Зовнішній вид запропонованого блоку разом з живиться від нього трансформатором. Тесла показаний на рис. 1.
Рис. 1
Блок зібраний в корпусі від стандартного комп'ютерного. БЖ. До його виходу підключена первинна обмотка трансформатора, складається з п'яти витків ізольованого монтажного проводу перетином 2,5...4 мм2, намотаних на відрізку пластикової сантехнічної труби зовнішнім діаметром 110 мм Каркас вторинної обмотки - пластикова пляшка з-під кефіру об'ємом 0,8 л. Емальований провід діаметром 0,2 мм намотаний на неї в один ряд виток до витка до заповнення (всього близько 1000 витків). Нижній кінець цієї обмотки заземлений - підключений до третього контакту (РЕ) мережевий "евророрезетки". Верхній кінець забезпечений мідним штирем, навколо якого спостерігаються різні високовольтні ефекти. Вторинна обмотка захищена від механічних пошкоджень і міжвиткових пробоїв декількома шарами епоксидної смоли. Між первинної і вторинної обмотками обов'язковий повітряний проміжок шириною, достатньою для виключення пробоїв між обмотками і коронних розрядів.
Індуктивність вторинної обмотки і її власна ємність утворюють коливальний контур, за рахунок резонансу в якому і відбувається багатократне підвищення напруги в порівнянні зі значенням, розрахованим виходячи лише з відношення числа витків обмоток, аналіз показує, що основний фактор, що визначає резонансну частоту вторинної обмотки - її розміри.
Виміряти цю частоту досить просто. Для цього досить, як показано на рис. 2, подати на первинну обмотку виготовленого трансформатора напруга від керованого генератора сигналів G1.
Рис. 2
Резистор R1 обмежує струм, його потужність повинна бути не менше потужності генератора. Поблизу від трансформатора встановлюють осцилограф з підключеною до його входу антени WA1 - відрізком будь-якого проводу довжиною 100...200 мм. Перебудовуючи генератор, знімають залежність розмаху сигналу на екрані осцилографа від частоти. Для описаного вище трансформатора вона вийшла такою, як на рис. 3.
Рис. 3
Резонансна частота відповідає головному максимуму кривої і в даному випадку дорівнює 600 кГц. Наявні в Інтернеті програми розрахунку трансформатора Тесла дали близькі результати: 632 кГц. При відсутності осцилографа його можна замінити простим індикатором електромагнітного поля, зібравши за схемою, зображеною на рис. 4.
Рис. 4
Антени WA1 являє собою два припаяних до висновків діода VD1 і спрямованих в різні сторони відрізка дроту довжиною близько 100 мм кожен. Резонанс визначають за максимальної яскравості світіння світлодіода HL1. Схема блоку живлення трансформатора. Тесла зображена на рис. 5.
Рис. 5
Т3 - власне цей трансформатор. На елементах DD1.1, DD1.2 зібраний генератор імпульсів, наступних з частотою, близькою до резонансної частоті його вторинної обмотки. Посилені мікросхеми DA3 (драйвером польового транзистора) і працюють у ключовому режимі потужним польовим транзистором VT1, ці імпульси надходять на обмотку I трансформатора. Змінним резистором R1 регулюють частоту імпульсів, домагаючись найбільш яскравого світіння газорозрядної (наприклад,"енергоощадною") лампи, розташованої поблизу від трансформатора.
Мікроконтролер формує на своєму виході Р85 імпульси, які, вступаючи на вхід EN драйвера DA3, дозволяють і забороняють роботу драйвера. Ці імпульси модулюють імпульсну послідовність, що надходить на обмотку I трансформатора Т3, а отже, і висока напруга на його обмотці II.
Передбачено п'ять режимів роботи мікроконтролера, перемикаються по кільцю натисканням на кнопку SB1. Кожен перехід підтверджується миготінням світлодіода HL1, число його спалахів одно номером включеного режиму. У першому режимі генеруються імпульси тривалістю 1 мс з паузами між ними 8 мс. У другому тривалість пауз збільшена до 10 мс, у третьому - до 12 мс, у четвертому - до 14 мс і у п'ятому - до 20 мс.
Зміна режимів впливає на характер звуків, що видаються електричними розрядами, а також на їх кількість і довжину. Чим триваліша пауза, тим сильніше встигає деіонізовуватися повітря в області розряду до початку наступної пачки імпульсів високої напруги. змінивши програму, можна промодулировать імпульсну послідовність більш складними сигналами.
Трансформатор Т1 з випрямлячем за схемою подвоєння напруги на діодах VD1, VD2 живить напругою 40...60 В каскад на польовому транзисторі VT1 є ще один трансформатор харчування - Т2. Від нього через випрямний міст VD3 і інтегральний стабілізатор DA1 напругою 12 В живиться драйвер DA3. Вихідна напруга стабілізатора DА2 (5) призначений для мікроконтролера DD2 і мікросхеми DD1.
Креслення друкованої плати блоку показаний на рис. 6.
Рис. 6
Транзистор VT1 забезпечений ребристим тепловідводом. Значна частина поверхні плати вільна від деталей і друкованих провідників. Тут зміцнюють трансформатори Т1 і Т2. Як SA1 використаний вимикач, вже наявний в комп'ютерному блок живлення, корпус якого поміщена плата. Її довжина (145 мм), зазначена на малюнку, може бути змінена в залежності від розмірів використаного корпусу. Якщо в ньому є вентилятор, його можна включити, подавши напруга 12 В з виходу стабілізатора DA1. Це допоможе знизити температуру транзистора VT1, однак стабілізатор у цьому випадку теж потрібно забезпечити тепловідводом.
