Ou comment passer quatre heures de temps libre, quelques mètres de fil de cuivre et du bon temps !

Avertissements:

Cette réalisation a pour but de générer de hautes tensions. Il vous revient de prendre toutes les précautions nécessaires pour ne pas vous mettre en danger ou endommager vos appareils électroniques!

Historique

Comme son nom l’indique, le résonateur Tesla est l’une des inventions du savant Serbe Nikola Tesla. Né le 10 juillet 1856 à Smiljan, Nikola Tesla entre à l’école Polytechnique de Graz en 1875. Il y assimilera deux années d’études en un an seulement avant de quitter l’université faute d’argent. Il commence son travail d’ingénieur en 1881 pour l’Office du télégraphe à Budapest. À l’avènement du téléphone, il est promu chef électricien puis ingénieur-chef de la compagnie. On lui devrait le premier haut-parleur. En 1882, il vient travailler à Paris pour la société Continental Edison où il finit de mettre au point le premier moteur à induction. Il expérimente les résonateurs hautes fréquences entre 1899 et 1900 dans le but de créer une tour de télécommunications. Ce sont les fameuses bobines de Tesla.

Source: Wikipedia

Principe de fonctionnement du résonateur Tesla

L’objectif du résonateur Tesla est de produire des champs électriques intenses à haute fréquence. L’idée de Tesla repose sur deux principes fondamentaux:

• L’utilisation d’un transformateur
• L’utilisation de la résonance

Un transformateur électrique est chargé d’augmenter ou d’abaisser une tension électrique sinusoïdale en utilisant le couplage magnétique de deux bobines aux nombres de spires différents. Le rapport de transformation est alors donné par le rapport du nombre de spires de la bobine secondaire sur le nombre de spires de la bobine primaire. Le résonateur Tesla est un transformateur élévateur de tension comportant très peu de spires au primaire (une dizaine) et beaucoup plus au secondaire (plusieurs milliers).
L’idée de génie de Tesla fut d’utiliser ce transformateur à sa fréquence de résonance. Pour ce faire, il place un condensateur en série avec le primaire et un autre en série avec le secondaire. Les valeurs des condensateurs sont choisies pour que les deux circuits LC résonnent à la même fréquence.
La haute tension est alors produite par la décharge répétitive du condensateur dans la bobine primaire. Le transformateur entre en résonance (autour de 500kHz) et un très haut potentiel électrique apparait sur le condensateur secondaire.

Schéma d’un résonateur Tesla

On retrouve le condensateur primaire, les bobines primaire et secondaire, ainsi que le condensateur secondaire qui est en réalité soit un tore soit une sphère métallique. Un interrupteur est chargé de connecter périodiquement le condensateur primaire à la bobine primaire. Quand l’interrupteur conduit, le condensateur se décharge dans la bobine et le circuit primaire entre en résonance. Quand l’interrupteur est ouvert, le condensateur se charge à la tension d’alimentation du résonateur.

Particularité d’un résonateur à éclateur solide

Les bobines de Tesla conventionnelles sont alimentées en haute tension alternative (de l’ordre de 10kV). L’interrupteur du primaire doit donc être capable de commuter de très forts courants sous une tension de 10kV à la fréquence d’alimentation de la Tesla (50 Hz en France). Pour réaliser ma mini Tesla, j’ai choisi d’utiliser une alimentation 12V continue et de mettre un transistor MOS comme interrupteur primaire. Ceci présente plusieurs avantages, comme notamment la possibilité de régler la fréquence de commutation du MOS en jouant sur la fréquence du signal de grille.

Réalisation

La première chose à faire est de bobiner le secondaire. Assurez-vous au préalable d’avoir tout ce qu’il faut… Pour ma bobine secondaire, j’ai bobiné du fil de cuivre de 0.125mm de diamètre sur un tube de PVC de 32mm sur une longueur d’environ 10cm (le fil a cassé avant que j’atteigne mon objectif de 15cm…). Qu’à cela ne tienne, je poursuis ma réalisation!!!
Pensez bien à laisser suffisamment de mous au fil de cuivre de chaque côté de la bobine pour permettre les connexions électriques. Ensuite: la bobine primaire. Pour celle-là, rien de plus simple: quelques tours de fils de cuivre (celui que vous avez, pour moi du 0.75 mm²) sur un tronçon de PVC de plus grand diamètre que celui du secondaire et voilà! Ensuite, le condensateur secondaire. Le mien est une balle de ping-pong soigneusement recouverte de scotch aluminium.
Enfin: le circuit électronique de commande. Pour simplifier la réalisation, je génère la commande du MOS avec mon GBF, mais rien n’empêche de construire un petit oscillateur avec un 555 pour rendre votre réalisation parfaitement mobile. L’alimentation 12Vdc est tirée d’un vieille alimentation de PC (et alors 😉 ). Attention toutefois à ce que votre alimentation soit assez tolérante aux retours de hautes fréquences et aux courts-circuits! Le schéma n’a en sois rien de compliqué:

On retrouve le condensateur primaire connecté directement à la source, le PMOS intercalé entre le condensateur et la bobine du secondaire. Attention: le PMOS conduit quand la grille à un potentiel inférieur à Vcc – 5V et il est bloqué quand le potentiel de grille est égal à Vcc. Si vous avez un NMOS sous la main, n’hésitez surtout pas à modifier le schéma!

Les premiers essais

Après avoir relié l’alimentation, le signal de commande du MOS et relié le bas de la bobine secondaire à la masse, il ne reste plus qu’à mettre en route! Selon la fréquence du signal de commande, on peut isoler deux modes de fonctionnement:

Fréquences basses (de l’ordre du kHz): le résonateur fonctionne comme Tesla l’avait prévu: la capacité du primaire entre en résonance avec la bobine. J’ai réussi à produire des étincelles d’un petit millimètre. Assez décevant me direz-vous, mais ces fréquences sont audibles et l’on peut faire chanter la Tesla!

Fréquences élevées (environ 750 kHz): la capacité n’a plus le temps de se charger ou de se décharger et la bobine primaire entre directement en résonance avec la tension hachée fournie par le MOS. Cette fois, les étincelles atteignent facilement le centimètre.

Pour trouver la fréquence de résonances, il y a deux écoles: à l’oscilloscope (méthode « propre ») ou au tube fluo (méthode « amusante »). A l’oscilloscope, il suffit laisser la sonde posée négligemment sur le plan de travail à proximité de la Tesla pour observer les signaux HF rayonnés par la Tesla. Avec un tube fluo, c’est le même principe: il faut saisir le tube par une électrode et approcher l’autre de la Tesla. Le fluo devrait s’allumer. Ensuite, que vous utilisiez le fluo ou l’oscilloscope, il faut régler la fréquence de commande du MOS pour obtenir la plus grande amplitude de signal (à l’oscilloscope) ou la plus forte luminosité (au fluo).

NB: si vous n’avez pas de fluo, une ampoule à économie d’énergie (fluocompacte) ou même une simple LED feront l’affaire.

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On peut remarquer la taille impressionnante du dissipateur thermique du MOS. Tous d’abord, je n’en avais pas d’autre (eh oui, ça joue…), ensuite, à basse fréquence, le courant circulant dans le MOS peut provoquer un échauffement très intense (mon premier MOS mourut ainsi dans d’atroces souffrances). Donc, ne négligez pas le refroidissement du MOS: un accident est vite arrivé!