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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Tesla-Transformator-Netzteil mit Mikrocontroller-Steuerung. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Netzteile Aussehen der vorgeschlagenen Einheit zusammen mit dem von ihr gespeisten Transformator. Tesla ist in Abb. dargestellt. 1.
Das Gerät ist in einem Standard-Computergehäuse montiert. BP. An seinen Ausgang ist die Primärwicklung des Transformators angeschlossen, die aus fünf Windungen isolierten Montagedrahtes mit einem Querschnitt von 2,5...4 mm2 besteht, die auf ein Stück Kunststoffrohr mit einem Außendurchmesser von 110 mm gewickelt sind. Der sekundäre Wickelrahmen ist eine 0,8-Liter-Kefirflasche aus Kunststoff. Darauf wird Lackdraht mit einem Durchmesser von 0,2 mm in einer Reihe Windung für Windung gewickelt, bis er gefüllt ist (insgesamt etwa 1000 Windungen). Das untere Ende dieser Wicklung ist geerdet – verbunden mit dem dritten Kontakt (PE) des Netzwerks „Euro-Buchse“. Das obere Ende ist mit einem Kupferstift ausgestattet, um den herum verschiedene Hochspannungseffekte beobachtet werden können. Die Sekundärwicklung ist durch mehrere Schichten Epoxidharz vor mechanischer Beschädigung und Durchschlägen zwischen den Windungen geschützt. Zwischen Primär- und Sekundärwicklung muss ein Luftspalt vorhanden sein, der groß genug ist, um Durchschläge zwischen den Wicklungen und Koronaentladungen zu verhindern. Die Induktivität der Sekundärwicklung und ihre eigene Kapazität bilden aufgrund der Resonanz einen Schwingkreis, in dem die Spannung im Vergleich zu dem Wert, der nur auf der Grundlage des Verhältnisses der Windungszahlen der Wicklungen berechnet wird, um ein Vielfaches ansteigt; die Analyse zeigt, dass die Der Hauptfaktor, der die Resonanzfrequenz der Sekundärwicklung bestimmt, ist ihre Größe. Die Messung dieser Frequenz ist recht einfach. Dafür reicht es aus, wie in Abb. 2: Legen Sie Spannung vom abstimmbaren Signalgenerator G1 an die Primärwicklung des hergestellten Transformators an.
Der Widerstand R1 begrenzt den Strom; seine Leistung darf nicht geringer sein als die Leistung des Generators. In der Nähe des Transformators ist ein Oszilloskop installiert, an dessen Eingang eine WA1-Antenne angeschlossen ist – ein Stück eines beliebigen Drahtes mit einer Länge von 100...200 mm. Durch den Umbau des Generators beseitigen wir die Abhängigkeit des Signalhubs auf dem Oszilloskopbildschirm von der Frequenz. Für den oben beschriebenen Transformator stellte sich heraus, wie in Abb. 3.
Die Resonanzfrequenz entspricht dem Hauptmaximum der Kurve und beträgt in diesem Fall 600 kHz. Im Internet verfügbare Berechnungsprogramme für Tesla-Transformatoren ergaben ähnliche Ergebnisse: 632 kHz. Wenn Sie kein Oszilloskop haben, können Sie es durch einen einfachen Indikator für elektromagnetische Felder ersetzen, der gemäß der in Abb. gezeigten Schaltung aufgebaut ist. 4.
Die WA1-Antenne besteht aus zwei jeweils etwa 1 mm langen Drahtstücken, die an die Anschlüsse der VD100-Diode angelötet und in unterschiedliche Richtungen gerichtet sind. Die Resonanz wird durch die maximale Helligkeit der HL1-LED bestimmt. Diagramm der Transformator-Stromversorgung. Tesla ist in Abb. dargestellt. 5.
