Bobine di Tesla a stato solido e come funzionano: 9 passaggi

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:01

L'elettricità ad alta tensione può essere PERICOLOSA, utilizzare sempre le precauzioni di sicurezza adeguate quando si lavora con bobine di Tesla o qualsiasi altro dispositivo ad alta tensione, quindi gioca sul sicuro o non giocare.

Le bobine di Tesla sono un trasformatore che opera sul principio dell'oscillatore auto risonante, inventato da Nicola Tesla, uno scienziato americano serbo. Viene utilizzato principalmente per produrre alimentazione CA ad altissima tensione, ma a bassa corrente e ad alta frequenza. La bobina di Tesla è composta da due gruppi di circuiti risonanti accoppiati, a volte tre gruppi accoppiati. Nicola Tesla ha provato un gran numero di configurazioni di varie bobine. Tesla usò queste bobine per eseguire esperimenti, come illuminazione elettrica, raggi X, elettroterapia e trasmissione di energia radio, trasmissione e ricezione di segnali radio.

Non c'è stato davvero molto progresso nelle bobine di Tesla dalla loro invenzione. A parte i componenti a stato solido, le bobine di Tesla non sono cambiate molto in oltre 100 anni. Per lo più relegati all'istruzione e ai giocattoli della scienza, chiunque può acquistare un kit online e costruire una bobina di Tesla.

Questo Instructable è sulla costruzione di una bobina di Tesla a stato solido, su come funzionano e su suggerimenti e trucchi per risolvere eventuali problemi lungo il percorso.

Forniture

Alimentazione a 12 volt l'alimentatore SMP che ho usato era a 12 volt e 4 ampere.

Torus Colla per montare la bobina secondaria.

Grasso siliconico termico per il montaggio del transistor sul dissipatore di calore.

Saldare

Gli strumenti per assemblare il kit, saldatore e taglierine laterali.

Multimetro

Oscilloscopio

Passaggio 1: elettromagnete

Per comprendere bobine e trasformatori di Tesla è necessario comprendere gli elettromagneti. Quando una corrente, (Freccia Rossa) viene applicata a un conduttore, crea un campo magnetico attorno al conduttore. (Frecce Blu) Per prevedere la direzione del flusso dei campi magnetici utilizzare la regola della mano destra. Metti la mano sul conduttore con il pollice rivolto nella direzione della corrente e le dita punteranno nella direzione del flusso dei campi magnetici.

Quando avvolgi il conduttore attorno a un metallo ferroso come l'acciaio o il ferro, i campi magnetici del conduttore a spirale si fondono e si allineano, questo è chiamato elettromagnete. Il campo magnetico viaggia dal centro della bobina passa un'estremità dell'elettromagnete attorno all'esterno della bobina e nell'estremità opposta torna al centro della bobina.

I magneti hanno un polo nord e un polo sud, per prevedere quale estremità è il polo nord o il polo sud in una bobina, di nuovo usi la regola della mano destra. Solo che questa volta con la mano destra sulla bobina, punta le dita nella direzione del flusso di corrente nel conduttore a spirale. (Frecce rosse) Con il pollice destro puntato lungo la bobina, dovrebbe puntare all'estremità nord del magnete.

Passaggio 2: come funzionano i trasformatori

Il modo in cui una corrente fluttuante in una bobina primaria crea una corrente in una bobina secondaria senza fili è chiamata legge di Lenz.

Wikipedia

Tutte le bobine di un trasformatore devono essere avvolte nella stessa direzione.

Una bobina resisterà a un cambiamento in un magnetico; campo così quando AC o una corrente pulsante viene applicata alla bobina primaria, crea un campo magnetico fluttuante nella bobina primaria.

Quando il campo magnetico fluttuante raggiunge la bobina secondaria, crea un campo magnetico opposto e una corrente opposta nella bobina secondaria.

È possibile utilizzare la regola della mano destra sulla bobina primaria e sul secondario per prevedere l'uscita del secondario.

A seconda del numero di spire della bobina primaria e del numero di spire della bobina secondaria, la tensione cambia in una tensione superiore o inferiore.

