Slayer Exciter ja plasmaliekki

Yksinkertaisin mahdollinen Teslamuuntajakytkentä on yhdellä ainoalla transistorilla toteutettu Slayer Exciter -kytkentä.

Kuva 1. Plasmaliekki.

Kytkennän nimen alkuperä on epäselvä. Kytkentä on äärimmäisen yksinkertainen, eikä sitä tarvitse virittää, vaan se asettuu itsestään tarkalleen käytössä olevien käämien resonanssitaajuuteen.

Kuva 2. Kytkentäkaava.

Ihan pienet laitteet voidaan toteuttaa kuvan mukaisella 9V patterilla ja vaikka transistorilla 2N2222A, mutta nyt kun toisiokäämi on iso, kannattaa käyttää jotain tehokkaampaa. Ensimmäiset kokeilut tein transistorilla TIP31C, joita kytkemällä rinnan neljä kappaletta, toimikin melko hyvin. Transistorien rinnan kytkentä on edelleen huono idea, mutta transistorien tehokkaalla jäähdytyksellä, kytkennän ajautuminen vinoon näyttää kuitenkin pysyvän hallinnassa. Transistorin lämpöhäviö nimittäin kasvaa kun se lämpenee, joten jos yksi rinnakkytketyistä transistoreista lämpenee muita enemmän, se alkaa lämmetä yhä enemmän ja näin kytkentä ajautuu epätasapainoon. Riittävän tehokas jäähdytys näyttää estävän katastrofaalisen vinoutumisen ja transistorit pysyvät viileinä.

Seuraava testtava transistori oli BU536 joita kytkemällä rinnan kaksi kappaletta, toimi paremmin kuin neljä TIP31C transistoria.

Seuraava ja toistaiseksi paras kombinaatio on 3 kpl BU426A -transistoria rinnan. Bipolaatitransistoreilla ei enempää kannattane kokeilla, vaan siirtyä suosiolla MOSFETtiin. Onnistuin kuitenkin rakentamaan huomattavasti tehokkaammaan bipolaatirtansistoriin perustuvan Slayer Exciter -teslamuuntajan kuin mitä missään Youtubessa olen muiden rakentajien tekeminä nähnyt.

Kuva 3. BU426A -transistorit yhdessä massiivisessa jäähdytyslevyssä. Oskilloskooppi kytkettynä kannan ja emitterin väliin. Muut kytkennät ruuvilittimillä ja hauenleuoilla.

Kuva 4. Ensiökäämistä on tässä kytkennässä käytössä vain viisi ensimmäistä kierrosta. Se osoittautui parhaiten toimivaksi kierrosluvuksi.

Kuva 5. Toisiokäämin yläpäähän on asetettu terminaaliksi tyhjä säilyketölkki. Late toimii imankin, mutta terminaalin kanssa paremmin. Tällä rakenteella systeemi asettui värähtelemään taajuudella 340 kHz.

Kytkentää kestää täyden virtalähteen tuottaman jännitteen, 80 V, jolloin se ottaa virtaa n. 4 A. Videossa nähdään laitteen tuottama plasmapurkaus. Näin suuritaajuinen sähkövirta kulkee vain johtimen pintaa myöten. Ilmiö tunnetaan nimellä skin effect ja se johtaa siihen, että kehossakin virta kulkee vain ihoa pitkin menemättä sisäelimiin tai sydämeen. Kosketettaessa plasmapurkausta kädessä pidettävällä metalliesineellä, se ei tunnu yhtään miltään. Jos purkausta koskettaa suoraan sormin, se on polttavan kuuma. Kohdissa joissa purkaus osuu ihoon näkyy kirkkaampi alue. Se on höyrystynyttä ihoa, joka on muuttunut plasmaksi. Ei nyt silti kannatta ottaa tavaksi kosketella plasmapurkausta joka päivä, vaikka akuutisti vaarallinen se ei olekaan.

Videossa nähdään myös, miten suurjännite aiheuttaa tavallisessa hehkulampussa samanlaisiä ilmiöitä, kuin voidaan havaita plasmapallossa. Ilmiö onkin sama, hehkulamppu muuttuu ikään kuin plasmapalloksi. Se toimii myös toisin päin, pidettäessä lamppua kädessä, lampusta suuntautuu toision suuntaan plasmapurkaus. Lamppu kuumenee tässä niin voimakkaasti, että lasi lopulta särkyy, siksi lamppua ei voi pitää plasmapallona kuin lyhyitä aikoja kerralaan.

Nicola Tesla yritti kehittää langatonta sähkönsiirtoa. Viimeinen koe videolla demonstroi sitä. Tavallinen loisteputki alkaa laitteen tuottamassa sähkömagneettisessa kentässä loistamaan. Kenttä ei tosin ylety riittävän voimakkaana kovin pitkäälle, koska säteily heikkenee suhteessa etäisyyden neliöön. Loisteputki valaisee kuitenkin ihan hyvin ja tuntuu käteen selvästi lämpimältä, joten tehoa siirtyy langattomasti ihan hyvin.

Muuntaja aiheutti toimiessaan myös joitain sivuvaikutuksia.

1. Puhelimen kosketusnäyttö ei toimi laitteen lähellä. Puhelin alkoi tehdä ihan omiaan ja oli vähällä soittaa 112-sovelluksella hätäkeskukseen, jonka jälkeen totesin parhaaksi viedä puhelimen kauemmas.
2. Videokameran kosketusnäyttö sekoili samoin. Kamera oli sijoitettava n. 3 metrin päähän, jotta sen asetukset eivät muuttuneet koko ajan. Silti videollakin nähdään yhdessä kohtaa, miten kameran tarkennus pettää, vaikka automaattitarkennus oli kytketty pois päältä.
3. Raspberry Pi:llä toteutettu talon keskuslämmityksen säätöjärjestelmä meni sekaisin. Järjestelmässä käytetään digitaalisia, osoitteellisia DS18B20 -lämpötila-antureita. Laittee toimiessa ne tuottivan aivan satunnaisia lämpötilalukemia välillä -2000...+4000 °C. Lähin mittauskaapeli menee noin kolmen metrin päästä laitteesta ja koska kaikki anturit ovat sarjassa, sama vaikutus kohdistui kaikkiin muihinkin mittauksiin.

Mitään pysyviä vikoja ei mihinkään syntynyt. Tämä on kuitenkin aika pienitehoinen laite. Vaikka se ottaa 80V/4A = 320 W, on bipolaaritransistorilla toteutetun Slayer Exciter -kytkennän hyötysuhde kovin huono. Suurin osa tehosta menee lämmöksi jo transistorissa ja lopullinen rf-säteilyteho on vain murto-osa ottotehosta.

Seuraava tavoite voisi olla tehdä sama kytkentä MOSFETillä, jolla tehoa pitäisi saada selvästi enemmän.