Experimente mit Hochspannung

Eine der einfachsten Methoden Hochspannung aus einer kleinen DC Quelle zu erzeugen ist die sogenannte 'Slayer exciter' oder 'flyback converter'. Im Prinzip ist nur ein Transistor, ein Widerstand, eine Diode und eine Spule nötig. Ich habe versucht den Aufbau in LT SPICE zu simulieren.

Wird die Betriebsspannung angelegt fließt Strom durch Q1 und die Primärspule L1. Das sich ändernde Magnetfeld induziert eine Spannung in der Sekundärspule L2. Ist die Spannung ausreichend hoch wird die Basis des Transistors über die Umgebungskapazität C1 faktisch 'kurzgeschlossen'. Der Stromfluss durch L1 wird unterbrochen und die Spannung am offenen Ende von L2 sinkt wieder. Die Polarität der LED ist entgegen anderen Beschreibungen für die Funktion eigentlich unwesentlich. L2 und C1 bestimmen die Resonanzfrequenz. Ein großer Vorteil der Schaltung ist, dass sich die Resonanzfrequenz  selbst einstellt, und die Sekundärspule nicht gesondert angeregt werden muss.

Da mich das Wickeln einer Teslaspule abgeschreckt hat, habe ich auf einen Bausatz zurückgegriffen.

Nimmt man Primär- und Sekundärspule als einfache Luftspulen mit 2 bzw. 350 Wicklungen an, ergeben sich Werte von ca 0.07µH bzw. 750µH. Als Umgebungskapaziät wurde ein Kugelkondensator im Grenzfall einer unendlich weit entfernten 2ten Schale angenommen. Experimentell habe ich den Kondensator durch einen mit Alufolie umwickelten Tischtennisball realisiert. Bei einen Durchmesser von 3.7cm errechnet sich eine Kapazität von ca. 2 pF. 

Laut Simulation ergibt sich bei einer Versorgungsspannung von 18V eine Ausgangsspannung von ca. 2kV.

Das FFT Spektrum hat einen Peak bei ca. 4 MHz, und es zeigen sich Oberschwingungen bis ungefähr 100MHz.

Mit einer kleinen Feldspule konnte ich die 0te Ordnung bei 3.3MHz messen. Angesichts der vielen in der Simulation getroffenen Annahmen ein recht gutes Ergebnis.

Die Besonderheit des Bausatzes liegt darin, dass der primäre Anregungskreis mit einem Audiosignal frequenzmoduliert werden kann. Über einen Klinkenstecker gelangt das Signal an das Gate eines N-Kanal MOS-FETs der die Modulation übernimmt.

Aufgrund der beschriebenen Oberschwingungen ist also Radioempfang im UKW Bereich möglich.

Bei auf ca 88Mhz getuntem Empfänger ist deutlich Musik zu hören.

Wird der Kugelkondensator entfernt, dient das offene Drahtende der Teslaspule allerdings auch direkt als Lautsprecher. Deutlich ist eine bläuliche Corona um den Draht zu sehen. 

Der entstehende Ozongeruch weist darauf hin, dass insbesondere Sauerstoffmoleküle aufgrund der hohen Feldstärke zu heißem Plasma angeregt werden. Die Temperatur des Plasmas und damit die Temperatur der Umgebungsluft variiert im Rhythmus des Audiosignals, und Schallwellen werden erzeugt.

Natürlich lassen sich auch andere Gase im Feld der Teslaspule anregen. Unten ist die Anregung einer mit Neon gefüllten Glimmlampe

und einer mit Argon und Quecksilber gefüllten CFL (Compact Fluorescent Light bulb) zu sehen.

Viel Spaß beim selber experimentieren...