Se trovi difficile seguire il positivo e il negativo sulla bobina secondaria; pensa alla bobina secondaria come una fonte di alimentazione o una batteria da cui esce energia e pensa al primario come un carico in cui viene consumata energia.

Le bobine di Tesla sono trasformatori con nucleo d'aria, i campi magnetici e la corrente funzionano allo stesso modo dei trasformatori con nucleo di ferro o ferrite.

Passaggio 3: avvolgimenti

Sebbene non sia disegnato nello schema; la bobina secondaria più alta di una bobina di Tesla è all'interno della bobina primaria più corta, questa configurazione è chiamata oscillatore auto risonante.

Ottieni il tuo avvolgimento nel modo giusto; sia l'avvolgimento primario che quello secondario devono essere avvolti nella stessa direzione. Non importa se avvolgi le bobine con una torsione a destra o una torsione a sinistra, purché entrambe le bobine siano avvolte nella stessa direzione.

Quando avvolgi il secondario assicurati che i tuoi avvolgimenti non si sovrappongano o alla sovrapposizione può causare un cortocircuito nel secondario.

L'avvolgimento incrociato delle bobine può far sì che il feedback dal secondario legato alla base del transistor o al gate del mosfet sia di polarità errata e questo può impedire al circuito di oscillare.

I cavi positivi e negativi delle bobine primarie sono influenzati dalla torsione negli avvolgimenti. Usa la regola della mano destra sulla bobina primaria. Assicurati che il polo nord della bobina primaria punti verso la parte superiore della bobina secondaria.

Il cablaggio incrociato della bobina primaria può causare la polarità errata del feedback dal secondario legato alla base del transistor o al gate del mosfet e questo può impedire al circuito di oscillare.

Finché le bobine sono avvolte nella stessa direzione; la mancanza di oscillazione per il cablaggio incrociato della bobina primaria è una soluzione facile la maggior parte delle volte, basta invertire i cavi della bobina primaria.

Passaggio 4: come funziona una bobina di Tesla a stato solido

La bobina di Tesla a stato solido di base può avere un minimo di cinque parti.

Una fonte di energia; in questo schema una batteria.

Un resistore; a seconda del transistor un 1/4 watt 10 kΩ e oltre.

Un transistor NPN con un dissipatore di calore, il transistor su questi circuiti tende a surriscaldarsi.

Una bobina primaria da 2 o più spire avvolte nella stessa direzione della bobina secondaria.

Una bobina secondaria fino a 1.000 giri o più 41 AWG avvolta nella stessa direzione del primario.

Passaggio 1. Quando l'alimentazione viene applicata per la prima volta a una bobina di Tesla a stato solido di base, il transistor nel circuito è aperto o spento. L'alimentazione passa attraverso il resistore alla base del transistor chiudendo il transistor accendendolo consentendo alla corrente di fluire attraverso la bobina primaria. Il cambio di corrente non è istantaneo, impiega un breve tempo perché la corrente passi da corrente zero a corrente massima, questo è chiamato tempo di salita.

Passaggio 2. Allo stesso tempo, il campo magnetico nella bobina passa da zero a una certa intensità di campo. Mentre il campo magnetico aumenta nella bobina primaria, la bobina secondaria resiste al cambiamento creando un campo magnetico opposto e una corrente opposta nella bobina secondaria.

Passaggio 3. La bobina secondaria è legata alla base del transistor in modo che la corrente nella bobina secondaria (Feedback) ritiri la corrente dalla base del transistor. Questo aprirà il transistor spegnendo la corrente alla bobina primaria. Come il tempo di salita, il cambiamento attuale non è istantaneo. Ci vuole un breve tempo perché la corrente e il campo magnetico vadano da max a zero, questo è chiamato tempo di caduta.

Quindi torna al passaggio 1.

