Знакомство с радиоэлектроникой а также навыки пайки открывают перед человеком массу новых возможностей. Например, если обычные люди могут лицезреть красивые высоковольтные разряды молний лишь в небе, и то, во время грозы, то радиолюбитель же может создать свою собственную «молнию» прямо у себя дома, на столе. Такой "молнией" является катушка Тесла - популярное устройство, которым интересуется множество радиолюбителей по всему миру - и это неспроста, ведь устройство имеет относительно не сложную конструкцию (хоть и требует кропотливой настройки), но зато позволяет создавать поистине красочные разряды, которые не оставят никого равнодушным. Существует несколько разновидностей катушек Тесла, вкратце, все они делятся на два типа - ламповые и транзисторные. Первые - самые аутентичные, именно они были созданы в те времена, когда полупроводников ещё не существовало. Транзисторные же были созданы позже, с появлением мощных полупроводников, их также можно разделить на несколько типов: самыми распространёнными, часто собираемыми являются однотактные (первичную обмотку коммутирует один транзистор), полумостовые (два транзистора), мостовые (четыре транзистора). Однотактные наиболее просты с точки зрения схемотехники, но обладают не самым лучшим КПД - один единственный транзистор сильно нагревается и не позволяет получить максимум длины разрядов. Мостовые схемы - наиболее продвинутые, в них первичная обмотка получается самый максимум питания, но и их настройка дело не из лёгких - без осциллографа правильно настроить такую катушку почти нереально, а при неправильной настройке мощные транзисторы будут один за другим сгорать. Полумостовые схемы можно назвать самыми популярными из всех вышеперечисленных, так как они обладают самыми оптимальными параметрами: не слишком сложная настройка, по сравнению с мостовыми, надёжность, а также неплохой КПД. В этой статье речь пойдёт о создании классической полумостовой катушки Тесла, для сборки которой не потребуется каких-либо труднодоступных компонентов, автор утверждает, что собрал её буквально "из того, что было". Схема представлена ниже.
Рассмотрим более подробно каждый элемент схемы. В самой левой части виден вход питающего напряжения 220В - оно подаётся на понижающий до 12В трансформатор, после чего 12 переменных вольт выпрямляются диодным мостом и сглаживаются фильтрующими конденсаторами. Здесь не обязательно использовать именно трансформаторное питание - подойдёт любой импульсный блок питания на напряжение 12-15В, от этого напряжения будет запитываться лишь логическая часть катушки Тесла. Источник должен выдавать ток как минимум 1-2А. На схеме также можно увидеть ШИМ-контроллер, микросхему TL494 - крайне популярная микросхема, которая часто используется в импульсных блоках питания, например, компьютерных. Без проблем найти её можно и в магазинах радиодеталей по небольшой цене. Задача данной микросхемы - генерировать прямоугольные импульсы, которые, после некоторой обработки, будут подаваться на затворы силовых транзисторов, управляющих первичной обмоткой. Номиналы в обвязке этой микросхемы уже подобраны так, чтобы частота импульсов регулировалась потенциометром R5 в нужном диапазоне - в дальнейшем, после сборки схемы, частоту нужно будет подбирать, вращая потенциометр, до достижения резонанса. При сборке схемы не стоит экономить на фильтрующих конденсаторах - по питанию электролит должен быть как минимум 1000 мкФ, лучше - больше, а также непосредственно возле выводов питания самой микросхемы не лишним будет поставить дополнительный блокировочный конденсатор на 100 нФ, для стабильности работы схемы.
