Polovodičové Tesla cievky a ako fungujú: 9 krokov

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:57

Elektrická energia vysokého napätia môže byť NEBEZPEČNÁ, pri práci s cievkami Tesla alebo akýmkoľvek iným vysokonapäťovým zariadením vždy používajte správne bezpečnostné opatrenia, preto hrajte bezpečne alebo nehráte.

Cievky Tesla sú transformátor, ktorý funguje na princípe samo rezonujúceho oscilátora a ktorý vynašiel srbský americký vedec Nicola Tesla. Používa sa hlavne na výrobu ultra vysokého napätia, ale nízkeho prúdu, vysokofrekvenčného striedavého prúdu. Teslova cievka sa skladá z dvoch skupín spojených rezonančných obvodov, niekedy sú spojené tri skupiny. Nicola Tesla vyskúšal veľké množstvo konfigurácií rôznych cievok. Tesla použil tieto cievky na experimenty, ako napríklad elektrické osvetlenie, röntgenové žiarenie, elektroliečba a rádiový prenos energie, prenos a príjem rádiových signálov.

Od ich vynálezu v Tesla cievkach skutočne nebol veľký pokrok. Iné ako súčiastky v pevnom stave, cievky Tesla sa za 100 rokov veľmi nezmenili. Väčšinou je odsunutý do vzdelávania a hračiek vedy, takmer každý si môže kúpiť súpravu online a postaviť Teslovu cievku.

Tento návod sa zameriava na stavbu vlastnej Tesla cievky v pevnom stave, ako funguje a tipy a triky na riešenie problémov, ktoré sa môžu vyskytnúť počas vašej cesty.

Zásoby

Napájanie 12 voltov Napájanie SMP, ktoré som použil, bolo 12 voltov 4 ampéry.

Torusové lepidlo na upevnenie sekundárnej cievky.

Tepelné silikónové mazivo na montáž tranzistora na chladič.

Spájka

Nástroje na zostavenie súpravy, spájkovačka a bočné frézy.

Multimeter

Osciloskop

Krok 1: Elektromagnet

Aby ste pochopili Teslove cievky a transformátory, musíte porozumieť elektromagnetom. Keď je na vodič aplikovaný prúd (červená šípka), vytvorí sa okolo vodiča magnetické pole. (Modré šípky) Na predpovedanie smeru toku magnetických polí použite pravidlo pravej ruky. Položte ruku na vodič tak, aby palec smeroval v smere prúdu a prsty ukazovali v smere toku magnetických polí.

Keď obalíte vodič okolo železného kovu, ako je oceľ alebo železo, magnetické polia zvinutého vodiča sa spoja a zarovnajú, tomu sa hovorí elektromagnet. Magnetické pole sa pohybuje od stredu cievky a prechádza jedným koncom elektromagnetu okolo vonkajšej strany cievky a na opačnom konci späť do stredu cievky.

Magnety majú severný a južný pól. Na predpovedanie konca severného alebo južného pólu v cievke opäť použijete pravidlo pravej ruky. Iba tentokrát s pravou rukou na cievke nasmerujte prsty v smere prúdu prúdu v stočenom vodiči. (Červené šípky) Pravým palcom smerujúcim na prieliv pozdĺž cievky by mal ukazovať na severný koniec magnetu.

Krok 2: Ako fungujú transformátory

Ako sa kolísavý prúd v primárnej cievke vytvára prúd v sekundárnej cievke, nazýva sa Lenzov zákon.

Wikipedia

Všetky cievky v transformátore by mali byť navinuté v rovnakom smere.

Cievka bude odolávať zmene magnetu; pole, takže keď je na primárnu cievku aplikovaný AC alebo pulzný prúd, vytvára v primárnej cievke kolísavé magnetické pole.

Keď fluktuujúce magnetické pole dosiahne sekundárnu cievku, vytvorí v sekundárnej cievke protiľahlé magnetické pole a protichodný prúd.

Na predpovedanie výstupu sekundárnej cievky môžete použiť pravidlo pravej ruky na primárnej cievke a sekundárnej.

V závislosti od počtu závitov na primárnej cievke a počtu závitov na sekundárnej cievke sa napätie zmení na vyššie alebo nižšie napätie.

