Guida all’ autocostruzione di una bobina di tesla valvolare con primario ad autotrasformatore stile VTTCBIG Di Bragonzi Fabio [ www.teslacoil.it ] Versione 1.0 prima bozza confidenziale
L’ autocostruzione di un tesla provvisto di oscillatore valvolare è un operazione semplice che Può essere portata a termine da chiunque possegga delle basi di elettrotecnica e sappia prendere In mano il saldatore dalla parte corretta, presenta tuttavia alcuni punti critici che dovranno essere Realizzati seguendo alcune semplici regole di base; Eseguendo tutti i collegamenti correttamente il circuito funzionerà al primo colpo anche se probabilmente il primo risultato sarà molto probabilmente modesto.
Parti critiche: -
I condensatori di bypass del filamento ( nello schema C9, C10, C11 ) dovranno essere dei componenti di qualità adatti a lavorare alle frequenze di lavoro del tesla, sono adattissimi allo scopo i condensatori al poliestere o polipropilene ( siglati KT, MKT, KP, MKP ) preferibilmente cercando tra le varie forme disponibili quelle che riescono ad essere incastrate negli spazi vuoti tra i pin senza sollevare lo zoccolo della valvola al piano di appoggio. Il loro valore NON è invece affatto critico e potrà essere variato a piacimento, eventualmente incrementandolo un poco se al posto di un alimentatore switching ad alta frequenza per lampade alogene viene utilizzato un normale trasformatore a 50Hz ( in tal caso il valore ottimale è 100nF )
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Il condensatore di bypass dell’ anodica ( nel mio schema ne sono stati utilizzati due in parallelo, C5 e C6 ma possono essere tranquillamente sostituiti con un singolo pezzo ) deve essere di buona qualità, in grado di sopportare senza troppi problemi la tensione anodica continua e i picchi di tensione ad alta frequenza generati dall’ oscillatore valvolare, il suo valore di capacità NON è affatto critico ( qualunque valore compreso tra 3 e 20nF andrà benissimo ), la sua resistenza ed induttanza parassita invece dovranno essere sufficientemente basse: un comune condensatore ceramico da radiofrequenza o un gruppetto di condensatori al polipropilene in serie-parallelo saranno più che sufficienti.
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Il condensatore di risonanza ( siglato nello schema C8 ) risulta essere ESTREMAMENTE CRITICO e da esso dipende gran parte del risultato finale. Il suo valore di capacità, insieme all’ induttanza della bobina primaria, determina la frequenza di risonanza del circuito LC primario ( che dovrà essere uguale a quella del circuito risonante secondario ) Questo condensatore è chiamato a palleggiare una corrente molto elevata, dovrà presentare bassissimi valori di resistenza ed induttanza parassite, possedere un elevato dV/dT ed infine dovrà poter gestire correnti nell’ ordine della quarantina di ampere senza manifestare cedimenti. Per la scelta del condensatore di risonanza vedere anche la sezione “modifiche”
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Il valore del condensatore di duplicazione è poco critico ( nello schema, NON avendo a disposizione un condensatore avente le caratteristiche richieste ho messo 3 condensatori da
forno a microonde in parallelo, si vedano C1, C2 e C3 ) e andrà scelto per tentativi provando tra 1 e 6uF circa, i migliori risultati li ho ottenuti usando circa 3uF. Utilizzando un condensatore di valore inferiore si otterrà una diminuzione dei consumi Seguita da una diminuzione della lunghezza delle scariche, utilizzandone uno di valore superiore il consumo aumenterà senza più incrementare la lunghezza delle scariche ( l’ eccesso di potenza finirà dissipato in calore dalla placca della valvola, che si ingiallirà oltremisura ). Il condensatore ceramico di bypass ( C4 ) NON è critico e potrebbe anche essere omesso. -
Il diodo di duplicazione NON dovrebbe risultare troppo critico anche se alcuni modelli di diodi per forni a microonde NON gradiscono il minimo disturbo RF e tendono ad andare in corto-circuito in pochi minuti, se questo dovesse accadere sarà sufficiente sostituire tale diodo con un altro più robusto ( si possono usare anche 12 diodi 1N4007 in serie ) ed eventualmente incrementare il valore del condensatore di bypass.
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L’ alimentatore elettronico per lampade alogene è da preferirsi ad un normale trasformatore di rete a 50Hz perché provvisto di circuito di soft-start che accende il filamento gradualmente senza dargli eccessivi shock termici ed elettrici, può comunque essere sostituito con un trasformatore a 50Hz ammettendo una riduzione della vita utile del tubo.
