Bobines Tesla à semi-conducteurs et comment elles fonctionnent : 9 étapes

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:06

L'électricité haute tension peut être DANGEREUSE, utilisez les précautions de sécurité appropriées à tout moment lorsque vous travaillez avec des bobines Tesla ou tout autre appareil haute tension, alors jouez prudemment ou ne jouez pas.

Les bobines de Tesla sont un transformateur qui fonctionne sur le principe de l'oscillateur à résonance automatique, inventé par Nicola Tesla, un scientifique américain de Serbie. Il est principalement utilisé pour produire du courant alternatif à très haute tension, mais à faible courant et à haute fréquence. La bobine de Tesla est composée de deux groupes de circuits résonants couplés, parfois de trois groupes couplés. Nicola Tesla a essayé un grand nombre de configurations de différentes bobines. Tesla a utilisé ces bobines pour effectuer des expériences, telles que l'éclairage électrique, les rayons X, l'électrothérapie et la transmission d'énergie radio, la transmission et la réception de signaux radio.

Il n'y a vraiment pas eu beaucoup de progrès dans les bobines Tesla depuis leur invention. À part les composants à semi-conducteurs, les bobines de Tesla n'ont pas beaucoup changé depuis plus de 100 ans. Principalement relégué à l'éducation et aux jouets de la science, à peu près tout le monde peut acheter un kit en ligne et construire une bobine Tesla.

Ce Instructable concerne la construction de votre propre bobine Tesla à semi-conducteurs, leur fonctionnement et des trucs et astuces pour résoudre les problèmes en cours de route.

Fournitures

Alimentation 12 volts l'alimentation SMP que j'ai utilisée était de 12 volts 4 ampères.

Torus Glue pour monter la bobine secondaire.

Graisse silicone thermique pour le montage du transistor sur le dissipateur thermique.

Souder

Les outils pour assembler le kit, fer à souder et pinces coupantes.

Multimètre

Oscilloscope

Étape 1: électro-aimant

Pour comprendre les bobines et les transformateurs Tesla, vous devez comprendre les électro-aimants. Lorsqu'un courant (flèche rouge) est appliqué à un conducteur, il crée un champ magnétique autour du conducteur. (Flèches bleues) Pour prédire la direction du flux des champs magnétiques, utilisez la règle de la main droite. Placez votre main sur le conducteur avec votre pouce pointant dans la direction du courant et vos doigts pointent dans la direction du flux des champs magnétiques.

Lorsque vous enroulez le conducteur autour d'un métal ferreux comme l'acier ou le fer, les champs magnétiques du conducteur enroulé se confondent et s'alignent, c'est ce qu'on appelle un électro-aimant. Le champ magnétique se déplace du centre de la bobine passe une extrémité de l'électro-aimant autour de l'extérieur de la bobine et dans l'extrémité opposée vers le centre de la bobine.

Les aimants ont un pôle nord et un pôle sud, pour prédire quelle extrémité est le pôle nord ou sud dans une bobine, encore une fois, vous utilisez la règle de la main droite. Seulement cette fois avec votre main droite sur la bobine, pointez vos doigts dans le sens du courant dans le conducteur enroulé. (Flèches rouges) Avec votre pouce droit pointant le détroit le long de la bobine, il doit pointer vers l'extrémité nord de l'aimant.

Étape 2: Comment fonctionnent les transformateurs

La façon dont un courant fluctuant dans une bobine primaire crée un courant dans une bobine secondaire sans fil est appelée loi de Lenz.

Wikipédia

Toutes les bobines d'un transformateur doivent être enroulées dans le même sens.

Une bobine résistera à un changement dans un magnétique; Ainsi, lorsqu'un courant alternatif ou un courant pulsé est appliqué à la bobine primaire, il crée un champ magnétique fluctuant dans la bobine primaire.

Lorsque le champ magnétique fluctuant atteint la bobine secondaire, il crée un champ magnétique opposé et un courant opposé dans la bobine secondaire.

Vous pouvez utiliser la règle de la main droite sur la bobine primaire et le secondaire pour prédire la sortie du secondaire.

En fonction du nombre de spires de la bobine primaire et du nombre de spires de la bobine secondaire, la tension passe à une tension supérieure ou inférieure.