Ak zistíte, že pozitívne a negatívne je na sekundárnej cievke ťažké sledovať; uvažujte o sekundárnej cievke ako o zdroji energie alebo batérii, kde dochádza k napájaniu, a o primárnej ako záťaži, kde sa spotrebúva energia.

Cievky Tesla sú vzduchové jadrové transformátory, magnetické polia a prúd fungujú rovnako ako železné alebo feritové transformátory.

Krok 3: Vinutia

Aj keď to nie je nakreslené v schéme; vyššia sekundárna cievka Teslovej cievky je vo vnútri kratšej primárnej cievky, toto nastavenie sa nazýva samo rezonujúci oscilátor.

Správne navíjajte; primárne aj sekundárne vinutie by mali byť navinuté v rovnakom smere. Nezáleží na tom, či cievky navíjate zákrutou pravou alebo ľavou rukou, pokiaľ sú obe cievky navinuté v rovnakom smere.

Pri navíjaní sekundárneho vinutia dbajte na to, aby sa vaše vinutia neprekrývali alebo aby prekrývanie mohlo spôsobiť skrat v sekundárnom vinutí.

Krížové vinutie cievok môže spôsobiť, že spätná väzba zo sekundárnej väzby viazanej na základňu tranzistora alebo bránu mosfetu bude mať nesprávnu polaritu, čo môže zabrániť oscilácii obvodu.

Kladné a záporné zvody primárnych cievok sú ovplyvnené skrútením vinutia. Na primárnej cievke použite pravidlo pravej ruky. Zaistite, aby severný pól primárnej cievky smeroval k hornej časti sekundárnej cievky.

Krížové zapojenie primárnej cievky môže spôsobiť, že spätná väzba zo sekundárnej väzby viazanej na základňu tranzistora alebo bránu mosfetu bude mať nesprávnu polaritu, čo môže zabrániť oscilácii obvodu.

Pokiaľ sú cievky navinuté v rovnakom smere; neoscilácia krížového zapojenia primárnej cievky je väčšinu času jednoduchou opravou, stačí obrátiť vodiče primárnej cievky.

Krok 4: Ako funguje Tesla cievka v pevnom stave

Základná polovodičová Tesla cievka môže mať iba päť častí.

Zdroj energie; v tejto schéme batéria.

Odpor; v závislosti od tranzistora 1/4 watt 10 kΩ a viac.

Tranzistor NPN s chladičom, tranzistor v týchto obvodoch sa zvyčajne zahrieva.

Primárna cievka z 2 alebo viacerých závitov je navinutá v rovnakom smere ako sekundárna cievka.

Sekundárna cievka do 1 000 otáčok alebo viac 41 AWG sa vinie v rovnakom smere ako primárna.

Krok 1. Keď sa napájanie prvýkrát aplikuje na základnú polovodičovú Teslovu cievku, tranzistor v obvode je otvorený alebo vypnutý. Napájanie prechádza cez odpor do základne tranzistorov, čím sa tranzistor zatvára a zapína, čím prúdi prúd primárnou cievkou. Zmena prúdu nie je okamžitá, trvá krátky čas, kým prúd prejde z nulového prúdu na maximálny prúd, nazýva sa to čas nábehu.

Krok 2. Súčasne magnetické pole v cievke prechádza z nuly na určitú intenzitu poľa. Zatiaľ čo magnetické pole rastie v primárnej cievke, sekundárna cievka odoláva nákupu zmeny, čím vytvára protiľahlé magnetické pole a opačný prúd v sekundárnej cievke.

Krok 3. Sekundárna cievka je viazaná na základňu tranzistora, takže prúd v sekundárnej cievke (spätná väzba) bude odoberať prúd preč od základne tranzistorov. To otvorí tranzistor vypnutím prúdu do primárnej cievky. Rovnako ako doba nábehu, súčasná zmena nie je okamžitá. Trvá krátky čas, kým sa prúd a magnetické pole dostanú z maxima na nulu, nazýva sa to čas pádu.

Potom sa vráťte ku kroku 1.

