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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Fonte de alimentação do transformador Tesla com controle por microcontrolador. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Fontes de alimentação Aparência da unidade proposta junto com o transformador alimentado por ela. Tesla é mostrado na Fig. 1.
A unidade é montada em um gabinete de computador padrão. PA. O enrolamento primário do transformador é conectado à sua saída, composto por cinco voltas de fio de montagem isolado com seção transversal de 2,5...4 mm2, enrolado em um pedaço de tubo plástico de encanamento com diâmetro externo de 110 mm. A estrutura do enrolamento secundário é uma garrafa plástica de kefir de 0,8 litros. Nele é enrolado fio esmaltado com diâmetro de 0,2 mm em uma fileira, volta a volta, até encher (cerca de 1000 voltas no total). A extremidade inferior deste enrolamento é aterrada - conectada ao terceiro contato (PE) da rede “soquete Euro”. A extremidade superior está equipada com um pino de cobre, em torno do qual são observados vários efeitos de alta tensão. O enrolamento secundário é protegido contra danos mecânicos e quebras entre espiras por várias camadas de resina epóxi. Entre os enrolamentos primário e secundário deve haver um entreferro suficientemente largo para evitar quebras entre os enrolamentos e descargas corona. A indutância do enrolamento secundário e sua própria capacitância formam um circuito oscilatório, devido à ressonância em que há um aumento múltiplo da tensão em relação ao valor calculado com base apenas na razão do número de voltas dos enrolamentos; a análise mostra que o O principal fator que determina a frequência de ressonância do enrolamento secundário são suas dimensões. Medir esta frequência é bastante simples. Para isso basta, como mostra a Fig. 2, aplique tensão do gerador de sinal sintonizável G1 ao enrolamento primário do transformador fabricado.
O resistor R1 limita a corrente, sua potência não deve ser inferior à potência do gerador. Um osciloscópio é instalado próximo ao transformador com uma antena WA1 conectada à sua entrada - um pedaço de qualquer fio de 100...200 mm de comprimento. Ao reconstruir o gerador, eliminamos a dependência da oscilação do sinal na tela do osciloscópio em relação à frequência. Para o transformador descrito acima, ficou como na Fig. 3.
A frequência de ressonância corresponde ao máximo principal da curva e neste caso é igual a 600 kHz. Os programas de cálculo de transformadores Tesla disponíveis na Internet deram resultados semelhantes: 632 kHz. Caso não possua um osciloscópio, ele pode ser substituído por um simples indicador de campo eletromagnético, montado conforme o circuito mostrado na Fig. 4.
A antena WA1 consiste em dois pedaços de fio, cada um com cerca de 1 mm de comprimento, soldados aos terminais do diodo VD100 e direcionados em direções diferentes. A ressonância é determinada pelo brilho máximo do LED HL1. Diagrama de alimentação do transformador. Tesla é mostrado na Fig. 5.
