Классический качер (качатель реактивности) состоит из управляющего элемента (УЭ) и катушки индуктивности с двумя обмотками [1]. Схемотехника его возбуждения схожа с автогенератором, который возбуждается за счёт положительной обратной связи (ПОС), посредством этих индуктивностей. Но качерный режим всё же отличается принципиально. Это подтверждает хотя-бы тот факт, что две имеющиеся обмотки можно разнести на какое угодно расстояние друг от друга, и качер, в отличие от автогенератора, всё равно будет самовозбуждаться. Объяснений этому феномену довольно много: от необычных свойств полупроводников и лавинных режимов их работы [2,3], до так называемых «кивков» — механического перемещения магнитных моментов атомов вещества, совершающихся под действием магнитных полей в парамагнетиках [4].

По мнению автора, самовозбуждения подобных схем, и качерный режим их работы, возникает за счёт свойств самого проводника катушки. В моменты быстрого перепада напряжения на УЭ, в проводнике создаются условия для проявления динамического скин-эффекта в виде выбросов напряжения и тока, к слову, очень похожих на ЯМР (ядерный магнитный резонанс). Такие выбросы достаточно высокочастотны и способны использовать паразитные ёмкости в УЭ для создания условий для генерации. Таким образом, классическая ПОС, через связанные индуктивности, здесь уже не обязательна. Именно такой автогенератор, по сути представляющий собой управляемый качер, мы и представим в этой работе.

Рис.1. Распределение напряжённости электрического поля вдоль вторичной обмотки (a), варианты включения индуктора в контур (b,c) и принципиальная схема полуволнового качера (d)

Отличием данного генератора является полуволновой режим на выходной катушке, когда напряжённость электрического поля максимальна в её центре и спадает по краям (рис. 1a). Второе отличие заключается в схемотехнике выходной катушки, в которой полуволновой вибратор и индуктор совмещены (рис. 1b, 1c), а цепь обратной связи образуется за счёт паразитной ёмкости выходного транзистора (рис. 1d). Кроме такой автогенерации необычным здесь является и то, что первичная обмотка L1.1 совместно с конденсатором C1 образуют последовательный колебательный контур, настроенный на LC-резонанс, при этом вторичная обмотка работает на частоте волнового резонанса. Правильное совмещение этих двух режимов позволяет получать необычные и неклассические эффекты, а сам качер предоставляет искателям свободной энергии ещё один инструмент для исследований. Кроме того, при необходимости, он очень просто может управляться внешним низкочастотным генератором.

Стоит рассмотреть контур L1C1 более подробно. Из электродинамики мы знаем, что у полуволнового вибратора на концах присутствует низкое напряжение, но большой ток, а в его центре — высокое напряжение. Такой вибратор здесь представлен катушкой L1.2. Примерно то же можно сказать и о последовательном колебательном контуре, ток которого будет одинаков на его концах, а напряжение в его середине, в точке соединения ёмкости С1 и индуктивности L1.1, будет высоким. Соединив эти два эффекта мы и получим схемотехнику нашего контура (рис. 1b, 1c). Поскольку на его концах (a и b) присутствует минимальное напряжение, но достаточно большой ток, в качестве УЭ можно применять относительно низковольтный транзистор (VT1) с очень маленьким сопротивлением открытого перехода. Этот момент является явным преимуществом такого качера.

Но цепочки L1.1C1 и L1.2 могут дать требуемый результат только, если будут работать вместе, т.к. поддерживают колебательный режим друг друга. Поэтому катушка L1.1 здесь выступает в качестве индуктора, а L1.2 — в качестве вторичной обмотки (рис. 2). В идеале, один раз запустив в такой контур импульс, колебания там будут самоподдерживаться очень долго, а если к этому предоставить внешний источник тока, то — и усиливаться. У нас пока задача не идеальная, поэтому, для поддержки колебаний, мы применим УЭ в виде полевого транзистора: VT1 на рисунке (1d). Этот транзистор должен управляться внешним генератором, который должен подавать на него достаточно короткие импульсы, длина которых должна быть кратна или совпадать с резонансной частотой всего контура. Также не забываем, что через свою паразитную ёмкость, при положительном управляющем импульсе, транзистор переходит в качерный режим, чем многократно усиливает этот эффект. Именно по этой причине биполярные транзисторы здесь не работают, т.к. их паразитные ёмкости на порядки меньше, чем у полевых или составных igbt-транзисторов. В результате опытов высянилось, что в качестве УЭ оптимально подходит IRF3205, который имеет наименьшее сопротивление открытого канала.

Перечень элементов схемы:

• VT1 — mosfet-транзисторы IRF3205, IRFP260, IRFP360, или igbt-транзисторы, например, K40H1203;
• ZD1 — супрессор 1.5KE18CA. К слову, супрессор в такой схеме обязателен;
• С1 — любой высокочастотный конденсатор;
• С2 — керамический конденсатор. Его задача — сглаживать пульсации по питанию.

На рисунке 2 представлены фото регулируемой катушки для нашего качера. Она позволяет перемещать индуктор относительно вторичной обмотки и находить оптимальное положение. Но в реальности, катушка может быть любой конструкции, важно лишь, чтобы индуктор имел немного витков относительно вторичной обмотки и располагался ближе к её краю. Зазор между первичной и вторичной обмотками также не принципиален.

Рис.2. Вариант регулируемой катушки для полуволнового качера

Генератор, создающий управляющие импульсы для VT1, может быть вообще говоря любым. Важно лишь, чтобы длительность его выходных импульсов была кратна, либо совпадала с резонансной частотой всего контура. А это может быть достигнуто его настройками. Подходит такой генератор, причём выходной ключ у него уже установлен.

Качер начнёт свою работу сразу и при любых номиналах деталей, но более эффективная отдача мощности получится после поиска оптимального режима.

Сначала было бы хорошо определить частоту полуволнового резонанса обмотки L1.2, а затем подобрать ёмкость конденсатора C1 по индуктивности индуктора L1.1 и полученной частоте. Это нужно сделать с цепочками L1.2 и L1.1C1 по отдельности, а уже потом подбирать скважность и частоту задающего генератора. Если возможностей такого подбора нет, то схема включается «как есть», а затем, регулировкой скважности генератора подбирается наилучший режим работы качера, который можно контролировать осциллографом, щуп которого нужно расположить недалеко от катушки. На его экране мы должны получать правильные синусоидальные колебания, которые затухают после спада управляющего импульса. Если расположить рядом с катушкой люминесцентную лампу (нагрузку), то скорость затухания колебаний должна увеличиться (рис. 3,4), а без неё — затухания колебаний быть почти не должно (рис. 5). После этого нужно изменить ёмкость конденсатора C1 и повторить процедуру заново. Для подгонки частоты LC-резонанса можно использовать ферритовые стержни, вставляя их со стороны индуктора.

Далее, представлены некоторые осциллограммы для катушки на фото (рис. 2). Она содержит 1000 витков провода 0.6 мм, намотанного на пластиковой трубе 75 мм. Жёлтый луч показывает импульс задающего генератора, а зелёный — колебания электрического поля рядом с этой катушкой. При этом наблюдается эффект сверхмалого потребления качера по сравнению с мощностью зажигаемой лампы.

Рис.3. 146кГц, 27В, 2.5Вт - зажигает люминесцентную лампу на 20Вт

Рис.4. 146кГц, 46В, 2.1Вт - зажигает люминесцентную лампу на 20Вт

Рис.5. 146кГц, 21В, 0.5Вт - без нагрузки