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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA Alimentatore con trasformatore Tesla con controllo a microcontrollore. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / Alimentatori Aspetto dell'unità proposta insieme al trasformatore da essa alimentato. Tesla è mostrato in Fig. 1.
L'unità è assemblata in un case per computer standard. BP. L'avvolgimento primario del trasformatore è collegato alla sua uscita, composta da cinque spire di filo di montaggio isolato con una sezione di 2,5...4 mm2, avvolto su un pezzo di tubo idraulico in plastica con un diametro esterno di 110 mm. Il telaio di avvolgimento secondario è una bottiglia di kefir in plastica da 0,8 litri. Su di esso viene avvolto un filo smaltato con un diametro di 0,2 mm in una fila, giro in giro, fino al riempimento (circa 1000 giri in totale). L'estremità inferiore di questo avvolgimento è collegata a terra - collegata al terzo contatto (PE) della rete "Presa Euro". L'estremità superiore è dotata di un perno di rame attorno al quale si osservano vari effetti ad alta tensione. L'avvolgimento secondario è protetto da danni meccanici e guasti tra le spire da diversi strati di resina epossidica. Tra l'avvolgimento primario e quello secondario deve esserci un traferro sufficientemente ampio da evitare rotture tra gli avvolgimenti e scariche corona. L'induttanza dell'avvolgimento secondario e la propria capacità formano un circuito oscillatorio, per risonanza in cui si ha un aumento multiplo della tensione rispetto al valore calcolato solo in base al rapporto tra il numero di spire degli avvolgimenti; dall'analisi risulta che il fattore principale che determina la frequenza di risonanza dell'avvolgimento secondario sono le sue dimensioni. Misurare questa frequenza è abbastanza semplice. Per questo è sufficiente, come mostrato in Fig. 2, applicare la tensione dal generatore di segnale sintonizzabile G1 all'avvolgimento primario del trasformatore prodotto.
Il resistore R1 limita la corrente; la sua potenza non deve essere inferiore alla potenza del generatore. Vicino al trasformatore è installato un oscilloscopio con un'antenna WA1 collegata al suo ingresso: un pezzo di filo qualsiasi lungo 100...200 mm. Ricostruendo il generatore, eliminiamo la dipendenza dell'oscillazione del segnale sullo schermo dell'oscilloscopio dalla frequenza. Per il trasformatore sopra descritto, è risultato come in Fig. 3.
La frequenza di risonanza corrisponde al massimo principale della curva ed in questo caso è pari a 600 kHz. I programmi di calcolo del trasformatore Tesla disponibili su Internet hanno dato risultati simili: 632 kHz. Se non si dispone di un oscilloscopio, è possibile sostituirlo con un semplice indicatore di campo elettromagnetico, assemblato secondo il circuito mostrato in Fig. 4.
L'antenna WA1 è costituita da due spezzoni di filo, ciascuno lungo circa 1 mm, saldati ai terminali del diodo VD100 e diretti in direzioni diverse. La risonanza è determinata dalla luminosità massima del LED HL1. Schema di alimentazione del trasformatore. Tesla è mostrato in Fig. 5.
