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UTD (Universal Teslacoil Driver) |
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Questo sistema è nato perchè volevo costruire una bobinona di Tesla da mezzo metro di scariche e migliorare il tweeter compattando le dimensioni e aumentando la massima pressione acustica, e siccome sviluppare due progetti richiede molto tempo, ho pensato di costruire questo driver universale in grado di alimentare qualunque bobina accordata fra il centinaio di kHz e la decina di MHz con poche e semplici modifiche. In linea di principio, non ci sono particolari difficoltà se non che .... ho voluto usare solo materiali comunemente reperibili in commercio, perciò la messa a punto ha richiesto parecchio tempo soprattutto allo scopo di raggiungere un'elevata affidabilità. Tanto per cominciare, una vista da vicino della bobina di alta tensione: avvolta su un rocchetto di plastica risuona attorno a 5MHz. Per fare un po' di scena, l'elettrodo sarà montato su un distanziale sorreto da un isolatore di ceramica.
Poi vediamo l'intero prototipo del UTD:
Di seguito un particolare della scheda e dei bypass sull'alimentazione
Le foto da spento sono sì belle, ma spiegano poco, molto meglio vedere di cosa è capace questo attrezzo. L'UTD è un driver push-pull, ma, a causa della mortalità iniziale dei mos, nelle foto seguenti ho potuto farlo lavorare solo come single-ended (alimentato a 30V assorbe 1,5A). Ecco quindi un paio di scariche a corona
In entrambe le foto la scarica è lunga una decina di millimetri perchè il driver non ha ancora un guadagno sufficiente a pilotare a fondo i mosfet finali, tant'è che avvicinando un cacciavite la scarica si allunga e si ingrossa come si vede nelle foto seguenti.
Poichè l'elettrodo (lo si intravede anche se le foto sono un po' sfocate) è lungo 25mm, posso stimare che gli archi raggiungano i 2centimetri. Il fatto più interessante, però, è che la scarica diventa molto spessa (almeno 5mm) e la corrente assorbita dal driver arriva ai 2A, segno che c'è ancora qualcosa da mettere a punto. Inoltre la scarica è molto più calda rispetto a quella del precedente Tesla Coil che lavorava a 1,5MHz, tant'è che un cacciavite diventa rovente nel giro di pochi secondi e il povero elettrodo (un tondino di acciaio INOX di 3mm appuntito) si è consumato molto velocemente. In seguito ho sostituito gli IRF740 (piuttosto cagionevoli) con degli IRF540 sperando di migliorare l'affidabilità, purtroppo il risultato è stato molto deludente: i mos si rompono appena l'alimentazione supera i 15V, addirittura col push-pull non riesco a superare 8V. Il motivo è risultato una combinazione di fattori fra cui
Per cui ho dovuto montare dei BUZ91 e delle reti di snubber. Con questi accorgimenti il circuito sembra molto robusto, almeno in versione single ended, resta da vedere cosa succede passando al push pull. Nella foto seguente un particolare di tutta la parte di potenza.
I mos si intravedono direttamente attaccati al dissipatore, anche se sono in parte nascosti dai condensatori di bypass sull'alimentazione e dagli snubber (una parte in alto a sinistra, l'altra sulla destra). La porzione di scheda millefori rivela le due coppie dei driver che erogano la bellezza di quasi 2A per portare i mos fino almeno a 15MHz. Alla fine ho messo in funzione il push pull: il sistema assorbe ora 4A a 20V (almeno in teoria posso salire fin verso i 35V senza superare i limiti dei BUZ91, ma devo "rinforzare" l'alimentatore che non ce la fa a superare i 5A) e, sempre con la bobina a 5MHz, fa scariche molto belle e ramificate ma sempre corte. Ho l'impressione che, al crescere della frequenza (e, ovviamente, a parità di potenza applicata) la scarica a corona si accorci. In molti mi hanno confermato questo comportamento curioso ... appena avrò tempo verificherò personalmente avvolgendo una bobina per 500kHz. Pubblico ora qualche foto molto carina. Questo è un classico: una sfera al plasma. E' sufficiente prendere una lampada a incandescenza e fissarla in qualche modo al terminale di alta tensione, per vederla riempirsi di bellissime "fiamme" multicolori. Attenzione! Conviene diminuire la tensione di alimentazione e vedere come cambia l'effetto. Nel mio caso, a piena potenza, i supporti del filamento diventavano gialli e la lampada riusciva ad illuminare abbastanza chiaramente la stanza.
Prendiamo ora un pezzo di filo di rame rigido (va bene il classico doppino del telefono), pieghiamolo a "Z" e fissiamolo al terminale di alta tensione in modo che sia libero di muoversi (io l'ho bloccato ad un ago, infilato poi nel distanziale inox che sorregge l'elettrodo). Il filo inizierà a ruotare vorticosamente producendo un bel cerchio "scintillante".
Il motivo è semplice: la scarica a corona è composta da ioni che vengono letteralmente sparati dalla punta del filo. Poichè gli ioni hanno una certa massa (certo piccola, ma non nulla), nasce una forza di reazione che fa spostare il filo, che inizia quindi a ruotare. Su questo principio funzionano anche i motori a reazione degli aerei (certo, non sparano ioni, ma gas). Successivamente ho scoperto che il driver agganciava sì la frequenza di risonanza della bobina, ma ci sovrapponeva un'oscillazione a circa 6MHz. Tale oscillazione serviva soltanto ad assorbire potenza inutilmente, pertanto ho modificato le reti di snubber per eliminarla. Il risultato è stato subito chiarissimo: le scariche a corona si sono intensificate, sono diventate molto più ramificate e intense e ora riescono sciogliere l'elettrodo di alta tensione. Nelle foto che segue l'elettrodo è costituito da uno spillo e si vede che dapprima diventa rosso, giallo, poi inizia a sciogliersi sparando dei lapilli che fanno un bellissimo effetto (la foto, ancorchè molto bella, non rende pienamente merito al fenomeno), infine si forma una pallina che smorza un po' le scariche. L'intera sequenza dura 20 - 30 secondi.
Tutto ciò con un alimentazione di soli 30V (e 5A assorbiti). Con questo sistema ho poi realizzato il Tesla magnifier a 10MHz, base dell'ultima versione del tweeter. Ma non è finita, poichè lo scopo era anche quello di costruire la bobinona di Tesla da mezzo metro di scintille, sto lavorando ad un semiponte col quale dovrei costruire un magnifier accordato sui 3 - 400kHz. Perchè proprio un magnifier e non un Tesla coil tradizionale? Per due motivi. Primo perchè il magnifier è, secondo me, ancora più affascinante, visto che dimostra come l'avvolgimento di alta tensione sia un circuito a parametri distribuiti. Secondo perchè il tesla coil tradizionale richiede un accoppiamento piuttosto lasco, che impedisce di trasferire tutta la potenza disponibile sull'avvolgimento di eccitazione. Col magnifier, questo è totalmente risolto, quindi, a parità di lunghezza di scariche, posso impiegare una potenza inferiore. Resta da vedere se a 400kHz ilmagnifier funziona così bene come a 10MHz, ma questo è un altro problema. Al momento sto lavorando al semiponte con la scusa di costruire un riscaldatore a induzione di piccola potenza. |
