Основных способов модуляции два: частотная и амплитудная. Частотная модуляция основывается на изменении частоты прерываний в интерраптере, при управлении с микроконтроллера, совместимого с MIDI или аналогичным форматом, или с компьютера. Основное её преимущество в возможности использования с импульсными катушками – ISSTC и DRSSTC – и получении огромных поющих молний с больших установок, в то время как прочие способы для этого непригодны. Силовая часть катушки Тесла включается и выключается несколько сотен раз в секунду, соответственно, плазменный канал молнии то появляется, то исчезает, и нагретый воздух создаёт звуковую волну при его появлении. Но вместо генерирования прямоугольного сигнала для управления транзисторами при помощи таймера 555, как это обычно делают, этот сигнал выдаётся микроконтроллером (или логикой, если не лень её распаивать), а на вход контроллера при этом поступает последовательность нот с определённой частотой, формирующая мелодию. Минусы метода – монофоничность, как у рингтонов старых мобильников (дифоничность в случае парной катушки Тесла) и некоторая сложность при программировании конверсии цифрового сигнала в формате MIDI в набор частот. Скоро будет доделан до законченного вида прерыватель для DRSSTC, который будет способен играть музыку этим способом.

Пример тестового музыкального трансформатора Тесла, который использует этот способ аудиомодуляции, звучит примерно так:

Щелкните здесь для просмотра встроенного видео.

Реализация амплитудной аудиомодуляции катушки Тесла может быть сделана несколькими принципиально различными способами. Известные мне таковы:

1) Модуляция амплитуды напряжения. На вход инвертора – полумоста или моста – подаётся не полное рабочее напряжение, а некий процент от питающего. Реализуется это обычно при помощи т.н. buck-конвертера: топологии преобразователя из ключа (полевого транзистора или IGBT) и диода (или двух ключей для синхронного бака), и сглаживающего дросселя. Ключ управляется по затвору ШИМ-генератором (например, TL494 или аналогичным), через драйвер и опторазвязку. ШИМ-генератор же получает на вход амплитудно модулированный звуковой сигнал с плеера или другого источника звука. Получается этакое двойное преобразование: АМ -> ШИМ -> АМ. Несколько неэффективно и вносит искажение в звучание, но в целом наиболее просто.

2) Модуляция фазы и частоты. Реализуется обычно на основе ФАПЧ (CD4046 и родственников). Получая на вход амплитудный сигнал, мы в соответствии с ним сильнее или слабее мешаем ФАПЧ подстраиваться в рабочую частоту катушки (предельная частота звука – ок. 1/100 несущей частоты катушки) – уходим от резонанса. Этот метод требует использования топологии ФАПЧ при построении катушки, которая несколько сложнее простого автогенератора. Но в общем случае такой способ должен давать более чистый звук.

3) PDM (pulse density modulation), DDS и другие нестандартные методики. Основаны в основном на хитрых аналого-цифровых преобразованиях (пропуск импульсов, например, как в PDM, представляет именно такое преобразование), использовании специальных дорогостоящих микросхем (DDS) и в целом немалого знания искусства схемотехники. Но, по отзывам и записям, они позволяют получить наиболее чистый амплитудно модулированный звук.

Звук катушки громкий (ватт на 10 по ощущениям), но весьма «грязный», замусоренный холостым шипением. Предположительно, это происходит из-за глючащего от наводок оптрона в баке. Отлаживать не особо хочется, слишком уж долго собиралась эта конструкция в свой более или менее законченный вид.

Разряд необычайно горячий – стальная проволока, будучи поставленной на терминал, горит, как бенгальский огонь, а вольфрам моментально начинает испаряться с голубовато-сизым дымом и бело-жёлтым свечением. Создаваемое катушкой поле так сильно, что можно получить весьма чувствительные ожоги, просто случайно коснувшись какого-то металлического предмета, стоя рядом с ней – возникает дуга между кожей и этим предметом.

Впрочем, фотографии здесь не очень интересны – видеозаписи куда лучше передают её работу.

Щелкните здесь для просмотра встроенного видео.

Щелкните здесь для просмотра встроенного видео.

Щелкните здесь для просмотра встроенного видео.

Последнее видео особо интересно: там фигурирует большая неоновая спираль, недавно мною отпаянная и чрезвычайно красиво ведущая себя в тандеме с Музыкатушкой.

Для дочитавших до этого места подарок: полная схема buck-конвертера. Можно копировать.

Добавил страницу про полномостовую транзисторную катушку – со схемой.

