Interesujące układy: Mini Tesla Coil

Ani to „Tesla”, ani „Coil” – w tytule projektu prawdziwe jest tylko słowo „Mini”. Niemniej tego rodzaju układ jest nie tylko atrakcyjny, ale też wyjątkowo interesujący dla elektronika, ponieważ wiele wskazuje, że… w ogóle nie powinien działać z uwagi na błędy układowe. A działa i zaskakuje swoim działaniem!

W serii „Interesujące układy” chcemy budować rozmaite układy elektroniczne, cieszyć się ich działaniem, a przy okazji bliżej zapoznawać się z zasadami ich funkcjonowania, by coraz lepiej rozumieć elektronikę.

Co to właściwie jest?

Na początek na warsztat bierzemy bardzo atrakcyjny układ, który najczęściej nazywany jest Mini Tesla Coil, a niekiedy Mini cewka Tesli. Fotografia wstępna udowadnia, że układ działa i że to działanie jest bardzo atrakcyjne.

Ale jeszcze bardzie fascynujące są inne okoliczności. Dziś w modzie jest postać Nikoli Tesli i wszystko, co się z jego nazwiskiem wiąże. Jednak nie powinniśmy mówić o „cewce Tesli”, tylko, jeśli już, o „transformatorze Tesli”. Tymczasem układ prezentowany na fotografii wstępnej nie jest ani cewką, ani transformatorem Tesli. Owszem, wykorzystywane są te same fundamentalne zasady fizyki, ale klasyczny transformator Tesli działa na innej zasadzie. To nie jest klasyczny transformator Tesli. Kropka.

Jeśli chodzi o omawiany układ, to w literaturze nosi on inną nazwę i wiąże się go z kimś innym.

Otóż fotografia wstępna pokazuje nieco rozbudowaną wersję układu znanego jako Slayer Exciter Circuit i podobno jego wynalazcą jest niejaki Dr Stiffler, który tego rodzaju układ opracował dla, czy też może przy współudziale, internauty o nicku GBluer, a potem społeczność internetowa przedstawiała swoje modyfikacje. W Internecie na wielu stronach można znaleźć kopiowane kolejno wzmianki, że nastąpiło to „kilka lat temu” (few years ago), ale w sumie nie wiadomo kiedy (najstarsze filmy na mało popularnym profilu YT GBluer pochodzą sprzed 5 lat).

Nazwa może co najmniej dziwić: exciter to wzbudnik, wzbudnica, ale też generator i blisko tu do określenia podżegacz. Natomiast slayer to zabójca, morderca, ale też pogromca.

Nazwa nazwą; jest coś gorszego: wszystkie znaki na niebie i ziemi wskazują, że schemat jest błędny, co zasygnalizuję dalej w tym artykule, a dokładniej omówię w następnym artykule na ten temat.

Jakkolwiek by było, ten wzbudzający rozmaite emocje układ pomimo wszelkich wątpliwości działa i okazuje się najprostszym rozwiązaniem, by samodzielnie zbudować układ wytwarzający wysokie napięcie o dość dużej częstotliwości. Najprostszym i najtańszym. Otóż w wersji minimalnej potrzeba trochę drutu, jeden tranzystor i jeden rezystor, ewentualnie do tego jeszcze jedną diodę i jeden kondensator.

Prezentowana wersja jest rozbudowana. Według wielu opisów jest to Music Mini Tesla Coil, czyli wersja muzyczna, reklamowana jako… nowa odmiana głośnika plazmowego. Wynalazek ten w postaci zestawu elementów do samodzielnego montażu kupiłem w marcu 2022 w sklepie RoarKit Store na Aliexpress wraz z kosztami dostawy za 17,69 zł (w chwili pisania artykułu w listopadzie 2022 cena wynosi 20,71 zł). Natomiast w polskich sklepach cena jest 2…3-krotnie wyższa, ale dostawa szybsza.

Fotografia 1 pokazuje zawartość zestawu. Dla mnie najważniejsze było to, że nie muszę sam nawijać kilkusetzwojowej cewki.

