المحفّز الإلكتروني هو عبارة عن محول من نوع Air-cored يقوم برفع التوتر المستمر DC المنخفض إلى توتر متناوب AC مرتفع والذي يخلق حقلا كهرمغناطيسيا حول الوشيعة بحيث يكون قادراً على إضاءة مصباح النيون لاسلكياً، ويشبه كثيرا فكرة ملف تسلا.

كانت الفكرة بالأصل من إبداع الدكتور ستيفلر (Stiffler) الذي قام بإبداعها منذ عدة سنوات، ثم أتى بعده من عدل عليها وطورها. في هذا المقال سأشرح لكم كيفية بناء هذا المحفز، وكيفية عمله.

المواد والقطع الإليكترونية المستخدمة في بناء المحفز موضحة في الصورة السابقة وهي:

·        مصدر طاقة فولطي آمبيري (power source supplies).

·        دارة كهربائية تقوم بنقل الطاقة من المصدر إلى المحول.

·        وشيعة أولية تقوم بتوليد حقل مغناطيسي عند مرور التيار الكهربائي فيها.

·        وشيعة ثانوية تقوم بتحويل الحقل المغناطيسي إلى كهرباء بتوتر عالي.

·        أخيراً، الحمل الأعلى وهو يعمل عمل المكثف، والذي يزيد من قوة الحقل المغناطيسي.

هذه المواد لا تكلف إلا دراهم معدودات، ومن السهل الحصول عليها، وعند إنجازك للعمل، تستطيع أن تري عملك لأفراد عائلتك والذين سيبهرون بهذا العمل، حتى إنك تستطيع أن تناقش أصدقاءك عن هذا المشروع الجميل. فلا أسهل من نقله من مكان لآخر.

تنبيه: بما أن المحفز يولّد حقلا مغناطيسيا، فهذا قد يؤثر على الأجهزة الإلكترونية المجاورة، لذلك يرجى الانتباه. فيما يلي رابط مقطع فيديو يوضح عمل المحفز:

كما قلت سابقاً فإن تكلفة المشروع ستبقى في حدود بعض الريالات، ويمكن الحصول على المواد بسهولة من السوق المحلية. والمواد المطلوبة هي:

·        أنبوب بطول 15 سنتمترا (6 إنش) وقطر 2.5 سنتمترا (1 إنش)، مجوف، غير ناقل للكهرباء. بالنسبة لي لقد استعملت أنبوبا بلاستيكيا من مادة الـ PVC.

·        قاعدة لتركيب جميع القطع عليها. بالنسبة لي استعملت قاعدة علبة أقراص ضوئية CD (مجانية).

·        سلك كهربائي بطول 7.6 سنتمترا (3 إنش) تقريباً من نوع 12-26AWG، سيستعمل للوشيعة الأولية.

·        تقريباً 30.5 مترا (100 قدم) من سلك مصقول برّاق (enamel) من نوع 30AWG، سيستعمل للوشيعة الثانوية.

·        قطعة ذات شكل كروي كي تستعمل كحمل أعلى.

·        مقاومة 47 كيلوأوم.

·        صمامين ضوئيين من نوع UF4007.

·        ترنزستور من نوع TIP31C.

·        براغي طرفية لتثبيت الأسلاك عند إنشاء الدارة (هذا البند اختياري).

·        مبرد للترنزستور ( يفضل عندما يتجاوز التوتر 18 فولط).

لديك الحرية في التعامل مع مختلف أنواع الترنزستورات ما دام الترنزستور يعمل كنوع NPN. وعلى كل حال، إذا أحسست بأن الترنزستور قد زادت درجة حرارته عند لمسك إياه، فاستعمل حينها النوع TIP31C. هذا النوع يجب أن لا يسخن كثيرا ما لم يتجاوز التوتر الكهربائي 18 فولط.

قيمة المقاومة أيضاً تتغير، وهي تحدد كمية التيار الكهربائي المار بالترنزستور، فإذا أحسست أن الترنزستور قد زادت حرارته قم بزيادة قيمة المقاومة. كما أوصي أن يكون الأنبوب المجوف أطول بقليل مما هو مطلوب، فأنت تستطيع أن تقصه بالحجم المطلوب متى قمت بلف الوشيعة الثانوية.

