Необычные свойства у катушки индуктивности можно получить, если собрать её не совсем классическим образом, сделав из неё катушку-конденсатор (КТК). Такой необычный элемент, кроме нестандартной схемотехники, покажет совсем неожиданные результаты своей работы, например, подключение нагрузки к нему почти не скажется на мощности потребления схемы. Эти данные мы сравним с классикой и сделаем выводы о целесообразности применения КТК. О том, как получить такие эффекты, как сделать такую конструкцию катушки, какие результаты можно при этом получить, и будет рассказно в этой заметке.

Вначале попробуем собрать классическую схему преобразователя по рисунку 1a. Она состоит из источника переменного высокого напряжения U1, диодного выпрямительного моста VD1, собранного на UF4007, сглаживающего конденсатора C1, активного сопротивления Rn и вольтметра V1.

Далее, просто произведём замеры для того, чтобы в будущем сравнить полученные результаты с данными по схеме КТК.

Исследуется схема по рисунку 1a. В этом случае катушка отсутствует, а напряжение источника сигнала подаётся непосредственно на выпрямительный мост. Здесь наблюдается классическая зависимость мощности потребления (W) источника напряжения, от сопротивления нагрузки (Rn). Мощность потребления при этом фиксируется замерами в блоке питания генератора U1 (в схеме не показано). Также, здесь и далее, будем проводить эксперименты на двух частотах генератора: 21 кГц и 43 кГц. О них будет рассказано ниже.

f = 21 кГц			f = 43 кГц
Rn, кОм	V1, В	W, Вт	Rn, кОм	V1, В	W, Вт
10	74	1	10	73	1
3	67	1.6	3	64	1.6
1	51	3.8	1	44	3.3

Как видно из верхней таблицы, мы получили классические результаты зависимости мощности потребления схемы от величины нагрузки. Небольшие отклонения могут быть связаны с внутренними сопротивлениями генератора и остальной схемы, которые здесь не учитываются.

Её конструкция может быть и совершенно другой, здесь мы опишем лишь один из её вариантов. На пластиковый каркас, диаметром 40 мм и длиной 250 мм, наматывается строительная алюминиевая фольга по всей его длине так, чтобы между витками не было контакта (с небольшим шагом). Число витков не имеет значения и может быть 2-5. К началу намотки подсоединяется контакт в проводом, который мы далее будет подключать в схему. Сверху наматывается кевларовая (высоковольтная) изолента в 2-3 слоя.

Поверх изоленты мотается классическая катушка медным проводом 0.3 мм, по всей длине каркаса, и закрепляется по её концам так, чтобы между ними, и выводами фольги, оставался зазор не менее 1 см. Либо можно заизолировать выводы кевларом с тем, чтобы высокое напряжение не пробивало этот зазор. Внутрь каркаса вставляется набор из ферритовых колец, диаметром 28-32 мм. У авторов такая катушка имела следующие параметры: индуктивность — около 6 мГн, а ёмкость между любым из выводов обмотки и фольгой — около 3 нФ (C_L по схеме). На этой схеме КТК отображена как L1, где оранжевым цветом, условно, нарисована фольга.

Если подсчитать резонансную частоту такой системы, то она будет равная примерно 21 кГц, на неё мы и будем настраивать генератор U1 в нашем эксперименте.

Далее, собираем схему по рисунку 1b и производим замеры (далее в таблице). Как можно видеть, изменение нагрузки Rn практически не сказывается на мощности потребления генератора (W). Особенно хорошо это видно на резонансной частоте в 21 кГц. На частоте 43 кГц также наблюдался небольшой максимум, который мы будем исследовать в правой таблице. Как выяснилось, в этом случае, при уменьшении сопротивления нагрузки, мощность потребления заметно уменьшалась.

f = 21 кГц			f = 43 кГц
Rn, кОм	V1, В	W, Вт	Rn, кОм	V1, В	W, Вт
10	60	1	10	65	1
3	34	1	3	28	0.9
1	15	0.9	1	14	0.7

Казалось бы, если подключить высокое напряжение к другому концу фольги (нижинй её вывод по схеме 1b), то передаточная характеристика должна быть резко хуже предыдущей. Однако и вы этом случаем мы наблюдаем тот же эффект, и даже с некоторыми улучшениями (см. нижнюю таблицу).

f = 21 кГц			f = 43 кГц
Rn, кОм	V1, В	W, Вт	Rn, кОм	V1, В	W, Вт
10	65	1	10	70	1
3	40	1	3	33	0.7
1	18	0.8	1	15	0.5

Несмотря на не совсем логичную конструкцию, КТК всё же имеет свою передаточную характеристику и может передавать электрическую мощность с фольгированной обкладки на вторичную обмотку — катушку индуктивности.

Передаточная характеристика КТК отличается от классической тем, что при уменьшении сопротивления наргузки мощность потребления схемы не возрастает, а в некоторых случаях даже уменьшается. Такую систему без обратной связи можно применять в качестве источника зарядов, как один из элементов устройств свободной энергии.

КТК может применяться как в прямом включении (по рис. 1b), так и в обратном, при котором высокое напряжение подаётся на противоположный конец фольги.

В схеме КТК, напряжение V1 уменьшается примерно пропорционально квадратному корню из сопротивления нагрузки Rn, или: V1~(Rn)^0.5.

Оптимальный КПД передачи в схеме с КТК достигается, когда сопротивление нагрузки равно волновому сопротивлению контура, или когда: Rn=(L1/C_L)^0.5.

КТК имеет свою резонансную частоту, которая определяется формулой Томпсона исходя из известных данных: индуктивности L1 и ёмкости C_L.

Ёмкость C_L увеличивается на 10-20%, если внутрь катушки вставляется сердечник из ферромагнитного материала.