Plasma Speaker

NOTA: Este projeto lida com Alta Tensão e todos perigos inerentes a ela. Construi tudo que está descrito neste página e todos os sistemas apresentaram o funcionamento esperado. Mas eu não tomo responsabilidade pelos seus atos. Se você se interessar por experimentos envolvendo alta tensão seja cuidadoso e faça por sua própria conta e risco.

Plasma Speaker

Plasma Speaker é um equipamento que gera um arco elétrico de alta tensão, ionizando o ar (o raio roxo das fotos e filmes). Alterando a potência do arco elétrico em freqüências audíveis (de 20 a 20kHz) é possível utilizar este arco para gerar sons, e tocar rock’n'roll.

Montei meu protótipo a partir do TL494, um circuito que gera sinais PWM (pulse width modulated), muito utilizado nos projetos de fontes de computador.

Ajustando para melhor eficiência

O Circuito

Esquema eletrônico - Plasma Speaker

O circuito é alimentado com 30 V em tensão contínua, e consome cerca de 3 A. A tensão de entrada é regulada em 12 V pelo 7812 para alimentar o amplificador operacional, o TL494 e o driver do mosfet (4429).

O primeiro passo é garantir que a entrada de áudio tenha uma impedância alta, não oferecendo risco de queimar os dispositivos utilizados como fonte da música. Para isto é utilizado um amplificador operacional (o TL072) na configuração de seguidor de tensão. O capacitor em série com o sinal de entrada é de desacoplamento, e permite que o sinal de áudio seja referenciado a uma tensão diferente da tensão de entrada. Neste caso, a 6 V (devido ao divisor de tensão formado por R5 e R6. Caso não seja possível obter o ampop TL072, que é específico para audio, pode-se utilizar o LM339, que possui pinagem compatível.

O sinal de baixa impedância da saída do TL072 passa por mais um capacitor de desacoplamento e, juntamente com a resistência variável formada pelo resistor e potênciometro é fornecido à entrada RT do TL494. Juntamente com a entrada CT, a RT é responsável por gerar a frequência do sinal PWM. Inserindo o sinal de áudio no pino RT estamos modulando a frequência. O potenciometro permite escolher a frequencia base, e o volume do som inserido no TL072 permite variar a amplitude da modulação.

A saída de sinal do TL494 pode ser visualizada no vídeo abaixo. Um osciloscópio conectado à saída do CI mostra como a frequencia é modulada de acordo com o sinal sonoro na entrada.

A linha verde é o sinal de audio colocado na entrada do circuito. A linha amarela equivale à saída do TL494. Sua frequencia aumenta quando o sinal de audio aumenta de amplitude.

O sinal do TL494 é então fornecido ao MIC4429, que é o driver do mosfet. A função desse driver é aumentar a potência do sinal de modo a chavear o gate do mosfet. O circuito com resistor e capacitor em torno do mosfet é um snuber, responsável por absorver picos de tensão originados do secundário do flyback.

A saída do circuito deve ser conectada a um enrolamento primário do flyback, enrolado manualmente em torno do núcleo externo deste (veja como fazer nas fotos do sistema montado). O número de voltas ideal depende de todo o sistema e requer alguma experimentação. Um bom valor para começar é entre 8 e 12.

O layout

Para aqueles que gostariam de montar seu próprio sistema disponibilizo abaixo o layout que utilizei. Abra a imagem em tamanho real (clique sobre elas) e salve os arquivos. A imagem colorida indica como você deve montar os componentes. A imagem em preto e branco é só imprimir em tamanho real e fazer a placa de circuito impresso (veja tutorial). Não me responsabilizo por qualquer problema que você possa enfrentar utilizando meu projeto. Trabalhe com precaução!

Montagem dos componentes

Layout para impressão

Melhorias

O esquema eletrônico e o layout apresentados acima, apesar de muito bons, apresentam ruido de fundo no arco de plasma do flyback. Na tentativa de criar um arco mais silencioso modifiquei um pouco o circuito e o layout. O resultado foi ótimo: sem ruido de fundo! Apesar disso o circuito ficou mais complexo e a placa agora tem duas faces, sendo uma só para a malha de terra. O vídeo abaixo demonstra o funcionamento:

AGRADECIMENTOS: Sem a contribuição de cada professor e aluno listados abaixo este projeto certamente não sairia do papel!

• Prof. Cláudio, pelas muitas dicas de eletrônica;
• Prof. Sandro, pela usinagem das peças de alumínio;
• Prof. Julio César, pela doação do alumínio;
• Prof. Luis Carlos, pelo eletrodo de tungstênio;
• Prof. Sidnei, pelo eletrodo de cobre;
• Lucas, pela usinagem do dissipador;
• Sarturi, pela filmagem do experimento.