Plasmový kytarový zesilovač

Bylo začínající léto a já se snažil sbalit jednu metalistku. Přemýšlel jsem, jak na ni originálně zapůsobit. V tu chvíli jsem si vzpomněl na teslovy transformátory modulované audio signálem a napadlo mě, jestli by tento systém nešel upravit tak, aby se choval jako přímo kytarové kombo, ale místo klasického reproduktoru měl plasmový.

Hotový teslák se vstupem pro kytaru

V praxi jsem se rozhodl pro něco, co bude malé a výkoné zároveň. Nejvýhodnější pro takto malý teslák je topologie SSTC ve třídě E, kde jednoduše spínací mosfet zkratuje rezonanční obvod. V této topologii lze bez problému dosáhnout spínací frekvence v řádu MHz. Na následujícím obrázku je schéma zapojení řidicí části, tj. PLL obvod, interrupter a prznítko pro kytaru.

Schéma zapojení řidicí části

PLL obvod s VCO 4094 je nastaven tak, aby byl schopen pracovat v rozmezí cca 363 - 800 kHz, takže se rezonanční frekvence bez problémů vždy doladí, pokud se změní vlastnosti okolního prostředí (třeba přiblížením prstu) a zajistí se tak konstantní délka výbojů.

Jelikož při trvalém buzení by se brzo cívka vlivem vlastního odporu roztekla (sekundární cívkou prochází určitý proud, ztrátový výkon na cívce je přímo úměrný vlastnímu odporu cívky a čtverci proudu cívkou procházející). Proto je dále v obvodu vložen tzv. interrupter (přerušovač) tvořený obvodem 555, který přes hradlo 7402 kličuje výstupní signál (a tím se reguluje výkon celého zařízení).

S tímto obvodem není potřeba si dělat starost, že se cívka zahřeje natolik, že se sama zničí.

V audio režimu je tento obvod odpojen a výkon se reguluje pomocí změny amplitudy napájecího napětí (lineárně přes tranzistor Q4 na následujícím schématu výkonové části).

Schéma výkonové části

Tranzistory Q2 a Q3 slouží pro stabilizaci napájecího napětí pro řidicí část, tranzistor Q1 spolu s kapacitami mezi D-S tvoří rezonanční obvod s primární cívkou. Cívka L1 je zde pro stabilizování přibližně konstantního napájecího proudu. Zbylé součásty okolo tranzistoru Q4 slouží k řízení audiomodulace změnou napájecího napětí. Trimry R13 a R14 jsou pro nastavení pracovních bodů tranzistorů, a trimr R12 je pro nastavení hlasitosti (je ho potřeba nastavit tak, aby výsledný zvuk nebyl příliš zkreslený při maximálním vybuzení - z MP3 přehrávače nebo kytary). Na svorky A-B se připojuje spínač, který v případě v nepoužití audiomodulace přemostí tranzistor Q4, a zařízení jede na plný výkon (bez modulace).

Jelikož tato lineární modulace je sice poměrně jednoduchá, má jednu nevýhodu - ztrátový výkon na limitujícím tranzistoru. Pro chlazení jsem použil chladič CPU (nějaká řada Athlon XP), který bez problému tranzistor uchladí (víc než 70 °C jsem nenaměřil). Proto jsem experimentálně postavil PWM modulaci. Funguje velice jednoduše a to tak, že mám dvojčinný měnič řízený pomocí PWM, kterým poté krmím výkonovou část.

Řidicí část PWM modulace

Zapojení využívá obvodu pro dvojčinné zdroje - TL494, který je k nalezení v každém spínaném PC zdroji.

Změna PWM je zde vymyšlena tak, že se mění dead time mezi jednotlivými výstupními impulzy.

Výstupní tranzistory jsou IRF640, buzené budiči TC4452.

Řešení je poměrně elegantní, nicméně jádru transformátoru se to moc nelíbí, a příliš hřeje. Proto jsem se vrátil zpět k lineární modulaci, jež funguje stejně, je jednodušší a o něco méně topí.

Zapojení výstupního transformátoru a usměrňovače (full sine wave)

Mno, a jakže to vlastně hraje? Zde je menší ukázka songu Johnny B. Goode od Chucka Berryho.

 

Inu, a nyní zpátky ke slečně metalistce. Po pár dnech se zastavila, že se tedy na ten můj zázrak podívá. Vzala si do ruky kytaru a začla vyhrávat Známku punku... všechno probíhalo nádherně až do té doby, než jsem zvýšil modulační výkon (ať to kurde dává pořádné blesky a zvuk!)... v tu chvíli slečna začala ječet, scatovat líp než John Scatman a já se k čertu divil, kde je problém...

Rychle jsem vypnul celý pekelný přístroj a slečna na mě vybafla s hláškou "Ježiši, ono mně to spálilo prsty!".

Kouknu tedy na její prsty - a vskutko ano! Krásné černé proužky spálené kůže (od strun). Zjistil jsem, že při větším výkonu je elmag. pole natolik silné, že se proud nejvíce indukuje právě ve strunách, protože slouží jako dlouhé antény. No, a jelikož člověk je dostatečně vodivý tvor, tak se tato energie nějak musela zpátky dostat zpět, čili právě přes onu slečnu metalovou do země...

Co lze říci na závěr? Tudy cesta balení asi nevede, mise "slečna metalová" skončila fiaskem...

Nicméně, problém lze poměrně jednoduše vyřešit - stačí si vzít nějaké boty s velice velkým izolačním odporem, a nebo hrát v rukavicích :D

Ještě přikládám jednu "reklamní" fotku tohoto stroje pekelného:

Reklamní foto