Solid State Tesla -spoler og hvordan de fungerer: 9 trin

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-30 08:27

Højspændingsstrøm kan være FARLIG, brug altid passende sikkerhedsforanstaltninger, når du arbejder med Tesla -spoler eller andre højspændingsenheder, så spil sikkert eller spil ikke.

Tesla -spoler er en transformer, der fungerer efter selvresonerende oscillatorprincip, opfundet af Nicola Tesla, en serbisk amerikansk videnskabsmand. Det bruges hovedsageligt til at producere ultrahøj spænding, men lav strøm, højfrekvent vekselstrøm. Tesla -spolen er sammensat af to grupper af resonans kredsløb koblet, nogle gange tre grupper koblet. Nicola Tesla prøvede et stort antal konfigurationer af forskellige spoler. Tesla brugte disse spoler til at udføre eksperimenter, såsom elektrisk belysning, røntgen, elektroterapi og radioenergitransmission, transmission og modtagelse af radiosignaler.

Der er virkelig ikke sket store fremskridt i Tesla -spoler siden deres opfindelse. Andre end solid state -komponenter har Tesla -spoler ikke ændret sig meget i over 100 år. For det meste henvist til uddannelse og videnskabets legetøj stort set alle kan købe et kit online og bygge en Tesla -spole.

Denne instruktionsbog handler om at bygge en egen Tesla -spole i solid state, hvordan de fungerer, og tips og tricks til at løse problemer undervejs.

Forbrugsvarer

12 volt strømforsyning SMP -forsyningen jeg brugte var 12 volt 4 ampere.

Torus Lim til montering af den sekundære spole.

Termisk silikonefedt til montering af transistoren på kølelegemet.

Lodde

Værktøjerne til at samle sættet, loddejern og sideskærere.

Multimeter

Oscilloskop

Trin 1: Elektromagnet

For at forstå Tesla -spoler og transformere skal du forstå elektromagneter. Når en strøm (rød pil) påføres en leder, skaber det et magnetisk felt omkring lederen. (Blå pile) Brug højre håndsregel for at forudsige retningen af magnetfeltstrømmen. Placer din hånd på lederen med tommelfingeren pegende i strømretningen, og dine fingre peger i retning af magnetfelternes strømning.

Når du vikler lederen rundt om et jernholdigt metal som stål eller jern, smelter og opretter magnetfelterne i den spolede leder, dette kaldes en elektromagnet. Magnetfeltet bevæger sig fra midten af spolen passerer den ene ende af elektromagneten rundt om spolens yderside og i den modsatte ende tilbage til spolens centrum.

Magneter har en nord- og en sydpol, for at forudsige hvilken ende der er nord- eller sydpol i en spole, igen bruger du højre håndsregel. Kun denne gang med din højre hånd på spolen, peg fingrene i retning af den nuværende strøm i den spolede leder. (Røde pile) Med din højre tommelfinger pegende strædet langs spolen, skal den pege mod den nordlige ende af magneten.

Trin 2: Sådan fungerer transformatorer

Hvordan en svingende strøm i en primær spole skaber en strøm i en sekundær spole trådløst kaldes Lenz's lov.

Wikipedia

Alle spoler i en transformer skal vikles i samme retning.

En spole vil modstå en ændring i en magnetisk; felt, så når AC eller en pulserende strøm påføres primærspolen, skaber det et svingende magnetfelt i primærspolen.

Når det svingende magnetfelt når sekundærspolen, skaber det et modsatrettet magnetfelt og en modstrøm i sekundærspolen.

Du kan bruge den højre hånds regel på den primære spole og den sekundære til at forudsige output fra den sekundære.

Afhængigt af antallet af omdrejninger på den primære spole og antallet af omdrejninger på den sekundære spole, ændres spændingen til en højere eller lavere spænding.

Hvis du finder det positive og negative svært at følge på den sekundære spole; tænk på den sekundære spole som en strømkilde eller et batteri, hvor strømmen kommer ud, og tænk på den primære som en belastning, hvor strøm forbruges.

Tesla -spoler er luftkerntransformatorer, magnetfelterne og strømmen fungerer på samme måde som jern- eller ferritkerntransformatorer.

Trin 3: Slyngning

Selvom det ikke er tegnet i skematisk; den højere sekundære spole af en Tesla -spole er inde i den kortere primære spole, dette setup kaldes en selvresonerende oscillator.

Få din vikling til at passe; både den primære og den sekundære vikling skal vikles i samme retning. Det er ligegyldigt, om du vikler spolerne med et højre twist eller et venstre twist, så længe begge spoler er viklet i samme retning.

Når du vikler den sekundære, skal du sørge for, at dine viklinger ikke overlapper hinanden, eller at overlapningen kan forårsage en kortslutning i den sekundære.

Krydsvikling af spolerne kan forårsage, at feedbacken fra den sekundære, der er bundet til transistorens base eller mosfets port, er den forkerte polaritet, og dette kan forhindre kredsløbet i at svinge.

De primære spoler positive og negative ledninger påvirkes af vridningen i viklingerne. Brug højre håndsregel på den primære spole. Sørg for, at den primære spoles nordpol peger mod toppen af den sekundære spole.

Kryds ledninger til den primære spole til kan forårsage, at feedbacken fra den sekundære, der er bundet til transistorens base eller mosfets port, er den forkerte polaritet, og dette kan forhindre kredsløbet i at svinge.

Så længe spolerne er viklet i samme retning; manglende oscillation gør at krydse ledninger den primære spole er en let løsning det meste af tiden, bare vend lederne af den primære spole.

Trin 4: Sådan fungerer en Solid State Tesla -spole

Den grundlæggende solid state Tesla Coil kan have så lidt som fem dele.

