Bobine Tesla în stare solidă și modul în care funcționează: 9 pași

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:43

Electricitatea de înaltă tensiune poate fi PERICULOASĂ, folosiți în permanență măsuri de siguranță adecvate atunci când lucrați cu bobine Tesla sau orice alt dispozitiv de înaltă tensiune, deci jucați în siguranță sau nu vă jucați.

Bobinele Tesla sunt un transformator care funcționează pe principiul oscilatorului auto-rezonant, inventat de Nicola Tesla, om de știință serb american. Este utilizat în principal pentru a produce tensiune de înaltă tensiune, dar curent scăzut, de înaltă frecvență. Bobina Tesla este compusă din două grupuri de circuite rezonante cuplate, uneori trei grupuri cuplate. Nicola Tesla a încercat un număr mare de configurații de diferite bobine. Tesla a folosit aceste bobine pentru a efectua experimente, cum ar fi iluminatul electric, raze X, electroterapie și transmisie de energie radio, transmiterea și primirea semnalelor radio.

Într-adevăr, nu au existat prea multe progrese în bobinele Tesla de la invenția lor. În afară de componentele în stare solidă, bobinele Tesla nu s-au schimbat prea mult de peste 100 de ani. În cea mai mare parte retrogradată în educație și jucăriile științei, aproape oricine poate cumpăra un kit online și construi o bobină Tesla.

Acest instructable se referă la construirea unei bobine Tesla în stare solidă, la modul în care funcționează și la sfaturi și trucuri pentru a rezolva orice problemă pe parcurs.

Provizii

Sursa de alimentare de 12 volți, sursa SMP pe care am folosit-o a fost de 12 volți, 4 amperi.

Torus Glue pentru a monta bobina secundară.

Grăsime termică din silicon pentru montarea tranzistorului la radiator.

Solder

Instrumentele pentru asamblarea kitului, fier de lipit și freze laterale.

Multimetru

Osciloscop

Pasul 1: Electromagnet

Pentru a înțelege bobinele și transformatoarele Tesla, trebuie să înțelegeți magneții. Când un curent, (Săgeata roșie) este aplicat unui conductor, acesta creează un câmp magnetic în jurul conductorului. (Săgeți albastre) Pentru a prezice direcția fluxului câmpurilor magnetice utilizați regula mâinii drepte. Așezați mâna pe conductor cu degetul mare îndreptat în direcția curentului și degetele vor indica în direcția fluxului câmpurilor magnetice.

Când înfășurați conductorul în jurul unui metal feros, cum ar fi oțelul sau fierul, câmpurile magnetice ale conductorului înfășurat se îmbină și se aliniază, acest lucru se numește electromagnet. Câmpul magnetic se deplasează din centrul bobinei trece un capăt al electromagnetului în jurul exteriorului bobinei și în capătul opus înapoi în centrul bobinei.

Magneții au polul nord și sudul, pentru a prezice care este capătul polului nord sau sud într-o bobină, din nou folosiți regula mâinii drepte. Doar de data aceasta cu mâna dreaptă pe bobină, îndreptați degetele în direcția curentului curent în conductorul înfășurat. (Săgețile roșii) Cu degetul mare drept îndreptat de-a lungul bobinei, acesta ar trebui să indice spre capătul nordic al magnetului.

Pasul 2: Cum funcționează transformatoarele

Modul în care un curent fluctuant într-o bobină primară creează un curent într-o bobină secundară fără fir se numește legea lui Lenz.

Wikipedia

Toate bobinele dintr-un transformator trebuie înfășurate în aceeași direcție.

O bobină va rezista la o schimbare într-un magnet; câmp astfel încât atunci când AC sau un curent pulsatoriu este aplicat la bobina primară, acesta creează un câmp magnetic fluctuant în bobina primară.

Când câmpul magnetic fluctuant ajunge la bobina secundară, acesta creează un câmp magnetic opus și un curent opus în bobina secundară.

Puteți utiliza regula mâinii drepte pe bobina primară și secundară pentru a prezice ieșirea secundarului.

În funcție de numărul de rotații ale bobinei primare și de numărul de rotații ale bobinei secundare, tensiunea se schimbă la o tensiune mai mare sau mai mică.