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Il valori dei componenti della rete di grid-leak ( formata da R2 e C7 ) sono molto critici e da essi dipendono le prestazioni d’ uscita del tesla, il calcolo dei loro valori da dei risultati che si discostano parecchio dai valori reali a causa delle innumerevoli tolleranze di progetto, per trovare i valori ottimali vedere anche la sezione “modifiche”
Disposizione dei componenti consigliata: -
I condensatori di bypass del filamento ( nello schema C9, C10, C11 ) dovranno essere posti più vicini possibile ai piedini della valvola, preferibilmente direttamente saldati sopra agli stessi senza interposizione di ulteriori spezzoni di filo.
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Il diodo di duplicazione va fissato direttamente sui terminali dei condensatori di bypass
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Disporre i condensatori di risonanza molto vicini alla bobina primaria
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Dove possibile mantenere la disposizione dei componenti tale da minimizzare la lunghezza di tutti gli altri collegamenti
Consigli di cablaggio: la forma dei collegamenti e’ molto critica e DEVE essere realizzata seguendo i consigli sottoindicati, eventuali cablaggi scorretti potrebbero causare autooscillazioni a frequenze NON volute con conseguente emissione di disturbi EMI, in casi particolarmente gravi possono anche verificarsi malfunzionamenti o guasti delle apparecchiature elettroniche circostanti, forti surriscaldamenti della placca e della rete di snubber ed eventualmente anche il mancato funzionamento dell’ intero tesla
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il cavo di collegamento tra i piedini del filamento e il trasformatore di alimentazione dovrà risultare intrecciato fittamente per ridurre l’induttanza parassita e per minimizzare l’ accoppiamento con la parte risonante. A causa dell’ elevata corrente circolante e della relativamente bassa tensione è necessario usare cavi di sezione adeguata, minimo 2,5mmQ che dovranno essere aumentati se la Lunghezza del cavo è eccessiva.
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La massa per la valvola va connessa con un corto spezzone di cavo che va’ dai condensatori di bypass dell’ anodica ( C5, C6 ) al centrale del filamento
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La G3 va connessa a massa con un cortissimo spezzone di filo messo sotto allo zoccolo della valvola tra il centrale del filamento e il pin di G3
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Il condensatore di grid-leak ( C7 ) e’ preferibile che sia connesso a massa direttamente sul pin centrale del filamento, ma può essere connesso anche alla massa dei condensatori di bypass anodici
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La resistenza della rete di grid-leak ( R2 ) può essere connessa a massa a piacere, per motivi puramente estetici io l’ ho fissata in verticale e l’ ho connessa ad una delle “corna” della valvola, precisamente quella connessa alla G3 ( ricordo che la G3 e’ stata connessa a massa dal pin sotto lo zoccolo quindi quel “corno” risulta a tutti gli effetti una massa ).
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La rete di snubber ( L1, R1 ) va connessa più vicina possibile al corno di placca della valvola, preferibilmente appesa direttamente sullo stesso. I valori dei suoi componenti sono poco critici e possono essere variati leggermente, è invece importante che il resistore sia del tipo antiinduttivo ( nei miei prototipi, a causa della scarsa reperibilità dei resistori adatti ho sempre utilizzato più resistori ad impasto in carbone in serie-parallelo inseriti in un cilindretto ceramico sul quale ho poi avvolto le spire di L1 )
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Dalla rete di snubber si esce poi con un corto spezzone di filo isolato in silicone ( quindi molto flessibile e contemporaneamente in grado di reggere alte temperature ed alte tensioni ) e si raggiunge il morsetto a coccodrillo sull’ avvolgimento primario. Tale filo siliconato dovrà avere una lunghezza sufficiente per poter raggiungere tutte le prese sul primario e contemporaneamente NON essere eccessivamente lungo.
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Si passerà poi ad effettuare le connessioni del circuito risonante: il condensatore di risonanza ( C8 ) dovrà essere posto vicinissimo alla bobina di risonanza, i fili di collegamento dovranno risultare di forte spessore perché in esse scorre la forte corrente palleggiata dai due componenti reattivi ( minimo 2,4mmQ ma e’ meglio abbondare specie se si intende modificare il primario )
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Per connettere il circuito risonante all’ anodica si dovrà utilizzare un corto spezzone di cavo che va’ dal terminale in comune tra il condensatore di risonanza e la bobina primaria e i soliti condensatori di bypass dell’ anodica.