Montaż

Montaż nie był trudny. W komplecie była kartka z chińską instrukcją montażu, która zawierała schemat, pokazany na rysunku 2. Jednak jak widać na fotografii 1, tak naprawdę schemat nie jest potrzebny, ponieważ na płytce opisany jest nie tylko numer elementu, ale też jego wartość. Trzeba tylko rozróżnić rezystory 10kΩ i 2kΩ.

Dodatkowe złącze J3 pozostaje nieobsadzone. Jeżeli ktoś ma pastę termoprzewodzącą (smar do radiatorów), może posmarować przez miejsce styku tranzystorów z radiatorem. Mam taką pastę, ale celowo jej nie wykorzystałem – przekręciłem tranzystory do radiatorów „na sucho”.

Główna cewka jest gotowa, ale nie przewidziano sposobu jej trwałego połączenia z płytką.

Ja użyłem odrobiny kleju typu „Kropelka”, ale można wykorzystać inny, w szczególności popularny klej „na gorąco”. Cewkę koniecznie trzeba jakimś sposobem trwale przymocować do płytki, bo bez tego łatwo urwać cienkie doprowadzenia, co wiązałoby się z niepotrzebnymi kłopotami. W moim zestawie oba wyprowadzenia głównej cewki były odizolowane i pobielone, ale informacje z Internetu wskazują, że należy to sprawdzić, bo nie zawsze tak jest.

Jeżeli chodzi o cewkę kilkuzwojową (uzwojenie pierwotne transformatora powietrznego), to zgodnie z zaleceniami, nawinąłem na „szablonie” w postaci gwintu zwykłej żarówki E27 i nie skracałem dostarczonego czerwonego drutu. Wlutowałem tak, jak pokazuje fotografia 3. Zgodnie z zaleceniami zadbałem żeby zwoje te były oddalone od głównej cewki uzwojenia wtórnego o co najmniej 2 mm.

Mój tak zmontowany układ… nie zadziałał! Jeśli chcesz, już tu możesz zabawić się w detektywa i przed przeczytaniem następnych akapitów postawić hipotezę co ja zrobiłem źle, że mój model nie chciał pracować.

Kłopoty z uruchomieniem

Jako doświadczony elektronik nieufnie podszedłem do schematu z rysunku 2. Z drugiej strony znam już trochę specyfikę chińskich tanich wyrobów. Generalnie działają i pełnią opisane funkcje, ale nie zawsze do końca zgodnie z oczekiwaniami.

Mój model po zmontowaniu nie zadziałał, ale nie przejąłem się tym, bowiem chodzi o generator z transformatorem i pierwsza myśl, to zamienić wyprowadzenia jednego z uzwojeń, oczywiście pierwotnego, żeby uzyskać potrzebne zależności fazowe, niezbędne do wzbudzenia generatora.

Przyznam szczerze, że wcześniej mogłem dokładniej przyjrzeć się fotografiom na stronie sklepu RoarKit Store, gdzie ten moduł kupiłem. A konkretnie obrazkom pokazanym na rysunku 4.

Wylutowałem i odwrotnie wlutowałem końcówki uzwojenia pierwotnego i układ… nie zadziałał!

I to mnie zaskoczyło. Po chwili zastanowienia podejrzenia padły na kondensator C2. Fotografia 1 pokazuje, że w moim zestawie były dwa kondensatory elektrolityczne (1 µF/50 V). Wiadomo, że kondensator oznaczony 105 ma pojemność 1 mikrofarada. Uznałem, że chiński producent zamiast kondensatora stałego, zapewne ceramicznego monolitycznego, dał zamiennik w postaci drugiego „elektrolita”. Po przebiegu ścieżek zorientowałem się, jaka ma być biegunowość i w roli C2 wlutowałem tego „elektrolita” z zestawu, jak pokazuje fotografia 3.

I tu znów muszę się przyznać do nieuwagi i bałaganu. Otóż na pewno chiński zestaw zawierał elementy pokazane na fotografii 1, ale właśnie podczas szukania przyczyn problemu, wśród innych szpargałów i elementów znalazłem na biurku nowy, nielutowany monolityczny kondensator oznaczony 105. Nie jestem w stanie stwierdzić, czy może niepostrzeżenie wypadł mi z rozpakowywanej torebki tego zestawu, czy może to był mój kondensator, planowany do wykorzystania podczas jakichś wcześniejszych prac.