Dacă găsiți pozitivul și negativul greu de urmărit pe bobina secundară; gândiți-vă la bobina secundară ca la o sursă de alimentare sau la o baterie de unde iese energia și gândiți-vă la primară ca la o sarcină în care se consumă energie.

Bobinele Tesla sunt transformatoare de miez de aer, câmpurile magnetice și curentul funcționează la fel ca transformatoarele de miez de fier sau de ferită.

Pasul 3: Winding’s

Deși nu este desenat în schemă; bobina secundară mai înaltă a unei bobine Tesla se află în bobina primară mai scurtă, această configurație se numește oscilator cu auto-rezonanță.

Îndreptați-vă bine; atât înfășurarea primară, cât și cea secundară ar trebui să fie înfășurate în aceeași direcție. Nu contează dacă înfășurați bobinele cu o răsucire a mâinii drepte sau o răsucire a mâinii stângi, atât timp cât ambele bobine sunt înfășurate în aceeași direcție.

Când înfășurați secundarul, asigurați-vă că înfășurarea dvs. nu se suprapune sau la suprapunere poate provoca un scurtcircuit în secundar.

Înfășurarea încrucișată a bobinelor poate determina feedback-ul de la secundar legat de baza tranzistorului sau de poarta mosfetului să fie polaritatea greșită și acest lucru poate împiedica oscilarea circuitului.

Bobinele primare pozitive și negative sunt afectate de răsucirea înfășurării. Folosiți regula mâinii drepte pe bobina primară. Asigurați-vă că polul nord al bobinei primare indică spre vârful bobinei secundare.

Cablarea încrucișată a bobinei primare poate cauza feedback-ul de la secundar legat de baza tranzistorului sau de poarta mosfetului să fie polaritatea greșită și acest lucru poate împiedica oscilarea circuitului.

Atâta timp cât bobinele sunt înfășurate în aceeași direcție; eșecul de a oscila nu traversează cablul bobinei primare este o soluție ușoară de cele mai multe ori, doar inversați cablurile bobinei primare.

Pasul 4: Cum funcționează o bobină Tesla în stare solidă

Bobina Tesla în stare solidă de bază poate avea doar cinci părți.

O sursă de energie; în această schemă o baterie.

Un rezistor; în funcție de tranzistor un 1/4 wați de 10 kΩ și mai mult.

Un tranzistor NPN cu radiator, tranzistorul de pe aceste circuite tind să se încălzească.

O bobină primară de la 2 sau mai multe rotații se înfășoară în aceeași direcție ca bobina secundară.

O bobină secundară de până la 1 000 de rotații sau mai mult de 41 AWG înfășurată în aceeași direcție ca cea primară.

Pasul 1. Când puterea este aplicată pentru prima dată la o bobină Tesla de bază, tranzistorul din circuit este deschis sau oprit. Puterea trece prin rezistor la baza tranzistoarelor închizând tranzistorul pornindu-l permițând curentul să curgă prin bobina primară. Schimbarea curentă nu este instantanee, durează un timp scurt pentru ca curentul să treacă de la curent zero la curent maxim, acest lucru se numește timp de creștere.

Pasul 2. În același timp, câmpul magnetic din bobină trece de la zero la o anumită intensitate a câmpului. În timp ce câmpul magnetic crește în bobina primară, bobina secundară rezistă schimbării, creând un câmp magnetic opus și un curent opus în bobina secundară.

Pasul 3. Bobina secundară este legată de baza tranzistorului, astfel încât curentul din bobina secundară (Feedback) va atrage curentul de la baza tranzistorilor. Aceasta va deschide tranzistorul oprind curentul la bobina primară. La fel ca timpul de creștere, schimbarea actuală nu este instantanee. Este nevoie de scurt timp pentru ca curentul și câmpul magnetic să treacă de la max la zero, acest lucru se numește timp de cădere.

Apoi reveniți la Pasul 1.