تصميم الدارة الكهربائية بسيط جداً ويحتوي على أربع مكونات فقط، ومتعدد الاستعمالات، وتوتر الدخل يمكن أن يكون أقل من 5فولط أو أكبر من 18 فولط في حال ربطنا الترنزستور بمبرد.

يدخل التيار بتوتر من 5 إلى 18 فولط إلى الدارة الكهربائية. وتركب المقاومة R1 قبل رأس الترنزستور الذي يسمى القاعدة (Base)، وبذلك تحدد كمية التيار الكهربائي المار من خلاله والواصل إلى القاعدة، إذا كانت كمية التيار الكهربائي الواصلة إلى قاعدة الترنزستور كبيرة قد تسبب في عطل الترنزستور.

الوشيعة الثانوية L2 موصولة مع قاعدة الترنزستور حتى تكون التذبذبات مصدر تغذية له.

الصمامين D1 و D2 يمنعان التذبذبات من التوجه بشكل مباشر إلى الأرض.

يتكون الترنزستور من ثلاث أطراف هي: المجمع (C) والباعث (E) والقاعدة (B). ولتفهم عمل الترنزستور فيمكن تشبيهه بخزان مياه وخرطوم وحنفية، حيث يعتبر المجمع كخزان المياه، والباعث هو خرطوم المياه، والقاعدة ستكون الصمام الذي يسمح بمرور المياه من الخزان (المجمع) إلى الخرطوم (الباعث).

فعندما يكون الصمام (القاعدة) في حالة إغلاق لن يكون هناك تدفق للمياه، وعند حصول الصمام على نكزة صغيرة سينفتح فيقوم بتمرير الكثير من المياه من الخزان إلى الخرطوم ما دام الصمام مفتوحاً والنكزة مستمرة، وعندما تختفي النكزة يغلق الصمام، ويتوقف مرور الماء، حتى تأتي نكزة أخرى للصمام ليفتح من جديد.

عندما تتلقى قاعدة الترنزستور تياراً صغيراً، تغلق الدارة وتسمح للتيار بالتدفق خلال الوشيعة الأولية L1. وعلى أية حال، فإن الكهرباء ستسلك الطريق الأقل مقاومة، لذا عندما يمر التيار الكهربائي من المجمع إلى الباعث (حيث المقاومة لمرور التيار هنا هي صفر أوم) سوف توقف التدفق إلى القاعدة لأن هناك مقاومة 47 ألف أوم تمنع ذلك. وعندما يتوقف التيار من التدفق إلى القاعدة، ستقوم القاعدة بفتح الدارة مرة أخرى حتى تقوم المقاومة R1 بإعطاء مقاومة أقل من تلك الموجودة على المسار مجمع – باعث. وهذه العملية تتكرر أكثر من مرة في الثانية.

يتوقف عمل الوشيعة الأولية L1 عندما يتوقف مرور التيار الكهربائي من خلالها، وعندما يحدث هذا، تقوم الوشيعة الثانوية L2 بالتقاط الحقل المغناطيسي وتحويله إلى آلاف الفولطات.

و الحمل الأعلى (top load) يعمل عمل المكثف ويزيد الخرج من الوشيعة الثانوية مسبباً التحفيز للإلكترونات الموجودة في الهواء.

أخيراً، تقوم تذبذبات الوشيعة الثانوية بتغذية الترنزستور أثناء العمل، كي نحصل على طاقة أقصى من الترنزستور أثناء التحفيز.

الشكل 6

إن تصميم وصنع الوشيعة الثانوية هو من أكثر القطع التي تأخذ وقتاً في هذه العملية.

المرحلة الأولى: حساب مواصفات الوشيعة

هناك عدة طرق لحساب الطول المطلوب من السلك لإنشاء الوشيعة الثانوية، أنا استخدمت 400 لفة، ولكي أعرف كمية السلك المطلوب، قمتُ بحساب محيط الأنبوب البلاستيكي PVC، والمعادلة التي تحسب المحيط هي نفسها التي تحسب محيط دائرة:

المحيط = Pi × D. حيث: 

  Pi = 3.14

و D = 2.54 بالسنتمتر ويمثل قطر الأنبوب.

