โซลิดสเตตเทสลาคอยส์และวิธีการทำงาน: 9 ขั้นตอน

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:04

ไฟฟ้าแรงสูงอาจเป็นอันตรายได้ โปรดใช้มาตรการป้องกันความปลอดภัยที่เหมาะสมตลอดเวลาเมื่อทำงานกับขดลวดเทสลาหรืออุปกรณ์ไฟฟ้าแรงสูงอื่นๆ ดังนั้นควรเล่นอย่างปลอดภัยหรือไม่เล่น

ขดลวดเทสลาเป็นหม้อแปลงไฟฟ้าที่ทำงานบนหลักการออสซิลเลเตอร์ที่สะท้อนตัวเอง ซึ่งคิดค้นโดยนิโคลา เทสลา นักวิทยาศาสตร์ชาวเซอร์เบียชาวอเมริกัน ส่วนใหญ่ใช้ในการผลิตไฟฟ้าแรงสูงพิเศษ แต่กระแสไฟต่ำ ความถี่สูง AC ขดลวดเทสลาประกอบด้วยวงจรเรโซแนนซ์สองกลุ่มที่เชื่อมต่อกัน บางครั้งสามกลุ่มประกอบเข้าด้วยกัน Nicola Tesla ได้ลองกำหนดค่าขดลวดต่างๆ เป็นจำนวนมาก เทสลาใช้ขดลวดเหล่านี้เพื่อทำการทดลอง เช่น ไฟส่องสว่าง เอ็กซ์เรย์ ไฟฟ้าบำบัด การส่งพลังงานวิทยุ การส่งและรับสัญญาณวิทยุ

ไม่มีความก้าวหน้ามากนักในขดลวดเทสลานับตั้งแต่มีการประดิษฐ์ขึ้น นอกเหนือจากส่วนประกอบที่เป็นของแข็งแล้ว ขดลวดเทสลาไม่ได้เปลี่ยนแปลงอะไรมากในกว่า 100 ปี ส่วนใหญ่ถูกผลักไสให้เข้าสู่การศึกษาและของเล่นของวิทยาศาสตร์ แทบทุกคนสามารถซื้อชุดอุปกรณ์ออนไลน์และสร้างขดลวดเทสลาได้

คำแนะนำนี้กำลังสร้างขดลวดเทสลาโซลิดสเตตของคุณเอง วิธีการทำงาน และเคล็ดลับและกลเม็ดในการแก้ไขปัญหาใดๆ ระหว่างทาง

เสบียง

แหล่งจ่ายไฟ 12 โวลต์ที่แหล่งจ่ายไฟ SMP ที่ฉันใช้คือ 12 โวลต์ 4 แอมป์

Torus กาวสำหรับติดขดลวดทุติยภูมิ

จาระบีซิลิโคนระบายความร้อนสำหรับติดตั้งทรานซิสเตอร์เข้ากับฮีตซิงก์

ประสาน

เครื่องมือในการประกอบชุดคิท

หัวแร้งและเครื่องตัดด้านข้าง

มัลติมิเตอร์

ออสซิลโลสโคป

ขั้นตอนที่ 1: แม่เหล็กไฟฟ้า

เพื่อให้เข้าใจถึงขดลวดและหม้อแปลงไฟฟ้าของเทสลา คุณต้องเข้าใจแม่เหล็กไฟฟ้า เมื่อกระแสไฟฟ้า (ลูกศรสีแดง) ถูกนำไปใช้กับตัวนำ จะสร้างสนามแม่เหล็กรอบตัวนำ (ลูกศรสีน้ำเงิน) ในการทำนายทิศทางการไหลของสนามแม่เหล็กให้ใช้กฎมือขวา วางมือบนตัวนำโดยให้นิ้วหัวแม่มือชี้ไปในทิศทางของกระแส แล้วนิ้วของคุณจะชี้ไปในทิศทางของการไหลของสนามแม่เหล็ก

