Miniaturowa SSTC - budowa, opis działania

Witam.
Chciałbym przedstawić wam moją konstrukcję miniaturowej SSTC. SSTC (Solid State Tesla Coil) jest to półprzewodnikowa cewka tesli, w której iskrownik (spark gap) został zastąpiony układem półprzewodnikowym. W tym konkretnym przypadku prezentuję bardzo prostą mini-SSTC, której wykonanie nie powinno przysporzyć wielu kłopotów, nawet początkującym. Jest to mało znany układ (nie spotkałem go jeszcze na Elektrodzie), a daje dobre efekty i nie wymaga dokładnego strojenia.

Założenia:
- układ powinien być złożony z łatwo dostępnych i tanich części
- układ powinien być prosty w działaniu
- układ powinien być łatwy do uruchomienia bez użycia oscyloskopu
- układ powinien być lekki i mobilny, duże cewki nie wchodzą w grę
- uzwojenie wtórne i pierwotne powinno dać się złożyć z tego, co miałem już na stanie

Zasady bezpieczeństwa:
W przypadku takiej małej cewki porażenie mimo wszystko może być bardzo nieprzyjemne, dlatego odradzam dotykanie bezpośrednio wyładowań oraz uzwojenia wtórnego w trakcie pracy układu. Co prawda, niektórzy i tak się bawią Teslami, ale ja nie biorę odpowiedzialności za wszelkie szkody czy tam nieprzyjemności związane z waszymi eksperymentami.

Schemat, na którym wzorowałem swoją konstrukcję:

Źródło schematu: http://www.stevehv.4hv.org/SSTC6.htm
Diody oznaczone na schemacie 1N60 można bez problemu zastąpić najpopularniejszymi 1N4148 i tak też postąpiłem. W przypadku mojej konstrukcji również podzieliłem linię zasilania na dwie osobne, co pozwala podać na uzwojenie pierwotne cewki napięcia rzędu 100V (to dlatego, że stabilizator 7812 może przyjąć maksymalnie jakieś 30V).
Układ zasilałem napięciami rzędu 23V-110V. Przy 23V cewka zapala świetlówki, ale wyładowanie koronowe trzeba zainicjować np. dotykając końcówki uzwojenia śrubokrętem, natomiast przy wyższych napięciach efekty są znacznie lepsze.

Zasada działania:
Działanie układu opiera się na sprzężeniu zwrotnym. Sygnał z uzwojenia wtórnego wyłapywany jest przez antenkę i podawany na wejście sterownika MOSFET TC4420. Generator 300kHz na NE555 potrzebny tutaj jest tylko do rozpoczęcia rezonansu - generowany przez niego sygnał jedynie wzbudza oscylacje, po czym zostaje zagłuszany przez sygnał odebrany przez antenkę. Rezystory 10k i kondensator 22pF na wyjściu NE555 osłabiają przebieg prostokątny tak, by sygnał z antenki mógł go zagłuszyć. Diody D1 i D2 chronią wejście TC4420 przed zbyt dużymi wahaniami napięcia.
Układ mógłby działać bez całego modułu z NE555, ale wtedy oscylacje należałoby rozpocząć ręcznie, poprzez dodany przycisk. Ponadto w takim przypadku cewka mogłaby "tracić" rezonans w przypadku gwałtownego rozstrojenia, np. wskutek zbliżenia jakiegoś obiektu do uzwojenia wtórnego. W takim przypadku generator ponownie wzbudza oscylacje.
Kondensator między źródłem a drenem IRFP460 zabezpiecza tranzystor.

Uwagi konstrukcyjne:
- oba uzwojenia powinny być nawinięte w tym samym kierunku
- antenka to drucik około 20cm w izolacji
- MOSFET kluczujący tutaj wymaga dużego radiatora, wydziela się na nim dużo ciepła (to grzanie to cena którą należy zapłacić za prostotę tego układu)
- w celu zestrojenia układu można zmienić ilość zwojów na uzwojeniu pierwotnym oraz przesunąć je w górę lub dół względem wtórnego
- po nawinięciu uzwojenie wtórne należy polakierować grubą warstwą, tak aby iskra nie przeskakiwała do pierwotnego
- dolna końcówka uzwojenia wtórnego powinna być podłączona do masy układu

W moim przypadku układ odpalił za pierwszym razem. Uzwojenie wtórne nawinąłem drutem nieznanej grubości z uszkodzonego transformatora sieciowego na rurce 2.5cm (to było jakieś opakowanie po witaminach) na długości 12cm. Pierwotne zostało nawinięte kabelkiem ethernetowym, najpierw były 3 zwoje, ale zwiększenie ich ilości do 6 polepszyło efekty.
Częstotliwość układu wynosi około kilkaset kHz.

Efekty można by jeszcze troszkę poprawić, odpowiednio dostrajając cały układ, najlepiej z pomocą oscyloskopu, ale to już wykracza poza budowę "prostej i taniej mini-SSTC".


Kosztorys:
- TC4420 - 4 zł
- IRFP460 - 8 zł
- NE555 - 1 zł
- 7812 - 1 zł
- 1N4148 x 2 - 0.5 zł
Nie uwzględniam tutaj rezystorów/kondensatorów, ponieważ zakładam że każdy kto będzie podejmować się budowy tego układu takie już na stanie ma.
Suma kosztów (przy założeniu, że drobnicę, płytkę, oraz uzwojenia zorganizujemy we własnym zakresie): 15 zł! To zdecydowanie najbardziej ekonomiczna mini-SSTC jaką złożyłem. Kondensator 2kV został wzięty z płyty głównej z telewizora, natomiast drut na wtórne z spalonego zasilacza sieciowego. A nawet, gdyby w kosztach liczyć, że kupujemy też "drobnicę" to całość zamknęła by się w około 50 zł.



Galeria:
Wyładowania do powietrza:


Filmik:


Wyładowania z mosfetem w roli breakpointa:


Filmik:


Filmik z wyładowaniem do uziemienia:


Wyładowania do żarówki:


Efekty w żarówce (w przeciwieństwie do lampy plazmowej na transformatorze z TV, żarówka nie reaguje tutaj na dotyk):

Filmik:


Konstrukcja:



Podsumowanie
Dziękuję za przeczytanie, na koniec chciałbym polecić ten układ wszelkim osobom zainteresowanym cewkami SSTC. Jest on o wiele prostszy od często spotykanych SSTC na półmostku i łatwiejszy do uruchomienia, ale oczywiście przenosi mniejsze moce i daje słabsze efekty. Osobiście jestem z niego bardzo zadowolony, i dziwię się, ze większość osób zainteresowanych SSTC od razu podejmuje się budowy większych konstrukcji, których składanie dla niedoświadczonych osób może być trudne i zniechęcające.