Wylutowałem „elektrolita” C2 i wlutowałem kondensator ceramiczny. Tak zmodyfikowany model, pokazany na fotografii 5… zadziałał, co ewidentnie pokazuje fotografia wstępna.

Opisuję szczegółowo te swoje perypetie, bo i Ty możesz mieć podobne kłopoty.

Na razie nie przeprowadzałem dalszych eksperymentów, ponieważ już wcześniej zwróciłem uwagę na kilka szczegółów, które radykalnie zmieniły moje pierwotne plany co do tego układu.

Otóż tak jak od dawna mam w zwyczaju, przygotowując się do napisania artykułu, wcześniej przeprowadziłem obszerne i czasochłonne badania tematu, szukając informacji w Internecie.

Z początku myślałem, że ograniczę się tylko do krótkiego zaprezentowania interesującego układu, zgodnie z tytułem tego cyklu. Czym jednak głębiej badałem temat, tym okazywał się on bardziej zagadkowy i fascynujący.

Ma też ścisły związek z kolejnym intrygującym i bardzo modnym obecnie tematem, który właśnie przygotowuję do tego cyklu, mianowicie z bezprzewodowym przekazywaniem energii i z ładowarkami bezprzewodowymi.

Poważne wątpliwości co do schematu…

Schemat mojego zestawu pokazany jest na rysunku 2. Jednak w innych źródłach można spotkać różne jego odmiany. U innych sprzedawców na Aliexpress można znaleźć odmienne schematy. Przykład na rysunku 6. Prawie taki sam, ale jak włączona jest dioda LED1?

A jak włączona jest na schemacie z rysunku 7?

A wracając do schematu z rysunku 2: jaki sens ma takie włączenie diody LED1 w moim układzie?

Czy to niedbalstwo przy rysowaniu schematów? Czy rażący brak elementarnej wiedzy u Chińczyków?

U wielu osób zainteresowanych tym, jak widać intrygującym, tematem, w związku z takimi układami pojawią się jeszcze inne wątpliwości. Otóż omawiamy układ, który nazywany jest Music Tesla Coil albo Plasma Speaker, czyli głośnikiem plazmowym, zawiera dwa tranzystory, z których jeden pełni tylko funkcję „muzyczną”. Co ważne, obok odmian tego dziwnego wynalazku oferowane są też różne inne „Tesla Coils”, w tym naprawdę bardzo proste, z jednym tylko tranzystorem. W jednym ze sklepów można znaleźć schemat pokazany na rysunku 8.

Zwróć uwagę jak tu włączona jest dioda LED! I kolejna wątpliwość – to jest schemat generatora, który można zmontować na malutkiej płytce pokazanej na fotografii 9.

Świetnie! Tylko nie widać tu grubego drutu do wykonania uzwojenia pierwotnego, zawierającego od jednego do trzech 3 zwojów! Czyżbyśmy znaleźli przykład kolejnej niedoróbki Chińczyków? To nie jest zadanie konkursowe, ale jeśli chcesz, możesz już teraz do mnie napisać: konkursy@piotr-gorecki.pl, i podzielić się swoimi uwagami co do różnic na schematach oraz kwestii z fotografii 9.

Ciąg dalszy nastąpi…

A ja w następnym odcinku tej serii przedstawię układ transmitujący energię na odległość, ale nie spodziewaj się cudów, bo też wykorzystam gotowy chiński zestaw, pokazany na fotografii 10.

A do opisanego właśnie układu generatora wysokiego napięcia wrócimy później. Między innymi wyjaśnimy intrygujące kwestie dotyczące schematu, różnic na schematach oraz zasad działania układu.

A potem w oddzielnym, kolejnym artykule będę kontynuował temat. Zbadamy działanie omówionego dziś wstępnie generatora. Gdy poznamy szczegóły i jego specyfikę, zaproponuję Ci realizację pokrewnych wersji i podzielnie się swoimi doświadczeniami z ich realizacji i ich działania. ©

Piotr Górecki