Controlar la potencia de trabajo de la bobina Tesla
En los siguientes apartados les vamos a mostrar como planteamos la elaboración de una
bobina Tesla con música, vamos a mostrarles por un nivel superficial pero suficiente para
poder manejar o controlar la potencia de trabajo de la bobina Tesla, todo esto mediante la
función de transferencia y el cambio de variables de Laplace, junto con un diagrama de Bode,
el cual nos mostraba la gráfica de la frecuencia de resonancia, el cual representaba los dB
por década en función de la frecuencia, todo esto en valores absolutos.
3.8.1. Introducción a la “Solid State Tesla Coil” (SSTC)
Este no es el esquema eléctrico, simplemente es una leve introducción, para que pueda ser
más visual y perceptivo para el lector, de tal manera que podemos ver las principales
diferencias entre la bobina Tesla sin música y la bobina Tesla con música. Primero de todo
si nos fijamos, tenemos un micro controlador, el cual nos genera la frecuencia deseada de
trabajo, con lo cual hemos quitado el spark gap que nos generaba la frecuencia de oscilación
amortiguada, y por lo tanto, sería extremadamente complicado saber a la frecuencia real que
trabaja el circuito, ya que se superpondrían ambas frecuencias y por lo tanto no solucionamos
nada, ya que nosotros queremos generar una determinada frecuencia, que dicha frecuencia
es a la que suena la música. Si nos hemos fijado, el nombre de la bobina cambia un poco, en
este caso, pasa a llamarse, “Solid State Tesla Coil” (SSTC), en vez de, “Spark Gap Tesla
Coil” (SGTC), y rápidamente podemos saber a qué es debido ese cambio de nombre, a la
eliminación del spark gap, y por lo tanto, se le añaden las placas electrónicas con los
correspondientes componentes electrónicos, y por eso se le llama como Solid State Tesla
Coil.
3.8.1.1. Modulación Sigma-Delta (ΔΣ)
En este apartado vamos a explicar en que se basa dicha modulación, pero no vamos a ser
muy concretos, dado que nosotros nos informamos de dicha modulación a causa de que la
placa electrónica que íbamos a hacer, iba a tener incorporada dicha modulación. Escogimos
este tipo de modulación porque de esta manera, podíamos tener una canción en función
sinusoidal en cambio de tener una de MIDI (por ejemplo, las canciones de las felicitaciones
navideñas), lo cual era mejor.
Primero de todo vamos a definir que es: “La modulación Sigma-Delta (ΔΣ) es un tipo de
conversión analógica a digital o digital a analógica.” En nuestro caso de analógica a digital,
ya que nosotros en vez de utilizar un micro controlador, el cual teníamos que haber comprado
y programado, utilizamos nuestro ordenador para generar la frecuencia de la música. Lo que
hace dicha modulación, es transformar la señal de salida del ordenador en pulsos. Vamos a
ver un ejemplo:
Como podemos observar, modulación se basa, en la transformación de pulsos por ejemplo,
a la señal sinusoidal, y como podemos ver lo que hace es usar pulsos muy pequeños para
ajustarse lo más posible y por lo tanto ser más preciso. Es como por ejemplo, para verlo
mejor, cuando hacemos la derivada de una función encontramos el pendiente de esa función
en ese determinado punto, el cual, el pendiente es una recta tangente a la función, pues contra
más derivadas tengas mejor podrás definir tu función con rectas tangentes a la función, y el
resultado del conjunto de todas las derivadas, nos va a dar como resultado la función original.
Pues con los pulsos parecidos, cuanto más pequeños y en más cantidad haya mejor se podrá
definir la función.
3.8.2. Esquema eléctrico y explicación básica del esquema eléctrico
Vamos a explicar las funciones básicas, ya que es la base de la placa para que funcione. Hay
que tener en cuenta que no vamos a explicar todo, ya que esta placa ya estaba diseñada, y
hay gente que incluso se pasa años intentando perfeccionar dichas placas. Por lo tanto,
explicaremos en que se basan.
Primero de todo, vamos a aclarar que puede tener dos posiciones dicha placa. El modo
interrumpido, que es la parte de arriba del circuito, conmutada con el circuito inferior de la
izquierda. Este modo se llama así porque simplemente el “555” apaga o enciende el circuito
por lo tanto, podemos ver que hay más control que en la Bobina Tesla con Spark Gap. La
otra posición, es conmutar el circuito de arriba con el circuito inferior de la derecha, como
vemos en este caso, el control se establece con la música del ordenador.
Hay que aclarar que de la parte superior no funcionaría “solo” (sin estar conmutado con los
dos posibles circuitos de la parte inferior), ya que si nos fijamos la parte que se conmuta,
está conectada al ENABLE del UCC37322 (driver), por lo tanto, para que funcione el
circuito de la parte superior, los drivers tienen que estar activados y estos no se activan
solamente introduciendo una diferencia de potencial entre la entrada y salida, sino que la
“patita” de ENABLE = HABILITAR, también tiene que estar activada.
Después de esto, vamos explicar donde conectamos el ordenador y la continuación a dicho
proceso:
Conectamos el ordenador en las entradas de audio + y audio menos -, que es la masa del
circuito, todo esto lo conectamos en la “clavija del ordenador de audio”.
Primero de todo, como vemos la corriente y tensión es aumentada por el driver LM741, a
continuación después de aumentar la potencia de la señal de salida del ordenador, la corriente
es modulada por el microchip de modulación Sigma-Delta, que es el 555.
Como vemos después la corriente sube hasta el interruptor, entonces los drivers UCC37322,
aumentan la potencia del circuito, estos drivers se usan porque son más apropiados para
activar los transistores de potencia, que se sitúan en el segundo esquema, A, B, C, D; estas
son las salidas del segundo circuito eléctrico y por lo tanto, la entrada del primer circuito
eléctrico. Los transistores son de potencia como ya habíamos dicho y se activan en corriente
continua, por eso, se coloca el puente de diodos. Como vemos los transistores están
colocados como interruptores del puente en H, y en su interior, se sitúa la bobina primaria y
el correspondiente condensador, sin el spark gap, ya que eso como ya habíamos dicho,
superponía ambas frecuencias.
La antena del circuito primario, no la explicaremos ya que “se nos iba demasiado de las
manos”, lo único que tenemos que añadir sobre dicha antena, es que sirve, por si el cálculo
de la frecuencia de resonancia o si hay algún error y por lo tanto el circuito trabajara a otra
frecuencia que no fuera la de resonancia, la antena calibra dicho error, con lo que se auto
calibra y autoalimenta a partir de las frecuencias emitidas por la bobina Tesla.
Ahora les vamos a mostrar el esquema eléctrico del puente en H para que se vea mejor:
3.8.3. Calibración de la tensión (Vout) mediante la frecuencia de transferencia
La tensión de dicho circuito la calibramos con la función de transferencia y el diagrama de
Bode. Primero de todo vamos a explicar de dónde obtenemos la función de transferencia:
Igualando el denominador y el numerado, obtendremos cuando se va a infinito dicha gráfica
y cuando es igual a cero. Primero de todo, vamos a aclarar que el denominador se le llama
cero, y el denominador se le llama polo, cuando, el polo es igual a 0, el límite cuando el
denominador es cero, tiende a infinito y cuando el cero es igual a cero, la función es cero.
Cada S del numerador y del denominador, se le llamara o un polo o un cero.
Para representarla de forma aproximada, diremos que cada cero, la gráfica cuyo nombre
recibe diagrama de Bode, “sube” 20 dB/década, y cada polo, “baja” 20 dB/década; y al tener
el extremo donde la gráfica tiene el punto máximo, se hace una aproximación de los
dB/década, en nuestro diagrama de Bode, ocurre una cosa extraña, la función tienen mayor
rendimiento a altas frecuencias ya que la gráfica de Bode es así:
Por lo tanto, el eje de las Y, son los dB/dec y es el valor de la tensión; con dicho valor, es
con el que jugamos para ajustar la potencia que iba a circular por el circuito primario. No
pondremos dicho valor para poder demostrarlo en la presentación, de esta manera
enseñaremos como lo ajustamos.
3.9. Resultados de la práctica
El resultado de dicha práctica, lo mostraremos en la presentación, solo añadir que fue
bastante bueno el resultado.
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