередині нього залишилося місце для проводу з ТТ1. Це кільце має просто надіватися на провід що йде з ТТ1 на землю. Наприклад, у мене добре працювало кільце діаметром 10мм, висотою 8мм, з числом витків — 50. Марка фериту тут не має значення.

Схема включения электронного прерывателя

Інших даних, наприклад, за намотуванні ТТ, ми тут приводити не будемо, оскільки в залежності від завдань вони можуть мати зовсім різні значення.

Варіанти застосування

Описаний переривач добре підходить для шукачів вільної енергії. Але застосування схеми може бути й іншим. Наприклад, для так называмых «співаючих Тесел» використовується тільки перший ТТ, а аудіовхід можна подати на 9-ту ніжку DD1 через послідовно з'єднані резистор 10..20кОм і конденсатор 100n.

Ще один варіант управління двома трансформаторами можна подивитися тут. У цій схемі, як ТТ1, можна застосувати низькочастотний трансформатор, наприклад, ТВЗ.

** Стоячі хвилі можна змоделювати тут


Горчилин В'ячеслав, 2015 р.
* Передрук статті можлива за умови встановлення посилання на цей сайт та додержанням авторських прав

« Назад
2009-2018 © Vyacheslav Gorchilin