Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Proszę, dodaj wyjątek www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Miniaturowa SSTC - budowa, opis działania

anonymousexd 28 Paź 2015 20:41 6363 7
  • 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:
    Miniaturowa SSTC - budowa, opis działania
    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:
    Miniaturowa SSTC - budowa, opis działania Miniaturowa SSTC - budowa, opis działania Miniaturowa SSTC - budowa, opis działania

    Filmik:


    Wyładowania z mosfetem w roli breakpointa:
    Miniaturowa SSTC - budowa, opis działania Miniaturowa SSTC - budowa, opis działania Miniaturowa SSTC - budowa, opis działania Miniaturowa SSTC - budowa, opis działania Miniaturowa SSTC - budowa, opis działania Miniaturowa SSTC - budowa, opis działania

    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):
    Miniaturowa SSTC - budowa, opis działania Miniaturowa SSTC - budowa, opis działania Miniaturowa SSTC - budowa, opis działania
    Filmik:


    Konstrukcja:
    Miniaturowa SSTC - budowa, opis działania


    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.


    Fajne!
  • #2 29 Paź 2015 11:08
    djoy
    Poziom 15  

    Witaj, bardzo fajny projekcik ale może dało by się podwyższyć jego sprawność. Pytanie do autora: Czy wiesz jaka jest częstotliwość pracy cewki? Kiedy pracuje już z sygnałem z anteny oczywiście.

  • #3 29 Paź 2015 11:18
    anonymousexd
    Poziom 24  

    djoy napisał:
    Witaj, bardzo fajny projekcik ale może dało by się podwyższyć jego sprawność. Pytanie do autora: Czy wiesz jaka jest częstotliwość pracy cewki? Kiedy pracuje już z sygnałem z anteny oczywiście.


    Masz rację, ale w sumie o tych obu rzeczach napisałem w opisie konstrukcji.

    anonymousexd napisał:

    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".



    Jak będę mieć dostęp do oscyloskopu, to podam więcej informacji i wrzucę przebiegi, ale na ten moment wiem tyle co wyżej.

  • #4 29 Paź 2015 11:37
    djoy
    Poziom 15  

    Cytat:
    Jak będę mieć dostęp do oscyloskopu, to podam więcej informacji i wrzucę przebiegi, ale na ten moment wiem tyle co wyżej.

    Byłoby super :D Jestem ciekaw jak by wyglądał przebieg na bramce tranzystora.

  • #5 29 Paź 2015 11:38
    DVDM14
    Poziom 35  

    djoy napisał:
    Witaj, bardzo fajny projekcik ale może dało by się podwyższyć jego sprawność. Pytanie do autora: Czy wiesz jaka jest częstotliwość pracy cewki? Kiedy pracuje już z sygnałem z anteny oczywiście.


    "Na oko" ten rezonator ma trochę ponad 600kHz (ocena empiryczna), może wyżej. Można by policzyć mając dokładnie wymiary uzwojenia wraz ze średnicą drutu nawojowego.


    Co do podwyższania sprawności - to prymitywna cewka przypominająca budową SSTC class E. Mając oscyloskop można zestroić ją poprzez dobór kondensatora na D-S klucza oraz uzw. pierwotnego tak, że straty byłyby znacznie mniejsze (zestroić całości tak, aby klucz przełączał się "w dolinie" przebiegu dren-źródło) a więc klucz miałby lżej. Niestety, jest to bardzo żmudny i długi proces wymagający cierpliwości. :)

    djoy napisał:
    Cytat:
    Jak będę mieć dostęp do oscyloskopu, to podam więcej informacji i wrzucę przebiegi, ale na ten moment wiem tyle co wyżej.

    Byłoby super :D Jestem ciekaw jak by wyglądał przebieg na bramce tranzystora.


    Jeśli wszystko działa poprawnie, na bramce masz prostokąt odpowiadający częstotliwością i fazą sinusowi z rezonatora. Generalnie jest to po prostu przebieg wtórnego układu rezonansowego przekształcony na prostokątny.
    W takim układzie ciekawe rzeczy dzieją się raczej na drenie. ;)

  • #6 29 Paź 2015 12:00
    djoy
    Poziom 15  

    Cytat:
    Jeśli wszystko działa poprawnie, na bramce masz prostokąt odpowiadający częstotliwością i fazą sinusowi z rezonatora.

    Hmmm, no wiesz, ale tranzystor wg autora się grzeje więc albo zbocza, albo duży prąd, a może i to i to. Dodatkowo duża częstotliwość pracy i duży tranzystor to już może nie zagrać prostokąta nawet na bramce ;)

  • #7 29 Paź 2015 12:18
    DVDM14
    Poziom 35  

    Grzeje się przez dużą częstotliwości pracy, topologię i brak strojenia. Prąd i napięcie też małe nie są - cewki Tesli to jednak obwody mocy...
    W takim przypadku przegrzewanie klucza jest to wręcz naturalne zjawisko. To nie kwestia samego wysterowania klucza. :)

    Chociaż faktycznie w tym przypadku przebieg na bramce będzie "troszkę" zniekształcony. ;)

    Zmniejszenie strat przełączania uzyskuje się poprzez dostrojenie całości tak, aby przebieg D-S wyglądał jak poniżej i "wstrzelenie się" aby klucz przełączał się w dolinie przebiegu. W dużym uproszczeniu. ;)

    Miniaturowa SSTC - budowa, opis działania

    Oczywiście w tak uproszczonym układzie cudów się nie osiągnie, ale byłoby lepiej...

    Generalnie polecam poczytać o tym jak działają wzmacniacze klasy E, oraz związane z nimi "class E SSTC", w sieci jest mnóstwo materiałów.

    Bardziej zaawansowane układy w klasie E, odpowiednio zaprojektowane, wykonane i zestrojone potrafią pompować 500W i więcej przy tak wysokich częstotliwościach jak 4-8MHz zachowując niezłą sprawność. To niezłe osiągniecie, zwłaszcza zważywszy, że zbliżamy się do częstotliwości gdy cykl pracy niebezpiecznie zbliża się swoją długością do samych czasów przełączania klucza... :) Nie wspominając o innych zjawiskach które tu się pojawiają. Jednakże ich wykonanie jest procesem przy którym można osiwieć i nabawić się wrzodów żołądka. Przykład chociażby tu: http://www.richieburnett.co.uk/hfsstc.html

    Oczywiście to już układy znacznie wyprzedzające omawiany w tym temacie, ale dają pewien pogląd na zjawiska z którymi trzeba walczyć.

  • #8 29 Paź 2015 13:57
    Freddy
    Poziom 43  

    Powiem tak:
    Projekt ciekawy, i ładnie zrobiony i mimo, że nie lubię wszelkiego typu SSTC, to podoba mi się wykonanie.