Добавил страницу про красный лазер.

Добавил видео лазеров всех четырёх цветов, расположенных в ряд («лазерная ограда»).

Добавил видео лестницы Якова с полумостового и мостового инверторов (вскоре будет запись про то, как их делать).

Текущие проекты:

Полномостовая ISSTC.

Автогенератор на основе транформатора тока, надетого на провод заземления, двухступенчатый драйвер (разработанный sifun’ом, скопированный и адаптированный уже мной) на основе UCC27425 и трёх GDT, мост – полевики FCA47N60 быстрые IGBT на 70А (марку не скажу, а то все их скупят ), резонатор 11х33 см, частота около 200-250 кГц, двойной прерыватель по схеме Стива Варда. Длины разряда до 60+ см, работа стабильная. Проект, собственно, закончен, но не могу никак нарисовать к нему схему.

Щелкните здесь для просмотра встроенного видео.

Начало длительного конструирования самой большой пары DRSSTC в России.

Аудиомодуляция SSTC.

Buck-конвертер по питанию и любая катушка в CW-режиме. Бак-конвертер – это просто полумост (у которого один из транзисторов может быть заменён на диод), который рулится ШИМом (например, от TL494 через оптодрайвер), и который после себя имеет интегрирующий дроссель. Такая конструкция позволяет преобразовывать ШИМ в значение питающего напряжения, а поскольку TL494 умеет преобразовывать амплитудную модуляцию (т.е. обычный аналоговый звук с плеера, например) в ШИМ, то такая связка позволяет делать амплитудную модуляцию в SSTC. На видео – модулированная катушка из первого абзаца. К сожалению, большой стример хоть и громко звучит, но сильно хрипит, так что бак отправится в более мелкую, полумостовую катушку.

Щелкните здесь для просмотра встроенного видео.

Щелкните здесь для просмотра встроенного видео.

Инверторы.

От нечего делать недавно восстановил ранее сгоравший полумост на той же TL494 с ГДТ-развязкой и IRFP460A в силовой. 800-ваттные дуги от розетки, ничего кроме строчника не греется. В планах попробовать мост на тех же 460-х и несколько строчников параллельно в нагрузку, чтобы снять 3-4 киловатта дуги. Пока удалось без сгорания ключей получить около 1.5 квт.

Щелкните здесь для просмотра встроенного видео.

Щелкните здесь для просмотра встроенного видео.

Делавшаяся последний месяц с лишним под заказ катушка наконец-то доделана и завтра уезжает к заказчику. Выложена здесь как фактически первый реальный пример серьёзной конструкции (конкретно – искровой катушки Тесла), которую я в состоянии изготовить под конкретные технические требования (сценическое применение). Длина разряда от полутора до двух метров, потребляемая мощность от 2 до 5 кВА. Тестовые запуски показали её достаточно стабильную и успешную работу в течение пяти минут непрерывно (больше не в состоянии обеспечить алюминиевая проводка дома, а пожар здесь ни к чему). Надеюсь, заказчик сможет обеспечить ей грамотное техническое обслуживание и эксплуатацию, соблюсти требуемые меры безопасности, и успешно использовать её по своему усмотрению

Более подробные параметры будут рассказаны позднее в отдельной странице рубрики «Катушки Тесла», если таковые параметры будут сочтены необходимыми к публикации. Особенного в катушке ничего, вообще говоря, нет, обычная ACSGTC с асинхронным разрядником (разрядник made by Ёж, кстати). Питается от ОЛ-1,25/10 (снова спасибо Ежу), включаемому напрямую в розетку.

Щелкните здесь для просмотра встроенного видео.

Конструкция их хоть и проста как полено, но требует изрядной точности в изготовлении и подгонке. Внутри неподвижного барабана с прорезями вращается крыльчатка, лопатки которой, во-первых, нагнетают воздух, и, во-вторых, перекрывают собой прорези барабана, то открывая доступ воздушному потоку, то прерывая оный. Чем выше обороты сирены, тем мощнее поток воздуха, тем выше частота перекрывания, и тем громче и пронзительнее звук. Никаких динамиков, никаких рупоров, совершенно бронепаровозная, как некоторые любят говорить, конструкция, требующая только электродвигатель, и громкость в 90 дБ (120 дБ для отсутствующей, увы, у меня старшей сестрёнки С-40) на выходе при охрененно слышимой частоте в 500-600 герц. Двигатель, кстати, там асинхронник, мощностью ватт на 700, трёхфазный. Для запуска требует либо частотника, либо пускового конденсатора ёмкостью в двести микрофарад (я использовал две штуки К75-28 100 мкф 3000 в каждый). Подключение стандартное для электродвижков такого рода.

