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Tesla Coil ... story
Il Tesla Coil (o Bobina di Tesla) è un generatore di alta tensione a radiofrequenza. Il principio di funzionamento è piuttosto semplice perchè sfrutta la risonanza di una bobina. Con un Tesla Coil è possibile creare dei veri e propri "fulmini" artificiali lunghi anche qualche metro. Il mio Tesla Coil non si avvicinerà neanche lontanamente ai fulmini della foto. Mi accontenterò di scintilline di 5 - 10mm allo scopo di costruire un Tweeter al Plasma. 5 - Settembre - 2003: Se provi a cercare "plasma tweeter" su Google saltano fuori centinaia di link, segno che c'è una certa esperienza fra gli autocostruttori, soprattutto esteri. L'idea di base è semplice: si prende una bobina di Tesla e si realizza una scarica in aria libera. Modulando il generatore con un segnale audio, la scarica viene modulata in lunghezza, quindi viene spostata più o meno aria: il risultato dovrebbe essere la riproduzione del segnale modulante. Ho usato il condizionale perchè non ho ancora ottenuto alcun risultato degno di nota. Il problema è che i progetti che si trovano in giro per la Rete si somigliano tutti, sono troppo critici e, secondo l'esperienza che mi sono fatto fin'ora, sono affetti da un'errata stima della risposta del gruppo risononate che ne impedisce un sicuro funzionamento. Quindi mi sono armato di tanta (ma veramente tanta) pazienza e ho iniziato il mio progetto. Appena il Tesla Coil dimostrerà di funzionare correttamente, troverò il modo di modulare la potenza con cui si alimenta la bobina, in modo da variare le dimensioni della scarica a corona. Spero che venga fuori qualcosa di utile. Intanto su questa pagina troverai le note in corso d'opera. 10 - Settembre - 2003: Costruito tutto il gruppo risonante (bobina di alta tensione, avvolgimento di eccitazione e link di reazione per l'oscillatore). Di pazienza ne ho già consumata parecchia, visto il lavoro certosino che ho fatto. A lavoro completato ti darò tutti i dettagli di costruzione, per ora sappi che ho usato circa 300 metri di filo smaltato di 0.30 mm. 13 - Settembre - 2003: Completato lo stadio di potenza. Di fatto si tratta di un buffer con banda passate dalla continua a più di 2MHz, capace di erogare fino a 100V con una corrente massima di 5A. 14 - Settembre - 2003: Ho misurato la frequenza di risonanza della bobina (circa 450kHz) e la risposta in frequenza completa dell'intero gruppo risonante. 24 - Settembre - 2003: Con un opportuno stadio di ingresso (anche lui ha una banda passante da pochi kHz fino a più di 3MHz), l'oscillatore ha iniziato a funzionare. La cosa interessante (e che rende il mio Tesla Coil diverso da tutti gli altri in circolazione) è che il gruppo risonante fa parte dello stesso oscillatore in modo che il sistema si accordi automaticamente sulla frequenza di risonanza della bobina, senza bisogno di alcuna taratura nè ritocchi durante il funzionamento: è addirittura possibile toccare la bobina senza che l'oscillatore si spenga. Tutto ciò non è per niente banale da mettere insieme anche se una volta realizzato il tutto sembra semplice ed elegante. Tute le prove e le misure sono state fino ad ora condotte usando una tensione di alimentazione molto ma molto bassa in modo da verificare soltanto il corretto funzionamento del sistema, scongiurando la produzione di campi elettromagnetici molto intensi. La bobina è chiusa su una normale lampada spia al neon (che si illumina fortemente anche se l'intero sistema non assorbe più di 50mA). 26 - Settembre - 2003: Ho provato a innalzare la potenza di eccitazione del gruppo risonante e ... sorpresa! ... il driver non riesce a erogare più di un centinaio di milliamper, altro che i 5A cui ho fatto riferimento più sopra! Misura, misura, ho scoperto che il problema sta tutto nell'induttanza parassita di alcune resistenze che avevo impiegato. Morale: devo ridisegnare un driver adeguato. 27 - Settembre - 2003: Il nuovo driver è pronto e funziona veramente bene: i 5A a 500kHz ora ci sono tutti. 5 - Ottobre - 2003: Il driver aveva qualche problema di affidabilità. Ad ogni modo ora tutto sembra risolto. Nel frattempo anche il gruppo risonante ha subito qualche modifica, e l'oscillatore funziona molto meglio. Ora l'avvolgimento di alta tensione si accorda sui 580kHz e ha una banda passante di circa 20 - 30kHz, così si dovrebbe riuscire a modularlo facilmente. Per ora ho limitato la corrente di alimentazione a 1A, ma gli effeti sono già evidenti, infatti
