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ENCYCLOPÉDIE DE LA RADIOÉLECTRONIQUE ET DU GÉNIE ÉLECTRIQUE Alimentation par transformateur Tesla avec contrôle par microcontrôleur. Encyclopédie de la radioélectronique et de l'électrotechnique
Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / Alimentations Apparence de l'unité proposée ainsi que du transformateur alimenté par celle-ci. Tesla est représenté sur la Fig. 1.
L'unité est assemblée dans un boîtier d'ordinateur standard. BP. L'enroulement primaire du transformateur est connecté à sa sortie, constituée de cinq tours de fil de montage isolé d'une section de 2,5...4 mm2, enroulé sur un morceau de tuyau de plomberie en plastique d'un diamètre extérieur de 110 mm. Le cadre d'enroulement secondaire est une bouteille de kéfir en plastique de 0,8 litre. Un fil émaillé d'un diamètre de 0,2 mm est enroulé dessus sur une rangée, tour à tour, jusqu'à ce qu'il soit rempli (environ 1000 tours au total). L'extrémité inférieure de cet enroulement est mise à la terre - connectée au troisième contact (PE) du réseau "Euro socket". L'extrémité supérieure est équipée d'une broche en cuivre autour de laquelle divers effets haute tension sont observés. L'enroulement secondaire est protégé des dommages mécaniques et des pannes entre spires par plusieurs couches de résine époxy. Entre les enroulements primaire et secondaire, il doit y avoir un entrefer suffisamment large pour éviter les pannes entre les enroulements et les décharges corona. L'inductance de l'enroulement secondaire et sa propre capacité forment un circuit oscillatoire, dû à la résonance, dans lequel il y a une augmentation multiple de la tension par rapport à la valeur calculée uniquement sur la base du rapport du nombre de tours des enroulements ; l'analyse montre que Le principal facteur déterminant la fréquence de résonance de l'enroulement secondaire est sa taille. Mesurer cette fréquence est assez simple. Pour cela, il suffit, comme le montre la Fig. 2, appliquez la tension du générateur de signal accordable G1 à l'enroulement primaire du transformateur fabriqué.
La résistance R1 limite le courant, sa puissance ne doit pas être inférieure à la puissance du générateur. Un oscilloscope est installé à proximité du transformateur avec une antenne WA1 connectée à son entrée - un morceau de n'importe quel fil de 100...200 mm de long. En reconstruisant le générateur, nous supprimons la dépendance de l'oscillation du signal sur l'écran de l'oscilloscope à la fréquence. Pour le transformateur décrit ci-dessus, il s'est avéré comme sur la Fig. 3.
La fréquence de résonance correspond au maximum principal de la courbe et est dans ce cas égale à 600 kHz. Les programmes de calcul de transformateur Tesla disponibles sur Internet ont donné des résultats similaires : 632 kHz. Si vous ne disposez pas d'oscilloscope, celui-ci peut être remplacé par un simple indicateur de champ électromagnétique, assemblé selon le circuit illustré à la Fig. 4.
L'antenne WA1 est constituée de deux morceaux de fil d'environ 1 mm de long chacun, soudés aux bornes de la diode VD100 et orientés dans des directions différentes. La résonance est déterminée par la luminosité maximale de la LED HL1. Schéma d'alimentation du transformateur. Tesla est représenté sur la Fig. 5.
