2018年7月2日月曜日

ミニテスラコイル(slayer exciter)

先日、Facebookで茨城県・根本先生が投稿されていた
「ミニ・テスラコイル」に興味を惹かれ、私も作ってみました。

まずは動画から・・・


組み立ててみたのですが、
トランジスタ、FETの発熱がひどくて
数分経つと、手で触れない状態・・・
そんなこんなで、暫くお蔵入りになってました。
今回、引っ張り出して、遊んでいたところ、
過熱の影響か?サージ電圧の影響か?
よくわからないですが
トランジスタが壊れてしまいました😰

そのため、今回作るなら
なるべくトランジスタの発熱の少ないものを作りたい!
と思いつつ、取りあえず作ってみることに。

「slayer exciter」で検索したときに紹介されているトランジスタは
TO-92タイプの場合は2N2222Aが多いです。
 パワートランジスタだと、2SC3421TIP31C等々が紹介されています。
でも手持ちのトランジスタに、上記のものはなく、
TTC015Bがなんとなく良さそう・・・
耐圧も割と高く、コレクタ電流2A、コレクタ損失1.5W(TC25℃で10W)
トランジション周波数も150MHzなので、
これを使用することにしました。

回路はこのようにしました。
(2018年11月13日、コメントでご連絡を頂き、一部修正しました。)

この装置の製作に関しては、
特にこちらのサイトを参考にさせて頂きました。
(各部品の説明が詳細に書かれています。)

2次コイルは、外径32mm×15cmの塩ビ棒に
φ0.2mmのポリアミドイミド銅線(AIW)を630回巻きました。

 ②
1次コイルは私みたいに10回も巻いてるサイトは見かけなかったのですが、
少しでもコレクタ電流を減らすために長くしました。
でも太さがちょっと太め・・・😅
1次コイルと2次コイルが接触しない方が放電しやすいと思ったので
(中国製のミニテスラコイルがそうだったので・・・)
間に(白く見えてるところ)スポンジシートを巻いています。
(ネット上ではピッタリくっつけて巻かれてる人も多くおられました)
1次コイルの巻き数や2次コイルとの位置関係が
どれくらい放電に影響するのか?はよくわからないです。

回路を上のように組み立てて、

②と③を板に貼りました。

φ40mmの発泡スチロール球にアルミホイルを巻き、 

2次コイルの1端をアルミホイルの中に入れて
塩ビ棒の上に強力両面テープで貼りました。
電源は12VのDCアダプタを使用しています。

点灯・放電実験は上記ビデオで御覧頂いた通りですが、
①蛍光灯 

 ②赤色LED単体
(青色より赤色LEDの方がよく点灯します。)

③放電実験

④ネオン球

⑤逆向き並列接続のLED


 φ2mmUEW50回巻き、長さ30cmのリード線
それぞれにLEDを接続したもの


長さ30cmのリード線にショットキーバリアダイオード(BAT43)+LED
シリコンダイオード(1N4007)+LED
を接続したもの

長さ30cmのリード線にショットキーバリアダイオード(BAT43)+LED
長さ5cmのリード線にショットキーバリアダイオード(BAT43)+LED
を接続したもの

以上の実験を行いました。

<実験結果>
蛍光灯は割と簡単に点灯します。
口金のところを持つと、熱く感じるときがあります。
(使用した蛍光灯は数年前にダイソーで購入したものです)

蛍光灯が点灯する理由について、
こちらの674~675ページ目に詳細に書かれています。
http://www.jspf.or.jp/Journal/PDF_JSPF/jspf2004_08/jspf2004_08-669.pdf

 LED単体のときは指で片方の電極を持ち、もう片方を装置に近づけると
点灯しますが、プラスチック製のピンセットで持つと点灯しません。
金属製のピンセットで持つと点灯します。
LEDの足を素手で持っていると熱く感じるときがあります。
(ピンセットでLEDの片足を持ち、もう一方の片足をアルミ球に接触させると点灯します。)
2次コイルは高電圧のため、周辺の空気に絶縁破壊が発生し
電子が放出されますがその電子と
LEDの片側の足を人体で接地していることが、
点灯する原因なのでしょうか・・・?
それとも高周波による影響とかでしょうか?
よくわからずすみません。
ご存知の方 教えて頂けると嬉しいです。

③放電実験
千枚通しを近付けると、5mm程度の放電が見られました。
指をアルミ球に接触させても光ります。
ビリッとした感じではなく 少し熱く感じ、
すぐに焦げたにおいが漂ってきます。
(指に火傷の痕は見られませんが・・・)

ネオン球も蛍光灯と同様、点灯させやすいです。
プラスチック製のピンセットで持っても点灯しますが、
点灯する範囲(装置からの距離)が狭くなります。

逆向き並列接続のLEDは両方とも点灯します。
プラスチック製のピンセットで持つと点灯しませんが、
アルミ球に接触させると点灯します。

φ2mmUEW50回巻きは点灯しますが
長さ30cmのリード線1重では点灯しません。
(もっと強力なテスラコイルだと、1重でも点灯するのでしょうね?)

ショットキーバリアダイオード(BAT43)を入れた方が
シリコンダイオード(1N4007)よりも明るく点灯します。
(10年以上前に販売されていた「光る携帯アクセサリー」は
800MHz帯の電磁波に反応し点灯するものでしたが、
当時ショットキーバリアダイオード+LED+リード線で作った記憶があります。)

リード線の長さ30cm、5cmともに装置の近くでは明るく点灯しましたが
装置から離したときに違いが現れます。
長さ30cmは1mくらい離しても薄っすら点灯しますが
長さ5cmの方は50cmくらい離すと消灯しました。

作成当初から気になっていたトランジスタの発熱は割と抑えられています。
1時間電源を入れっぱなしの後、非接触温度計で測ると45.9℃で
手で触わることも出来ました。
(中国製のミニテスラコイルのキットは10分くらい電源を入れていると
手で触ることは出来ませんでした。)

取りあえず、作ってはみたものの、
この装置の仕組みに関しては、よく理解できていません😅

点灯や放電をするのは2次コイルからの高周波・高電圧の電磁波の
影響だと思いますが、上でも書いたように
LEDが点灯するときはどのように影響しているの?

回路の仕組みは、ブロッキング発振回路?
コンデンサのないハートレー発振回路?なの?

少なくとも、この回路では本物のテスラコイルのように
1次と2次が共振しなくても うまく放電出来るようですね。

もしこの装置の仕組みについてご存知の方がおられたら、
教えて頂けると嬉しいです。
→2018年11月13日に匿名さんからご指導頂きました。
ありがとうございました。



2 件のコメント:

  1. 回路のしくみは「電流共振回路」です。二次コイルのGND側に流れる電流波形をオシロで観察してみてください。綺麗な正弦波ですよ。この正弦波電流がトランジスタのベースに流れてスイッチングするわけです。
    逆ダイオードとLEDは重要な働きをしています。これがないとトランジスタが壊れてしまいます。1N4007ではいけません。ここはファーストリカバリーダイオードかショットキバリアダイオードを使う必要があります。
    510Ωは不要だと思います。
    あと、電源インピーダンスを下げるために忘れてはならないのが電源のバイパスコンデンサです。22uFの積層セラミックが良いと他のBlogにも書かれています。

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    1. ご教授下さって、ありがとうございます。嬉しいです。
      まだオシロ波形を見たり、装置の修正も出来ていないのですが
      取りあえず、回路図は変更しました。
      また近いうちに装置の改良に挑戦してみます。
      どうかこれからも、どうか宜しくお願いします。

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