10 - Ottobre - 2003: Dopo un'altra modifica al gruppo risonante, finalmente scocca una scintillina di pochi millimetri in aria libera, senza quindi avvicinare i capi della bobina di alta tensione. Il bello è che ora il tubo al neon si illumina anche a una ventina di centimetri di distanza dalla bobina e se lo poggio sulla sommità, addirittura illumina perfettamente la stanza! Sto studiando dove stia il "collo di bottiglia" che limita ancora le prestazioni. 11 - Ottobre - 2003: Poichè non riuscivo ad allungare la scarica (oltre i circa 10 millimetri) se non aumentando la tensione di alimentazione, ho scoperto il vero motivo che limita le prestazioni: l'autoinduttanza dell'avvolgimento di eccitazione che ho valutato attorno ai 20 microhenry e che limita la corrente assorbita, e quindi la potenza innescata sull'avvolgimento di alta tensione. I rimedi possibili sono due: usare un driver ad alta tensione o ridurre l'impedenza vista dal driver con una sorta di rete di adattamento. Devo pensare quale sia la miglior soluzione. Considerando che il lavoro è partito il mese scorso, mi sento già soddisfatto dei risultati attuali. 16 - Ottobre - 2003: Poichè non voglio porre alcun vincolo alla frequenza di lavoro (se non quello, automatico, imposto dal grupp risonante) la miglior soluzione (o, meglio, la più coerente con l'impostazione del sistema) è proprio quella di innalzare la tensione di alimentazione. Con l'occasione ho disegnato un BUFFER - MODULABILE, in modo da provare, finalmente, se l'idea del Tweeter al Plasma funziona veramente. Conto di montarlo e provarlo entro pochi giorni. 20 - Ottobre - 2003: Il nuovo Buffer è pronto e funziona bene, con l'occasione ho ottimizzato anche il driver, ma non riesco ad aumentare la dimensione delle scariche. Ho fatto varie prove e misure e il problema sembra legato sia alla resistenza serie della bobina che al supporto su cui è avvolta. 24 - Ottobre - 2003: Ho avvolto una bobina molto più compatta su un supporto di vetro: l'accordo si è spostato attorno a 1,3MHz e la potenza delle scariche è molto aumentata, tanto che il terminale superiore dell'avvolgimento ondeggia e si muove velocemente. Questo movimento fa rumore, segno che la scarica smuove effettivamente un po' di aria, e il tutto mi incoraggia a proseguire. A giorni proverò a modulare l'oscillatore. Suonerà? 2 - Novembre - 2003: Come al solito, appena risolvi un problema, ne salta fuori un altro. Ho accennato che la fiamma si muove e fa rumore. Escluso subito qualsiasi problema dell'oscillatore (l'ampiezza dell'oscllazione resta infatti perfettamente costante), all'inizio pensavo che il movimento fosse dovuto ad una rugosità della superficie dell'elettrodo (ottenuto appuntendo un tondino di alluminio) quindi l'ho lucidata ben bene e effettivamente credevo di aver risolto tutto. Però, dopo poci istanti, la fiamma ha ripreso a muoversi vorticosamente. Guardandola da vicino, la punta dell'elettrodo risulta deteriorata, rugosa e storta. Che dire? Bisogna usare un materiale molto più duro. Ho provato con alcune punte da 3 millimetri (le normali HSS per ferro) con risultati più che buoni, ma non ancora definitivi. Ancora non ho provato a modulare l'oscillatore, ma sono sempre più convinto che la fiamma suonerà davvero. 3 - Novembre - 2003: Ho provato a modulare il buffer direttamente con un preamplificatore linea. Nonostante il rumore prodotto dal movimento della fiamma (ancora non l'ho risolto, ma sicuramente troverò una soluzione accettabile, datemi tempo) e nonostante la profondità di modulazione si ancora troppo bassa (il buffer richiede almeno 40V di picco per una modulazione completa) si sente chiaramente la musica riprodotta dalla scarica. Il Tweeter al plasma non è un'idea balzana, funziona davvero e (almeno così sembra dalle primissime prove) anche bene!! Conclusione?: Non esageriamo, c'è ancora molto lavoro da fare. Il Tweeter al plasma funziona ma ha due problemi : il rumore generato dalla scarica e la bassa pressione acustica generata. Ho già pronto un elettrodo con una particolare geometria che consente di aumentare il volume sonoro a livelli sufficienti per un ascolto coinvolgente pur mantenendo, però, l'emissione omnidirezionale. Per eliminare il rumore, invece sto lavorando alla seconda generazione del tweeter. I progetti in giro per la Rete lavorano tutti attorno ai 20MHz, che sia questo il segreto per la fiamma silenziosa? Boh! Dammi tempo: lo dimostreranno le prove. 23 - Novembre - 2003: Ho iniziato lo studio del nuovo oscillatore a radiofrequenza che dovrà salire fin verso i 20 - 30MHz. Abbandonata la tipologia del primo prototipo (stadio di guadagno più buffer) ho usato un'unico stadio in classe C. Per ora uso un glorioso 807 (tetrodo a fascio per trasmissione simile al 6L6), ma conto, almeno quando il circuito sarà affidabile, di sostituirlo con un bel transitor MRF450 (che però viaggia sui 70 euro).
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