Bobina de Tesla Musical – Como fazer

Você já imaginou ter uma máquina que produz raios, e pode até mesmo tocar música com eles?

Um dos projetos mais interessantes de se fazer, e que é pouco visto no Brasil, é a construção de uma Bobina de Tesla em Estado Sólido. Ela é totalmente eletrônica, compacta, funciona em 110v ou 220v e pode ser construída por qualquer um com experiencia em eletrônica. O projeto, se executado sem erros, deverá custar em torno de 200 reais, possuindo um resultado esplendoroso. As faíscas resultantes alcançam mais de 25 centímetros!

Esse artigo será destinado ao passo a passo da construção da Bobina de Tesla, sem aprofundar muito em sua explicação cientifica. Farei, futuramente, um outro artigo explicando mais detalhadamente como ela funciona.

Não nos responsabilizamos por acidentes envolvendo esse projeto, e a construção dele é por sua conta e risco. Já deixo claro que esse projeto é para aqueles com um nível de conhecimento mais avançado em eletrônica.

Um pouco da ciência por trás da Bobina de Tesla

Uma bobina de tesla é basicamente um transformador ressonante, capaz de gerar alta tensão com baixa corrente e alta frequência, composta por uma bobina primária e uma bobina secundária. Temos em sua saída, tensões que atingem a casa dos milhões de volts.

Veja abaixo o esquema de uma Spark Gap Tesla Coil:

bobina de tesla

O circuito acima é o mais trivial que temos, em que um transformador pega a tensão da rede elétrica e converte para alguns kV, e em série ao transformador temos um capacitor que se carrega a cada semi-ciclo da tensão, que, quando atinge uma tensão suficiente para quebrar a resistência do ar temos uma descarga que é vista no faiscador, que trabalha produzindo pulsos com frequências de mais de 100kHz.

A tensão que passa através do primário durante as descargas, se transfere para o secundário com uma tensão muito mais elevada, gerando as descargas elétricas no toroide.

Nos dias atuais

Hoje, podemos construir Bobinas de Tesla com circuitos transistorizados, captando via antena ou transformador de feedback a frequência de ressonância do secundário e fazendo a alimentação da bobina primária ocorrer nessa exata frequência, aumentando muito o rendimento da Bobina de Tesla.

Com a capacidade de controlar a bobina eletronicamente, poderemos também fazer ela tocar música a partir de faíscas, o que é muito interessante.

Os materiais necessários

Uma bobina tesla desse tipo será constituída de três partes básicas: o circuito principal, a bobina primária e a bobina secundária. Na lista abaixo, colocarei apenas o essencial, mas você pode fazer alterações para trazer beleza ao projeto.

Materiais para Bobina Primária e Secundária

  • 200m de fio esmaltado AWG 34 (é importantíssimo que seja o AWG 34, não menor e não maior)
  • 3m de fio de cobre 2,5mm² (pode ser mais grosso ou mais fino, mas usei esse tamanho)
  • 25 cm de tubo de PVC 75mm
  • 1 CAP de PVC de 75mm
  • 10 cm de tubo de PVC de 100mm
  • 1 luva de PVC de 100mm
  • Uma barra de parafuso de 1/4

Materiais para o circuito principal

  • 2 Transistores IRFP460 e respectivos dissipadores
  • 2 Capacitores de  0,68uF x 400v
  • 2 Diodos MUR860
  • 4 Diodos 1N4148
  • 1 Diodo UF4004 ( muito importante que seja o UF )
  • 7 Capacitores de Poliester 100nF x 50v
  • 2 resistores 5 ohms x 5 watts
  • 1 resistor 100k ohms
  • 1 resistor 10k ohms
  • 1 CI 555
  • 1 IR2110
  • 1 74HC14

Esse circuito principal será composto por uma ponte de transistores, que controlará a alimentação da bobina primária, levando em consideração a frequência de ressonância da bobina secundária. É um circuito bem simples, vou mostra-lo mais a frente.

Normalmente, os americanos fazem esse projeto da bobina de tesla utilizando os drivers de mosfets UCC37322 e UCC 37321. Achei o preço deles um absurdo aqui no Brasil, além de serem muito dificeis de achar, por isso optei por seguir o projeto com o IR2110 para controlar os mosfets, que custa apenas 10 reais e é facilmente encontrado.