При запуске в помещении её звук практически непереносим (стример катушек Тесла отдыхает) и резонирует в груди, если сидеть на расстоянии пары метров, отчётливо слышен за окнами, и вызывает труднопреодолимое желание забиться куда-нибудь поглубже под землю (главное, подальше от этой штуки). Восхитительный прибор :3
При совмещении сирены с турбонаддувом (то есть, если искусственно нагнетать ей воздух, не полагаясь на мощность крыльчатки), можно обеспечить высокую громкость и на низких частотах вплоть до инфразвука. У меня подходящей поддувалки под рукой, к сожалению, не оказалось, но это сделал Нейтронная Буря с имеющейся у него аналогичной сиреной – видео можно посмотреть здесь. Полагаю, вживую басы очень впечатляют.

Щелкните здесь для просмотра встроенного видео.

Сия катушка – совместный проект меня и sifun’a (по правде говоря, основную работу сделал он: всё управление и buck-конвертер в питании). Параметры: резонатор 16х16 см проводом 0.4 мм, 6-витковая первичная обмотка с высоким коэффициентом связи со вторичкой, небольшой тороид. Частота около 320-340 кГц. Обратная связь по трансформатору тока 1:25, с большой разделительной ёмкостью (для правильного поворота фазы). Управление накачкой: микроконтроллер Attiny13, который драйвит buck-конвертер (по сути, электронный ЛАТР). Обратная связь автогенератора реализована через хитрый двухступенчатый драйвер:  перед силовым мостом (на FCA47N60) стоит предусилительный на полевиках, выпаянных с материнской платы (маркировку не помню), которые раскачиваются при помощи UCC27425. Развязка сделана на трёх GDT, один с пятью обмотками от UCC до материночных фетов, и по два трёхобмоточных от материночных фетов до силового моста. Мост обвязан диодами HFA30TB60, TVSами 1.5KE400 и снабберами из керамических конденсаторов на 1000пф с высоким ESR (таким образом, снабберные резисторы оказываются излишни). Резонансная ёмкость последовательно с первичкой – три штуки К78-2 последовательно, ёмкость суммарно 33 нф.

Всё это вместе, несмотря на феноменальную сопливость, даёт около 90 сантиметров разряда, вшестеро превышая длину резонатора (вторички). Пиковая мощность – около 15 киловатт, судя по показаниям датчика тока в первичке.

Когда-нибудь, когда катушка перестанет представлять собой кучу соплей, окажется оформлена в корпус, и будет стабильно и эффективно работать, я подробно распишу нюансы её работы, и, возможно, составлю схему и инструкцию по сборке аналога (если статья Эрика не окажется для кого-либо исчерпывающей).

Щелкните здесь для просмотра встроенного видео.

Если кому внезапно надо, господа фаерщики и воннаби фаерщики, могу сделать подобные штуки (равно как и иной сварной/паяный реквизит) под заказ, с вас чертёж с размерами и комментарии/пожелания, о цене договоримся

Первая и самая, казалось бы, бредовая мысль, пришедшая в голову, когда стало ясно, что греть трубу феном бессмысленно, что Водоканал с его ремонтными работами здесь ни при чём, и что ждать до весны (или прокладывать утеплённую трассу поверху) очень не хочется: прогреть трубу током, используя её просто как очень большой и железный резистор. Но – внезапно – после непродолжительных поисков выяснилось, что, во-первых, это решение промышленно используется, и существуют аппараты для этой процедуры, и что, во-вторых, диапазон напряжений и токов для оной процедуры достижим в условиях домашней проводки и элементарных электрокомпонентов: сварочника/ЛАТРа и большой, очень большой бухты толстого медного кабеля.

Водопровод имеет торчащий вентиль на краю участка, который соединяется одной стороной с городским водопроводом, а с другой уходит под землю и идёт по участку. Общая длина труб оказалась около 30 метров, диаметр – дюймовая (35 мм), очень ржавая и подгнившая. Суть реализации идеи: сопротивление толстого медного кабеля много меньше сопротивления железной трубы того же диаметра, а потому падение напряжения и выделяющаяся на нём мощность будут много меньше, чем на трубе, и таким образом греться будет в основном именно труба, что и приведёт к её размораживанию. Учитывая, что проложена она под землёй, теплоотдача там будет крайне невелика и поскольку прогреть трубу требуется всего лишь до +1-2 градусов, это оказывается возможным сделать за приемлемое время в несколько часов. Диапазон напряжений и токов для этой цели надо подбирать опытным путём, но, скорее всего, ток порядка 100-200 ампер успешно её прогреет за час или два. В данном случае оказалось достаточно часа на 50А, часа на 90А и получаса на 115А.