Si vous trouvez que le positif et le négatif sont difficiles à suivre sur la bobine secondaire; Pensez à la bobine secondaire comme à une source d'alimentation ou à une batterie d'où sort de l'énergie, et à la primaire comme à une charge où l'énergie est consommée.

Les bobines Tesla sont des transformateurs à noyau d'air, les champs magnétiques et le courant fonctionnent de la même manière que les transformateurs à noyau de fer ou de ferrite.

Étape 3: Enroulement

Bien qu'il ne soit pas dessiné dans le schéma; la bobine secondaire la plus haute d'une bobine Tesla se trouve à l'intérieur de la bobine primaire la plus courte, cette configuration s'appelle un oscillateur à résonance automatique.

Obtenez votre bon enroulement; les enroulements primaire et secondaire doivent être enroulés dans le même sens. Peu importe si vous enroulez les bobines avec une torsion à droite ou une torsion à gauche tant que les deux bobines sont enroulées dans le même sens.

Lors de l'enroulement du secondaire, assurez-vous que vos enroulements ne se chevauchent pas ou que le chevauchement peut provoquer un court-circuit dans le secondaire.

L'enroulement croisé des bobines peut entraîner une mauvaise polarité du retour du secondaire lié à la base du transistor ou à la grille du mosfet, ce qui peut empêcher le circuit d'osciller.

Les conducteurs positifs et négatifs des bobines primaires sont affectés par la torsion de l'enroulement. Utilisez la règle de la main droite sur la bobine primaire. Assurez-vous que le pôle nord de la bobine primaire pointe vers le haut de la bobine secondaire.

Le câblage croisé de la bobine primaire peut entraîner une mauvaise polarité du retour du secondaire lié à la base du transistor ou à la grille du mosfet, ce qui peut empêcher le circuit d'osciller.

Tant que les bobines sont enroulées dans le même sens; le fait de ne pas osciller pour croiser le câblage de la bobine primaire est une solution facile la plupart du temps, il suffit d'inverser les fils de la bobine primaire.

Étape 4: Comment fonctionne une bobine Tesla à semi-conducteurs

La bobine Tesla à semi-conducteurs de base peut avoir aussi peu que cinq parties.

Une source d'alimentation; dans ce schéma une batterie.

Une résistance; selon le transistor un 1/4 watt 10 kΩ et plus.

Transistor NPN avec dissipateur thermique, le transistor de ces circuits a tendance à chauffer.

Une bobine primaire de 2 tours ou plus enroulée dans le même sens que la bobine secondaire.

Une bobine secondaire jusqu'à 1 000 tours ou plus 41 AWG enroulée dans le même sens que le primaire.

Étape 1. Lorsque l'alimentation est appliquée pour la première fois à une bobine Tesla à semi-conducteurs de base, le transistor dans le circuit est ouvert ou éteint. L'alimentation passe par la résistance jusqu'à la base du transistor, fermant le transistor en l'allumant, permettant au courant de traverser la bobine primaire. Le changement de courant n'est pas instantané, il faut peu de temps pour que le courant passe du courant nul au courant max, c'est ce qu'on appelle le temps de montée.

Étape 2. En même temps, le champ magnétique dans la bobine passe de zéro à une certaine intensité de champ. Alors que le champ magnétique augmente dans la bobine primaire, la bobine secondaire résiste au changement en créant un champ magnétique opposé et un courant opposé dans la bobine secondaire.

Étape 3. La bobine secondaire est liée à la base du transistor afin que le courant dans la bobine secondaire (Feedback) éloigne le courant de la base du transistor. Cela ouvrira le transistor en coupant le courant vers la bobine primaire. Comme le temps de montée, le changement de courant n'est pas instantané. Il faut peu de temps pour que le courant et le champ magnétique passent de max à zéro, c'est ce qu'on appelle le temps de chute.

Puis revenez à l'étape 1.