Materiais para os circuitos de alimentação

  • TRAFO 220/110 – 12V x 2A
  • Fusíveis 5A e 2A
  • Porta Fusíveis de tamanho adequado
  • 1 Ponte retificadora 8A
  • 1 Ponte retificadora 4A
  • 2 Capacitores eletrolíticos 220uF x 400V
  • 3 Capacitores eletrolíticos 100uF x 16V
  • 3 Capacitores cerâmicos 100nF
  • 1 Regulador de Tensão 7812
  • 1 Regulador de Tensão 7805
  • Acoplador Óptico 4N35
  • 2 resistores 220 ohms

Materiais para o Modulador de Áudio

  • 3 Capacitores 100nF
  • 3 Capacitores 10nF
  • 1 Capacitor 22nF
  • 1 Capacitor Eletrolítico 10uF
  • 1 Resistor 22k ohms
  • 2 Resistores 2k2 ohms
  • 3 Resistores 1k ohm
  • 1 Resistor 10k ohms
  • 2 Resistores 100 ohms
  • 1 Potenciômetro 10k
  • 2 Transistores BC547
  • 1 CI555
  • 1 LM741

Materiais Opcionais / Recomendados

  • Placas de fenolite cobreadas (tenha muitas, você vai precisar)
  • Caixa de Metal para colocar os circuitos dentro (utilizei a carcaça de uma Fonte ATX)
  • Parafusos com porca
  • Borne KRE 2 e 3 vias
  • Barra de conectores 6mm
  • Disjuntores Termomagnéticos 10A de boa qualidade para segurança
  • Pasta Térmica
  • Adesivo Termo condutivo TO-247

Materiais para circuito de teste da Bobina de Tesla (Recomendado mas opcional)

  • Transistor 2222A ou TIP41C
  • Diodo 1N4004
  • Resistor 22k ohms
  • Fonte de 12V

Ferramentas Necessárias

  • Ferro de Solda com estanho de boa qualidade
  • Multímetro
  • Osciloscópio (Recomendado, mas opcional)

Clique aqui para baixar os esquemas e circuitos da Bobina de Tesla!

Enrolando a Bobina Secundária

Essa é a primeira coisa a se fazer, e provavelmente a mais chata: enrolar 1000 voltas de fio esmaltado AWG 34 em um cano de PVC 75mm com 20 centímetros de comprimento. As voltas de fio não podem se sobrepor, devem ficar uma ao lado da outra.

bobina de tesla

Ao terminar de enrolar, você deverá ter gasto quase todos os 200 metros de fio nos 20 centímetros de cano. Como esse é um fio esmaltado, você deverá pegar as duas pontas e queima-las com um isqueiro, a fim de remover seu esmalte. Após queima-las, raspe o esmalte fora utilizando um alicate.

Agora, com os terminais expostos, você pode ligar o multímetro para ver se tudo funcionará corretamente. Coloque uma ponta de prova em cada lado da bobina, e ligue o multímetro na escala de resistência. Ele deverá dar entre 100 e 200 ohms. Feito isso está tudo certo para partirmos para o próximo passo.

bobina de tesla

Caso não aconteça nada ao medir as pontas com um multímetro, tente colocar na escala de continuidade e refaça o teste. Se nada acontecer, provavelmente o fio está quebrado em algum ponto da bobina, e você deverá recomeçar do zero.

Também é importante que você acople um parafuso com ponta no topo do secundário. É dele que vão sair as faíscas, funciona como um ponto de fuga. Se você não tiver nenhum ponto de fuga em sua bobina, as faíscas simplesmente não vão acontecer. Não esqueça de conectar o fio superior do secundário no parafuso.

bobina de tesla

Montagem da estrutura da Bobina Secundária

Aterramento da Bobina Secundária

bobina de tesla

Não recomendo que utilize o aterramento de sua residência, e em hipótese alguma utilize o neutro como terra. Há diversos relatos de usuários que foram utilizar o terra da tomada para suas bobinas de tesla, mas não sabiam que este se encontrava desconectado. Isso gerou faiscamentos dentro da tomada, o que não é nada bom.

Fiz o aterramento de uma forma bem simples, conectando o fio a uma barra de metal presa em concreto. Funcionou muito bem e obtive bons resultados. Você também pode fazer um aterramento especial para sua bobina de tesla, enterrando uma barra de cobre de 1 ou 2 metros no chão, o que seria realmente o mais ideal.

bobina de tesla

Haste de aterramento

A bobina primária: um pouco mais fácil

Não se desespere: agora são apenas 7 espiras.