Questo tipo di circuito è chiamato circuito oscillante autoregolante o oscillatore risonante. Questo tipo di oscillatore è limitato in frequenza dai tempi di ritardo del circuito e del transistor o del mosfet. (Tempo di salita Tempo di caduta e Tempo di altopiano)

Passaggio 5: efficienza

Questo circuito non è molto efficiente, produce un'onda quadra, la bobina primaria produce solo una corrente nella bobina secondaria durante i campi magnetici che passano dall'intensità di campo zero all'intensità di campo completa e di nuovo all'intensità di campo zero, chiamata tempo di salita e tempo di caduta. Tra il tempo di salita e il tempo di discesa c'è un plateau con il transistor chiuso o acceso e il transistor aperto o spento. Quando il transistor è spento, il plateau non utilizza corrente, tuttavia quando il transistor è acceso il plateau utilizza e spreca corrente per riscaldare il transistor.

Puoi usare il transistor di commutazione più veloce che puoi ottenere. Con frequenze più alte il campo magnetico può passare più di quanto non sia stabilizzato, rendendo la bobina di Tesla più efficiente. Tuttavia, questo non impedirà il riscaldamento del transistor.

Aggiungendo un LED da 3 volt alla base dei transistor, si allungano i tempi di salita e discesa rendendo l'azione dei transistor più simile a un'onda triangolare che a un'onda quadra.

Ci sono altre due cose che puoi fare per evitare che il transistor si surriscaldi. Puoi usare un dissipatore di calore per dissipare il calore in eccesso. Puoi usare un transistor ad alta potenza in modo che il transistor non sia sovraccaricato.

Passaggio 6: Mini bobina di Tesla

Ho preso questa Mini Tesla Coil da 12 volt da un rivenditore online.

Il Kit Incluso:

1 x pannello in PVC

1 x condensatore monolitico 1nF

1 x 10 kΩ resistore

1 x 1 kΩ resistore

1 presa di alimentazione da 12 V

1 x dissipatore di calore

1 x transistor BD243C

1 x bobina secondaria 333 giri

1 x vite di fissaggio

2 x LED

1 x lampada al neon

Il Kit non comprende:

Alimentazione a 12 volt l'alimentatore SMP che ho usato era a 12 volt e 4 ampere.

toro

Colla per montare la bobina secondaria.

Grasso siliconico termico per il montaggio del transistor sul dissipatore di calore.

Saldare

Passaggio 7: test

Dopo aver assemblato la Mini Tesla Coil, l'ho testata su una lampada al neon, una CFL (luce fluorescente compatta) e un tubo fluorescente. L'arca era piccola e finché la metto entro 1/4 di pollice illumina tutto ciò su cui l'ho provata.

Il transistor diventa molto caldo, quindi non toccare il dissipatore di calore. Una bobina di Tesla da 12 volt non dovrebbe rendere molto caldo un transistor da 65 watt a meno che non ci si avvicini ai parametri massimi dei transistor.

Passaggio 8: consumo di energia

Il transistor BD243C è un transistor NPN, 65 watt 100 volt 6 amp 3MHz, a 12 volt non dovrebbe assorbire più di 5,4 amp per non superare i 65 watt.

Quando ho controllato la corrente all'avvio era di 1 amp, dopo aver funzionato per un minuto la corrente è scesa a 0,75 amp. A 12 volt che rendono la potenza di funzionamento da 9 a 12 watt, molto al di sotto dei 65 watt per cui è valutato il transistor.

Quando ho controllato i tempi di salita e discesa dei transistor, ottengo un'onda triangolare che è quasi sempre in movimento, il che lo rende un circuito molto efficiente.

Passaggio 9: caricamento dall'alto

I carichi superiori consentono alla carica di accumularsi invece di disperdere semplicemente nell'aria dandoti una maggiore potenza.

Senza un carico dall'alto, le cariche si raccolgono sulle punte appuntite del filo e si disperdono in aria.

I migliori carichi superiori sono rotondi come un toro o una sfera in modo che non ci siano punti che disperdono la carica nell'aria.

Ho fatto il mio carico superiore da una palla che ho recuperato da un topo e l'ho coperta con un foglio di alluminio, non era perfettamente liscia ma ha funzionato bene. Ora posso accendere un CFL fino a un pollice di distanza.