T3 é na verdade este transformador. Os elementos DD1.1, DD1.2 são utilizados para montar um gerador de pulsos viajando em uma frequência próxima à frequência de ressonância de seu enrolamento secundário. Amplificados pelo microcircuito DA3 (driver de transistor de efeito de campo) e pelo poderoso transistor de efeito de campo VT1 operando em modo chave, esses pulsos são fornecidos ao enrolamento I do transformador. O resistor variável R1 regula a frequência dos pulsos, obtendo o brilho mais forte de uma lâmpada de descarga de gás (por exemplo, “economizadora de energia”) localizada próxima ao transformador. O microcontrolador gera pulsos em sua saída P85, que, ao serem recebidos na entrada EN do driver DA3, habilitam e desabilitam o funcionamento do driver. Esses pulsos modulam a sequência de pulsos fornecida ao enrolamento I do transformador T3 e, portanto, a alta tensão no seu enrolamento II. Existem cinco modos de operação do microcontrolador, comutáveis em anel pressionando o botão SB1. Cada transição é confirmada pelo piscar do LED HL1; o número de seus flashes é igual ao número do modo habilitado. No primeiro modo, são gerados pulsos com duração de 1 ms com pausas entre eles de 8 ms. No segundo, a duração das pausas é aumentada para 10 ms, no terceiro - para 12 ms, no quarto - para 14 ms e no quinto - para 20 ms. A alteração dos modos afeta a natureza dos sons produzidos pelas descargas elétricas, bem como seu número e duração. Quanto mais longa a pausa, mais tempo o ar na área de descarga terá para desionizar antes que o próximo trem de pulsos de alta tensão comece. Ao alterar o programa, você pode modular a sequência de pulsos com sinais mais complexos. O transformador T1 com retificador de acordo com o circuito de duplicação de tensão nos diodos VD1, VD2 fornece uma tensão de 40...60 V à cascata no transistor de efeito de campo VT1, existe outro transformador de potência - T2. A partir dele, através da ponte retificadora VD3 e do estabilizador integrado DA1, o driver DA12 é alimentado com tensão de 3 V. A tensão de saída do estabilizador DA2 (5 V) destina-se ao microcontrolador DD2 e ao microcircuito DD1. Um desenho da placa de circuito impresso do bloco é mostrado na fig. 6.
O transistor VT1 está equipado com um dissipador de calor com aletas. Uma parte significativa da superfície da placa está livre de peças e condutores impressos. Os transformadores T1 e T2 são reforçados aqui. Um switch já presente na fonte de alimentação do computador, no caso em que a placa é colocada, é utilizado como SA1. Seu comprimento (145 mm), indicado na figura, pode ser alterado dependendo do tamanho da caixa utilizada. Caso possua ventoinha, pode ser ligada aplicando tensão de 12 V na saída do estabilizador DA1. Isso ajudará a reduzir a temperatura do transistor VT1, mas o estabilizador neste caso também precisa ser equipado com um dissipador de calor. O chip 74NS14 pode ser substituído pelo KR1564TL2 doméstico ou outro chip lógico contendo gatilhos Schmitt, inversores, elementos AND-NOR, NOR-NOR. Se necessário, utilizando os demais elementos livres, pode-se montar um gerador de pulsos que substitui o microcontrolador. No entanto, a capacidade de alterar rapidamente os modos de operação e criar novos efeitos visuais e sonoros alterando o programa do microcontrolador será perdida. Uma substituição para o transistor IRFP460 deve ser selecionada com uma tensão de fonte de dreno permitida de pelo menos 200 V e uma corrente de dreno máxima de pelo menos 10 A. O transformador T1 deve ter um enrolamento secundário com uma tensão de 20...30 V em uma corrente de carga de 3 A. Se houver um transformador com o dobro da tensão do enrolamento secundário, a duplicação da tensão no retificador conectado a ele (diodos VD1, VD2, capacitores C1, C2) pode ser abandonada e uma ponte retificadora convencional pode ser usado.
Após a fabricação do bloco e nele instalado um microcontrolador programado, cuja configuração deve corresponder à mostrada na tabela (exatamente como está instalado no fabricante), recomenda-se não conectar transformador ao bloco. T3, aplique tensão 220 V, 50 Hz somente no enrolamento I do transformador T2. O LED HL1 deverá piscar duas vezes, confirmando que o microcontrolador está operacional. Agora é necessário verificar a tensão nas saídas dos estabilizadores integrados DA1, DA2 e a presença de pulsos nas entradas e saídas do driver DA3. Na tela de um osciloscópio conectado à sua entrada IN (pino 2), devem ser observados pulsos retangulares com amplitude de cerca de 5 V, cuja frequência de repetição é regulada por um resistor variável R1 na faixa de pelo menos 300. 900 kHz. Caso contrário, é necessário verificar o gerador nos elementos DD1.1, DD1.2. Os parâmetros dos pulsos que chegam à entrada EN (pino 3) do driver do microcontrolador devem corresponder aos especificados na descrição dos modos de operação da unidade. Na saída do driver (pinos 6 e 7) e na porta do transistor de efeito de campo VT1, devem ser observados surtos de pulsos de alta frequência com pausas correspondentes ao modo selecionado. Depois de certificar-se de que tudo está em ordem, você pode conectar o transformador T3 ao bloco e aplicar tensão de rede ao enrolamento primário do transformador T1. Ao colocar uma lâmpada economizadora de energia próxima ao enrolamento II do transformador T3 e girar o controle deslizante do resistor variável R1, você precisa obter o brilho mais forte da lâmpada. Ao redor do pino conectado ao terminal superior do enrolamento, devem se formar descargas (streamers) semelhantes às mostradas na Fig. 7.