Acest tip de circuit se numește circuit oscilant autoreglabil sau oscilator rezonant. Acest tip de oscilator este limitat în frecvență de timpul de întârziere al circuitului și al tranzistorului sau al mosfetului. (Rise Time Fall Time și Plateau Time)

Pasul 5: Eficiență

Acest circuit nu este foarte eficient, producând o undă pătrată, bobina primară produce doar un curent în bobina secundară în timpul câmpurilor magnetice trecând de la intensitatea câmpului zero la intensitatea câmpului complet și înapoi la intensitatea câmpului zero, numit timpul de creștere și toamna. Între timpul de creștere și cel de cădere există un platou cu tranzistorul închis sau pornit și tranzistorul deschis sau oprit. Atunci când tranzistorul este în afara platoului, platoul nu folosește curent, totuși, atunci când tranzistorul este pe platou, se folosește și pierde curent încălzind tranzistorul.

Puteți utiliza cel mai rapid tranzistor de comutare pe care îl puteți obține. Cu frecvențe mai mari, câmpul magnetic poate trece mai mult decât este plat, făcând bobina Tesla mai eficientă. Cu toate acestea, acest lucru nu va opri tranzistorul să se încălzească.

Prin adăugarea unui LED de 3 volți la baza tranzistoarelor, acesta extinde timpul de creștere și scădere, făcând tranzistorii să acționeze mai mult ca o undă triunghiulară decât o undă pătrată.

Există două alte lucruri pe care le puteți face pentru a împiedica supraîncălzirea tranzistorului. Puteți utiliza un radiator pentru a disipa excesul de căldură. Puteți utiliza un tranzistor cu putere mare, astfel încât tranzistorul să nu fie suprasolicitat.

Pasul 6: Mini Tesla Coil

Am primit această bobină Mini Tesla de 12 volți de la un retailer online.

Kitul a inclus:

1 x placa din PVC

1 x condensator monolitic 1nF

1 rezistor de 10 kΩ

Rezistor 1 x 1 kΩ

1 x priza de alimentare 12V

1 x radiator

1 x tranzistor BD243C

1 x bobină secundară 333 spire

1 x șurub de fixare

2 x Led

1 x lampă cu neon

Kitul nu include:

Sursa de alimentare de 12 volți, sursa SMP pe care am folosit-o a fost de 12 volți, 4 amperi.

Torus

Lipici pentru a monta bobina secundară.

Grăsime termică din silicon pentru montarea tranzistorului la radiator.

Solder

Pasul 7: Testarea

După asamblarea Mini Tesla Coil, am testat-o pe o lampă de neon, o lampă CFL (lumină fluorescentă compactă) și un tub fluorescent. Chivotul era mic și atâta timp cât l-am pus la 1/4 de centimetru luminează tot ce l-am încercat.

Tranzistorul se încălzește foarte tare, așa că nu atingeți radiatorul. O bobină Tesla de 12 volți nu ar trebui să facă un tranzistor de 65 wați foarte fierbinte decât dacă vă apropiați de parametrii maximi ai tranzistoarelor.

Pasul 8: Utilizarea energiei

Tranzistorul BD243C este un tranzistor NPN, de 65 wați, 100 volți, 6 amperi, 3 MHz, la 12 volți, nu ar trebui să tragă mai mult de 5,4 amperi pentru a nu depăși 65 de wați.

Când am verificat curentul la pornire, acesta era de 1 amp, după ce a funcționat timp de un minut, curentul a scăzut la 0,75 amperi. La 12 volți, ceea ce face ca puterea de funcționare să fie de 9 până la 12 wați, mult sub cei 65 de wați pentru care tranzistorul este evaluat.

Când am verificat cum tranzitorii cresc și scad, obțin o undă triunghiulară care este aproape întotdeauna în mișcare, făcându-l un circuit foarte eficient.

Pasul 9: Încărcare de sus

Încărcările superioare permit încărcarea să se acumuleze în loc să curgă pur și simplu în aer, oferindu-vă o putere mai mare.

Fără o sarcină superioară, încărcăturile se adună pe vârfurile ascuțite ale firului și se scurge în aer.

Cele mai bune încărcături de sus sunt rotunde ca un Torus sau o sferă, astfel încât să nu existe puncte care sângerează de pe sarcină în aer.

Mi-am făcut încărcătura de sus dintr-o minge pe care am recuperat-o de la un mouse și am acoperit-o cu folie de aluminiu, nu era perfect netedă, dar a funcționat bine. Acum pot aprinde un CFL până la un centimetru distanță.