Источник питания для такой системы должен обеспечивать этот ток без заметного охреневания. Мы нашли  ненужный   трансформаторный сварочник (магазинная цена – 2.5 тыр) и просто вмотали ему в остававшееся между обмотками и железом окно семь витков медного провода сечением 35 мм^2. Оного провода, который работал подводкой от сварочника до вентиля, была взята бухта в 40 метров (5.8 тыр, дорого, но не дороже водопровода на остаток зимы). Этот аппарат дал 50 ампер на «резисторе» из трубы и меди суммарно, медь, впрочем, не грелась кроме как в точках контакта (контакт надо было обеспечить хороший, зачистить трубу от ржавчины кордщёткой и плотно прижать трубным хомутом к ней зачищенный конец кабеля). После осознания малоперспективности прогрева таким низким током было решено попробовать подключить другой сварочник, инвертор, выставив на нём где-то 80-90 ампер. Хотя сам инвертор работал в таком режиме нормально, сильно грелись провода от него. И после ещё часа вместо инвертора поставили бывший сварочник и, последовательно с ним, ЛАТР без арматуры (только сердечник и обмотки), в который было вмотано ещё витков восемь того же 35 мм^2 кабеля. Суммарно это дало 115 ампер тока (при напряжении, наверное, около 12-15 вольт (около 1 вольт на виток получилось)), и через полчаса прогрева – о чудо – из крана полилась вода! Правда, потом пришлось прочищать ещё часть труб, выкинуть два крана из подводок, заменив на новые, и выковыривать грязь и обломки ржавчины, поскольку все попытки прогрева, похоже, пробудили древнее зло из глубин советского водопровода, но это были мелочи в сравнении с отсутствием воды (попробуйте посмывать пару дней унитаз водой, топя её предварительно из снега в большой кастрюле на плите).

Такие дела.

Катушка работала неплохо, но тем не менее результаты были как-то не очень, не достигалась даже длина вторички. И, наигравшись с возможными коэффициентами связи и конфигурациями резонаторов, я решил поставить в первичный контур резонансный конденсатор, постепенно изменяя его номинал простым перекидыванием контакта между выводами последовательно спаянных десятка К78-2 1000в 0.1 мкф, и подбираясь таким образом к полному двойному резонансу. Результаты оказались весьма впечатляющи (до полуметра разряда с 33 см вторички), но, к сожалению, из-за отсутствия ZCS и вообще общей безалаберности конструкции очередного захода экспериментов вынесло в коллекцию дохлых деталей два полевика из четырёх. Как только найдутся душевные силы – заменю и продолжу.

Тем не менее, несмотря на то, что катушка греется, нестабильна, и вообще довольно убога, и может работать в очень узком диапазоне режимов прерывателя и с крайне низкой средней мощностью, доказана работоспособность небольшой DRSSTC не на IGBT (биполярные транзисторы с изолированным затвором), а на полевиках, несмотря на меньшую толерантность последних к большим импульсным токам, протекающим в первичном контуре. Учитывая возможность параллелить полевые транзисторы в больших количествах (в отличие от IGBT), это всё открывает интересные перспективы по созданию большой катушки на полевиках, каковые сильно дешевле мощных биполяров.

Работа и эксперименты продолжаются.

Информации в сети по этой лампе практически нет, но, основываясь на её виде и конструкции, а также на названии, можно сделать некие предположения. Скорее всего, она расшифровывается как Высокочастотная КСеноновая Шаровая, мощность 10 киловатт. 10 киловатт ксенонового света в объёме в четверть литра? Похоже что именно так. Штуцеры на краях – для водяного охлаждения проточной водой, а запитывание лампы, судя по всему, производится от высокочастотного генератора – единицы мегагерц, единицы киловольт и ампер.

Не думаю, что мне её удастся хоть когда-нибудь запустить правильным образом, розетки в 10 кВт нет и не предвидится, а высокочастотного генератора на такую мощность – тем более. Но сам факт существования такого уникального и интересного  продукта советской инженерной мысли вызывает некую прямо даже оторопь от фантазии тогдашних инженеров и искреннее уважение к их способности городить феерические по своему безумию конструкции и проекты.