T3 est en fait ce transformateur. Les éléments DD1.1, DD1.2 permettent d'assembler un générateur d'impulsions se déplaçant à une fréquence proche de la fréquence de résonance de son enroulement secondaire. Amplifiées par le microcircuit DA3 (driver de transistor à effet de champ) et le puissant transistor à effet de champ VT1 fonctionnant en mode clé, ces impulsions sont fournies à l'enroulement I du transformateur. La résistance variable R1 régule la fréquence des impulsions, obtenant la lueur la plus brillante d'une lampe à décharge gazeuse (par exemple, « à économie d'énergie ») située à proximité du transformateur. Le microcontrôleur génère des impulsions à sa sortie P85 qui, lorsqu'elles sont reçues à l'entrée EN du pilote DA3, activent et désactivent le fonctionnement du pilote. Ces impulsions modulent la séquence d'impulsions fournie à l'enroulement I du transformateur T3, et donc la haute tension sur son enroulement II. Il existe cinq modes de fonctionnement du microcontrôleur, commutables en anneau en appuyant sur le bouton SB1. Chaque transition est confirmée par le clignotement de la LED HL1 ; le nombre de ses clignotements est égal au numéro du mode activé. Dans le premier mode, des impulsions sont générées d'une durée de 1 ms avec des pauses entre elles de 8 ms. Dans le deuxième, la durée des pauses est augmentée à 10 ms, dans le troisième à 12 ms, dans le quatrième à 14 ms et dans le cinquième à 20 ms. Le changement de mode affecte la nature des sons produits par les décharges électriques, ainsi que leur nombre et leur durée. Plus la pause est longue, plus l'air présent dans la zone de décharge a le temps de se désioniser avant le début du prochain train d'impulsions haute tension. En modifiant le programme, vous pouvez moduler la séquence d'impulsions avec des signaux plus complexes. Le transformateur T1 avec un redresseur selon le circuit de doublement de tension sur les diodes VD1, VD2 fournit une tension de 40...60 V à la cascade sur le transistor à effet de champ VT1 ; il y a un autre transformateur de puissance - T2. De là, via le pont redresseur VD3 et le stabilisateur intégré DA1, le driver DA12 est alimenté avec une tension de 3 V. La tension de sortie du stabilisateur DA2 (5 V) est destinée au microcontrôleur DD2 et au microcircuit DD1. Un dessin de la carte de circuit imprimé du bloc est illustré à la fig. 6.
Le transistor VT1 est équipé d'un dissipateur thermique à ailettes. Une partie importante de la surface de la carte est exempte de pièces et de conducteurs imprimés. Les transformateurs T1 et T2 sont ici renforcés. Un interrupteur déjà présent dans l'alimentation de l'ordinateur, dans le cas duquel la carte est placée, sert de SA1. Sa longueur (145 mm), indiquée sur la figure, peut être modifiée en fonction de la taille du boîtier utilisé. S'il dispose d'un ventilateur, il peut être allumé en appliquant une tension de 12 V à la sortie du stabilisateur DA1. Cela contribuera à réduire la température du transistor VT1, mais dans ce cas, le stabilisateur doit également être équipé d'un dissipateur thermique. La puce 74NS14 peut être remplacée par le KR1564TL2 domestique ou une autre puce logique contenant des déclencheurs Schmitt, des inverseurs, des éléments AND-NOR, NOR-NOR. Si nécessaire, en utilisant les éléments libres restants, vous pouvez assembler un générateur d'impulsions qui remplace le microcontrôleur. Cependant, la possibilité de changer rapidement de mode de fonctionnement et de créer de nouveaux effets visuels et sonores en modifiant le programme du microcontrôleur sera perdue. Un remplacement du transistor IRFP460 doit être sélectionné avec une tension drain-source admissible d'au moins 200 V et un courant de drain maximum d'au moins 10 A. Le transformateur T1 doit avoir un enroulement secondaire avec une tension de 20...30 V à un courant de charge de 3 A. S'il y a un transformateur avec deux fois plus de tension de l'enroulement secondaire, le doublement de la tension dans le redresseur qui y est connecté (diodes VD1, VD2, condensateurs C1, C2) peut être abandonné et un pont redresseur conventionnel peut être utilisé.
Après avoir fabriqué le bloc et y avoir installé un microcontrôleur programmé dont la configuration doit correspondre à celle indiquée dans le tableau (c'est exactement ainsi qu'il est installé chez le fabricant), il est recommandé de ne pas connecter de transformateur au bloc. T3, appliquer une tension de 220 V, 50 Hz uniquement à l'enroulement I du transformateur T2. La LED HL1 doit clignoter deux fois, confirmant que le microcontrôleur est opérationnel. Vous devez maintenant vérifier la tension aux sorties des stabilisateurs intégrés DA1, DA2 et la présence d'impulsions aux entrées et sorties du driver DA3. Sur l'écran d'un oscilloscope connecté à son entrée IN (broche 2), il convient d'observer des impulsions rectangulaires d'une amplitude d'environ 5 V, dont la fréquence de répétition est régulée par une résistance variable R1 dans la plage d'au moins 300. .900kHz. Si ce n'est pas le cas, il faut vérifier le générateur sur les éléments DD1.1, DD1.2. Les paramètres des impulsions arrivant à l'entrée EN (broche 3) du driver depuis le microcontrôleur doivent correspondre à ceux spécifiés dans la description des modes de fonctionnement de l'unité. A la sortie du pilote (broches 6 et 7) et à la grille du transistor à effet de champ VT1, des salves d'impulsions haute fréquence avec des pauses correspondant au mode sélectionné doivent être observées. Après vous être assuré que tout est en ordre, vous pouvez connecter le transformateur T3 au bloc et appliquer la tension secteur à l'enroulement primaire du transformateur T1. En plaçant une lampe à économie d'énergie à côté de l'enroulement II du transformateur T3 et en tournant le curseur de la résistance variable R1, vous devez obtenir la lueur la plus brillante de la lampe. Autour de la broche connectée à la borne supérieure du bobinage, des décharges (streamers) similaires à celles illustrées sur la Fig. devraient se former. 7.