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Utilizzando una valvola con filamento sprovvisto di presa centrale si dovrà collegare la Massa ad uno dei due piedini del filamento ed inserire un solo condensatore di bypass di valore maggiore
Modifiche: Il circuito è stato montato, un ultima ricontrollata per cercare gli eventuali errori e……. fuoco! Il circuito parte subito al primissimo colpo regalandoci subito delle scintille dalla punta…… scintille si, ma piuttosto corte e deludenti, generalmente intorno alla decina di centimetri……. Qui inizia il bello anche se siamo solo a metà dell’ opera…… Le possibili modifiche al circuito sono innumerevoli, praticamente tutte le parti del circuito possono essere sostituite con altre equivalenti o differenti purché vengano rispettate le regole scritte qui sopra; esistono però delle modifiche apparentemente inutili che potrebbero portare a netti miglioramenti o peggioramenti dei risultati d’ uscita, e’ consigliabile dunque provare a sostituire i componenti più critici facendo più prove fino a trovare il miglior risultato possibile, ecco una lista delle possibili modifiche consigliate: -
Cambiamento della frequenza di risonanza: modificando il valore del condensatore di risonanza e il numero di spire della bobina primaria è possibile variare la frequenza di lavoro del circuito. Si ricorda che, per ottenere il massimo rendimento possibile, la frequenza di risonanza della bobina secondaria DEVE essere la stessa di quella primaria quindi a questa modifica dovrà essere fatta seguire la sostituzione del secondario. Le frequenze al di sotto dei 300kHz tendono ad erogare scintille ramificate e ben distribuite, quelle al di sopra dei 300kHz tendono invece ad erogare scintille lunghe e diritte, prive di ramificazioni
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Cambiamento del tipo di condensatore di risonanza A parità di valore di tensione e capacità, il tipo di condensatore influisce moltissimo sulla forma delle scariche d’ uscita. E’ stato verificato sperimentalmente che un condensatore ad elevato Q ( per esempio un ceramico da trasmissione ) tende ad accorciare le scintille in uscita, che contemporaneamente diventeranno più calde, più luminose e meno ramificate, si verificherà anche un forte riscaldamento del filo primario che per tanto dovrebbe essere incrementato di sezione; al contrario, montando un condensatore dal Q inferiore ( ad esempio un banco MMC di condensatori al polipropilene in serie/parallelo ) le scariche in uscita diventeranno meno calde e luminose ma più lunghe ed estremamente più ramificate Si consiglia l’ uso di condensatori al polipropilene per frequenze al di sotto dei 300kHz e condensatori ceramici per frequenze al di sopra di quella soglia.
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Cambio del primario: E’ fortemente consigliabile aumentare lo spessore del filo quando vengono usati condensatori ceramici per RF, il maggior spessore si potrà compensare con il minor Numero di spire richieste.
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Cambio del grid-leak: I valori della resistenza e del condensatore di tale parte di circuito sono MOLTO CRITICI, sperimentalmente ho trovato adeguati 470 ohm e 6nF, si consiglia caldamente di provare a modificarli sperimentalmente per trovare la soluzione migliore caso per caso. Questa modifica è imperativa se si decide di modificare qualunque altro dettaglio del circuito
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cambio della valvola: Anche la valvola potrà essere sostituita con altri tubi da trasmissione ( compresi triodi e tetrodi ) si dovrà però tenere conto delle loro diverse caratteristiche cambiando i valori dei componenti al contorno.
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Cambio della modalità di funzionamento della valvola: E’ possibile configurare la valvola per funzionare in differenti modi, cito solo quelli sperimentati con successo: Configurazione a triodo, tutte le tre griglie in parallelo al pilotaggio, si dovrà aumentare il valore del condensatore di grid-leak e diminuire la sua resistenza. Configurazione a tetrodo, la griglia 2 e 3 devono essere connesse a massa, occorrerà aumentare il valore della resistenza di grid-leak e diminuire il suo condensatore. Configurazione a pentodo, la G1 va connessa al pilotaggio, la G2 ad una tensione fissa regolabile ( da 0 a 600V nel caso della GU81 ) e la G3 a massa, ancora una volta il grid-leak andrà modificato, questa volta pesantemente, aumentando la resistenza e diminuendo il condensatore.
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