带微控制器控制的特斯拉变压器电源。方案、说明

采用微控制器控制的特斯拉变压器电源。无线电电子电气工程百科全书

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拟议装置及其供电变压器的外观。特斯拉如图所示。 1.

带微控制器控制的特斯拉变压器电源
图。 1

该装置组装在标准计算机机箱内。血压。变压器的初级绕组连接到其输出，由五匝横截面为 2,5...4 mm2 的绝缘安装线组成，缠绕在一根外径为 110 mm 的塑料管道上。次级缠绕框架是一个 0,8 升的塑料开菲尔瓶。将直径为0,2毫米的漆包线一排一圈地缠绕在其上，直至填满（总共约1000圈）。该绕组的下端接地 - 连接到网络“欧洲插座”的第三个触点 (PE)。上端装有铜销，在其周围可以观察到各种高压效应。多层环氧树脂保护次级绕组免受机械损坏和匝间击穿。初级和次级绕组之间必须有足够宽的气隙，以防止绕组之间击穿和电晕放电。

次级绕组的电感与其自身的电容形成振荡电路，由于谐振，电压较仅根据绕组匝数比计算出的值成倍增加；分析表明，决定次级绕组谐振频率的主要因素是其尺寸。

测量这个频率非常简单。这样就足够了，如图所示。 2、将来自可调信号发生器G1的电压施加到制造的变压器的初级绕组。

带微控制器控制的特斯拉变压器电源
图。 2

电阻R1限制电流，其功率必须不小于发电机的功率。示波器安装在变压器附近，WA1 天线连接到其输入端（一根 100...200 毫米长的任意电线）。通过重建发生器，我们消除了示波器屏幕上信号摆幅对频率的依赖性。对于上述变压器，其结果如图 3 所示。 XNUMX.

图。 3

谐振频率对应于曲线的主要最大值，在本例中等于 600 kHz。互联网上提供的特斯拉变压器计算程序给出了类似的结果：632 kHz。如果没有示波器，可以用一个简单的电磁场指示器代替，按照图4所示电路组装。 XNUMX.

带微控制器控制的特斯拉变压器电源
图。 4

WA1 天线由两根导线组成，每根导线长约 1 毫米，焊接到 VD100 二极管的端子上并指向不同的方向。共振由 HL1 LED 的最大亮度决定。变压器供电图。特斯拉如图所示。 5.

米。 5（点击放大）

T3其实就是这个变压器。元件DD1.1、DD1.2用于组装以接近其次级绕组的谐振频率的频率行进的脉冲发生器。这些脉冲经 DA3 微电路（场效应晶体管驱动器）和在按键模式下工作的强大场效应晶体管 VT1 放大后，提供给变压器的绕组 I。可变电阻器 R1 调节脉冲频率，使位于变压器附近的气体放电（例如“节能”）灯发出最亮的光。

微控制器在其输出 P85 处生成脉冲，当 DA3 驱动器的 EN 输入接收到该脉冲时，会启用和禁用驱动器的操作。这些脉冲调制提供给变压器 T3 的绕组 I 的脉冲序列，从而调制其绕组 II 上的高电压。

微控制器有五种操作模式，可通过按 SB1 按钮进行循环切换。每次转换均通过 HL1 LED 的闪烁来确认；其闪烁次数等于启用模式的次数。在第一种模式下，生成持续时间为 1 ms 的脉冲，脉冲之间有 8 ms 的暂停。在第二个中，暂停持续时间增加到 10 毫秒，在第三个中增加到 12 毫秒，在第四个中增加到 14 毫秒，在第五个中增加到 20 毫秒。

改变模式会影响放电产生的声音的性质及其数量和长度。暂停时间越长，在下一串高压脉冲开始之前，放电区域中的空气去离子化的时间就越长。通过更改程序，您可以用更复杂的信号调制脉冲序列。

变压器T1根据二极管VD1、VD2上的倍压电路进行整流，向级联的场效应晶体管VT40提供60...1V的电压；还有另一个电源变压器-T2。由此，通过整流桥VD3和集成稳压器DA1，为DA12驱动器提供3V电压。 DA2 稳定器的输出电压 (5 V) 用于 DD2 微控制器和 DD1 微电路。

该块的印刷电路板的图如图6所示。 XNUMX.