Ce type de circuit est appelé circuit oscillant autorégulant ou oscillateur résonant. Ce type d'oscillateur est limité en fréquence par les temps de retard du circuit et du transistor ou du mosfet. (Temps de montée, temps de chute et temps de plateau)

Étape 5: Efficacité

Ce circuit n'est pas très efficace, produisant une onde carrée, la bobine primaire ne produit un courant dans la bobine secondaire que pendant la transition des champs magnétiques de l'intensité du champ zéro à l'intensité du champ complet et retour à l'intensité du champ zéro, appelé temps de montée et le temps de chute. Entre le temps de montée et le temps de descente il y a un plateau avec le transistor fermé ou passant et le transistor ouvert ou bloqué. Lorsque le transistor est éteint, le plateau n'utilise pas de courant, mais lorsque le transistor est allumé, le plateau utilise et gaspille du courant pour chauffer le transistor.

Vous pouvez utiliser le transistor de commutation le plus rapide que vous puissiez obtenir. Avec des fréquences plus élevées, le champ magnétique peut passer plus qu'il ne plafonne, ce qui rend la bobine de Tesla plus efficace. Cependant, cela n'empêchera pas le transistor de chauffer.

En ajoutant une LED de 3 volts à la base des transistors, cela prolonge les temps de montée et de descente, ce qui fait que les transistors agissent plus comme une onde triangulaire qu'une onde carrée.

Il y a deux autres choses que vous pouvez faire pour empêcher le transistor de surchauffer. Vous pouvez utiliser un dissipateur de chaleur pour dissiper l'excès de chaleur. Vous pouvez utiliser un transistor de haute puissance afin que le transistor ne soit pas surchargé.

Étape 6: Mini bobine Tesla

J'ai obtenu cette bobine Mini Tesla de 12 volts chez un détaillant en ligne.

Le kit inclus:

1 x panneau de PVC

1 x condensateur monolithique 1nF

1 résistance de 10 kΩ

1 résistance de 1 kΩ

1 prise de courant 12V

1 x dissipateur de chaleur

1 x transistor BD243C

1 x bobine secondaire 333 tours

1 x vis de fixation

2 LED

1 x lampe néon

Le Kit ne comprend pas:

Alimentation 12 volts l'alimentation SMP que j'ai utilisée était de 12 volts 4 ampères.

Torus

Colle pour monter la bobine secondaire.

Graisse silicone thermique pour le montage du transistor sur le dissipateur thermique.

Souder

Étape 7: Tester

Après avoir assemblé la bobine Mini Tesla, je l'ai testée sur une lampe néon, une LFC (lampe fluorescente compacte) et un tube fluorescent. L'arche était petite et tant que je la mettais à moins de 1/4 de pouce, elle éclaire tout ce sur quoi je l'ai essayée.

Le transistor devient très chaud, alors ne touchez pas le dissipateur thermique. Une bobine Tesla de 12 volts ne devrait pas rendre un transistor de 65 watts très chaud à moins que vous n'approchiez les paramètres maximum des transistors.

Étape 8: Utilisation de l'énergie

Le transistor BD243C est un transistor NPN, 65 watts 100 volts 6 ampères 3MHz, à 12 volts il ne devrait pas consommer plus de 5,4 ampères pour ne pas dépasser 65 watts.

Lorsque j'ai vérifié le courant au démarrage, il était de 1 ampère, après avoir fonctionné pendant une minute, le courant est tombé à 0,75 ampère. À 12 volts, la puissance de fonctionnement est de 9 à 12 watts, bien en deçà des 65 watts pour lesquels le transistor est conçu.

Lorsque j'ai vérifié les temps de montée et de descente des transistors, j'obtiens une onde triangulaire qui est presque toujours en mouvement, ce qui en fait un circuit très efficace.

Étape 9: chargement par le haut

Les charges supérieures permettent à la charge de s'accumuler au lieu de simplement se répandre dans l'air, ce qui vous donne une plus grande puissance de sortie.

Sans charge supérieure, les charges se rassemblent sur les extrémités pointues du fil et saignent dans l'air.

Les meilleures charges supérieures sont rondes comme un tore ou une sphère, de sorte qu'il n'y a pas de points qui saignent de la charge dans l'air.

J'ai fait ma charge supérieure à partir d'une balle que j'ai récupérée d'une souris et l'ai recouverte de papier d'aluminium, elle n'était pas parfaitement lisse mais cela a bien fonctionné. Maintenant, je peux allumer une LFC jusqu'à un pouce de distance.