A bobina primária deve ser enrolada em torno de um tubo de 100mm, para que a bobina secundária fique dentro. Coloquei uma luva de 100mm para servir de base, e trazer mais beleza ao projeto. Também pintei os tubos de PVC de preto.

bobina de tesla

Sugiro que coloque uma etiqueta nomeando os dois fios da bobina primária. Sua bobina de tesla somente terá uma fase correta, e se você inverter a fase, a bobina não vai funcionar. Como descobrir a fase correta? Simplesmente testando! (Explico isso mais a frente)

Prenda a bobina secundária e primária e uma base de qualquer material a sua escolha. Você deverá ter algo semelhante a isso: (A minha na imagem está sem o fio da bobina primária)

bobina de tesla

Parabéns, agora você tem uma Bobina de Tesla pronta! Você pode fazer ela funcionar de diversas maneiras diferentes, nesse artigo focaremos em transformar ela em uma Bobina Tesla de Estado Sólido.

Circuito de teste

Tendo construída a estrutura da Bobina de Tesla, você vai querer testar se ela funciona de uma forma mais segura. Para isso, utilizaremos um pequeno circuito que funciona com 9 volts. Com ele, você também descobrirá a fase da Bobina Primária, o que será muito importante para que tudo funcione adequadamente depois.

bobina de tesla

O transistor 2222A pode ser substituído por um TIP41C com dissipador sem problemas

Faça as ligações como descrito acima, e para ver se está funcionando, aproxime uma lâmpada fluorescente(desconectada da tomada) da bobina secundária. Ela deve ligar sem fios, sinal de que tudo funciona corretamente.

Note que marquei as fases da bobina primária como C(cima) e B(baixo). Sugiro que faça isso também na sua, marcando com uma etiqueta. Assim você saberá a fase correta, marcando o fio que, ligado ao positivo da bateria, fará a bobina de tesla funcionar.

É muito interessante também fazer algumas experiencias nessa etapa do projeto. Além de uma lâmpada fluorescente, você também consegue ligar LEDs, e, quando aproximar o dedo do ponto de fuga, sentir um leve choque e ver uma faísca em seu dedo.

bobina de tesla

Construindo os circuitos

Agora chegou a parte mais legal: deixar a bobina de tesla beeem potente, e capaz de tocar música. Existe também uma versão eletrônica mais forte que a descrita nesse projeto, a Bobina Tesla em Estado Sólido Duplamente Ressonante, as famosas DRSSTC. Esse já é um projeto bem mais complexo, mas futuramente também farei um artigo sobre sua construção.

Em meu projeto, cometi um erro, em construir varias placas de circuito separadas (uma para alimentação, outra para controle…). Ao construir esse projeto, sugiro que compacte tudo em somente uma placa de circuitos, você verá como isso deixará seu projeto mais simples e compacto.

Para desenhar os circuitos, utilizei o Software Eagle Cad. Nele, você pode desenhar o esquema, colocando cada componente, e depois gerar um layout para ser impresso em uma PCB. Para imprimir o circuito na placa de cobre, utilizei o método da transferência térmica.

Abaixo está o esquema elétrico do circuito principal da Bobina Tesla em Estado Sólido: (Houve um pequeno equivoco, os diodos da ponte constam como MUR820, mas você deve utilizar os MUR860)

bobina de tesla

Você pode clicar na imagem para ampliar ou fazer o download dos arquivos em Eagle no topo da página

Você deverá fazer esse circuito e alimenta-lo adequadamente. Abaixo está uma breve legenda quanto aos conectores no esquema:

  • Em X1-1 e X1-2, você ligará os fios da Bobina Primária (se você seguiu a dica que dei na construção do circuito de teste, de marcar os fios do primário, ligue o fio que estava conectado no positivo da bateria de 9 volts no terminal X1-2)
  • Em X2-1 será a Antena e X2-2, será ligado o acoplador óptico, que receberá o sinal para ligar ou desligar a bobina eletronicamente. É nesse terminal que você pode mandar um sinal de áudio modulado e fazer a bobina de tesla tocar música.
  • Os terminais X3-1, X3-2 e X3-3 servem apenas para representar que será usado um borne KRE como conexões para alimentação do circuito. Você pode fazer isso da forma que achar melhor.

A famigerada antena

Alguns tem dúvidas quanto a antena, ela pode ser um fio rígido de 20cm que fique em pé, paralelamente ao secundário, a uns 15 ou 20 centímetros de distancia do toroide para nenhuma faísca pegar na antena (Caso ocorra essa fatalidade, você deverá trocar o 74HC14 do circuito principal. Aconteceu comigo hehehe).

Se você usar um arame também funcionará, o importante é que seja algo condutor e que fique paralelo a bobina secundária.

Aquecimento

É de suma importância que os MOSFETs IRFP460 sejam ligados a um dissipador adequado, como boa pasta térmica para melhorar a condutividade térmica. Essa refrigeração determinará o tempo que sua bobina de tesla poderá ficar ligada, uma vez que, os MOSFETs esquentam muuuito quando ligados, e, quando eles atingem seu limite de temperatura, eles queimam.

Bobina de tesla

MOSFETs com o dissipador que usei. Se você tiver espaço, vale a pena usar um dissipador maior.

Fonte de Alimentação do projeto

Lembre-se também de construir os circuitos de alimentação da bobina de tesla. Não recomendo utilizar fontes chaveadas para esse projeto, uma vez que a interferência eletromagnética gerada pela bobina é muito grande. Prefira utilizar fontes lineares com transformadores.

A alimentação de 300 volts dependerá da tensão da sua rede elétrica, no caso 220 volts. Se fosse 110 volts, você alimentaria com 170 volts. Isso por que, basicamente, você pegará a corrente alternada e converterá em continua, então, 220 volts em AC, quando convertidos a DC se tornam 300 volts. Para entender melhor isso, você pode ler esse artigo.

bobina de tesla

 Circuito que converte AC para DC. O resistor é opcional.

bobina de tesla

Circuito dos Reguladores de Tensão. Em suas entradas, sugiro que conecte a Ponte Retificadora de 4A, ligada ao TRAFO 220/110- 12V 2A

 

bobina de tesla

Circuito do acoplador óptico. Receberá o sinal que liga ou desliga eletronicamente a bobina. Dos terminais X1-1 e X1-2 vem o sinal de áudio.

Circuito do Modulador de Áudio

O circuito da Bobina de Tesla manterá ela desligada enquanto o IR2110 não receber um sinal em seu pino 11 (SD). É justamente para mandar esse sinal que vamos construir um modulador de áudio, que nos permitirá também tocar músicas na Bobina de Tesla.

Para a construção dessa parte do projeto, preferi buscar um projeto já pronto, e já testado em Bobinas de Tesla, para garantir que tudo funcionasse perfeitamente. Pretendo no futuro construir um mais elaborado, mas por enquanto esse está me servindo perfeitamente.

bobina de tesla

Clique na imagem para ampliar

A saída irá conectada no terminal X1-1 do acoplador óptico. No terminal X2-2, você conectará o GND do modulador de áudio.

Esse circuito do modulador de áudio deve ficar a alguns metros de distancia da Bobina de Tesla, junto com o celular ou dispositivo que executa o áudio. Sugiro também que ligue um LED em paralelo a saída do modulador, para indicar seu funcionamento. Use, de preferencia, pilhas ou baterias para alimentar o modulador.

bobina de tesla

A hora da verdade

Apesar de você até achar os circuitos para comprar, sugiro que replique as placas que descrevi acima e construa você mesmo. Tendo tudo construído, você deverá ligar tudo junto e testar se funciona.

Para segurança, ligue o disjuntor e os fusíveis junto a tudo. O fusível de 2 amperes deverá ser ligado ao transformador 220/110 – 12Vx2A, e o fusível de 5A deverá ser ligado ao circuito que alimenta a bobina com 300Vdc ou 170Vdc, antes da ponte retificadora.

Também sugiro que você coloque tudo em uma caixa metálica, para que a bobina não cause interferência no circuito que recebe o sinal de interruptor, fazendo com que ela “se acione sozinha”.

Antes de ligar, tenha certeza das seguintes coisas:

  • Os circuitos estão devidamente construídos e bem conectados, seguindo os esquemas elétricos
  • O aterramento está conectado ao secundário corretamente
  • Há um ponto de fuga (ponta no topo da bobina secundária)
  • O modulador de áudio e o acoplador óptico estão enviando o sinal corretamente
  • Você está protegido de curto circuito com o disjuntor e os fusíveis

Ao ligar a Bobina de Tesla, nada vai acontecer. Então você ligará o modulador de áudio e ligue a música. A bobina de Tesla deverá começar a tocar e soltar suas esplendorosas e brilhantes faíscas.

Ainda vou atualizar esse artigo colocando os vídeos da Bobina de Tesla funcionando. Abaixo estão algumas fotos de como ficou o case com os circuitos.

bobina de tesla

bobina de tesla

bobina de tesla

bobina de tesla

bobina de tesla

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Artigos recomendados para leitura (em inglês)

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Kaizer Power Electronics – Kaizer SSTC II 

Safety Tesla Coil

How To Make A Musical Solid State Tesla Coil That Plays Guitar

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