T3 è in realtà questo trasformatore. Gli elementi DD1.1, DD1.2 vengono utilizzati per assemblare un generatore di impulsi che viaggiano ad una frequenza vicina alla frequenza di risonanza del suo avvolgimento secondario. Amplificati dal microcircuito DA3 (driver del transistor ad effetto di campo) e dal potente transistor ad effetto di campo VT1 che funziona in modalità chiave, questi impulsi vengono forniti all'avvolgimento I del trasformatore. Il resistore variabile R1 regola la frequenza degli impulsi, ottenendo il bagliore più luminoso di una lampada a scarica di gas (ad esempio “a risparmio energetico”) situata vicino al trasformatore. Il microcontrollore genera impulsi sulla sua uscita P85 che, quando ricevuti sull'ingresso EN del driver DA3, abilitano e disabilitano il funzionamento del driver. Questi impulsi modulano la sequenza di impulsi fornita all'avvolgimento I del trasformatore T3, e quindi l'alta tensione sul suo avvolgimento II. Esistono cinque modalità operative del microcontrollore, commutabili in un anello premendo il pulsante SB1. Ogni transizione è confermata dal lampeggio del led HL1; il numero dei suoi lampeggi è pari al numero della modalità attivata. Nella prima modalità, vengono generati impulsi con una durata di 1 ms con pause tra loro di 8 ms. Nel secondo, la durata delle pause viene aumentata a 10 ms, nel terzo a 12 ms, nel quarto a 14 ms e nel quinto a 20 ms. Il cambiamento delle modalità influisce sulla natura dei suoni prodotti dalle scariche elettriche, nonché sul loro numero e durata. Quanto più lunga è la pausa, tanto più tempo avrà l'aria nell'area di scarica per deionizzarsi prima che inizi il successivo treno di impulsi ad alta tensione. Modificando il programma è possibile modulare la sequenza degli impulsi con segnali più complessi. Il trasformatore T1 con un raddrizzatore secondo il circuito di raddoppio della tensione sui diodi VD1, VD2 fornisce una tensione di 40...60 V alla cascata sul transistor ad effetto di campo VT1; c'è un altro trasformatore di potenza - T2. Da esso, attraverso il ponte raddrizzatore VD3 e lo stabilizzatore integrato DA1, il driver DA12 viene alimentato con una tensione di 3 V. La tensione di uscita dello stabilizzatore DA2 (5 V) è destinata al microcontrollore DD2 e al microcircuito DD1. Un disegno della scheda a circuito stampato del blocco è mostrato in fig. 6.
Il transistor VT1 è dotato di un dissipatore di calore alettato. Una parte significativa della superficie della scheda è priva di parti e conduttori stampati. I trasformatori T1 e T2 sono rafforzati qui. Un interruttore già presente nell'alimentatore del computer, nel caso in cui è posizionata la scheda, viene utilizzato come SA1. La sua lunghezza (145 mm), indicata in figura, può essere modificata in funzione della dimensione della custodia utilizzata. Se ha una ventola, può essere accesa applicando una tensione di 12 V dall'uscita dello stabilizzatore DA1. Ciò contribuirà a ridurre la temperatura del transistor VT1, ma in questo caso anche lo stabilizzatore deve essere dotato di un dissipatore di calore. Il chip 74NS14 può essere sostituito con il KR1564TL2 domestico o un altro chip logico contenente trigger Schmitt, invertitori, elementi AND-NOR, NOR-NOR. Se necessario, utilizzando i restanti elementi liberi, è possibile assemblare un generatore di impulsi che sostituisca il microcontrollore. Tuttavia, la capacità di cambiare rapidamente le modalità operative e di creare nuovi effetti visivi e sonori modificando il programma del microcontrollore andrà persa. È necessario selezionare un sostituto del transistor IRFP460 con una tensione drain-source consentita di almeno 200 V e una corrente di drain massima di almeno 10 A. Il trasformatore T1 deve avere un avvolgimento secondario con una tensione di 20...30 V a una corrente di carico di 3 A. Se è presente un trasformatore con una tensione doppia dell'avvolgimento secondario, è possibile abbandonare il raddoppio della tensione nel raddrizzatore ad esso collegato (diodi VD1, VD2, condensatori C1, C2) e un raddrizzatore a ponte convenzionale può essere utilizzata.
Dopo aver realizzato il blocco e installato al suo interno un microcontrollore programmato, la cui configurazione deve corrispondere a quella mostrata nella tabella (questo è esattamente il modo in cui viene installato dal produttore), si consiglia di non collegare un trasformatore al blocco. T3, applicare la tensione 220 V, 50 Hz solo all'avvolgimento I del trasformatore T2. Il LED HL1 dovrebbe lampeggiare due volte, confermando che il microcontrollore è operativo. Ora è necessario controllare la tensione alle uscite degli stabilizzatori integrati DA1, DA2 e la presenza di impulsi agli ingressi e all'uscita del driver DA3. Sullo schermo di un oscilloscopio collegato al suo ingresso IN (pin 2), si dovrebbero osservare impulsi rettangolari con un'ampiezza di circa 5 V, la cui frequenza di ripetizione è regolata da un resistore variabile R1 entro un intervallo di almeno 300.. .900kHz. In caso contrario è necessario controllare il generatore sugli elementi DD1.1, DD1.2. I parametri degli impulsi che arrivano all'ingresso EN (pin 3) del driver dal microcontrollore devono corrispondere a quelli specificati nella descrizione delle modalità operative dell'unità. All'uscita del driver (pin 6 e 7) e al gate del transistor ad effetto di campo VT1, si dovrebbero osservare raffiche di impulsi ad alta frequenza con pause corrispondenti alla modalità selezionata. Dopo esserti assicurato che tutto sia in ordine, puoi collegare il trasformatore T3 al blocco e applicare la tensione di rete all'avvolgimento primario del trasformatore T1. Posizionando una lampada a risparmio energetico accanto all'avvolgimento II del trasformatore T3 e ruotando il cursore del resistore variabile R1, è necessario ottenere la luminosità più luminosa della lampada. Attorno al perno collegato al terminale superiore dell'avvolgimento si dovrebbero formare delle scariche (streamer) simili a quelle mostrate in Fig.. 7.
