Полумостовая катушка тесла схема

Опубликовано: 17.05.2024

Нельзя сказать, что изготовление катушки Тесла своими руками – простая задача. Необходимо знать ее устройство, принцип действия. Подбор материалов также важен, как и правильность расчетов. Однако, даже не имея образования инженера-электротехника, собрать прибор можно, если действовать согласно инструкции, приведенной ниже. Перед началом работ ознакомьтесь с теоретической частью, чтобы понимать, что и зачем вы делаете. В остальном процедура не составит труда.

Описание прибора

Предполагалось, что если разместить два устройства на удалении друг от друга, электричество от первой катушки можно передать на другую. Единственное условие – обе должны иметь идентичные технические параметры. Более того, амбициозность Тесла позволяла ему надеяться, что таким образом можно создать вечный двигатель. И если бы у него все получилось, люди смогли бы отказаться от использования АЭС, ТЭС и ГЭС, а проблема экологии разрешилась сама собой. Тем не менее, продолжения разработка не получила. Причина тому до сих пор неизвестна.

Принцип работы

Большинство ошибок, допускаемых любителями при сборке, связано с непониманием принципа работы устройства. Стараясь имитировать, считая прибор простым трансформатором, они забывают о необходимости ясно представлять, как на самом деле она должна действовать КТ. Предусмотрено две обмотки. Одна именуется первичной, другая вторичной. К первой (разрядник) подводятся провода, идущие к внешнему источнику питания. Вокруг создается электромагнитное поле. Когда колебательный контур наберет достаточно мощности, заряд по воздуху передается на вторую обмотку.

Частично переданная энергия преобразуется в напряжение. Причем есть закономерная взаимосвязь между этой величиной и временем, за которое образуется колебательный контур. Показатели прямо пропорциональны. Наличие двух колебательных контуров и является принципиальным отличием катушки Тесла от простого трансформатора. Причем результат работы первой заключается в появлении видимых стримеров – разрядов молнии искусственного происхождения. В результате происходит ионизация водорода, содержащегося в воздухе, как и во время сильной грозы.

Устройство катушки

Составляющих минимум. Для сборки помимо первичной и вторичной обмотки потребуется тороид, защитное кольцо, диэлектрический короб и терминал. Чтобы лучше разобраться, как сделать катушку Тесла, необходимо подготовить все необходимое. А для большего понимания процесса рассмотрим каждый элемент катушки отдельно:

Первичная обмотка крепится внизу. Заземление обязательно. Также нужно предусмотреть разъемы для крепления проводов от источника питания.
Вторичная обмотка. Изготавливают из медной проволоки, покрытой эмалью. Примерное количество витков – 800. Важно, чтобы обмотка не расплеталась.
Тороид. Задача данного элемента – снизить рабочие показатели резонансной частоты. Цель – увеличить характеристики рабочего поля.
Изолятор. Его еще называют защитным кольцом. Это разомкнутый медный контур, устанавливаемый для случаев, когда длина вторичной обмотки меньше чем у стримера.
Заземление. Здесь дело не только в безопасности. Отсутствие «земли» приводит к тому, что заряды уходят в воздух, а не образуют замкнутые кольца.

Первичная обмотка изготавливается из проволоки большего сечения. Металл должен иметь малое сопротивление.

Расчет катушки

Тем, кто собирает трансформатор Тесла своими руками в домашних условиях, рассчитывать ничего не придется. Ниже в описании будут приведены все рекомендации с учетом параметров каждого из элементов. Но если работы ведутся в промышленных условиях, инженеры тщательно просчитывать множество параметров. Главное, что нужно знать – главное правильно рассчитать число витков обмоток. Есть взаимосвязь между количеством оборотов первичное и вторичной катушки.

Невозможно создать рабочее устройство, не зная индуктивности каждой из них и емкости контуров. Также просчитывается рабочая частота трансформатора и емкость конденсатора. Для любознательных читателей есть возможность сделать это своим умом. Формула и схема есть на сайте. А ниже приведена пошаговая инструкция с указанием конкретных параметров, и достаточно просто следовать алгоритму действий. Но перед этим подготовьте все необходимое с теми же характеристиками, которые указаны в описании процесса сборки.