Мікросхему 74НС14 можна замінити вітчизняної КР1564ТЛ2 або іншої логічної мікросхемою, що містить тригери Шмітта, інвертори, елементи І-НЕ, АБО-НЕ. При необхідність залишилися вільними елементах можна зібрати генератор імпульсів, замінює мікроконтролер. Однак буде втрачена можливість оперативно змінювати режими роботи і створювати, змінюючи програму мікроконтролера, нові візуальні і звукові ефекти.
Заміну транзистору IRFP460 слід підбирати з допустимою напругою стік-витік не менше 200 В і максимальним струмом стоку не менше 10 А. Трансформатор Т1 повинен мати вторинну обмотку з напругою 20...30 В при струмі навантаження 3 А. Якщо знайдеться трансформатор з удвічі більшою напругою вторинної обмотки, від подвоєння напруги в підключеному до неї випрямлячі (діоди VD1, VD2, конденсатори С1, С2) можна відмовитися і застосувати звичайний мостовий випрямляч.
Після виготовлення блоку і установки в нього запрограмованого мікроконтролера, конфігурація якого повинна відповідати показаної таблиці (саме такий її встановлюють на заводі-виробнику), рекомендується не підключаючи до блоку трансформатора. Т3, подати напругу 220 В, 50 Гц тільки на обмотку I трансформатора Т2. Світлодіод HL1 повинен мигнути двічі, підтверджуючи працездатність мікроконтролера.
Тепер потрібно перевірити напруга на виходах інтегральних стабілізаторів DA1, DA2 і наявність імпульсів на входах і виході драйвера DA3. На екрані осцилографа, підключеного до його входу IN (вивід 2), повинні спостерігатися прямокутні імпульси амплітудою близько 5 В, частота проходження яких регулюється змінним резистором R1 в межах як мінімум 300...900 кГц. Якщо це не так, потрібно перевірити генератор на елементах DD1.1, DD1.2.
Параметри імпульсів, що надходять на вхід EN (висновок 3) драйвера від мікроконтролера, повинні відповідати зазначеним при описі режимів роботи блоку.
На виході драйвера (висновки 6 і 7) і на затворі польового транзистора VT1 повинні спостерігатися пачки високочастотних імпульсів з відповідними обраного режиму паузами.
Переконавшись, що все в порядку, можна підключити до блоку трансформатор Т3 і подати мережеве напруга і на первинну обмотку трансформатора Т1.
Помістивши поряд з обмотки II трансформатора Т3 енергозберігаючу лампу і обертаючи движок змінного резистора R1, потрібно домогтися максимально яскравого світіння лампи. Навколо штиря, сполученого з верхнім висновком обмотки, повинні утворитися розряди (стримери), подібні показаним на рис. 7.
Світіння нікуди не підключених, а просто утримуваних в руці газорозрядних ламп - найбільш простий ефект, що виникає при роботі з трансформатором Тесла. Це результат впливу на газ усередині лампи високочастотного електромагнітного поля, навколишнього трансформатор. З розглянутої конструкцією ефект спостерігається на відстані до 20 см від трансформатора і справляє велике враження на глядачів, не знайомих з його сутністю. Розряди можна спостерігати і всередині ламп, заповнених газом під порівняно високим тиском (рис. 8), тому числі звичайних ламп розжарювання (рис. 9). але для цього їх потрібно підключати одним висновком до виходу трансформатора.
Довжина званих стримерами ниткоподібних високочастотних розрядів у повітрі, виникають під час роботи розглянутого трансформатора досягає 20...30 мм. Вважається, що вона чисельно дорівнює вираженої в киловольтах амплітуді развиваемого на вторинній обмотці трансформатора високочастотного напруги. цікаво спостерігати зміну забарвлення стримерів при нанесенні на вістрі штиря, яким закінчується обмотка, різних хімічних речовин, наприклад, куховарської солі.
Розряди при роботі розглянутого пристрою виникають і гаснуть з частотою модуляції подається на трансформатор імпульсної послідовності. В внаслідок чутний характерний звук, основна частота якого дорівнює частоті модуляції. Оскільки в кожній паузі стримери гаснуть, а виникаючі після неї часто йдуть за іншим шляхам, видиме число стримерів збільшується.
Якщо встановити на вістрі високовольтного штиря легку дротяну вертушку з загнутими в горизонтальній площині в різні боки кінцями, на кінцях цих виникнуть розряди. Утворюються в результаті іони, відштовхуючись від кінців вертушки, приведуть її в рух. Звичайно, щоб ця модель іонного двигуна запрацювала, вертушка повинна бути дуже легкою і добре збалансованою.
Позитивне властивість описаного джерела, що забезпечує безпеку роботи з них - відсутність всередині високої постійної напруги. Виникають при роботі трансформатора. Тесла високочастотні практично безпечні для експериментаторів, тому що при розряді, достигшем тіла людини, його струм, оскільки він високочастотний, протікає тільки по шкірі, не досягаючи життєво важливих органів. Це відоме в радіотехніці явище називається скін-ефектом і проявляється при протіканні струму високої частоти з будь-яким провідникам. Звичайно, і такий струм може викликати опіки, але це трапляється лише при розрядах у багато разів більшої потужності. Наявність в описаному пристрої мікроконтролера дає чималий простір для експериментів.
Змінивши його програму, можна, наприклад, не вносячи жодних змін у схему, відтворювати нескладні ритми і мелодії, а замінивши мікроконтролер більше продуктивним, підключити до нього MIDI-клавіатуру або управляти пристроєм з допомогою комп'ютера.
Оскільки трансформатор. Тесла - джерело потужного електромагнітного поля, не рекомендується включати його поблизу від дорогого електронного устаткування або від носіїв інформації.
Автор: Елюсеев Д.