O brilho das lâmpadas de descarga de gás que não estão conectadas em lugar nenhum, mas simplesmente seguradas na mão, é o efeito mais simples que ocorre ao trabalhar com um transformador Tesla. Isto é o resultado da exposição do gás dentro da lâmpada a um campo eletromagnético de alta frequência que envolve o transformador. Com o design em questão, o efeito é observado a uma distância de até 20 cm do transformador e causa ótima impressão em quem não conhece sua essência. As descargas também podem ser observadas no interior de lâmpadas cheias de gás sob pressão relativamente alta (Fig. 8), incluindo lâmpadas incandescentes convencionais (Fig. 9). mas para isso eles precisam estar conectados com um terminal à saída do transformador. O comprimento das descargas de alta frequência no ar, chamadas streamers, que ocorrem durante a operação do transformador em questão, atinge 20...30 mm. Acredita-se que seja numericamente igual à amplitude expressa em quilovolts da tensão de alta frequência desenvolvida no enrolamento secundário do transformador. É interessante observar a mudança de cor das serpentinas quando vários produtos químicos, por exemplo, sal de cozinha, são aplicados na ponta do pino que encerra o enrolamento. Durante a operação do dispositivo em questão, as descargas aparecem e desaparecem com a frequência de modulação da sequência de pulsos fornecida ao transformador. Como resultado, ouve-se um som característico, cuja frequência fundamental é igual à frequência de modulação. Como os streamers saem a cada pausa e os que aparecem depois geralmente seguem caminhos diferentes, o número aparente de streamers aumenta. Se você instalar um cata-vento de fio leve com extremidades dobradas em um plano horizontal em diferentes direções na ponta de um pino de alta tensão, ocorrerão descargas nessas extremidades. Os íons resultantes, repelindo-se das extremidades do cata-vento, irão colocá-lo em movimento. É claro que, para que este modelo de motor iônico funcione, o spinner deve ser muito leve e bem equilibrado. Uma propriedade positiva da fonte descrita, que garante a segurança do trabalho com ela, é a ausência de alta tensão contínua em seu interior. Surgindo durante a operação do transformador. Os Teslas de alta frequência são praticamente seguros para os experimentadores, pois quando uma descarga atinge o corpo humano, sua corrente, por ser de alta frequência, flui apenas pela pele, sem atingir órgãos vitais. Esse fenômeno, conhecido na engenharia de rádio, é chamado de efeito pelicular e se manifesta quando uma corrente de alta frequência flui através de qualquer condutor. É claro que mesmo essa corrente pode causar queimaduras, mas isso só acontece com descargas muitas vezes maiores em potência. A presença de um microcontrolador no dispositivo descrito proporciona um escopo considerável para experimentos. Ao alterar seu programa, você pode, por exemplo, tocar ritmos e melodias simples sem fazer nenhuma alteração no circuito e, ao substituir o microcontrolador por um mais potente, conectar um teclado MIDI a ele ou controlar o dispositivo por meio de um computador. Porque o transformador. Tesla é uma fonte de um poderoso campo eletromagnético, não é recomendado ligá-lo perto de equipamentos eletrônicos caros ou meios de informação importantes. Autor: Elyuseev D.
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