Самостоятельное изготовление катушки Тесла по схеме

При монтаже трансформатора Тесла схема реализуется следующим образом:

Берем ПВХ-трубу, и отрезаем кусок длиной 300 миллиметров.
Наматываем на трубку медную проволоку. Если она не имеет эмалированного покрытия, после окончания работы обмотку покрывают лаком. Витки плотно прижаты друг к ругу, а концы продеты сквозь отверстия в трубе и выведены на 20 мм. каждый. Контакты делают сверху.
Основанием послужит конструкция из ДСП. Диэлектрическая платформа должна быть устойчивой. Поэтому лучше сделать ее шире, чем диаметр элементов, размещаемых на опоре.
Первичная обмотка – это обычно три с половиной витка. Материал – медная трубка. Важно прочно закрепить деталь на опоре. Используя трубку малого диаметра можно делать больше витков. Диаметр контура должен быть больше, чем у первичной катушки приблизительно на 30 мм.
Тороиды бывают разные. Одни используют всю тот же медный профиль круглого сечения. Другие мастера берут алюминиевую гофру. В последнем случае для крепления используют железную перекладину, монтируемую в местах вывода контактов вторичного контура.
Один конец первичной цепи заземляют. Если такой возможности нет, устанавливают защитное кольцо из материала, не проводящего электричество. Можно использовать фрагмент пластиковой трубы.

На завершающем этапе транзистор соединяют согласно схеме. Конструкция оснащается радиатором или кулером. Теперь можно подключать элемент питания. Обычно используют обычную крону.

Подбор материалов и деталей

Чтобы работа катушки Николя Тесла была эффективной, необходимо побеспокоиться о качестве примененных материалов. Проволока и медная трубка должны быть цельными. Счаливание, пайка приведут к тому, что устройство будет работать некорректно. Наличие эмалированного покрытия на проводе крайне желательно. Если он используется вторично, скорее всего оно повреждено. Заранее приобретите лак, который нанесите на вторичную обмотку. Основание может быть изготовлено не только из ДСП, а штатив не только из ПВХ. Главное, чтобы они не проводили электричество.

Если говорить конкретней, то выбор материалов и узлов предполагает следующие условия:

Источник питания должен выдавать от 12 до 19 Вольт. Подходит автомобильный или мотоциклетный аккумулятор. Можно использовать зарядку от ноутбука. Также пользуются понижающим трансформатором, если он оснащен диодным мостом для преобразования переменного тока в постоянный.
Площадь сечения проволоки, используемой для сборки вторичной катушки, – от 0,1 до 0,3 квадратных миллиметров. Количество оборотов от 700 до тысячи.
Терминал – это дополнительная емкость на вторичном контуре. Если стримеры отсутствуют, необходимости в нем не возникает. Тогда выводят конец контура на 0,5-5,0 см. вверх.

Вместо лака можно использовать краску. Желательно, чтобы лакокрасочное покрытие было жаростойким. Помните, что устройство склонно к перегреванию. Оголенные провода – причина появления неконтролируемых зарядов, способных убить человека, а приборы, находящиеся в комнате, и подключенные к электросети, попросту сгорят.

Сборка катушки Николя Тесла по инструкции

Сразу изготовьте все необходимое. Намотайте проволоку на трубу, покройте лаком, дайте просохнуть. Изготовьте первичную обмотку, диэлектрическое основание, защитное кольцо. Затем приступайте к монтажу. Установите первичную катушку на основу. Наденьте и закрепите первичный контур. Смонтируйте остальные элементы. Подсоединять источник питания лучше через выключатель. Причем делается это в последнюю очередь, когда катушка Теска полностью собрана. Пользуйтесь принципиальной схемой.

Нашел в нэте статью про катушку Теслы на ПП, понравилась. Да и схема не очень сложная, единственное нету микросхемы UCC27245. Посмотрев даташит на нее, я подумал можно ли заменить эту микру двумя ОУ? Набросал примерно схему. Антенна выполняет роль обратной связи. Вопрос Можно так или нет?

В общем вот статья коротко:
силовая часть

Основная часть катушки – силовая, возможные решения – полумост или мост (мост представляет собой просто два полумоста, соединённых так, чтобы раскачивать первичную обмотку с удвоенной амплитудой). Полумост представляет собой два последовательно соединённых полевых транзистора (MOSFET, далее просто фет), поочерёдно открывающихся и закрывающихся за счёт прямоугольного сигнала с драйвера.

Развязка необходима, чтобы гальванически отвязать друг от друга управление фетов. Применительно к катушке стоит говорить только о двух типах развязок: трансформаторная (GDT, gate-drive transformer) и оптическая (на оптронах). GDT представляет собой небольшое ферритовое кольцо, на котором максимально плотно друг к другу намотаны три (или пять для моста) обмотки: одна подключённая к драйверу и две (четыре) – к затворам-стокам соответствующих транзисторов силовой части.

Преимущества GDT: минимум настройки, элементарное управление, значительно более низкая стоимость и простота изготовления, автоматическое формирование дед-тайма. Недостатки – необходимо отыскать хороший феррит и рассчитать и качественно намотать сам GDT. Важно: при подключении необходимо следить, чтобы управление затворами транзисторов происходило в противофазе (как того требует топология полумоста). Преимущества оптронов: точное управление и минимум искажений сигнала. Недостатки – куча компонентов (на каждый канал (4 для моста, 2 для полумоста): оптрон, его обвязка (в том числе SMD керамика на ноги) и питание), необходимость формировать дед-тайм, сложность в работе, а ещё оптика страдает от помех от трансформатора Тесла.

При его использовании, кстати, желательно поставить стабилитрон на 15 вольт между истоком и затвором фета. Я их не использовал, и так всё работает, но лучше его там иметь, чтобы исключить пробой по затвору из-за глюков GDT, каковые могут возникать при издевательствах над катушкой в процессе настройки.

Для управления достаточно «тяжёлыми» затворами транзисторов необходимо обеспечивать изрядный импульсный ток. Для этого используются специальные микросхемы, наиболее известные – серии UCC, например, UCC23721. Бывают одноканальные (выше мощность каждого отдельного драйвера, но необходимо ставить по микросхеме на каждый канал), двойные (два драйвера в одном корпусе), а также инвертирующие и неинвертирующие и с логическим вкл-выкл (он же ENABLE) или без оного. В ранее мной виденных схемах катушек Тесла на транзисторах использовались UCC27321 – 27322, одноканальные. Но, оказывается, существует замечательный драйвер UCC27425, который представляет собой идеальный вариант: содержит два канала, один инвертирующий, и второй прямой (индекс 5 в конце обозначения), а также ENABLE (индекс 4), что позволяет как подключать к нему прерыватель, так и превращать прямой сигнал в два – обычный и инвертированный. Единственный его недостаток – не очень большая мощность (4 ампера в импульсе), но, тем не менее, его полностью хватает для тягания довольно тяжёлых 47n60 полевиков. Таким образом, схема драйвера упрощается до одного единственного корпуса DIP8. На ноги микросхемы по питанию обязательно необходима SMD-керамика максимально имеющейся ёмкости (у меня 10 мкф). Никаких танталов, керамика и только керамика.

Генератор – задатчик резонансной рабочей частоты колебаний первички. Самый очевидный способ, в то же время самый неэффективный: использовать внешний генератор, например, на TL494, UC3825, IR2153 или другой соответствующей. Неэффективен он тем, что точная подстройка в резонанс без обратной связи от вторички практически невозможна: любое изменение условий работы, даже просто сам факт появления разряда, мгновенно унесёт рабочую частоту достаточно далеко для выхода из резонанса. Более прогрессивно и удобно просто использовать антеннку, которая будет ловить сигнал. Обрезая верх и низ принимаемого ей синусоидального сигнала при помощи вилки из диодов Шоттки, мы получаем прямоугольный сигнал (фактически логические 0 и 1) на входе драйвера.

Как вариант, вместо антеннки можно использовать трансформатор тока с низа вторичной обмотки. Этот метод в общем случае сильно надёжнее, но несильно удобнее.

В этой конструкции использована антенна как наиболее простой и удобный способ.

Прерыватель.

Полумостовой транзисторный трансформатор Тесла Для уменьшения средней мощности, прокачиваемой сквозь катушку, и получения трескучих красивых разрядов, сигнал необходимо рвать. Благодаря наличию у UCC27425 ENABLE-входов, достаточно просто подключить к ним выход элементарного генератора на 555-м таймере. 555 не самая удобная для этого микросхема, но, определённо, самая простая и популярная. Использованная схема чуть отличается от общепринятой включением переменных резисторов. Более продвинутая версия может содержать в себе второй таймер для прерывания первого – т.н. burst-mode, двойное прерывание.

Резонатор (вторичная обмотка) – примерно 250 кгц частотой, размеры 11х16 см, провод 0.2 мм. Тороид свит из медной трубки и представляет полностью разомкнутый виток для уменьшения ВЧ-нагрева оного. Высота первички относительно вторички подобрана довольно точно для достижения тока в первичном контуре около 30А (предельный для диодов). Количество витков особой роли не играет, поскольку ток зависит чуть менее, чем полностью только от коэффициента связи обмоток, а оный настраивается положением первички.

Ксюня, ну мои ОУ будут ту роль выполнять? Здесь используются мощные полевеки с большим током затвора. А я поставлю все равно дохлые.

