Побочный эффект качера Бровина

Физический факультет

Кафедра общей физики

 

Курсовая работа по теме:

Трансформатор Тесла. Качер Бровина

 

 

Выполнил:

Шарандин Данил Алексеевич

1 курс, 8 группа

Преподаватель:

Файн Марина Борисовна

 

г. Ростов-на-Дону

2016 г.

Содержание

1. Введение...................................................................................................... 3

2. Трансформатор Тесла................................................................................ 4

3. Качер Бровина............................................................................................ 7

4. Побочный эффект качера Бровина............................................................ 8

5. Практическое применение.......................................................................... 9

6. Сборка качера Бровина............................................................................ 10

7. Источники и список литературы.............................................................. 12

 

Введение

«Огромное значение электрических явлений для современной техники объясняется сочетанием ряда причин. Электроэнергию легко передавать на большие расстояния, что позволяет использовать для выработки электроэнергии естественные запасы энергии рек. Электроэнергия легко и с большим коэффициентом полезного действия может быть преобразована в другие виды энергии и применена, таким образом, для привода машин, для освещения, для химических процессов, для нагрева и т. д. Широчайшее применение в быту и технике получили самые разнообразные электроаппараты: телеграф, телефон, радиоаппараты, различные электроавтоматы, аппараты электрической сигнализации, аппараты электрического управления машинами на расстоянии, электромедицинские аппараты и т. д. Электроизмерительные приборы благодаря своей исключительной точности в настоящее время применяются во всех областях науки и техники. Кроме того, учение об электричестве имеет очень большое познавательное значение. Исследуя электрические явления, мы проникаем в строение вещества. Этим путем физика пришла к познанию строения атомов и к открытию способов освобождения атомной энергии, что приведет к новой эре в технике и в жизни человечества.» [1]

 

Трансформатор Тесла

Трансформатор Тесла, или катушка Тесла – резонансный трансформатор, производящий высокое напряжение высокой частоты. Это устройство было изобретено Николой Теслой и носит его имя. Прибор был заявлен патентом США № 568 176 от 22 сентября 1896, как «Аппарат для производства электрических токов высокой частоты и потенциала».

Простейший трансформатор Тесла состоит из двух катушек – первичной и вторичной, разрядника, конденсатора, тороида и терминала («Выход» на схеме) (Рис.1). Тороид может использоваться не всегда.

 

 

Рис.1

 

 

Первичная катушка содержит обычно несколько витков провода большого диаметра, а вторичная гораздо большее количество витков (может быть около 1000) провода меньшего диаметра (в своей работе я использовал гораздо меньшее количество витков, т.к. трансформатор был создан в демонстрационных целях). Первичная катушка может быть нескольких видов: плоской (рис.2), конической (рис.3) или цилиндрической (рис.4). В отличие от обычных трансформаторов, здесь нет ферромагнитного сердечника.

 

 

Рис.2 Рис.3 Рис.4

«Таким образом взаимоиндукция между двумя катушками гораздо меньше, чем у трансформаторов с ферромагнитным сердечником. Первичная катушка вместе с конденсатором образует колебательный контур, в который включён нелинейный элемент – разрядник.

Разрядник, в простейшем случае – это обыкновенный газовый, представляет собой два массивных электрода с регулируемым зазором. Электроды должны быть устойчивы к протеканию больших токов через электрическую дугу между ними и иметь хорошее охлаждение.

Вторичная катушка также образует колебательный контур, где роль конденсатора выполняют ёмкость тороида и собственная межвитковая ёмкость катушки. Вторичную обмотку часто покрывают слоем эпоксидной смолы или лака для предотвращения электрического пробоя» (также лак можно использовать как средство для упрочнения обмотки). [2]

Терминал может быть выполнен в виде диска, заточенного штыря или сферы. Его предназначение заключается в получении предсказуемых искровых разрядов большой длины – стримеров. Причем можно узнать какой стример будет испускать терминал. Чтобы он был тонкий и сине-голубым, надо разместить первичную катушку в одном месте, например, сконцентрировать ее внизу, а чтобы стример был толстым и желтым, необходимо разместить первичную катушку равномерно относительно вторичной обмотки.