T3 ist eigentlich dieser Transformator. Die Elemente DD1.1, DD1.2 werden verwendet, um einen Impulsgenerator zusammenzustellen, der sich mit einer Frequenz ausbreitet, die nahe der Resonanzfrequenz seiner Sekundärwicklung liegt. Verstärkt durch die Mikroschaltung DA3 (Feldeffekttransistortreiber) und den leistungsstarken Feldeffekttransistor VT1 im Tastmodus werden diese Impulse der Wicklung I des Transformators zugeführt. Der variable Widerstand R1 regelt die Frequenz der Impulse und sorgt so für das hellste Leuchten einer Gasentladungslampe (z. B. „Energiesparlampe“), die sich in der Nähe des Transformators befindet. Der Mikrocontroller erzeugt an seinem Ausgang P85 Impulse, die bei Empfang am EN-Eingang des DA3-Treibers den Betrieb des Treibers aktivieren und deaktivieren. Diese Impulse modulieren die der Wicklung I des Transformators T3 zugeführte Impulsfolge und damit die Hochspannung an seiner Wicklung II. Es gibt fünf Betriebsmodi des Mikrocontrollers, die durch Drücken der SB1-Taste ringförmig umgeschaltet werden können. Jeder Übergang wird durch das Blinken der HL1-LED bestätigt; die Anzahl ihrer Blinksignale entspricht der Nummer des aktivierten Modus. Im ersten Modus werden Impulse mit einer Dauer von 1 ms mit Pausen dazwischen von 8 ms erzeugt. Im zweiten wird die Pausendauer auf 10 ms erhöht, im dritten auf 12 ms, im vierten auf 14 ms und im fünften auf 20 ms. Der Wechsel des Modus beeinflusst die Art der durch elektrische Entladungen erzeugten Geräusche sowie deren Anzahl und Länge. Je länger die Pause ist, desto mehr Zeit hat die Luft im Entladungsbereich, sich zu entionisieren, bevor die nächste Folge von Hochspannungsimpulsen beginnt. Durch einen Programmwechsel können Sie die Pulsfolge mit komplexeren Signalen modulieren. Der Transformator T1 mit einem Gleichrichter gemäß der Spannungsverdopplungsschaltung an den Dioden VD1, VD2 liefert eine Spannung von 40...60 V an die Kaskade am Feldeffekttransistor VT1; es gibt einen weiteren Leistungstransformator - T2. Von dort wird der DA3-Treiber über die Gleichrichterbrücke VD1 und den integrierten Stabilisator DA12 mit einer Spannung von 3 V versorgt. Die Ausgangsspannung des DA2-Stabilisators (5 V) ist für den DD2-Mikrocontroller und die DD1-Mikroschaltung bestimmt. Eine Zeichnung der Leiterplatte des Blocks ist in Abb. 6 gezeigt. XNUMX.
Der Transistor VT1 ist mit einem gerippten Kühlkörper ausgestattet. Ein wesentlicher Teil der Platinenoberfläche ist frei von Bauteilen und Leiterbahnen. Hier werden die Transformatoren T1 und T2 verstärkt. Als SA1 wird ein bereits im Computer-Netzteil vorhandener Schalter verwendet, in dessen Gehäuse sich die Platine befindet. Seine in der Abbildung angegebene Länge (145 mm) kann je nach Größe des verwendeten Gehäuses geändert werden. Wenn es über einen Lüfter verfügt, kann dieser durch Anlegen einer 12-V-Spannung vom Ausgang des DA1-Stabilisators eingeschaltet werden. Dadurch wird die Temperatur des Transistors VT1 gesenkt, der Stabilisator muss in diesem Fall jedoch auch mit einem Kühlkörper ausgestattet sein. Der 74NS14-Chip kann durch den heimischen KR1564TL2 oder einen anderen Logikchip ersetzt werden, der Schmitt-Trigger, Inverter, AND-NOR- und NOR-NOR-Elemente enthält. Bei Bedarf können Sie aus den verbleibenden freien Elementen einen Impulsgenerator zusammenstellen, der den Mikrocontroller ersetzt. Allerdings geht die Möglichkeit verloren, Betriebsmodi schnell zu ändern und durch Änderung des Mikrocontroller-Programms neue visuelle und akustische Effekte zu erzeugen. Als Ersatz für den IRFP460-Transistor sollte eine zulässige Drain-Source-Spannung von mindestens 200 V und ein maximaler Drain-Strom von mindestens 10 A gewählt werden. Der Transformator T1 muss über eine Sekundärwicklung mit einer Spannung von 20...30 V verfügen ein Laststrom von 3 A. Wenn ein Transformator mit der doppelten Spannung der Sekundärwicklung vorhanden ist, kann auf die Verdoppelung der Spannung im angeschlossenen Gleichrichter (Dioden VD1, VD2, Kondensatoren C1, C2) verzichtet und ein herkömmlicher Brückengleichrichter verwendet werden kann verwendet werden.
Nach der Herstellung des Blocks und dem Einbau eines programmierten Mikrocontrollers, dessen Konfiguration der in der Tabelle gezeigten entsprechen muss (genauso wird er beim Hersteller eingebaut), wird empfohlen, keinen Transformator an den Block anzuschließen. T3, Spannung 220 V, 50 Hz nur an Wicklung I des Transformators T2 anlegen. Die HL1-LED sollte zweimal blinken und so bestätigen, dass der Mikrocontroller betriebsbereit ist. Jetzt müssen Sie die Spannung an den Ausgängen der integrierten Stabilisatoren DA1, DA2 und das Vorhandensein von Impulsen an den Ein- und Ausgängen des Treibers DA3 überprüfen. Auf dem Bildschirm eines Oszilloskops, das an seinen IN-Eingang (Pin 2) angeschlossen ist, sollten Rechteckimpulse mit einer Amplitude von etwa 5 V beobachtet werden, deren Folgefrequenz durch einen variablen Widerstand R1 im Bereich von mindestens 300 geregelt wird. .900 kHz. Ist dies nicht der Fall, müssen Sie den Generator auf den Elementen DD1.1, DD1.2 überprüfen. Die Parameter der vom Mikrocontroller am EN-Eingang (Pin 3) des Treibers ankommenden Impulse müssen denen entsprechen, die in der Beschreibung der Betriebsarten des Geräts angegeben sind. Am Treiberausgang (Pins 6 und 7) und am Gate des Feldeffekttransistors VT1 sollten Ausbrüche von Hochfrequenzimpulsen mit Pausen beobachtet werden, die dem ausgewählten Modus entsprechen. Nachdem Sie sichergestellt haben, dass alles in Ordnung ist, können Sie den Transformator T3 an den Block anschließen und Netzspannung an die Primärwicklung des Transformators T1 anlegen. Indem Sie eine Energiesparlampe neben Wicklung II des Transformators T3 platzieren und den Schieber des variablen Widerstands R1 drehen, müssen Sie das hellste Leuchten der Lampe erreichen. Um den Stift, der mit dem oberen Anschluss der Wicklung verbunden ist, sollten sich Entladungen (Streamer) bilden, die denen in Abb. ähneln. 7.
