Интернет-журнал "Домашняя лаборатория", 2007 №3
Шрифт:
3) Первичный контур — что такое CW режим
Если вы поняли как настраивать обычную искровую катушку Тесла, тогда вам не особо придется читать этот раздел. Если вы с этим не знакомы — почитайте сначала эту теорию.
VTTC использует настраиваемый LC первичный контур, точно так же, как и искровая катушка. Вначале это может показаться непонятным, но на самом деле все почти точно так же. Давайте разберем общее и отличия. В искровой катушке Тесла (SGTC) конденсатор включен последовательно с первичной обмоткой, но если мы мысленно представим работу искровика, мы увидим, что когда искровой промежуток пробивается, конденсатор выходит подключенным параллельно первичной обмотке. В схеме VTTC конденсатор уже подключен параллельно первичной обмотке
В SGTC конденсатор используется двояко. Для начала он обеспечивает настройку LC контура, затем он нужен для обеспечения больших импульсов тока в этот контур. В VTTC это реализовано совершенно по-другому. Здесь нет сотен и тысяч ампер импульсного тока, но средний ток достаточно велик. В SGTC в контур поступает импульс тока, а в VTTC контур работает в постоянном режиме (CW — Continuous Wave). Схема подает питание в контур при каждом цикле — то есть, ежели ваша катушка работает на 400 килогерцах, то первичный контур передает во вторичный одинаковое количество энергии 400000 раз в секунду. Тут следует поговорить о питании катушки постоянным током, но об этом позже.
4) Цепь обратной связи — как она работает?
Цепь обратной связи и сеточного автосмещения играет важную роль в VTTC — благодаря ей вся система работает и генерирует колебания. Я постараюсь наиболее детально описать всё это, но, в то же время, не забросать читателя голой теорией.
Схема VTTC, которую используют практически все и всюду, работает в классе С (в моем случае это Генератор Armstrong). Возможно вы видели Генератор Hartley, который довольно похож на мою схему. Как всё начинается. Напряжение подано на анод, вызывая тем самым поток электронов с катода. Лампа начинает проводить ток, он идет через первичный контур. Первичная обмотка вызывает ток во вторичной, но и передает немного энергии обмотке обратной связи. Эта обмотка подает на сетку лампы отрицательный потенциал, вызывая тем самым запирание лампы. Когда это происходит, отрицательный заряд накоплен в конденсаторе цепи автосмещения. Этот заряд поддерживает лампу в запертом состоянии на протяжении всего оставшегося цикла генерации. Резистор этой цепи шунтирует конденсатор, и в определенный момент лампа отпирается снова. Этот вид работы называется класс С, в этом случае лампа открыта примерно 20 % каждого цикла.
Пока вы это все не забыли, я расскажу о выборе сопротивления резистора в цепи автосмещения, из расчета, что емкость конденсатора около 2 нФ (типичное значение). С маленьким сопротивлением этого резистора (1 кОм или меньше) лампа работает в тяжелом режиме. Когда лампа проводит большой ток, резистор в цепи автосмещения уменьшает отрицательный потенциал на конденсаторе, который заряжает его достаточно быстро. То есть, электронам в лампе требуется большее время, чтобы запереть её. И лампа находится в открытом состоянии большее время (примерно 30%каждого цикла колебаний). Естественно, катушка будет потреблять больше энергии, а нагрев лампы заметно увеличится. А если сопротивление этого резистора сделать большим? Тогда случится прямо противоположное — лампа будет закрываться быстрее, время, которое она будет открыта составит примерно 15 % цикла. Потреблять всё это будет меньше, лампа будет холодной, но это скажется на длине стриммеров.