带微控制器控制的特斯拉变压器电源
图。 6

晶体管VT1配备有翅片散热器。电路板表面的很大一部分没有零件和印刷导体。变压器T1和T2在这里得到加强。计算机电源中已有的开关（电路板放置在该开关中）用作 SA1。图中所示的其长度（145 毫米）可以根据所使用的外壳尺寸进行更改。如果有风扇，可以通过从 DA12 稳定器的输出施加 1 V 电压来打开风扇。这将有助于降低晶体管VT1的温度，但这种情况下的稳定器也需要配备散热器。

74NS14芯片可以更换为国产KR1564TL2或其他含有施密特触发器、反相器、AND-NOR、NOR-NOR元件的逻辑芯片。如有必要，您可以使用剩余的空闲元件组装一个脉冲发生器来代替微控制器。然而，通过改变微控制器程序来快速改变操作模式和创建新的视觉和声音效果的能力将会丧失。

应选择 IRFP460 晶体管的替代品，其允许的漏极-源极电压至少为 200 V，最大漏极电流至少为 10 A。变压器 T1 的次级绕组必须具有 20...30 V 的电压（在负载电流为3A。如果变压器的次级绕组电压是其两倍，则可以放弃与其连接的整流器（二极管VD1、VD2、电容器C1、C2）中的电压加倍，而采用传统的桥式整流器可以使用。

制造模块并将已编程的微控制器安装到其中后，其配置必须与表中所示的配置相对应（这正是制造商的安装方式），建议不要将变压器连接到模块。 T3，仅向变压器 T220 的绕组 I 施加 50 V、2 Hz 的电压。 HL1 LED 应闪烁两次，确认微控制器正在运行。

现在您需要检查集成稳定器 DA1、DA2 输出端的电压以及驱动器 DA3 输入端和输出端是否存在脉冲。在连接到 IN 输入（引脚 2）的示波器屏幕上，应观察到幅度约为 5 V 的矩形脉冲，其重复频率由可变电阻器 R1 调节，范围至少为 300 Ω。 .900 kHz。如果不是这种情况，则需要检查元素 DD1.1、DD1.2 上的生成器。

从微控制器到达驱动器 EN 输入（引脚 3）的脉冲参数必须与设备操作模式描述中指定的参数相对应。

在驱动器输出（引脚 6 和 7）和场效应晶体管 VT1 的栅极处，应观察到具有与所选模式相对应的暂停的高频脉冲突发。

确保一切正常后，您可以将变压器 T3 连接到该块，并将电源电压施加到变压器 T1 的初级绕组。

通过在变压器T3的绕组II旁边放置一盏节能灯并旋转可变电阻R1的滑块，您需要使灯发出最亮的光。在连接到绕组上部端子的引脚周围，应形成类似于图 7 所示的放电（流光）。 XNUMX.

带微控制器控制的特斯拉变压器电源

气体放电灯没有连接到任何地方，而是简单地握在手中，其发出的光是使用特斯拉变压器时出现的最简单的效果。这是灯内气体暴露于变压器周围高频电磁场的结果。对于该设计，在距变压器 20 厘米的距离处即可观察到效果，给不熟悉其本质的观众留下了深刻的印象。在相对高压下充满气体的灯内也可以观察到放电（图 8），包括传统的白炽灯（图 9）。但为此，它们需要通过一个端子连接到变压器的输出。

带微控制器控制的特斯拉变压器电源

在相关变压器运行期间，空气中出现的线状高频放电（称为流光）的长度达到 20...30 毫米。据信，它在数值上等于变压器次级绕组上产生的高频电压的以千伏表示的幅度。当将各种化学物质（例如食盐）施加到结束缠绕的销钉的尖端时，观察飘带颜色的变化很有趣。

在所讨论的设备的操作期间，放电以提供给变压器的脉冲序列的调制频率出现和消失。结果，听到特征声音，其基频等于调制频率。由于主播在每次暂停时都会消失，而在暂停后出现的主播通常会遵循不同的路径，因此主播的表观数量会增加。

如果在高压针尖上安装两端在水平面内向不同方向弯曲的轻线风车，则这些端部会发生放电。由此产生的离子从风车末端排斥，使其运动。当然，要使这种离子发动机模型工作，旋转器必须非常轻且平衡良好。

所述电源的一个积极特性是内部没有高直流电压，这确保了使用它的安全。变压器运行过程中产生的。高频特斯拉对于实验人员来说实际上是安全的，因为当放电到达人体时，由于是高频，其电流仅流过皮肤，而不会到达重要器官。这种现象在无线电工程中被称为集肤效应，当高频电流流过任何导体时就会显现出来。当然，即使这样的电流也可能导致烧伤，但只有在放电功率高出许多倍时才会发生这种情况。所述设备中微控制器的存在为实验提供了相当大的范围。

例如，通过更改其程序，您可以在不对电路进行任何更改的情况下演奏简单的节奏和旋律，并且通过用更强大的微控制器替换微控制器，将 MIDI 键盘连接到它或使用计算机控制设备。

因为变压器。特斯拉是强大电磁场的来源；不建议在昂贵的电子设备或重要信息媒体附近打开它。

作者：Elyuseev D.

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