Tento typ obvodu sa nazýva samoregulačný oscilačný obvod alebo rezonančný oscilátor. Frekvencia tohto typu oscilátora je obmedzená dobou oneskorenia obvodu a tranzistora alebo mosfetu. (Čas vzostupu, pád a čas nástupu)

Krok 5: Účinnosť

Tento obvod nie je veľmi účinný, vytvára štvorcovú vlnu, pričom primárna cievka generuje prúd iba v sekundárnej cievke počas magnetických polí prechádzajúcich z nulovej intenzity poľa do plnej intenzity poľa a späť do nulovej intenzity poľa, ktorá sa nazýva čas nábehu a jesenný čas. Medzi časom nábehu a časom pádu je plató so zatvoreným alebo zapnutým tranzistorom a otvoreným alebo vypnutým tranzistorom. Keď je tranzistor vypnutý, plošina nepoužíva prúd, ale keď je tranzistor na plošine, používa a plytvá prúdom na zahrievanie tranzistora.

Môžete použiť najrýchlejší spínací tranzistor, aký môžete získať. S vyššími frekvenciami môže magnetické pole prechádzať viac, ako je plató, čím sa Tesla cievka stáva efektívnejšou. To však nezabráni zahriatiu tranzistora.

Pridaním 3 voltovej diódy LED k základni tranzistorov predlžuje časy nábehu a klesania, vďaka čomu tranzistory pôsobia viac ako trojuholníková vlna ako štvorcová vlna.

Existujú dve ďalšie veci, ktoré môžete urobiť, aby sa tranzistor neprehrial. Na odvod prebytočného tepla môžete použiť chladič. Môžete použiť tranzistor s vysokým výkonom, aby tranzistor nebol prepracovaný.

Krok 6: Mini Tesla cievka

Túto 12voltovú cievku Mini Tesla som dostal od online predajcu.

Súprava obsahuje:

1 x PVC doska

1 x monolitický kondenzátor 1nF

1 x 10 kΩ odpor

Rezistor 1 x 1 kΩ

1 x zásuvka 12V

1 x chladič

1 x tranzistor BD243C

1 x sekundárna cievka 333 otáčok

1 x upevňovacia skrutka

2 x LED

1 x neónová lampa

Súprava neobsahuje:

Napájanie 12 voltov Napájanie SMP, ktoré som použil, bolo 12 voltov 4 ampéry.

Torus

Lepidlo na upevnenie sekundárnej cievky.

Tepelné silikónové mazivo na montáž tranzistora na chladič.

Spájka

Krok 7: Testovanie

Po montáži cievky Mini Tesla som ju otestoval na neónovej žiarovke, CFL (kompaktnom fluorescenčnom svetle) a fluorescenčnej trubici. Archa bola malá a pokiaľ som ju umiestnil do 1/4 palca, rozsvietilo všetko, na čom som to skúšal.

Tranzistor je veľmi horúci, preto sa nedotýkajte chladiča. 12 voltová cievka Tesla by nemala 65 W tranzistor veľmi zahriať, pokiaľ sa nepriblížite k maximálnym parametrom tranzistorov.

Krok 8: Použitie energie

Tranzistor BD243C je tranzistor NPN, 65 wattov, 100 voltov, 6 ampérov a 3 MHz, pri 12 voltoch by nemal odoberať viac ako 5,4 ampérov a neprekračovať 65 wattov.

Keď som pri štarte kontroloval prúd, bol to 1 ampér, po minútovom behu prúd klesol na 0,75 ampéra. Pri napätí 12 voltov je prevádzkový výkon 9 až 12 wattov, čo je hlboko pod 65 wattov.

Keď som skontroloval časy stúpania a klesania tranzistorov, zobrazila sa mi trojuholníková vlna, ktorá je takmer vždy v pohybe, čo z nej robí veľmi účinný obvod.

Krok 9: Najvyššie zaťaženie

Špičkové záťaže umožňujú nabitie nahromadiť, namiesto toho, aby len vyteklo do vzduchu, čím získate vyšší výkon.

Bez horného zaťaženia sa náboje zhromaždia na špicatých špičkách drôtu a vyletia do vzduchu.

Najlepšie horné zaťaženia sú guľaté ako Torus alebo gule, takže z náboja do vzduchu nevytekajú žiadne body.

Svoju najvyššiu záťaž som vyrobil z lopty, ktorú som zachránil z myši, a zakryl som ju alobalom, nebolo to úplne hladké, ale fungovalo to dobre. Teraz môžem rozsvietiť CFL až na palec.