Das Leuchten von Gasentladungslampen, die nirgendwo angeschlossen sind, sondern einfach in der Hand gehalten werden, ist der einfachste Effekt, der beim Arbeiten mit einem Tesla-Transformator auftritt. Dies ist darauf zurückzuführen, dass das Gas in der Lampe einem hochfrequenten elektromagnetischen Feld ausgesetzt ist, das den Transformator umgibt. Bei der vorliegenden Bauform ist der Effekt in einer Entfernung von bis zu 20 cm vom Transformator zu beobachten und hinterlässt einen großen Eindruck auf Betrachter, die mit seinem Wesen nicht vertraut sind. Entladungen können auch in Lampen beobachtet werden, die mit Gas unter relativ hohem Druck gefüllt sind (Abb. 8), einschließlich herkömmlicher Glühlampen (Abb. 9). Dazu müssen sie jedoch mit einer Klemme an den Ausgang des Transformators angeschlossen werden. Die Länge der fadenförmigen Hochfrequenzentladungen in der Luft, sogenannte Streamer, die beim Betrieb des jeweiligen Transformators auftreten, beträgt 20...30 mm. Es wird angenommen, dass sie numerisch der in Kilovolt ausgedrückten Amplitude der an der Sekundärwicklung des Transformators erzeugten Hochfrequenzspannung entspricht. Es ist interessant, die Farbveränderung der Luftschlangen zu beobachten, wenn verschiedene Chemikalien, zum Beispiel Speisesalz, auf die Spitze des Stifts aufgetragen werden, der die Wicklung beendet. Während des Betriebs des betreffenden Geräts treten Entladungen auf und erlöschen mit der Modulationsfrequenz der dem Transformator zugeführten Impulsfolge. Dadurch ist ein charakteristischer Klang zu hören, dessen Grundfrequenz gleich der Modulationsfrequenz ist. Da Streamer bei jeder Pause aussteigen und diejenigen, die danach auftauchen, oft unterschiedliche Wege verfolgen, erhöht sich die scheinbare Anzahl der Streamer. Wenn Sie an der Spitze eines Hochspannungsstifts ein Lichtdraht-Windrad anbringen, dessen Enden in einer horizontalen Ebene in verschiedene Richtungen gebogen sind, kommt es an diesen Enden zu Entladungen. Die resultierenden Ionen, die sich von den Enden des Windrads abstoßen, setzen es in Bewegung. Damit dieses Modell eines Ionenmotors funktioniert, muss der Spinner natürlich sehr leicht und gut ausbalanciert sein. Eine positive Eigenschaft der beschriebenen Quelle, die die Sicherheit beim Arbeiten damit gewährleistet, ist das Fehlen hoher Gleichspannung im Inneren. Entsteht beim Betrieb des Transformators. Hochfrequente Teslas sind für Experimentatoren praktisch ungefährlich, denn wenn eine Entladung den menschlichen Körper erreicht, fließt ihr Strom, da er hochfrequent ist, nur durch die Haut, ohne lebenswichtige Organe zu erreichen. Dieses in der Funktechnik bekannte Phänomen wird Skin-Effekt genannt und manifestiert sich, wenn hochfrequenter Strom durch beliebige Leiter fließt. Natürlich kann auch ein solcher Strom zu Verbrennungen führen, dies geschieht jedoch nur bei Entladungen mit einer um ein Vielfaches höheren Leistung. Das Vorhandensein eines Mikrocontrollers im beschriebenen Gerät bietet erheblichen Spielraum für Experimente. Durch eine Programmänderung können Sie beispielsweise einfache Rhythmen und Melodien spielen, ohne Änderungen an der Schaltung vorzunehmen, und durch den Austausch des Mikrocontrollers gegen einen leistungsstärkeren können Sie ein MIDI-Keyboard daran anschließen oder das Gerät über einen Computer steuern. Weil der Transformator. Tesla ist eine Quelle eines starken elektromagnetischen Feldes; es wird nicht empfohlen, es in der Nähe teurer elektronischer Geräte oder Medien mit wichtigen Informationen einzuschalten. Autor: Elyuseev D.
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