En strømkilde; i denne skematiske et batteri.

En modstand; afhængig af transistoren en 1/4 watt 10 kΩ og op.

En NPN -transistor med en køleplade, transistoren på disse kredsløb har en tendens til at blive varm.

En primær spole fra 2 eller flere vendinger vikles i samme retning som den sekundære spole.

En sekundær spole op til 1.000 omdrejninger eller mere 41 AWG såret i samme retning som primæren.

Trin 1. Når der først tilføres strøm til en grundlæggende Tesla -spole i fast tilstand, er transistoren i kredsløbet åben eller slukket. Strøm går gennem modstanden til transistorernes base, der lukker transistoren og tænder den, så strøm kan strømme gennem den primære spole. Den aktuelle ændring er ikke øjeblikkelig, det tager kort tid for strømmen at gå fra nulstrøm til maksimal strøm, dette kaldes stigningstid.

Trin 2. På samme tid går magnetfeltet i spolen fra nul til en vis feltstyrke. Mens magnetfeltet stiger i primærspolen, modstår sekundærspolen ændringskøbet, hvilket skaber et modsatrettet magnetfelt og en modstrøm i sekundærspolen.

Trin 3. Den sekundære spole er bundet til transistorens bund, så strømmen i den sekundære spole, (Feedback) vil trække strømmen væk fra transistorens base. Dette åbner transistoren ved at slukke for strømmen til den primære spole. Ligesom stigningstiden er den aktuelle ændring ikke øjeblikkelig. Det tager kort tid for strømmen og magnetfeltet at gå fra max til nul, dette kaldes faldtid.

Derefter tilbage til trin 1.

Denne type kredsløb kaldes et selvregulerende oscillerende kredsløb eller en resonansoscillator. Denne type oscillator er begrænset i frekvens af kredsløbets og transistorens eller mosfets forsinkelsestider. (Rise Time Fall Time og Plateau Time)

Trin 5: Effektivitet

Dette kredsløb er ikke særlig effektivt og producerer en firkantbølge, den primære spole producerer kun en strøm i den sekundære spole under magnetfelterne, der overgår fra nulfeltstyrke til fuld feltstyrke og tilbage til nulfeltstyrke, kaldet stigningstid og faldtid. Mellem stigningstiden og faldtiden er der et plateau med transistoren lukket eller tændt og transistoren åben eller slukket. Når transistoren er slukket, bruger plateauet ikke strøm, men når transistoren er på plateauet, bruger og spilder den strøm på at transistor transporteres.

Du kan bruge den hurtigste switch -transistor, du kan få. Med højere frekvenser kan magnetfeltet overgå mere, end det er plateauet, hvilket gør Tesla -spolen mere effektiv. Dette forhindrer imidlertid ikke, at transistoren opvarmes.

Ved at tilføje en 3 volt LED til transistorernes base forlænger den stignings- og faldtiderne, hvilket gør transistorer mere til en trekantbølge end en firkantbølge.

Der er to andre ting, du kan gøre for at forhindre transistoren i at blive for varm. Du kan bruge en kølelegeme til at sprede den overskydende varme. Du kan bruge en transistor med høj effekt, så transistoren ikke bliver overanstrengt.

Trin 6: Mini Tesla -spole

Jeg fik denne 12 volt Mini Tesla Coil fra en online forhandler.

Sættet medfølger:

1 x PVC -plade

1 x monolitisk kondensator 1nF

1 x 10 kΩ modstand

1 x 1 kΩ modstand

1 x 12V stikkontakt

1 x køleplade

1 x Transistor BD243C

1 x Sekundær spole 333 omdrejninger

1 x fastgørelsesskrue

2 x LED

1 x neonlampe

Sættet inkluderer ikke:

12 volt strømforsyning SMP -forsyningen jeg brugte var 12 volt 4 ampere.

Torus

Lim til montering af den sekundære spole.

Termisk silikonefedt til montering af transistoren på kølelegemet.

Lodde

Trin 7: Test

Efter samling af Mini Tesla Coil testede jeg den på en neonlampe, et CFL (kompakt lysstofrør) og et lysstofrør. Arken var lille, og så længe jeg lagde den inden for en tomme, lyser den alt, hvad jeg prøvede den på.

Transistoren bliver meget varm, så rør ikke ved kølelegemet. En 12 volt Tesla -spole bør ikke gøre en 65 watt transistor meget varm, medmindre du nærmer dig transistorernes maksimale parametre.

Trin 8: Strømforbrug

BD243C -transistoren er en NPN, 65 watt 100 volt 6 amp 3MHz transistor, ved 12 volt bør den ikke trække mere end 5,4 ampere for ikke at overstige 65 watt.

Da jeg kontrollerede strømmen ved opstart, var den 1 ampere, efter at have kørt i et minut faldt strømmen til 0,75 ampere. Ved 12 volt, hvilket gør driftseffekten til 9 til 12 watt, langt under de 65 watt, transistoren er vurderet til.

Da jeg kontrollerede transistorernes stige- og faldtider, får jeg en trekantbølge, der næsten altid er i bevægelse, hvilket gør det til et meget effektivt kredsløb.

Trin 9: Topindlæsning

Topbelastninger tillader ladningen at bygge op i stedet for bare at bløde ud i luften, hvilket giver dig en større effekt.

Uden topbelastning samler ladningerne sig på trådens spidse spidser og bløder ud i luften.

De bedste topbelastninger er runde som en Torus eller en kugle, så der ikke blinker punkter fra ladningen til luften.

Jeg lavede min toplast fra en kugle, jeg bjærgede fra en mus og dækkede den med aluminiumsfolie, den var ikke helt glat, men den fungerede godt. Nu kan jeg tænde en CFL op til en tomme væk.