Електронний аналог переривника іскри для трансформатора Тесла з ФАПЧ
Пристрій виконано на чотирьох цифрових мікросхемах серії 74HCXX, двох драйверах вихідного сигналу та двох стабілізаторах напруги. Переривник може працювати з різними ТТ у робочому діапазоні: 250 кГц.. 1 МГц (для інших резонансних частот потрібно буде змінити деякі частото та часозадаючі елементи). ФАПЧ відстежує всі зміни параметрів ТТ і автоматично підлаштовує під них переривник. Схема виробляє пачки імпульсів та синхронізований з ними низькочатотний сигнал (для другого ТТ), який може зрушуватися щодо пачки на будь-яку фазу. Крім того, в пачці регулюється кількість імпульсів та їх шпаруватість.
Нижче наведено список мікросхем, діодів і перемикачів, що застосовуються у пристрої. У дужках вказано можливі заміни:
- DD1 - 74HC7046
- DD2, DD3 - 74HC393 (1564ІЕ19)
- DD4 - 74HC74 (1564ТМ2)
- DA1 - LM7805 (КР142ЕН5А)
- DA2 - LM7812 (КР142ЕН8Б)
- DA3 - IR2109 (IR2104, IR2108)
- DA4 - TC4420
- VD1, VD2, VD16 - UF4007 (UF4006)
- VD3 - будь-який яскравий світлодіод на 1.5.. 2V
- VD4-VD15 - 1N4148 (будь-який малопотужний ультрафаст)
- SA2 - DS-06B, SWD1-6 (будь-який DIP-перемикач на 6 секцій)
- SA3 - DS-04B, SWD1-4 (будь-який DIP-перемикач на 4 секції)
Працює переривник в такий спосіб. ГУН (генератор керований напругою) мікросхеми DD1 виробляє імпульси з частотою F1, яка, до речі, повинна співпадати з резонансною частотою ТТ. За збігом частоти та фази стежить фазовий компаратор, входи якого позначені Cin та Sin. На Cin подаються імпульси з ГУНу, але в Sin надходять коливання з ТТ. Вихід компаратора (PC2), через згладжуючий ланцюжок R6C7, надходить на вхід ГУН (Gin) і забезпечує зворотний зв'язок, змінюючи частоту і фазу генератораЗалежно від параметрів ТТ.
Сформовані та засинхронізовані імпульси з ГУН подаються на два лічильники: DD2 та DD3. Перший, за допомогою шести перемикачів SA2 забезпечує фіксований зсув фази між пачками імпульсів і низькою частотою F2. Зміна фази здійснюється різними комбінаціями цього перемикача. Також за допомогою лічильника DD2 ми отримуємо саму F2, яка з його виходу (ніжка 10) надходить на вхід драйвера напівмоста DA3. На його виході (X3, X4) ми отримуємо імпульси із частотою F2.
Лічильник DD3 відповідає за число імпульсів у пачці. За допомогою різних комбінацій перемикача SA3 ми можемо отримати від 1-го до 15-ти імпульсів у пачці. Для експериментів може бути цікавим режим, коли всі перемикачі розімкнені. У цьому випадку на виході X2 імпульси будуть відсутні. Часовий ланцюжок C8R11R12 спільно з тригером DD4.2 задає шпаруватість імпульсів в пачці, а його вихід підключений до драйвера вихідного сигналу DA4. На його виході (X2) ми отримуємо пачки імпульсів, із частотою всередині пачки – F1 та частотою між пачками – F2.
Тригер DD4.1 синхронізує роботу цих лічильників, скидаючи заборону на надходження імпульсів від ГУН до DD3 на самому початку пачки.
За винятком DD1, всі цифрові мікросхеми можуть бути замінені на аналогічні серії КР1564 (див. вище). Замість 74HC7046 можна застосувати 74HC4046, але тоді в схемі відсутній детектор захоплення фази. У цьому випадку ланцюжок індикатора детектора - R7, VD3, і конденсатор C6, що супроводжує, потрібно буде прибрати. Драйвер вихідного сигналу на TC4420 можна замінити на TC4429, але тоді вхід цього драйвера (2-ю ніжку) через резистор R14 потрібно буде під'єднати до інверсного виходу тригера DD4.2 (до ніжки 8). Драйвер напівмоста IR2109 змінюється на аналогічні IR2104 чи IR2108. В цьомуЯкщо 3-ю ніжку цих мікросхем необхідно з'єднати з +12V.
На схемі не показано висновків живлення мікросхем. Вони стандартні. Для 16 вивідних корпусів: 8 - мінус живлення (загальний), 16 - плюс, для 14 вивідних корпусів: 7 - мінус живлення (загальний), 14 - плюс. Усі мінуси потрібно з'єднати та підключити до загального дроту та до Gnd стабілізатора DA1. Усі плюсові висновки – до його Out (або +5V).
Підключіть дві ємності по 0.1 мкФ прямо на висновки драйвера DA4: 1-4 та 8-5. Таку ж ємність підключіть до висновків живлення DD1.
Висновки частотозадаючих ланцюжків бажано зробити коротше. Це стосується висновків 6, 7, 11 та 12 мікросхеми DD1.
Варіант друкованої плати наведений нижче:
Варіантів підключення ТТ може бути дуже багато, тому наведемо приклад лише одного з них. Як ключ VT1 добре працюють IRFP360, IRFP460, FCH47N60. Для напівмосту VT2-VT3 підійдуть і більш низьковольтні, наприклад, IRFP260. Захисний діод VD5 – будь-який потужний високовольтний ультрафаст, наприклад, FR607. А ось до діода VD6, який служить для збільшення добротності ТТ1, потрібно підійти ретельніше. Добре зарекомендували себе HFA30PB60, але також добре працюють кілька паралельно з'єднаних SF56.
Особливу увагу варто звернути на струмовий трансформатор Tr, який відповідає за синхронізацію ФАПЛ.
Мотається трансформатор у довільному порядку; тут важливий принцип - отримати максимальну напругу на його вторинній обмотці. Він являє собою феритове кільце, на яке потрібно намотати якнайбільше витків, але так, щоб усередині нього залишилося місце для дроту з ТТ1. Ця каблучка повинна простонадягатися на провід, що йде з ТТ1 на землю. Наприклад, у мене добре працювало кільце діаметром 10мм, висотою 8мм, з числом витків - 50. Марка фериту тут не має значення.
Інших даних, наприклад, намотування ТТ, ми тут наводити не будемо, т.к. залежно від завдань вони можуть мати різні значення.
Описаний переривник добре підходить для шукачів вільної енергії. Але застосування схеми може бути іншим. Наприклад, для так званих «співаючих Тесел» використовується тільки перший ТТ, а аудіовхід можна подати на 9 ніжку DD1 через послідовно з'єднані резистор 10..20кОм і конденсатор 100n.
Ще один варіант управління двома трансформаторами можна переглянути тут. У цій схемі, як ТТ1, можна застосувати низькочастотний трансформатор, наприклад, ТВС.