لذلك تكون النتيجة بعد الضرب حوالي 8 سنتمترات، لذا فإننا بحاجة إلى 8 سنتمترات من السلك كي أقوم بلف السلك لفة واحدة حول الأنبوب، وقد عرفت أنني بحاجة إلى 400 لفة، لذا قمت بضرب 400 بالقيمة 8 سنتمترات فكانت النتيجة 3200 سنتمترا (حوالي 1296 إنش) من السلك. قمت بتقسيم هذا الحاصل على 12 كي أحصل على الواحدة بالقدم، وكانت النتيجة هي 104.67 قدم (265.86 سنتمترا) من السلك، وأخترت وسطياً 100 قدم (254 سنتمترا) وقمت بعملية اللف في غرفتي كما هو واضح في الصورة التالية.

الخطوة المرحلة: جعل السلك جاهزاً للفه حول الوشيعة الثانوية

بعد اختيار طول السلك، قمت بلفه حول علبة بلاستيكية، هذه العلبة منعت السلك من الانفلات والانحلال خلال عملية لفه حول الأنبوب.

المرحلة الثالثة: لف السلك حول الأنبوب

هذه الخطوة تأخذ الكثير من الوقت، لذلك تأكد إنك هادئ الأعصاب ولديك شريط لاصق كي تلصق السلك بالأنبوب كلما احتجت لاستراحة، لقد كلفني لف السلك الخاص بي حوالي الساعتين، عندما تبدأ، تأكد أن تترك حوالي 1قدم من السلك قبل البدء بلفه حول الأنبوب، وذلك من أجل توصيله مع الدارة الكهربائية.

ثم قم بلف السلك حول الأنبوب، وتأكد أن لا يحدث أي تداخل للسلك عند لفه، وعند الانتهاء اترك أيضاً حوالي 1قدم من السلك كي تقوم بتوصيله مع الحمل الأعلى، ثم قم بلصق النهاية بالأنبوب كي لا ينحل السلك.

والآن أمامك خياران، أما أن تغطس كامل الأنبوب بمادة الإيبوكسي (بلاستيك ساخن لاصق)، وبذلك لن ينحل السلك أبداً أو أن تتركه كما هو.

المرحلة الرابعة: الحمل الأعلى

لا تعطي الكثير من الاهتمام بالحمل الأعلى، لكن الأفضل أن تكون بشكل كروي، حيث أن كرة حديدية تفي بالغرض، أو أي مادة أخرى تكون مغلفة بطبقة معدنية، بالنسبة لي فقد استخدمتُ مقبض خشبي حصلت عليه مجاناً وشكله كروي تقريباً وغلفته بورق ألمنيوم، ويجب أن تقوم بتوصيل الحمل الأعلى بالوشيعة الثانوية عن طريق برغي أو عن طريق اللحام بالقصدير.

الخطوة الخامسة: الوشيعة الأولية

هذه الخطوة سهلة جداً، كل ما تحتاجه هو أن تلف السلك مباشرة حول قاعدة الوشيعة الثانويةة كما هو واضح في الصورة السابقة. تستطيع أن تلف من 5 إلى 15 لفة، لكني وجدتُ أن 8 لفات أفضل بالنسبة لتصميمي.

تستطيع الآن أن تضع مصدر الطاقة (لقد استعملتُ في البداية بطارية 9 فولط) وتستطيع بذلك أن تجعل مصباح نيون ذي 4 واط تضيء عند تقريبها من الحمل الأعلى.

في الشكل 7 استعملتُ مصادر طاقة مختلفة بحيث أصبحت التوتر 15 فولط، وذلك لجعل مصباحي النيون ذوي 13 واط و 4 واط يضيئان لاسلكياً.

معدل التحفيز يكون على بعد 15 سنتمترات (حوالي 6 إنشات) من الحمل الأعلى عند توتر 9 فولط، و 30.5 سنتمترا (حوالي 1 قدم) عند توتر 18 فولط.

أتمنى لكم التوفيق في تجربتكم.