Il bagliore delle lampade a scarica di gas, che non sono collegate da nessuna parte, ma semplicemente tenute in mano, è l'effetto più semplice che si verifica quando si lavora con un trasformatore Tesla. Questo è il risultato dell'esposizione del gas all'interno della lampada a un campo elettromagnetico ad alta frequenza che circonda il trasformatore. Con il design in questione, l'effetto viene osservato fino a una distanza di 20 cm dal trasformatore e fa una grande impressione sugli spettatori che non ne conoscono l'essenza. Le scariche possono essere osservate anche all'interno delle lampade riempite di gas a pressione relativamente elevata (Fig. 8), comprese le lampade a incandescenza convenzionali (Fig. 9). ma per questo devono essere collegati con un terminale all'uscita del trasformatore. La lunghezza delle scariche filiformi nell'aria ad alta frequenza, dette streamer, che si verificano durante il funzionamento del trasformatore in questione raggiunge i 20...30 mm. Si ritiene che sia numericamente uguale all'ampiezza espressa in kilovolt della tensione ad alta frequenza sviluppata sull'avvolgimento secondario del trasformatore. È interessante osservare il cambiamento di colore delle stelle filanti quando vengono applicati vari prodotti chimici, ad esempio il sale da cucina, sulla punta del perno che termina l'avvolgimento. Durante il funzionamento del dispositivo in questione, le scariche compaiono e si spengono con la frequenza di modulazione della sequenza di impulsi fornita al trasformatore. Di conseguenza, si sente un suono caratteristico, la cui frequenza fondamentale è uguale alla frequenza di modulazione. Dato che gli streamer si spengono ad ogni pausa, e quelli che appaiono dopo spesso seguono percorsi diversi, il numero apparente di streamer aumenta. Se si installa una girandola di filo leggero con le estremità piegate su un piano orizzontale in direzioni diverse sulla punta di un perno ad alta tensione, a queste estremità si verificheranno delle scariche. Gli ioni risultanti, respingendosi dalle estremità della girandola, la metteranno in movimento. Naturalmente, affinché questo modello di motore ionico funzioni, lo spinner deve essere molto leggero e ben bilanciato. Una proprietà positiva della sorgente descritta, che garantisce la sicurezza di lavorare con essa, è l'assenza di alta tensione continua all'interno. Sorge durante il funzionamento del trasformatore. I Tesla ad alta frequenza sono praticamente sicuri per gli sperimentatori, perché quando una scarica raggiunge il corpo umano, la sua corrente, essendo ad alta frequenza, scorre solo attraverso la pelle, senza raggiungere gli organi vitali. Questo fenomeno, noto in radioingegneria, è chiamato effetto pelle e si manifesta quando la corrente ad alta frequenza scorre attraverso un conduttore. Naturalmente, anche una tale corrente può causare ustioni, ma ciò accade solo con scariche di potenza molte volte superiore. La presenza di un microcontrollore nel dispositivo descritto offre un ampio margine di sperimentazione. Modificando il suo programma potrai, ad esempio, suonare ritmi e melodie semplici senza apportare alcuna modifica al circuito e, sostituendo il microcontrollore con uno più potente, collegargli una tastiera MIDI o controllare il dispositivo tramite un computer. Perché il trasformatore. Tesla è una fonte di un potente campo elettromagnetico; non è consigliabile accenderlo vicino a costose apparecchiature elettroniche o supporti di informazioni importanti. Autore: Elyuseev D.
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