Готовые прямоугольные импульсы снимаются с 9 и 10 выводов микросхемы. Но напрямую подавать их на затворы транзисторов нельзя - необходим каскад, который будет буферизировать сигнал, "разгружая" выводы микросхемы, а также обеспечивать гальваническую развязку между силовой и логической частями. Именно для этого на схеме присутствует мост из биполярных транзисторов, два NPN (КТ972), и два PNP (КТ973), нагрузкой моста выступает первичная обмотка GDT-трансформатора - но обо всём по порядку. Идеально для этой части схемы подходят транзисторы Дарлингтона, они имеют мощность с запасом, а также сверх-высокий коэффициент усиления, но при особой необходимости их можно заменить и на маломощные, например NPN - BC547 и PNP - BC557, схема будет работать. Четыре диода служат для защиты транзисторов от импульсов самоиндукции, возникающих в обмотке GDT-трансформатора. Можно использовать любые диоды, например, 1N4148 или 1N4007.
GDT - трансформатор служит для передачи переменного сигнала от логической части схемы к силовой. Он имеет три обмотки - одну первичную и две вторичных, первая подключается к мосту в логической части, а вторичные обмотки в силовых транзисторам в соответствии со схемой. При этом нужно соблюдать направление, то есть фазность обмоток - точками на схеме показаны начала каждой из обмоток. Это необходимо для того, чтобы в момент открытия одного транзистора второй закрывался, и наоборот, если перепутать начала и концы, то два транзистора будут одновременно открываться и одновременно закрываться, что сразу же приведёт их выгоранию. Намотать трансформатор можно на любом ферритовом колечке диаметром 1,5-2см, подойдут с магнитной проницаемостью около 2000. Для намотки можно использовать провод 0,4 мм, либо провод из витой пары, как сделал автор. Количество витков может быть равно 16-25 (для каждой обмотки одинаково), подбирается экспериментально. Ниже представлена осциллограмма сигнала на затворах, видно, что два сигнала противоположны по фазе.
Схема собирается на двух платах - силовая на одной, логическая на другой. Платы представлены в конце статьи, открыть их можно с помощью программы Sprint Layout, выполнить платы позволит метод ЛУТ, информации о котором предостаточно в интернете.
Силовая часть питается от высокого напряжения (от 50 до 200В), получить которое можно с помощью подходящего трансформатора, либо путём включения вторичных обмоток нескольких трансформаторов последовательно, в этом случае их напряжения будут складываться. Чем больше будет напряжение - тем сильнее будут высоковольтные разряды, но и сильнее будет нагрузка на транзисторы. Диод D3 на схеме служит одновременно для выпрямления переменного напряжения, а также для ограничения питающего напряжения, ведь он обрезает одну из полуволн, оставляя лишь половину мощности. Для увеличения мощности его можно заменить на полноценный двухполупериодный выпрямитель. Конденсаторы в силовой части должны быть рассчитаны на напряжение как минимум 400В, транзисторы - оптимальный вариант - IRFP460, но подойдут также любые, рассчитанные на не меньший ток и напряжение.
Первичная обмотка содержит 5-8 витков толстого медного провода, расположенного вокруг вторичной - а она, в свою очередь, состоит из множества витков тонкого медного провода. "Нижний" конец вторичной обмотки должен подключаться к заземлению, но его его нет - можно подключать к делителю из конденсаторов С3 и С4, как показано на схеме, номинал ёмкостей этих конденсаторов может меняться в широких пределах. С "высокого" конца вторичной обмотки снимаются высоковольтные разряды - там можно установить тор, либо металлическую сферу, а также установить острый терминал, с которого будет "вылетать" коронный разряд.
Корпус для катушки предпочтителен диэлектрический - он не будет биться током. Автор сделал корпус своими руками из фанеры, а затем покрасил его морилкой в красивых красноватый цвет. Таким образом, катушка будет радовать не только красивыми разрядами, но и внешним видом.
Все "внутренности", то есть схема катушки укладывается внутрь корпуса, снаружи к ней подводится питающее напряжение. Силовые транзисторы нужно установить на радиатор - так они не будут перегреваться. Все элементы должны быть надежно закреплены, ведь случайное замыкание в силовой части неизбежно приведёт к фейерверку. Удачной сборки!
Становитесь автором сайта, публикуйте собственные статьи, описания самоделок с оплатой за текст. Подробнее здесь.
