Трансформатор Тесла на полупроводниках

Здравствуйте, уважаемые читатели. В этой статье хочу подробнейшим образом рассказать о таком замечательном устройстве, как Трансформатор Тесла. Я поведаю вам о правильной сборке сего девайса, о принципе работы, о выборе деталей и поиске неисправностей, если вдруг у вас что-то не заработает. Сразу скажу, что тема заезженная, и есть много статей по ней, но, на мой взгляд, её недостаточно для начинающего «тесластроителя». Итак, начнем.

Во-первых, стоит понять, что это вообще за штука и с чем её едят.

Трансформатор Тесла – это источник тока высокой частоты и высокого напряжения. Сразу стоит понять, что убить он не сможет, ведь даже при напряжении в сотни тысяч, а иногда даже в миллионы вольт, частота очень высокая, и вас просто «ущипнет» или оставит небольшой ожог на теле. Это явление называется «скин-эффект» — он имеет место при частоте свыше 700 Гц. Но сподвигает людей на строительство девайса совсем другое — высокочастотное магнитное поле, которое возникает около вторичной катушки. В нем засвечиваются газонаполненные лампы, заземленные предметы начинают сами испускать стримеры. А теперь подумайте, что в этом поле может быть с вашим мозгом или внутренними органами? Лично у меня начиналась легкая тошнота, головная боль, боль в мышцах. У некоторых особо чувствительных поднималась температура. Будьте осторожны! Никогда не подпускайте к устройству животных и пожилых людей, а так же не держите в поле бытовую технику. Хотя, как ни странно, современным мобильным телефонам ВЧ поле нипочем – они экранированы, и лишь начинает «тупить» сенсор. Чтобы хоть как-то уменьшить воздействие на себя, поставьте рядом полную бутылку с водой. Звучит бредово, но действенно, сам проверял. Но, к сожалению, это ещё не всё. Стримеры. Они несут сразу две опасности – ультрафиолет и озон. Первый посадит зрение, а второй опасен для легких и организма. Так что, уважаемые читатели, подумайте хорошенько перед тем, как начать строительство – штука опасная. В общем, я вас предупредил.

Если вы все-таки решились на сборку сего устройства, я расскажу вам об основных составляющих и принципе работы Трансформатора Тесла. Итак, поехали.

Каков же принцип работы? Все очень просто и сложно одновременно. Вообще, катушка Тесла – это в первую очередь трансформатор, повышающий напряжение. В разных видах этого устройства принцип трансформации одинаков – в первичной катушке вызываются высокочастотные колебания, а уже во вторичной обмотке возникает высокое напряжение высокой частоты. Повышается оно не лишь с помощью коэффициента трансформации, но и при участии резонанса. Добиваются его путем уравнивания частоты колебаний в первичной обмотке и собственной частоты вторичной катушки. При этом напряжение во вторичной обмотке возрастает в сотни раз.

Существует много видов данного устройства. Самые популярные из них:

1. SGTC (Spark Gap Tesla Coil) — классическая катушка Тесла — высокочастотные колебания в первичной обмотке вызываются электрическим пробоем в конденсаторе при его перенапряжении. Данный вид катушки опасен поражением током из конденсаторов и сложен в исполнении для новичка, поэтому на нем останавливаться не будем.

2. SSTC (Solid State Tesla Coil) – в первичной катушке колебания вызываются генератором импульсов на транзисторах. Этот вид легок в исполнении и не требует больших затрат (не нужны высоковольтные конденсаторы), а так же не требует настройки резонанса (хотя при его достижении длина разрядов увеличивается). На этом виде остановимся подробнее. Как я уже сказал, генератором высокой частоты в SSTC является транзистор. Чаще всего используется высокочастотные биполярные n-p-n транзисторы. Трансформатор Тесла, собранный на нем, называют «качер Бровина». Вдаваться в подробности названия не буду, но скажу, что это самый простой вид катушки Тесла. Так же используются и полевые MOSFET транзисторы. Они выдерживают большее напряжение питания и намного мощнее. Далее я расскажу вам об особенностях сборки каждого из транзисторных видов.

Во-первых, вам нужно намотать саму вторичную катушку. Обмоточный провод используется диаметром от 0.15 до 0.3 мм. Сразу скажу, что чем тоньше провод, тем лучше эффект. Сам провод найдете в дросселях или в силовых трансформаторах. Мотайте на трубу диаметром от 3 см (чем больше, тем лучше), сами трубы найдете в магазинах сантехники, там они очень дешевые. Для первичной обмотки используйте провод от 3 мм в диаметре, желательно в изоляции. Количество витков подбирайте экспериментально (обычно 4-5 в самый раз).