Таким образом, трансформатор Тесла представляет собой два связанных колебательных контура, что и отличает его от обычных трансформаторов. Для полноценной работы катушки они должны быть настроены на одну резонансную частоту. Обычно настраивают частоту одного контура под частоту второго путём изменения ёмкости конденсатора и числа витков первичной обмотки до получения максимального напряжения на выходе трансформатора. Число витков первичной обмотки может сильно изменить напряжение на выходе трансформатора, даже четверть мотка может сильно повлиять на результат.

«Трансформатор Тесла рассматриваемой простейшей конструкции (Рис.1), показанной на схеме, работает в импульсном режиме. Первая фаза – это заряд конденсатора до напряжения пробоя разрядника. Вторая фаза – генерирование высокочастотных колебаний.

Заряд конденсатора производится внешним источником высокого напряжения на базе повышающего низкочастотного трансформатора. Так как часть электрической энергии, накопленной в конденсаторе, уйдёт на генерирование высокочастотных колебаний, то ёмкость и максимальное напряжение на конденсаторе пытаются максимизировать. Напряжение заряда ограничено напряжением пробоя разрядника, которое (в случае воздушного разрядника) можно регулировать, изменяя расстояние между электродами или их форму.

После достижения между электродами разрядника напряжения пробоя в нём возникает лавинообразный электрический пробой газа. Конденсатор разряжается через разрядник на катушку. После разряда конденсатора напряжение пробоя разрядника резко уменьшается из-за оставшихся в газе носителей заряда (ионов). Поэтому цепь колебательного контура, состоящего из первичной катушки и конденсатора, остаётся замкнутой через разрядник и в ней возникают высокочастотные колебания. Колебания постепенно затухают в основном из-за потерь в разряднике и ухода электромагнитной энергии на вторичную катушку, и продолжаются до тех пор, пока ток создаёт достаточное количество носителей заряда для поддержания напряжения пробоя разрядника, существенно меньшего, чем амплитуда напряжения колебаний в контуре. Во вторичной цепи возникают резонансные колебания, что приводит к появлению на терминале высокого напряжения.

Во всех типах трансформаторов Тесла основной элемент трансформатора – первичный и вторичный контуры – остается неизменным. Однако одна из его частей - генератор высокочастотных колебаний может иметь различную конструкцию.» [3]

 

 

Качер Бровина

Одним из вариантов трансформатора Тесла является качер Бровина. В его конструкцию могут входить полевые или биполярные транзисторы, реже – радиолампы (триоды и пентоды). Качер Бровина был изобретен в 1987 году советским радиоинженером Владимиром Ильичом Бровиным в качестве элемента электромагнитного компаса.

В 1987 году Бровин занимался проектированием компаса, позволяющего определять стороны света не с помощью зрения, а при помощи слуха. Принцип работы заключался в использовании генератора звуковой частоты, изменяющего тон в соответствии с расположением прибора относительно магнитного поля планеты. В качестве основы использовался блокинг – генератор. Усовершенствованное устройство получило название качер Бровина (Рис.5).

 

 

Рис.5

 

 

Качер Бровина представляет собой своеобразный полупроводниковый разрядник, в котором разряд электрического тока проходит в кристаллической основе транзистора, минуя стадию образования электрической дуги (плазмы). Самое интересное в работе устройства – это то, что после пробоя кристалл транзистора полностью восстанавливается. Это объясняется тем, что в основе работы прибора используется обратимый лавинный пробой, в отличие от теплового, который для полупроводника является необратимым.

 

Побочный эффект качера Бровина

Сигналы, полученные при исследовании свойств устройства на электродах полупроводникового транзистора, измеренные осциллографом относительно положительного и отрицательного полюсов источника напряжения, всегда имели одинаковую полярность.

Транзистор типа NPN (Рис.6) выдает положительный сигнал на коллекторе, а PNP (Рис.7) транзистор – отрицательный. Этим эффектом и интересен качер Бровина.

 

 

Рис.6 Рис.7

 

«Схема прибора содержит индуктивность, которая в процессе работы устройства имеет сопротивление, близкое к нулевому. Генератор продолжает работать даже при приближении мощного постоянного магнита к сердечнику. Магнит насыщает сердечник, в результате блокинг – процесс должен остановиться из-за прекращения трансформации в цепи обратной связи схемы. При этом в сердечнике не выделялся гистерезис, его не удалось выявить с помощью фигур Лиссажу. Амплитуда импульсов на коллекторе транзистора оказалась в пять раз выше, чем напряжение источника питания.» [4]