เมื่อคุณพันตัวนำรอบโลหะที่เป็นเหล็ก เช่น เหล็กหรือเหล็ก สนามแม่เหล็กของตัวนำที่ขดจะรวมกันและเรียงตัวกัน สิ่งนี้เรียกว่าแม่เหล็กไฟฟ้า สนามแม่เหล็กเคลื่อนที่จากจุดศูนย์กลางของขดลวดส่งผ่านปลายด้านหนึ่งของแม่เหล็กไฟฟ้าไปรอบ ๆ ด้านนอกของขดลวดและอีกด้านหนึ่งกลับไปที่ศูนย์กลางของขดลวด

แม่เหล็กมีขั้วเหนือและขั้วใต้ เพื่อทำนายว่าปลายด้านใดเป็นขั้วเหนือหรือขั้วใต้ในขดลวด คุณใช้กฎมือขวาอีกครั้ง เฉพาะครั้งนี้ด้วยมือขวาของคุณบนขดลวด ชี้นิ้วของคุณไปในทิศทางของกระแสในตัวนำที่ขด (ลูกศรสีแดง) ด้วยนิ้วหัวแม่มือขวาของคุณชี้ช่องแคบไปตามขดลวด มันควรชี้ไปที่ปลายด้านเหนือของแม่เหล็ก

ขั้นตอนที่ 2: วิธีการทำงานของ Transformers

กระแสที่ผันผวนในขดลวดปฐมภูมิสร้างกระแสในขดลวดทุติยภูมิแบบไร้สายได้อย่างไรเรียกว่ากฎของเลนซ์

Wikipedia

ขดลวดทั้งหมดในหม้อแปลงไฟฟ้าควรพันในทิศทางเดียวกัน

ขดลวดจะต้านทานการเปลี่ยนแปลงของแม่เหล็ก ดังนั้นเมื่อใช้กระแสสลับหรือกระแสพัลส์กับขดลวดปฐมภูมิ จะทำให้เกิดสนามแม่เหล็กผันผวนในขดลวดปฐมภูมิ

เมื่อสนามแม่เหล็กผันผวนไปถึงขดลวดทุติยภูมิจะสร้างสนามแม่เหล็กตรงข้ามและกระแสตรงข้ามในขดลวดทุติยภูมิ

คุณสามารถใช้กฎมือขวาบนขดลวดปฐมภูมิและขดลวดทุติยภูมิเพื่อทำนายเอาต์พุตของขดลวดทุติยภูมิ

ขึ้นอยู่กับจำนวนรอบของขดลวดปฐมภูมิ และจำนวนรอบของขดลวดทุติยภูมิ แรงดันไฟฟ้าจะเปลี่ยนเป็นแรงดันไฟฟ้าที่สูงขึ้นหรือต่ำลง

หากคุณพบว่าขดลวดทุติยภูมิเป็นบวกและลบยาก คิดว่าขดลวดทุติยภูมิเป็นแหล่งพลังงานหรือแบตเตอรี่ที่มีพลังงานออกมา และคิดว่าขดลวดหลักเป็นโหลดที่ใช้พลังงาน

ขดลวดเทสลาเป็นหม้อแปลงแกนอากาศ สนามแม่เหล็กและกระแสไฟทำงานในลักษณะเดียวกับหม้อแปลงแกนเหล็กหรือเฟอร์ไรท์

ขั้นตอนที่ 3: Winding's

แม้ว่าจะไม่ได้วาดในแผนผัง ขดลวดทุติยภูมิที่สูงกว่าของขดลวดเทสลาอยู่ภายในขดลวดปฐมภูมิที่สั้นกว่า การตั้งค่านี้เรียกว่าออสซิลเลเตอร์สะท้อนตัวเอง

รับสิทธิ์ในการไขลานของคุณ ทั้งขดลวดปฐมภูมิและขดลวดทุติยภูมิควรกรอไปในทิศทางเดียวกัน ไม่สำคัญว่าคุณจะหมุนคอยล์ด้วยการบิดมือขวาหรือบิดมือซ้าย ตราบใดที่ขดลวดทั้งสองขดไปในทิศทางเดียวกัน

เมื่อม้วนขดลวดทุติยภูมิ ตรวจสอบให้แน่ใจว่าการม้วนของคุณไม่ทับซ้อนกัน หรือการทับซ้อนกันอาจทำให้ขดลวดทุติยภูมิสั้นได้

การพันขดลวดไขว้กันอาจทำให้การป้อนกลับจากตัวรองที่ผูกกับฐานของทรานซิสเตอร์หรือมอสเฟตเกตเป็นขั้วที่ไม่ถูกต้อง ซึ่งจะทำให้วงจรไม่สั่น

ขดลวดปฐมภูมิขั้วบวกและขั้วลบได้รับผลกระทบจากการบิดของขดลวด ใช้กฎมือขวาบนขดลวดปฐมภูมิ ตรวจสอบให้แน่ใจว่าขั้วเหนือของขดลวดปฐมภูมิชี้ไปที่ด้านบนของขดลวดทุติยภูมิ

การเดินสายไฟข้ามขดลวดปฐมภูมิอาจทำให้การป้อนกลับจากตัวรองที่ผูกกับฐานของทรานซิสเตอร์หรือเกตของมอสเฟตเป็นขั้วที่ไม่ถูกต้อง ซึ่งจะทำให้วงจรไม่สั่น

ตราบใดที่ขดลวดพันในทิศทางเดียวกัน ความล้มเหลวในการสั่นทำการเดินสายไฟข้ามขดลวดปฐมภูมินั้นแก้ไขได้ง่ายเกือบตลอดเวลา เพียงแค่ย้อนกลับลีดของขดลวดปฐมภูมิ

ขั้นตอนที่ 4: วิธีการทำงานของโซลิดสเตตเทสลาคอยล์

เทสลาคอยล์สถานะของแข็งพื้นฐานสามารถมีได้เพียงห้าส่วน

แหล่งพลังงาน; ในแผนผังนี้แบตเตอรี่

ตัวต้านทาน; ขึ้นอยู่กับทรานซิสเตอร์ 1/4 วัตต์ 10 kΩ ขึ้นไป

ทรานซิสเตอร์ NPN พร้อมฮีตซิงก์ ทรานซิสเตอร์บนวงจรเหล่านี้มักจะร้อนขึ้น

ขดลวดปฐมภูมิตั้งแต่ 2 รอบขึ้นไปพันในทิศทางเดียวกับขดลวดทุติยภูมิ

ขดลวดทุติยภูมิสูงถึง 1,000 รอบหรือมากกว่า 41 AWG พันในทิศทางเดียวกับขดลวดปฐมภูมิ

ขั้นตอนที่ 1 เมื่อจ่ายไฟให้กับขดลวดเทสลาโซลิดสเตตพื้นฐาน ทรานซิสเตอร์ในวงจรจะเปิดหรือปิด กำลังส่งผ่านตัวต้านทานไปยังฐานทรานซิสเตอร์ซึ่งปิดทรานซิสเตอร์ที่เปิดไว้เพื่อให้กระแสไหลผ่านขดลวดปฐมภูมิ การเปลี่ยนแปลงในปัจจุบันไม่ได้เกิดขึ้นทันที มันใช้เวลาสั้น ๆ สำหรับกระแสเพื่อเปลี่ยนจากกระแสเป็นศูนย์เป็นกระแสสูงสุด ซึ่งเรียกว่าเวลาที่เพิ่มขึ้น

ขั้นตอนที่ 2 ในขณะเดียวกันสนามแม่เหล็กในขดลวดจะเปลี่ยนจากศูนย์เป็นความแรงของสนาม ในขณะที่สนามแม่เหล็กเพิ่มขึ้นในขดลวดปฐมภูมิ ขดลวดทุติยภูมิต้านทานการเปลี่ยนแปลงซื้อสร้างสนามแม่เหล็กที่เป็นปฏิปักษ์และกระแสตรงข้ามในขดลวดทุติยภูมิ