На крайняк можно еще на выходы ОУ прицепить ключи из биполярных транзисторов. Мне главное, чтоб эти ОУ выполняли роль обратной связи так сказать. Принцип такой- подается 220, создается эл поле на катушке. Оно улавливается антенной и понеслось)

Добавлено (15.03.2013, 14:12)
---------------------------------------------
Если уж нужно пускать такой большой ток, можно после ОУ поставить транзисторы биполярные и на радиатор, mosfet поди ОУ не раскачает.

мда. какой же ты бред несешь.. вот для любителей п****ться

Совсем недавно в мою голову влетела мысль, которая мне не давала покоя около недели. После нескольких ночей напролет эта мысль воплотилась в нечто материальное, о чем сегодня я вас и поведаю.

Идея состояла в том чтобы сделать некое подобие катушки Тесла, которую будет приятно подарить кому-нибудь или просто поставить у себя на столе и любоваться на нее вечерами. Но задача была не только воссоздать эту конструкцию, но и чтобы она обладала небольшими габаритами, малым тепловыделением (что немаловажно) ну и естественно красивыми стримерами, которые будут короновать из тороида катушки.

Ну что заинтриговал? Тогда начнем. А начну я со схемы.

Основная часть схемы представляет собой драйвер на ШИМ-контроллере 3845 тактируемом интегральном таймере 555. Начну по порядку, интегральный таймер по имени 555 включен в режиме астабильного генератора прямоугольных импульсов, частота которых регулируется переменными резисторами R6, R7. Частота задающего генератора высчитывается по формуле которую все давным давно знают, но для любопытных из расчетов по схеме резисторы R6, R7 регулируют частоту от 16 герц до 160 герц. Далее у нас идет сам ШИМ -контроллер, углубляться в принцип работы я тоже не буду но все же пару слов скажу. Прямоугольные импульсы с выхода 555 идут через резистор на ШИМ на вход (третий вывод) тем самым в момент импульса микросхема отключается, переставая подавать сигнал на полевой транзистор, в паузах между импульсами 3845 работает как полагается.

Взаимозаменяемость

Все детали можно заменить аналогами. К примеру для микросхемы NE555 есть отечественный аналог КР1006ВИ, а для UC3845 аналогом будет MIC38C45. Отклоняться от номиналов деталей можно но не более 30%.

Собственно вот сам драйвер на фото.(простите за качество фото, было плохое освещение)

Печатная плате делалась методом аэрозольного фоторезиста.

Сначала сделал шаблон. Делается он легко и просто. Для этого надо распечатать печатку на лазерном принтере, затем прям поверх рисунка наклеить скотч, затем аккуратненько разрезать по кусочкам.

Далее эти кусочки в теплой воде оттираются от бумаги и получается нечто подобное. На фото результат из трех слоев шаблона.

Затем шаблон кладется на текстолит заранее покрытый фоторезистом. Для лучшего прилегания надо смочить текстолит водой или маслом.

в изучение любой науки нужна практика. В моем случае это радиотехника. Единожды в живую увидев катушку, я захотел сделать что то подобное. Также её создание даст мне немного практических и теоретических знаний радиотехники.

Тороид

Тороид– выполняет три функции.

уменьшение резонансной частоты
накопление энергии перед образованием стримера. Чем больше тороид, тем больше в нем накоплено энергии и, в момент, когда воздух пробивается, тороид отдает эту энергию в стример, таким образом, увеличивая его.
формирование электростатического поля, которое отталкивает стример от вторичной обмотки теслы. От части, эту функцию выполняет сама вторичная обмотка, но тороид может ей хорошо помочь. Именно по причине электростатического отталкивания стримера, он не бьет по кратчайшему пути во вторичку.

Я буду делать его Из воздуховода от ВАЗов. По причине дешевизны, простоты, и неплохого внешнего вида

вторичный контур

вторичный контур - это вторая катушка имеющая около 1000 витков. Имеет главную роль в конструкции

Решено матать на трубе 110мм. Проводом 0.16 – 0.3

первичный контур

первичный контур - он и будет раскачивать вторичку. От него зависит в большей степени мощность.

я буду делать его цилиндрическим (по причине высокого коэффициента связи) на какой нибудь трубе 130-150 диаметра

Сборка Драйвера

Собран будет на UCC27425 и будет управлять через трансформатор развязки(GDT) силовой частью, также будет отвечать за подстройку частоты.

разработка и изготовление платы
сборка деталей и пайка платы
изготовление GDT
изготовление TT
отладка и настройка

сборка силовой части

силовая часть -часть в которой будет формироваться импульс уже высокой мощности (220V 1-4A) и идти на первичную обмотку

Приветствую, радиолюбители-самоделкины, а также все неравнодушные к высоковольтным разрядам!

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.

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!

platy.rar [17.31 Kb] (скачиваний: 53)

Читайте также: