Аудиомодуляция в SSTC — музыкальная катушка Тесла

Огромное преимущество транзисторных трансформаторов Тесла, выгодно отличающее их от искровых: их достаточно легко можно заставить петь, т.е. издавать звуки плазмой их разряда (ламповые тоже способны на это, но усилий требуется значительно больше, и удачных прецедентов сборки маловато). Сам принцип аудиомодуляции плазмы известен довольно давно; в СССР даже были концертного типа установки, модулировавшие факельный разряд звуком, устанавливавшиеся иногда (как мне рассказывали) в летних кинотеатрах. Есть даже современные профессиональные аудиосистемы, использующие электрическую дугу для издавания звука (ионофоны, плазмафоны и т. п.). Поскольку разряд катушки Тесла — такая же высоковольтная плазма, как и в факельниках или ионофонах, его можно промодулировать звуковой частотой, получив на выходе помимо электрического разряда ещё и звук.

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:

YouTube Трейлер

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.

Ниже представлена моя амплитудно аудиомодулированная SSTC (Музыкатушка, так я её называю) на полумосте из всё тех же HGTG20N60A4D и с управлением звуком через buck-конвертер и ШИМ. Она сделана более чем топорно и неаккуратно, в основном из-за того, что собиралась несколько месяцев — то не было корпуса, то горели компоненты из-за неправильного включения (я подавал питание на силовую одновременно с драйвером, и, скорее всего, драйвер запускался и работал несколько периодов неправильно, что оказывалось достаточным для выгорания силовой. Проблема решилась установкой реле, включающим силовую часть только после того, как заработает драйвер), вдобавок ко всему у меня отсутствовали подходящие драйверы (UCC27425), так что пришлось использовать UCC27324 и изобретать во-первых, инверсию сигнала и деление его на два канала, и, во вторых, запуск автогенерации ввиду отсутствия у неё ENABLE-входа. Всё это, впрочем, не мешает Музыкатушке неплохо работать. Это первая моя мощная катушка Тесла, постоянно работающая в CW-режиме (качеры не в счёт). Разряд имеет длину всего лишь около 10-15 см при потреблении в полтора киловатта. Такой режим непрерывной работы сильно разогревает как транзисторы, так и первичную со вторичной обмотки: первоначальный вариант первички и вторички быстро нагревался чуть ли не до сотни градусов и выше, угрожая расплавить каркас; пришлось отказаться от компактности в пользу надёжности и стабильности. Сейчас частота с тороидом составляет около 250 кГц, при токе по первичной обмотке около 20-25А. Нагрев никуда не делся, но зато хотя бы снизился до приемлемых уровней. Размеры резонатора — 16х20 см, проводом 0.33 мм, в первичной обмотке 6 полных витков провода 10 мм^2.

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.

YouTube Трейлер YouTube Трейлер YouTube Трейлер

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.

Поделиться в соц. сетях

Опубликовать в Google Buzz
Опубликовать в Google Plus
Опубликовать в LiveJournal
Опубликовать в Мой Мир
Опубликовать в Одноклассники

7 ответов на Аудиомодуляция в SSTC — музыкальная катушка Тесла

  1. Петька says:

    Восхитительная конструкция

  2. Eugene says:

    Насчет способов аудиомодуляции, я собирал ФАПЧ SS’ку с ЧМ и ШИМ по схеме Стива Коннера:
    http://scopeboy.com/tesla/dwsstc/wk2.html
    Мне она показалась гораздо более простой и дешевой относительно бак-конвертера. Насчет качества ЧМ, подмечу, что высокой громкости добиться сложно, так как при мощной ЧМ, Тесла выходит из резонанса и звук превращается в говно. Из 1 кВт катушки не выдавишь более 2-3 Вт звука.

  3. ЭИН says:

    Здравствуйте, admin.
    Вам удалось выяснить причину шипения при нулевом аудиосигнале? Или устранить его?

  4. kanya says:

    Здравствуйте. Мои знания на уровне любителя, так вот я рассмотрел схему и у меня возникли такие вопросы: где первичка и где вторичка? Что такое полумост ? В интернете искал не нашел.

  5. иван says:

    НЕВООБРАЗИМО КРУТО

  6. Подскажите пожалуйста по данной схеме, выход куда подключать ???если можно схематически изобразите пожалуйста !!!

  7. виктор says:

    Уважаемый админ или те кто уже собирал бак конвертор подскажите пожалуйста где подключить первичную обмотку и куда ноль от 310 вольт подключить.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован.