 |
|
|
Научно-популярный образовательный ресурс для юных и начинающих радиолюбителей - Popular science educational resource for young and novice hams Основы электричества, учебные материалы и опыт профессионалов - Basics of electricity, educational materials and professional experience |
 |
|
 |
|
|
|
|
JUNIOR RADIO 
|
В этом документе представлена информация о полном принципе работы так называемой доски Смитта и в особенности о ее правильной настройке. Много народу на форумах еще уйму времени потратят на то чтобы снова изобрести это изделие, если не будут иметь представления о процессах внутри этого устройства. Перевод с немецкого сделан с сохранением фразеологических оборотов и с заменой на некоторые более понятные русскому читателю и незначительными дополнениями в тексте.
Для начала необходимо сказать, что устройство Смитта это так называемый волновой маятник, в задачу которого входит неограниченно долго поддерживать колебания стоячих волн, которые и являются ключом к получению энергии из эфира. Поэтому придется забыть о распаде каких-то мезонов, мюонов, якобы отделяющимся в результате работы разрядника, этим пусть занимаются релятивисты на своих колайдерах.В эфирной физике все гораздо проще и гениально. Для поддержки колебаний этого маятника необходимо совсем немного энергии. Никола Тесла писал: “моя система подобна маятнику и если ни один потребитель не подключен, то для поддержания его колебаний необходимо только несколько лошадиных сил”, это было сказано о башне Уорденклифф. У нас же маятник куда поскромнее, а кроме того если быть точным их там два на самом деле. Знаменитый трансформатор Тесла и есть тот самый маятник. Трансформатор Тесла, это система двух связанных контуров одного с сосредоточенными параметрами, а другого с распределенными. Есть в радиотехнике такие системы, с распределенными параметрами, как например коаксиальный резонатор, спиральный резонатор или волновой вибратор. Так вот все эти системы, по сути, являются линиями задержки, поскольку обладают коэффициентом укорочения. Что, это значит? Дело в том, что скорость света в вакууме и в отличной от него иной среде не одна и та же. Это говорит о том, что электромагнитная волна, двигающаяся в вакууме со скоростью света, может распространяться медленнее в системах с задержкой и медленнее на этот самый коэффициент. Тесла применил настоящий спиральный резонатор, а не высоковольтную обмотку, как очень часто говорят. Ничего общего такая система с катушками не имеет и поэтому не подлежит расчету согласно теории электрических цепей. В спиральном резонаторе электромагнитная волна движется так-же, как вода по винтовому подъемнику Леонардо да Винчи. Результирующая скорость прохода волны от начала резонатора и до его конца может оказаться на несколько порядков меньше скорости света в вакууме и это зависит от конструкции обмотки. В отличие от обычных трансформаторов высокой частоты, допускающих работу в достаточно широкой полосе частот, спиральный резонатор настроен на определенную частоту или группу кратных частот, другими словами система обладает фильтрующими свойствами, а значит, обладает полосой пропускания, ширина которой связана с добротностью самого резонатора. Наличие полосы пропускания при высокой добротности спиральных резонаторов определяет их работу как устройств, в которых токи могут изменяться только по синусоидальному закону, никаких “ударных волн” там, в принципе, быть не может. Питер Линдеманн, в свое время, зажег интерес к тому, что делал Тесла, но и он же своими фантазиями относительно “разделения электричества”, “холодного электричества”, “однонаправленного импульса ударной волны” и тому подобного, надолго парализовал мозги многих искателей СЕ. А вот то, что действительно есть в этом резонаторе и это главное , то что он может резонировать только на частотах кратных четверти длины волны, т.е. 1, 3, 5 и.т.д. гармоники или половине длины волны 2, 4, 6 и.т.д. гармоники. Нас интересует именно четвертьволновый резонатор. Почему? Да потому, что только в четвертьволновом резонаторе, настроенном в резонанс с возбуждающим колебанием, возникает картина распределения тока и напряжения, не характерная ни для какой катушки или обычного высокочастотного трансформатора, где ток равномерно распределен во всех витках. У нижнего конца резонатора ток максимален (пучность тока), у верхнего конца равен нулю (узел тока). У нижнего конца резонатора напряжение равно нулю (узел напряжения), у верхнего конца максимально (пучность напряжения). Это результат сдвига фаз на 90° между током и напряжением. Если эти периоды разложить на временной оси, то можно увидеть во время максимума волны напряжения минимум волны тока и наоборот, во время максимума волны тока минимум напряжения. И волна напряжения, и волна тока теперь “разделены” и между ними расстояние в 90°, этот интервал сохраняется, пока резонатор колеблется на своей частоте подобно маятнику в виде грузика на вертикальной пружине. Волна, начав движение, в начале резонатора, достигнув его конца, отражается, возвращаясь в начало резонатора и так далее пока есть энергия для такого поступательного движения волны. Вот это и есть “резонанс в резонансе”, получение стоячих волн как резонанс отражения и собственной частоты резонатора. В результате интерференции, т.е. наложения падающей и отраженной волн, возникают стоячие волны, амплитуда которых вдвое превышает амплитуду падающей или отраженной волн. Мало того, что напряжение растет с каждым витком в результате резонанса, так еще и удваивается в результате интерференции. Вот откуда у Николы Тесла его миллионы вольт в экспериментах по передаче электроэнергии. Нас же интересуют именно волны напряжения. Фазовый сдвиг в 90° приводит к появлению чисто кулоновских электрических полей. Возникает эффект имеющий чисто электростатическую природу, без тока проводимости. Вот Вам и “холодный ток” у Линдеманна, а не какие либо микрочастицы эфира. Такой потенциал безопасен, пока нет емкости, где его можно накопить.Представьте себе струю воды с очень малым диаметром. Вы практически не почувствуете ее потому, что скорость большая но поток слабый. Но если эту струю направить в емкость в виде бака, установленного на водонапорной башне и из этого бака через шланг большого диаметра выпустить накопленную воду, то скорость будет небольшая, но поток сильный, который вряд ли останется незамеченным. Теперь необходимо сказать, что стоячая волна напряжения в конце резонатора, каждые полпериода меняет свой знак на противоположный. Вектор Пойнтинга, который я называю “поршневым вектором”, меняет свое направление каждые четверть периода. Для того чтобы выделить нужную стоячую полуволну можно использовать полупроводниковые диоды с высоким обратным напряжением. Однако здесь есть нюанс, который необходимо учитывать при выборе диодов. Желательно чтобы диоды могли работать в том же частотном диапазоне, в котором работает резонатор. Собственная емкость диода, добротность которой на порядки меньше добротности резонатора, способна шунтировать резонатор, уменьшая полезную амплитуду стоячих волн. У скоростных диодов собственная емкость перехода значительно меньше емкости низкочастотных диодов и поэтому вклад их собственной емкости в распределенную емкость резонатора значительно меньше. Можно использовать диоды с граничной частотой на порядок меньшей, чем частота резонатора, но тогда это заметно ослабит амплитуду стоячих волн. Происходит это только из-за показателей добротности емкости диодов, а не значения их емкости как таковой. Поскольку эта емкость становится интегрированной в собственную распределенную емкость резонатора, она фактически компенсируется, что и объясняет возможность работы относительно низкочастотных диодов с высокочастотным резонатором. Лучше выбирать диоды с максимальным быстродействием, а значит малой собственной емкостью перехода и возможно большим обратным напряжением. Диоды не нужно брать на большие токи, достаточно иметь диоды с рабочим током не более 50 мА. Помните, мы имеем большое давление эфира (потенциал), тока практически нет. Можно использовать цепочки диодов для получения большого обратного напряжения, но при этом нельзя использовать выравнивающие резисторы, это резко снизит потенциал. У нас ведь кулоновский заряд, тока никакого. Резисторы просто будут шунтировать резонатор. Уменьшая амплитуду стоячих волн в резонаторе в два раза, мы уменьшим на выходе устройства мощность в четыре раза! Диоды придется подбирать по равенству обратных токов при номинальном напряжении. Теперь о выходной емкости после диодов. Уважаемый Дональд Смитт с невозмутимым выражением лица в своем фильме рассказывает о многих чудесах и прочей биллитристике. Изображая схемы на планшете, говорит: это подключено сюда, это выходит отсюда, а это сюда не подключено. Понятно, что никто не собирался рассказывать принцип работы прибора. Из просмотра фильма и описания мало что можно понять, более того в фильме и описании достаточно специальных ляпов, чтобы доску, основная масса искателей СЕ, не смогла повторить. Сразу оговорюсь, чтобы не было споров относительно этой емкости и того как включены конденсаторы, последовательно или параллельно. Внимательно прочтите патент Н.Тесла №787.412 от 18 апреля 1905г. А в книге Лекции и Статьи Н.Тесла есть схемы и описание как преобразовываются реактивные токи. Когда Смит говорит, что конденсаторы у него подключены последовательно в батарее, то мягко говоря, он лукавит. Можно было бы представить их соединение последовательным только в том случае, если бы длина перемычек между конденсаторами была кратна длине волны, причем с пучностями напряжения на концах этих отрезков. Теперь сопоставьте длины этих перемычек хотя-бы кратными четверти длины волны резонатора и увидите что они, мягко говоря, недотягивают и до 1/8 длины волны. Так, что это специальный ляп от Дональда Смитта. В схеме Смитта - простое параллельное соединение конденсаторов, для увеличения выходной мощности устройства, но не до беспредела. Нельзя отбирать воду из емкости быстрее, чем она туда поступает. Кроме того некоторые потери на излучение резонатором электромагнитных волн в окружающую среду, потери на тепловое излучение и прочие еще никто не отменял. Итак, с выходом разобрались. Теперь самое интересное - индуктор. Тут еще один ляп. Во-первых, это не индуктор, как его часто называют, это колебательный контур, настроенный в резонанс. Индуктор - это соленоид, катушка, не претендующая на роль системы с распределенными параметрами. Во-вторых, никаких кратностей длины провода типа 1:4 к длине волны в контуре со сосредоточенными параметрами быть не может. Кратности могут быть только в системах с распределенными параметрами емкости и индуктивности. Колебания, возникшие в первичном контуре (теперь “индуктор” будем именовать так) состоящим из катушки индуктивности и емкости (у Смитта - два конденсатора в параллель), вызывают магнитное поле в катушке и энергия из первичного контура переходит во вторичный. При сильной связи между первичным и вторичным контуром (резонатором) возникают биения, причем фазы этих биений непредсказуемы. Если в первичном контуре ток в какой-то момент времени имеет максимум, то ток во вторичном контуре может быть минимальным. По этой причине, первоначально накопленная в резонаторе энергия, снова возвратится в первичный контур и мы, таким образом, теряем мощность системы. Это то, о чем писал Н.Тесла: “энергия должна продвигаться только в одну сторону и никакого обратного действия быть не должно”. Что делать? Первичному контуру надо дать возможность сделать только одно колебание и тотчас разомкнуть его. Тогда резонатор, обладающий высокой добротностью, будет совершать свободные колебания, не шунтируясь первичным контуром и не расходуя свою энергию на обратную перекачку в первичный контур. Возможно еще, будучи школьником каждый помнит, как на уроках физики преподаватель демонстрировал настроечный камертон. Короткий удар по нему приводил к его длительному звучанию. То же происходит с нашим резонатором. Так называемое “ударное возбуждение контура” термин, который часто использовали в начале 20 века, использовали для получения осцилляций в контурах, работающих на повышенных частотах. Принцип ударного возбуждения контура заключается в том, чтобы за короткий промежуток времени сообщить в контур порцию энергии, после чего контур, обладающий достаточной добротностью, будет совершать свободные затухающие колебания. Для того чтобы колебания контура были незатухающими, необходимо периодически сообщать в контур дополнительные порции энергии. Достоинство метода в том, что периодичность такой подпитки может быть относительно небольшой. Частота, с которой вентиль должен открываться может быть на порядки меньше, чем частота основного колебания резонатора. Главное чтобы энергия в импульсе подпитки была достаточно большой, это позволит реже подпитывать колебания резонатора, а значит экономить энергию источника питания. Можно конечно постоянно подпитывать контур от периода к периоду прямо на рабочей частоте так, как это делается в транзисторных автогенераторах. Но такой процесс более затратен по мощности примерно на 50%. Поэтому даже в наше время принцип ударного возбуждения энергетически более выгоден, чем постоянно работающий генератор. Теперь немного о вентилях. Вентилем может быть любой электронный ключ, работающий с достаточной скоростью, выдерживающий проходящие через него токи и приложенные напряжения. Вентили могут быть управляемые и неуправляемые. Управляемые - это транзисторы, тиристоры, радиолампы, тиратроны и пр. Неуправляемые - это разрядники, динисторы. Немного о мифах относительно искровых разрядников. Нет там никаких магических свойств, никаких якобы появляющихся новых частиц и уж точно разрядник не система накачки эфира как можно прочесть на форумах. Если Вы будете руководствоваться мистико-заклинательским подходом относительно разрядника, то никогда не построите систему получения СЕ. Немного о мифе №2 относительно фронтов импульсов в искровых разрядниках. Естественно если фронт включения/выключения вентиля как можно резче, ударное возбуждение будет способно сообщить больше энергии резонатору, однако совсем не следует бороться за супернаносекундные фронты. Вполне прекрасно получается ударное возбуждение на хороших полевых транзисторах (фирму производителя рекламировать не буду), причем во многих случаях гораздо лучше, чем с разрядником. Современные полевые транзисторы в открытом состоянии это практически короткозамкнутая перемычка, разрядник уступает им по многим параметрам. Ну, не было в конце 19 века у Николы Тесла никаких других вентилей кроме разрядника, вот он с ним и работал. А с появлением радиоламп построил Никола коробочку на 6 радиолампах, оставив разрядники в прошлом, и гонял в 1931 году на автомобиле движимом энергией из коробочки. Помните причина действия всех устройств не в разрядниках, а в получении мощного кулоновского заряда при помощи стоячих волн с последующим накоплением этого заряда для использования. Все без исключения электростатические устройства свободной энергии, являются классическими тепловыми насосами. Итак, Смитт использовал разрядник, но не простой, а газонаполненный. Главное его отличие, это высокое быстродействие по сравнению с обычным воздушным у которого максимальная частота переключения обычно не превышает 15 кГц. Газонаполненный разрядник на порядок быстрее, чем воздушный. Поэтому у Смитта он работает на относительно высокой частоте. То видео, которое доводилось мне видеть, где воздушный разрядник шипит, трещит, приводит только к срыву монотонности колебаний резонатора, потому, что подает порции энергии в резонатор в непредсказуемой фазе, как алкоголик со стажем - дрожащими руками. Смитт в своей схеме не использует ударное возбуждение контура в отличие о Н.Тесла. Почему? Потому, что его разрядник не рассчитан на использование при больших импульсных токах. Он использует ту самую затратную на 50% схему с непрерывной генерацией. Другого выхода у него нет, потому, что разрядник на малые токи и преобразователь напряжения частотой 35 кГц не блещет амперами. Для еще большей минимизации токов в первичном контуре, он выполнен параллельным. Первичный контур у Смитта работает в непрерывном режиме ну прямо как в автогенераторах напрасно расходующих половину подводимой мощности на нагрев окружающей среды. Возможно это компромисс. Теперь о частотах. Обычно в схемах с ударным возбуждением у Н.Тесла частота задавалась параметрами первичного контура, а именно индуктивностью, емкостью конденсатора, регулировкой разрядника. И заметьте у Тесла разрядник, как он говорил, пел ноту, т.е. работал монотонно, а не предательски шипя. Без скоростного газонаполненного разрядника ничего не выйдет. Воздушный разрядник не годится. Смитт использует задающую частоту самого преобразователя в качестве опорной и поэтому под нее рассчитал и настроил резонатор, точнее не на саму частоту преобразователя, а на ее гармонику. Частота преобразователя 35 кГц, затем частота удваивается при помощи двух диодов по классической схеме и становится 70 кГц. Сам же первичный контур, настроен на третью гармонику частоты 70 кГц, в результате имеем в первичном контуре частоту 210 кГц. А уже резонатор выделяет 128 гармонику частоты 210 кГц. Вот так, прямо классическая линейка умножения частот как в радиопередатчиках. Жаль Смитт не нашел готовый преобразователь с рабочей частотой повыше чем 35 кГц, меньше ступеней умножения частоты - меньше потери при преобразовании. С другой стороны газонаполненные разрядники тоже не беспредельны по рабочей частоте. Далее, имеем параллельный первичный контур. Амплитуда колебаний в нем зависит от добротности. Сделай Смитт добротность этого контура больше 2, недолго горел бы газ в разряднике и двум высоковольтным диодам на входе грозила бы замена на новые. В импульсе напряжение этого контура на величину добротности превысило бы напряжение преобразователя. Вот он и сделал контур с чрезвычайно низкой добротностью, установив в параллель 2 конденсатора большой емкости при малой индуктивности катушки, что и требуется для сильного перекоса реактивных сопротивлений емкости и индуктивности на частоте 210 кГц. Самое интересное, что в данном случае это полезно вдвойне, потому как контур с такой низкой добротностью имеет очень широкую полосу пропускания и как следствие форму тока отличную от синусоидальной, а это как раз и необходимо для успешного выделения 128 гармоники частоты 210 кГц. Теперь рассмотрим резонансную систему в целом. Ранее было сказано, что на самом деле у Смитта два резонатора настроенные на одну частоту, но работающие в противофазе. В так называемом PUSH-PULL режиме (двухтактном). Когда на конце одного резонатора стоячая волна положительной полярности, то на конце другого отрицательной и наоборот. Если резонаторы намотаете в разные стороны, то получите однотактный режим и проиграете по мощности в четыре раза.
Два главных резонатора изображены на схеме неверно, как один со средней точкой. На схеме это L2. Это совершенно две независимые резонансные системы, находящиеся на одной геометрической оси. Между ними вставлена катушка первичного контура возбуждающая через магнитное поле сразу оба резонатора. Легким движением этой катушки Смитт выравнивает амплитуды стоячих волн обеих резонаторов для получения максимальной мощности на выходе. Эта катушка всегда должна находиться примерно в центре между началами резонаторов. Кстати именно в этой схеме разрядник стоит правильно, последовательно с первичным контуром. Теперь скажем о конденсаторе С2 и для чего он нужен. Посмотрите на фото внимательно. Катушка первичного контура заведена в центр конструкции через конец одного из резонаторов, внося своими проводниками дополнительную емкость в резонатор и немного расстраивая его. А расстройка резонатора - это перекос в работе двухтактной схемы и как следствие падение выходной мощности. Смит для компенсации такого перекоса вешает на противоположный резонатор емкость С2 примерно равную емкости вносимой проводниками катушки первичного контура и таким образом достигает полной идентичности обеих плеч резонансной схемы. Конденсатор С2 должен обладать очень неплохой добротностью (очень низкий коэффициент абсорбции), чтобы не ухудшить добротность резонатора к которому он подключен. Керамические высоковольтные конденсаторы малопригодны для этой роли, а вот пленочные весьма подходящие. Вот и вся схема. Как настроить эту доску? Понадобится осциллограф с полосой до 20 МГц, не менее и генератор сигналов высокой частоты, в эту категорию подойдет генератор с перестройкой в полосе от 100 кГц и до примерно 50 МГц. Сначала нужно определиться с какой частотой будет работать ваш преобразователь напряжения, если примерно с той же частотой как у Смитта в 35 кГц, то резонаторы будут работать на частоте: 35 кГц * 2 = 70 кГц * 3 = 210 кГц * 128 = 26,88 МГц. Расчет спиральных резонаторов можно провести самостоятельно. Примерно на частоту около 27 МГц резонаторы будут такими как показаны на фото у Смитта. Конечно, желательно чтобы частота преобразователя подстраивалась в небольших пределах для облегчения настройки в резонанс. Настраивать резонаторы в резонанс на рабочую частоту можно изменением количества витков или растяжением-сжатием полученных витков. Как проверить резонанс? Во первых, надо выключить питание преобразователя, чтобы не расстаться с осциллографом и генератором, а может и еще с чем то заодно. У обоих резонаторов начало это средняя точка, показанная на схеме. Отключаем начало одного из резонаторов от этой средней точки и в разрыв ставим резистор сопротивлением около 50 Ом (47...56 Ом подойдет). К генератору подключаем стандартный соединительный кабель 50 Ом, небольшой длины, второй конец которого подключаем к резистору. Оплетку кабеля подключаем к средней точке, центральную жилу к точке соединения резонатора с резистором. Затем к щупу осциллографа подключаем отрезок жесткого провода длиной примерно 40 мм. Он будет служить емкостным зондом. Земляной конец осциллографа никуда не подключаем. Располагаем зонд на расстоянии около 5.6 см от конца резонатора. Затем на генераторе плавно перемещая ручку настройки, отыскиваем самый сильный резонанс, он и будет четвертьволновым. По шкале генератора, можно узнать на какой частоте работает Ваш резонатор. Также поступают и со вторым резонатором, размыкая от средней точки и устанавливая резистор, зонд осциллографа нужно перенести ко второму резонатору. Они оба должны быть максимально идентичны и работать на одной частоте. Теперь первичный контур. Изготовьте его примерно такой же, как у Смитта, а в резонанс на 210 кГц несложно будет его настроить подбором емкости конденсаторов стоящих в параллель на фото. На схеме это конденсатор С. Нижний конец этого контура (это там, где изображен разрядник) подключаем к оплетке кабеля генератора и к заземляющему концу щупа осциллографа. Центральный проводник кабеля генератора через резистор в 1 кОм подключаем к верхнему концу этого контура, сюда же подключаем щуп осциллографа. Вращая ручку настройки генератора в области рабочей частоты, находим резонанс. Если он выше или ниже необходимой частоты, то подбираем конденсаторы до получения требуемой. У Смитта это около 210 кГц. Острота резонанса этого контура, из-за низкой добротности, будет невысокой. Теперь можно отключить приборы, восстановить соединения и включить преобразователь постепенно увеличивая напряжение. Двигать катушку первичного контура для балансировки амплитуд резонаторов необходимо только при подключенной к выходу нагрузке по максимальной отдаваемой мощности. Помните, устройство работает с очень высокими напряжениями и опасными для жизни токами, если у Вас не хватает опыта и умения, то лучше не беритесь за эту работу, доска может отшкварить не только пальцы но и саму жизнь. Лучше займитесь магнитными двигателями, это безопаснее. Для тех же, кто в состоянии справиться с этой работой, еще один совет от Николы Тесла, как он говорил: “при работе с такими токами и потенциалами держите одну руку за спиной, а другой производите манипуляции и только в местах с малой энергией”.
Автор сего написанного не несет ответственности за последствия, которые могут привести к материальному ущербу или смертельному исходу в результате неосторожного обращения с токами высокого напряжения.
Йорг. Цюрих. Щвейцария 2011.
Материалы к статье:
Расчёт времени движения по катушке
Ответ на энергетический кризис в Америке. Donald L. Smith