Если вы смотрели некоторые схемы VTTC, вы наверняка заметили, что люди используют разные способы получения анодного напряжения для лампы. Очень часто используют МОТ (Microwave Oven Transformer — от СВЧ печки), который выдает ~2 кВ при токе в районе 500 мА (можно снимать и больше, но нормальная мощность МОТа — это отдельная тема). Сам по себе МОТ способен довольно хорошо питать вашу VTTC. Поскольку лампа проводит ток в одном направлении, она будет просто заперта во время отрицательной полуволны высокого напряжения. Эта схема изображена вверху страницы. Это хорошо, но некоторые лампы рассчитаны на анодное напряжение, которое раза в два больше напряжения от МОТа. И желательно использовать эти возможности лампы. Более высокие напряжения хороши по трём причинам: та же мощность при меньшем токе, возможность использования конденсатора контура меньшей ёмкости и высокие напряжения сами по себе хороши для питания катушки Тесла, так как длина разрядов увеличивается. Вы можете найти большой анодный трансформатор, выдающий несколько кВ или даже трансформатор ОМ, ОМП или ОМГ (это не для нас:-) — прим. переводчика)
Вот более легкое решение получения высокого напряжения с МОТа — умножитель (в данном случае — удвоитель):
Это стандартная схема питания магнетрона в СВЧ печке, но мы поменяли полярность включения диода, чтобы получить положительное напряжение на выходе (магнетрону нужно отрицательное). Такой удвоитель способен поднять напряжение с МОТа в два раза. Пиковое напряжение на выходе (без нагрузки) будет 2 кВ * 2 * 1.41 = 5.6 кВ. Но если подключить нагрузку, оно просядет до уровня 4..5 кВ — это наиболее распространенный способ питания VTTC — я выбрал именно его.
Последний вариант питания — это сглаженное постоянное напряжение (именно при таком питании катушка будет работать в CW режиме, так как при двух предыдущих способах питания катушка фактически выключена 50 % времени — отрицательная полуволна напряжения). Этот способ питания требует выпрямительного моста и конденсатора фильтра на несколько десятков микрофарад при соответствующем напряжении. Этот способ не любят те, кто ждет длинных разрядов. Питание постоянным током означает большой нагрев, но катушка будет давать короткие разряды. Наиболее успешное применение отфильтрованного постоянного тока — использование его при звуковой модуляции катушки. Вам не придется слушать 50-герцовое гудение катушки. Это питание даст короткие, но очень горячие разряды, похожие на огонь.
6) Подбор сопротивлений
Другая вещь, которая поможет понять работу VTTC. Для начала короткое объяснение подбора сопротивлений:
Представим, что у нас есть следующие детали:
а) 8 штук последовательно соединенных батареек АА по полтора вольта — итого 12 вольт.
б) полностью заряженный автомобильный аккумулятор.
в) маленькая лампочка на 12 вольт — на очень маленькую мощность.
г) 12-вольтовая лампа от автомобильной фары — большая мощность.
Если мы подключим маленькую лампочку на 12 вольт к батарейкам на 1.5 вольта — лампочка будет гореть.
Точно так же, если мы подключим к аккумулятору мощную лампу на 12 вольт — все будет в порядке — она засияет. Эти два примера — демонстрация подбора сопротивлений. Малая мощность к малой мощности, большая — к большой. Как вы думаете — что произойдет, ежели мы подключим лампу от фары к пальчиковым батарейкам, а маленькую лампочку к аккумулятору?
В первом случае мощная лампа быстро посадит ресурс пальчиковых батареек. Во втором маленькая лампочка будет очень долго гореть на своей заданной мощности. Почему? Смотрите дальше. Автомобильный аккумулятор способен отдавать в нагрузку большой ток, а батарейки, соединенные последовательно — сравнительно малый ток. Аккумулятор — источник с низким внутренним сопротивлением, батарейки — с высоким.
Другими словами — лампа от фары способна потреблять большую мощность, а маленькой лампочку для работы требуется минимальная мощность.
Теперь сложнее. Необходимо подобрать несколько сопротивлений, чтобы построить нормальную VTTC. Первое очевидно: подбор сопротивления источника питания (Т1) и первичного контура VTTC (C1, L1). Это соответствие довольно легко понять. Сопротивление контура (его часто называют Z) в идеале должно быть больше, чем сопротивление источника питания.
Далее — подбор сопротивлений между первичным и вторичным контуром. К сожалению, я не тот, кто объяснит это очень хорошо, поскольку не понял это сам. Сопротивление первичного контура рассмотрено в предыдущем параграфе. Теперь, нам нужно оптимизировать это все, чтобы энергия из первичного контура передавалась во вторичный и превращалась в длинные разряды. Сопротивление Z вторичного контура состоит из трех компонентов — сопротивления провода, его индуктивности и собственной ёмкости.