Сразу дам рекомендации для обеих версий «качеров»: 1) Первичную обмотку располагайте в одном сантиметре от вторичной. Расположите дальше – уменьшится индуктивная связь, ближе – начнет пробивать. 2) Если схемы вдруг не запустились – прозвоните саму катушку мультиметром, провод тонкий, вдруг обрыв. Так же проверьте, хорошо ли связан конец вторички со схемой – чаще всего или плохо снята изоляция с кончика, либо он плохо контактирует со схемой. 3) Так же поменяйте выводы первички (сделайте это после первого запуска, если не заработает). 4) Следите за тем, чтобы обе обмотки были намотаны в одну сторону, это очень важно (!). 5) Намотка свыше 1500 витков бесполезна, потому что от нее такой же эффект, как и от 1000 витков. 6) Вторичную катушку обязательно покройте лаком, верхний и нижний край катушки обмотайте изолентой. 7)Что касаемо корпуса, то для обеих версий следует использовать корпус из дерева или других непроводящих ток материалов.

Для сборки по первой схеме нам понадобится:

Катушка: первичная и вторичная, о них я уже сказал

Транзистор: биполярный, n-p-n, его вы найдете в блоках питания компьютера, в телевизорах, или, на крайний случай, в энергосберегающих лампах, а можете и купить. Отлично подходят D13009, D13007, КТ808, КТ908. На крайний случай используйте D13003, КТ805.

Резистор: один от 1 кОм, второй на 150 Ом, мощность не важна. Конденсатор: на 25 вольт, емкость которого чем больше, тем лучше.

Питание: от 12 до 36 вольт, больше подавать не стоит, транзистор не переживет.

Итак, собираем схему, запускаем. При правильной сборке на конце вторичной катушки появится небольшой стример, газонаполненные лампы будут засвечиваться. Если ничего этого не происходит, то проверьте на работоспособность транзистор (делается это мультиметром в режиме проверки диодов, проверяется каждый из p-n переходов. Так же ищите другие ошибки, о них я сказал выше.) На верх катушки можете прицепить тороид – он станет дополнительной емкостью для вторички и в какой-то степени увеличит мощность.

Для сборки по второй схеме нам понадобится:

• Катушка: первичная и вторичная
• Дроссель: от ЛДС, на 38 Ватт, так же можно использовать первичку от силовых трансформаторов
• Транзистор: полевой, IRFP460, такой вы сможете лишь купить. Подойдут и другие полевые транзисторы, но уже нужно будет подбирать соответствующее питание.
• Диод: любой, на ток от 10 А
• Резистор: один на 50 кОм, другой на 2 кОм
• Конденсатор: один электролит на 100 мкФ, другой пленочный на 1 мкФ
• Стабилитрон: два на 12 вольт
• Лампа накаливания: 60 Вт
• Предохранитель: на 3 А

Итак, все собираем по схеме. Сразу скажу: сейчас техника безопасности превыше всего! Мы работаем с сетевым напряжением, поэтому старайтесь быть аккуратнее. При первом запуске включаем в цепь (до диода) последовательно лампу накаливания, и при неправильной сборке она лишь загорится в полный накал. В схему обязательно включаем стабилитроны, ибо при подскоке напряжения у вас 100% сгорит транзистор (полевики очень капризные), а стабилитроны защитят его от такой участи. С другой стороны, без них стримеры длиннее. Но зачем рисковать дорогостоящими деталями? В любом случае – дело ваше. Если у вас ничего не заработало, а лампа светится, но тускло, то вам стоит лишь поменять местами концы первичной обмотки. Если же вы слышите гудение дросселей – то у вас сгорел транзистор. При правильной сборке вы увидите длинные, красивые стримеры на конце вторички. Для увеличения мощности можете параллельно дросселям включить нагрузку (лампочку, утюг), но мощностью не больше 1000 Вт. Транзистор будет греться, это нормально.

Из своих наблюдений, при строительстве катушки, я заметил одну интересную вещь: от емкости электролитического конденсатора в какой-то степени зависит длина стримеров. Чем выше емкость, тем дольше соответственно будет заряжаться конденсатор и тем больше он отдаст тока при разряде. Длина стримеров увеличится, но катушка начнет работать в импульсном режиме: между разрядами будет проходить около 3-х секунд. Ещё есть совет: никогда не цепляйте на верх катушки слишком большой тороид. Это убьет транзистор, и даже не стоит экспериментировать.

В начале статьи я что-то упоминал про резонанс. Большинство людей полагают, что катушка Тесла на полевом транзисторе не требует подстройки резонанса. Отчасти они правы: даже при кардинальном несовпадении частоты катушка будет работать, потому что она автогенераторная. Но при достижении сего эффекта стримеры «вырастают» в несколько раз! Делается это легко: в концы первичной обмотки подключаем конденсатор. Экспериментируя с разными емкостями, вы обязательно добьётесь хорошего результата. Лично у меня с конденсатором в 10000 пФ стримеры «выросли» до 15 сантиметров! Согласитесь, это неплохо. Так же небольшой тороид поможет вам немного снизить собственную частоту катушки. Опять же – тут нужны вычисления. Формулы вы найдете в сети Интернет, смысла их тут выкладывать нет.

На этом я завершаю свою статью. В ней я рассказал большинство из того, что поможет новичку. Все взято из моего личного опыта. Спасибо за внимание и удачной сборки!