La lueur des lampes à décharge qui ne sont connectées nulle part, mais simplement tenues dans la main, est l'effet le plus simple qui se produit lorsque l'on travaille avec un transformateur Tesla. Ceci est le résultat de l’exposition du gaz à l’intérieur de la lampe à un champ électromagnétique à haute fréquence entourant le transformateur. Avec le design en question, l'effet est observé à une distance allant jusqu'à 20 cm du transformateur et fait grande impression sur les spectateurs qui ne connaissent pas son essence. Des décharges peuvent également être observées à l'intérieur de lampes remplies de gaz sous une pression relativement élevée (Fig. 8), y compris les lampes à incandescence classiques (Fig. 9). mais pour cela, ils doivent être connectés avec une borne à la sortie du transformateur. La longueur des décharges filiformes à haute fréquence dans l'air, appelées streamers, qui se produisent pendant le fonctionnement du transformateur en question atteint 20...30 mm. On pense qu'elle est numériquement égale à l'amplitude exprimée en kilovolts de la tension haute fréquence développée sur l'enroulement secondaire du transformateur. Il est intéressant d'observer le changement de couleur des banderoles lorsque divers produits chimiques, par exemple du sel de table, sont appliqués sur la pointe de l'épingle qui termine l'enroulement. Lors du fonctionnement de l'appareil en question, des décharges apparaissent et disparaissent avec la fréquence de modulation de la séquence d'impulsions fournie au transformateur. En conséquence, un son caractéristique est entendu dont la fréquence fondamentale est égale à la fréquence de modulation. Étant donné que les streamers s'éteignent à chaque pause et que ceux qui apparaissent après suivent souvent des chemins différents, le nombre apparent de streamers augmente. Si vous installez un moulinet en fil léger avec des extrémités pliées dans un plan horizontal dans des directions différentes sur la pointe d'une broche haute tension, des décharges se produiront à ces extrémités. Les ions résultants, repoussant les extrémités du moulinet, le mettront en mouvement. Bien entendu, pour que ce modèle de moteur ionique fonctionne, la toupie doit être très légère et bien équilibrée. Une propriété positive de la source décrite, qui garantit la sécurité de son utilisation, est l'absence de haute tension continue à l'intérieur. Survenant pendant le fonctionnement du transformateur. Les Teslas à haute fréquence sont pratiquement sans danger pour les expérimentateurs, car lorsqu'une décharge atteint le corps humain, son courant, puisqu'il est à haute fréquence, circule uniquement à travers la peau, sans atteindre les organes vitaux. Ce phénomène, connu en ingénierie radio, est appelé effet cutané et se manifeste lorsqu'un courant haute fréquence traverse un conducteur. Bien sûr, même un tel courant peut provoquer des brûlures, mais cela ne se produit qu'avec des décharges de puissance plusieurs fois supérieures. La présence d'un microcontrôleur dans le dispositif décrit offre des possibilités d'expérimentation considérables. En modifiant son programme, vous pouvez par exemple jouer des rythmes et des mélodies simples sans apporter de modifications au circuit, et en remplaçant le microcontrôleur par un plus puissant, y connecter un clavier MIDI ou contrôler l'appareil à l'aide d'un ordinateur. Parce que le transformateur. Tesla est une source d'un champ électromagnétique puissant, il n'est pas recommandé de l'allumer à proximité d'équipements électroniques coûteux ou de supports d'informations importantes. Auteur : Elyuseev D.
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