ขั้นตอนที่ 3 ขดลวดทุติยภูมิผูกติดกับฐานของทรานซิสเตอร์ ดังนั้นกระแสในขดลวดทุติยภูมิ (Feedback) จะดึงกระแสออกจากฐานทรานซิสเตอร์ นี่จะเป็นการเปิดทรานซิสเตอร์เพื่อปิดกระแสไปยังขดลวดปฐมภูมิ เช่นเดียวกับเวลาที่เพิ่มขึ้น การเปลี่ยนแปลงในปัจจุบันไม่ได้เกิดขึ้นทันที กระแสและสนามแม่เหล็กใช้เวลาสั้นในการเปลี่ยนจากค่าสูงสุดเป็นศูนย์ ซึ่งเรียกว่าเวลาตก

จากนั้นกลับไปที่ขั้นตอนที่ 1

วงจรประเภทนี้เรียกว่าวงจรออสซิลเลเตอร์ควบคุมตัวเองหรือออสซิลเลเตอร์เรโซแนนซ์ ออสซิลเลเตอร์ประเภทนี้ถูกจำกัดความถี่ด้วยเวลาหน่วงของวงจรและทรานซิสเตอร์หรือมอสเฟต (เวลาเพิ่มขึ้น เวลาฤดูใบไม้ร่วงและที่ราบสูง)

ขั้นตอนที่ 5: ประสิทธิภาพ

วงจรนี้ไม่มีประสิทธิภาพมากนัก ทำให้เกิดคลื่นสี่เหลี่ยม ขดลวดปฐมภูมิจะผลิตกระแสไฟฟ้าในขดลวดทุติยภูมิเท่านั้นในระหว่างที่สนามแม่เหล็กเปลี่ยนจากความแรงของสนามเป็นศูนย์ไปเป็นความแรงของสนามเต็ม และกลับสู่ความแรงของสนามเป็นศูนย์ เรียกว่าเวลาที่เพิ่มขึ้นและ เวลาตก ระหว่างเวลาขึ้นและเวลาลงจะมีที่ราบซึ่งทรานซิสเตอร์ปิดหรือเปิดและทรานซิสเตอร์เปิดหรือปิด เมื่อทรานซิสเตอร์หลุดออกจากที่ราบสูงจะไม่ใช้กระแสไฟ แต่เมื่อทรานซิสเตอร์อยู่บนที่ราบสูงกำลังใช้งานและทำให้ทรานซิสเตอร์สูญเสียความร้อนในปัจจุบัน

คุณสามารถใช้ทรานซิสเตอร์สวิตชิ่งที่เร็วที่สุดที่คุณสามารถหาได้ ด้วยความถี่ที่สูงกว่า สนามแม่เหล็กสามารถเปลี่ยนแปลงได้มากกว่าที่เป็นที่ราบสูง ทำให้ขดลวดเทสลามีประสิทธิภาพมากขึ้น อย่างไรก็ตามสิ่งนี้จะไม่หยุดทรานซิสเตอร์ไม่ให้ร้อนขึ้น

การเพิ่ม LED 3 โวลต์เข้ากับฐานทรานซิสเตอร์จะขยายเวลาขึ้นและลงทำให้ทรานซิสเตอร์มีการกระทำเป็นคลื่นสามเหลี่ยมมากกว่าคลื่นสี่เหลี่ยม

มีอีกสองสิ่งที่คุณสามารถทำได้เพื่อป้องกันไม่ให้ทรานซิสเตอร์ร้อนเกินไป คุณสามารถใช้แผ่นระบายความร้อนเพื่อกระจายความร้อนส่วนเกิน คุณสามารถใช้ทรานซิสเตอร์กำลังวัตต์สูงเพื่อไม่ให้ทรานซิสเตอร์ทำงานหนักเกินไป

ขั้นตอนที่ 6: มินิเทสลาคอยล์

ฉันได้รับ Mini Tesla Coil ขนาด 12 โวลต์จากร้านค้าปลีกออนไลน์

ชุดรวม:

1 x แผ่นพีวีซี

1 x ตัวเก็บประจุแบบเสาหิน 1nF

ตัวต้านทาน 1 x 10 kΩ

ตัวต้านทาน 1 x 1 kΩ

ปลั๊กไฟ 1 x 12V

1 x ฮีทซิงค์

1 x ทรานซิสเตอร์ BD243C

1 x ขดลวดรอง 333 รอบ

1 x สกรูยึด

2 x Led

1 x โคมไฟนีออน

ชุดไม่รวม:

แหล่งจ่ายไฟ 12 โวลต์ที่แหล่งจ่ายไฟ SMP ที่ฉันใช้คือ 12 โวลต์ 4 แอมป์

ทอรัส

กาวติดขดลวดทุติยภูมิ

จาระบีซิลิโคนระบายความร้อนสำหรับติดตั้งทรานซิสเตอร์เข้ากับฮีตซิงก์

ประสาน

ขั้นตอนที่ 7: การทดสอบ

หลังจากประกอบ Mini Tesla Coil ฉันทดสอบกับหลอดนีออน CFL (หลอดฟลูออเรสเซนต์ขนาดกะทัดรัด) และหลอดฟลูออเรสเซนต์ นาวามีขนาดเล็กและตราบใดที่ฉันวางไว้ภายใน 1/4 นิ้ว ทุกสิ่งที่ฉันลองจะสว่างขึ้น

ทรานซิสเตอร์ร้อนมาก ดังนั้นอย่าสัมผัสแผงระบายความร้อน ขดลวดเทสลา 12 โวลต์ไม่ควรทำให้ทรานซิสเตอร์ 65 วัตต์ร้อนมาก เว้นแต่คุณจะเข้าใกล้พารามิเตอร์สูงสุดของทรานซิสเตอร์

ขั้นตอนที่ 8: การใช้พลังงาน

ทรานซิสเตอร์ BD243C เป็นทรานซิสเตอร์ NPN ขนาด 65 วัตต์ 100 โวลต์ 6 แอมป์ 3MHz ที่ 12 โวลต์ ไม่ควรดึงเกิน 5.4 แอมป์ แต่ไม่เกิน 65 วัตต์

เมื่อฉันตรวจสอบกระแสไฟเมื่อเริ่มต้นมันเป็น 1 แอมป์ หลังจากทำงานเป็นเวลาหนึ่งนาทีกระแสจะลดลงเหลือ 0.75 แอมป์ ที่ 12 โวลต์ที่ทำให้กำลังวิ่ง 9 ถึง 12 วัตต์ ซึ่งต่ำกว่า 65 วัตต์มากที่ทรานซิสเตอร์ได้รับการจัดอันดับ

เมื่อฉันตรวจสอบทรานซิสเตอร์ขึ้น ๆ ลง ๆ ฉันได้รับคลื่นสามเหลี่ยมที่เคลื่อนที่เกือบตลอดเวลาทำให้เป็นวงจรที่มีประสิทธิภาพมาก

ขั้นตอนที่ 9: โหลดสูงสุด

โหลดสูงสุดช่วยให้ประจุเพิ่มขึ้นแทนที่จะปล่อยให้ไหลไปในอากาศทำให้คุณมีกำลังงานมากขึ้น

หากไม่มีโหลดสูงสุด ประจุจะรวมตัวกันที่ปลายที่แหลมของลวดและไหลออกสู่อากาศ

โหลดสูงสุดที่ดีที่สุดจะเป็นทรงกลมเหมือนทอรัสหรือทรงกลมเพื่อไม่ให้มีเลือดไหลออกจากประจุไปในอากาศ

ฉันรับน้ำหนักสูงสุดจากลูกบอลที่ฉันเก็บกู้มาจากเมาส์และปิดมันด้วยฟอยล์อลูมิเนียม มันไม่เรียบอย่างสมบูรณ์แบบแต่ก็ใช้งานได้ดี ตอนนี้ฉันสามารถจุดไฟ CFL ได้ไกลถึงหนึ่งนิ้ว