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Comment fonctionne un émetteur Spark Gap?

Comment fonctionne un émetteur Spark Gap?

Bien que le principe d'un émetteur à éclateur puisse sembler très simple, les conceptions comportaient beaucoup plus que ce qui pourrait être apparent à première vue.

En regardant le fonctionnement d'un émetteur à éclateur, on obtient de nombreuses techniques de conception intéressantes. Le fonctionnement de l'émetteur à éclateur était un peu plus compliqué que beaucoup aujourd'hui peuvent le croire.

Fonctionnement d'un éclateur

Avant de regarder le fonctionnement de l'émetteur à éclateur global et de voir comment fonctionne un émetteur à éclateur, il vaut la peine de jeter un coup d'œil à l'élément central du circuit pour voir comment cela fonctionne.

Bien que l'éclateur puisse apparaître comme un élément très simple dans le circuit émetteur d'éclateur, une compréhension de son fonctionnement est essentielle pour pouvoir voir comment les circuits fonctionnent. Il a fallu un certain temps aux pionniers pour comprendre comment fonctionnait un éclateur et donc comment l'utiliser au mieux dans un émetteur.

Essentiellement, un éclateur agit dans un émetteur comme un interrupteur électronique. Lorsqu'il n'a pas tiré, il forme un circuit ouvert avec une résistance très élevée. Au fur et à mesure que la tension aux bornes de l'éclateur augmente, un point est atteint où l'air entre les contacts se décompose et l'éclateur se déclenche ou se forme des arcs et une étincelle est vue. Lorsque cela se produit, l'air à l'intérieur de l'éclateur devient ionisé et un plasma conducteur se forme.

Bien que les éclateurs nécessitent une tension élevée pour provoquer la formation de l'étincelle, pour le maintenir, il faut du courant, et en fait, la résistance de l'éclateur une fois ionisé et le courant conducteur peut être aussi faible que deux Ohms environ.


Écart d'étincelle d'un émetteur haute puissance datant du début des années 1900.

Ce faible niveau de résistance signifie que tout circuit émetteur d'éclateur doit être capable de fournir le niveau de courant requis sans brûler. De nombreux premiers développeurs ne l'ont pas compris - ils ont utilisé des bobines d'induction pour générer les hautes tensions qui provoquent le déclenchement de l'éclateur, mais la bobine d'induction n'a pas été conçue pour fournir le courant nécessaire et souvent elles ont échoué ou grillé en conséquence.

En regardant de plus près l'étincelle elle-même, la manière réelle de la panne est hautement imprévisible et une fois que l'étincelle a frappé et que le chemin s'est établi, même cela est très variable. Le niveau de courant varie énormément.

Le résultat global est que l'étincelle génère une énergie radiofréquence à large bande qui peut être couplée dans l'émetteur d'éclateur à une antenne et rayonnée.

En regardant le fonctionnement de l'éclateur, il est assez grossier dans son fonctionnement et il n'est donc pas surprenant qu'il ne soit pas particulièrement efficace et émette un signal médiocre.

Comment fonctionne un émetteur d'éclateur?

Lorsqu'on examine le fonctionnement d'un émetteur à éclateur, il faut garder à l'esprit qu'il s'agissait d'un domaine technologique qui se développait très rapidement vers la fin des années 1800 et le début des années 1900. En conséquence, de nombreuses idées ont été développées, certaines bonnes et d'autres moins bonnes, et il y avait une grande variété dans la façon dont les différents émetteurs d'étincelles fonctionnaient.

Dans le concept, un émetteur à éclateur très basique consiste en une source de tension alimentée par une résistance à un condensateur qui a l'éclateur à travers. La tension à travers l'espace augmente jusqu'à ce qu'elle produise des étincelles. L'étincelle décharge la capacité jusqu'à ce qu'elle soit inférieure à une tension de maintien et l'étincelle s'éteint. Ensuite, le condensateur se charge à nouveau jusqu'à ce qu'il produise à nouveau des étincelles et le cycle se répète.

L'éclateur est connecté à l'antenne qui permet au signal d'être rayonné. Normalement, il existe des arrangements de réglage pour limiter la bande passante du signal.

Les impulsions de grande amplitude résultantes de l'éclateur ont des bords très nets, c'est-à-dire que le courant passe de rien à une valeur élevée en un court laps de temps. En conséquence, ils génèrent de l'énergie radiofréquence à large bande. Quelque chose de similaire se produit avec un coup de foudre produisant la fissure souvent entendue à travers les bandes d'ondes moyennes ou d'ondes courtes.

L'énergie produite par les émetteurs à éclateur était accordée dans une certaine mesure par les circuits accordés de l'émetteur et de l'antenne, mais ils rayonnaient néanmoins de l'énergie sur une large bande passante. En conséquence, ils ont été retirés du service car ils interféraient avec d'autres utilisateurs en utilisant des techniques à bande beaucoup plus étroite comme le Morse et la modulation d'amplitude, etc.

Extincteur d'émetteur d'éclateur

Lorsqu'on examine le fonctionnement d'un émetteur à éclateur, un concept qui a été adopté au début du développement était celui d'un extincteur à étincelles.

L'un des problèmes qui a été découvert, en particulier avec le fonctionnement des émetteurs à étincelles de haute puissance, était qu'une partie de l'énergie du circuit d'antenne était transférée dans le circuit d'étincelle après la première explosion d'oscillation. Cela a transféré l'étincelle dans un arc de courte période ce qui abaissait le rendement global et, dans certaines circonstances, provoquait une transmission sur deux fréquences distinctes.

Des méthodes pour «éteindre» l'étincelle ont été étudiées et mises en œuvre.

Une méthode d'extinction appliquée aux émetteurs d'étincelles consistait à réduire le couplage entre les circuits d'étincelle et d'antenne.

De meilleures méthodes de «trempe» de l'émetteur d'éclateur impliquaient l'introduction de certaines méthodes de désionisation rapide de l'éclateur. Ceux-ci ont commencé à être introduits dès les années 1890 pour empêcher un arc de se développer à partir de l'étincelle.

L'une des premières méthodes de désionisation de la trempe a été développée par Elihu Thomson et impliquait ce qu'il a appelé un schéma «d'éruption magnétique». En cela, un champ magnétique convenablement chronométré a été appliqué à angle droit par rapport à la direction de l'étincelle. D'autres idées incluaient l'utilisation d'un jet d'air direct pour s'assurer que tout arc peut être éteint.

L'idée qui a gagné le plus de popularité pour éteindre l'émetteur d'éclateur était d'utiliser un éclateur rotatif. Celui-ci se composait d'un ou plusieurs éléments fixes et d'un élément rotatif qui avait des rayons en saillie. Comme les points d'étincelle rotatifs ne pourraient supporter une étincelle que pendant une courte période, tout arc s'éteint avant qu'il ne s'établisse.

Améliorations de l'émetteur d'éclateur

L'un des principaux problèmes avec les premiers émetteurs à éclateur était que le rendement était très faible. Cela résulte du fait que les éclateurs se déclenchent en continu lorsque la touche est enfoncée. Le problème avec cela était que la bobine d'induction utilisée pour générer l'EMF arrière pour créer l'étincelle dans l'éclateur ne serait capable de conduire qu'environ 100 mA environ à travers l'espace une fois que l'arc fonctionnait. Cela signifiait que seul un très faible niveau de puissance était fourni à l'antenne.

Certaines premières méthodes d'augmentation de la puissance impliquaient d'augmenter l'écart entre les deux électrodes de l'éclateur, ce qui augmentait la tension. Cela signifiait que des tensions mortelles apparaissaient sur les antennes.

Une avancée dans la technologie de l'éclateur était relativement simple. Il s'agissait d'ajouter un condensateur à l'enroulement secondaire de la bobine d'induction utilisée pour générer l'étincelle. L'ajout de ce condensateur unique à l'émetteur d'éclateur a fait une grande différence. Il a éliminé l'arc continu qui faisait baisser la tension de la bobine d'induction. Le fait de placer le condensateur sur le secondaire de la bobine d'induction dans l'émetteur a permis d'augmenter à la fois le courant d'intervalle et le courant d'antenne résultant, et la décharge rapide du condensateur a également éliminé la résistance d'intervalle du circuit d'antenne. Ces deux attributs résultent de l'ajout du seul condensateur.

Voir la vidéo: How to Make a Simple Small Spark-Gap Tesla Coil with Limited Parts (Octobre 2020).