En la parte izquierda de la Figura 1, podemos ver dos tipos de fuente de alimentación de alta tensión: La que proporciona corriente alterna y la que la convierte en continua mediante un rectificador de media onda y un condensador de filtro.
Y en cuanto al circuito de la bobina de Tesla propiamente dicha, está situada a la derecha de la Figura 1. A partir de los terminales A-B de entrada encontramos un choque de radiofrecuencia, es decir, una bobina de autoinducción considerable que deja pasar la corriente de alimentación, pero impedirá que la alta frecuencia creada en el circuito oscilador pueda retornar hacia la fuente y anularse.
Vemos después un circuito sintonizado, formado por el condensador y la bobina primaria formando un circuito tanque L-C, y aunque en situación estática ambos componentes están separados por un explosor de chispas, al funcionar, el arco que se forma, los une, permitiendo la oscilación.
La bobina primaria, de pocas espiras, normalmente entre 5 y 12, y la secundaria, de muchas espiras (800-1.400), forman un transformador de alta frecuencia y alta tensión, con los dos devanados sintonizados a la misma frecuencia. Y como muestra el siguiente gráfico, aunque la bobina secundaria no tenga en paralelo ningún condensador diferenciado, la capacidad parásita C2 de las espiras de L2 y la propia del sombrero metálico superior, establecen la sintonía.
Capacidades de los circuitos primario y secundario
La frecuencia de oscilación de un circuito tanque es fácil de establecer, ya que responde a la siguiente fórmula:
Siendo el valor fr la frecuencia en Hertzios, L la inductancia de la bobina en Henrios, y C la capacidad del condensador en Faradios, puede establecerse con facilidad la la frecuencia de oscilación de C1-L1, pero en el caso de la bobina secundaria L2 será mucho más difícil, ya que el valor de la capacidad parásita C2 será muy variable, moviéndose entre ámplios márgenes con sólo acercar una mano a la bobina o por la propia ionización del aire circundante.
Por este motivo, el procedimiento más correcto es que una vez se haya medido experimentalmente la frecuencia de resonancia de la bobina secundaria L2, se ajuste el circuito primario C1-L1 a un valor un 20 o un 30% inferior, ya que al funcionar la Tesla, cualquier cambio tenderá a aumentar el valor de C2, con lo que la frecuencia de resonancia de L2 disminuirá.
En cuanto a las medidas físicas para construir las bobinas, existen varias fórmulas empíricas que dan valores aproximados.
Para construir bobinas se puede utilizar la ecuación que se muestra a continuación:
0,001 n2 D2
L[mH] = ----------------
l + 0,45 D
n = número de espiras, D = diámetro de la bobina en mm, l = longitud del bobinado en mm.
Una forma fácil es usar un programas de cálculo para los valores de las Teslas, que se mostrara mas adelante.
En cuanto al funcionamiento del oscilador de la bobina de Tesla clásica, es el siguiente:
1) Cuando se conecta la alimentación de alta tensión a los terminales A-B, el condensador del circuito oscilador comienza a cargarse (A) con la polaridad suministrada, que será normalmente postitiva si es una fuente de continua y dependerá de la fase del momento si es una fuente de alterna. En el momento que la tensión llega al punto de ruptura del explosor, se establece un arco entre sus bornes (B), que descarga la energía acumulada por el condensador a través de la bobina primaria, creando una oscilación amortiguada (C) de la frecuencia establecida por los valores L-C. Al agotarse la energía por radiación electromagnética o disipación térmica, se apaga el explosor y el condensador comienza a cargarse de nuevo.
Funcionamiento del oscilador primario
2) El campo magnético creado por la bobina primaria induce en la secundaria una tensión de la misma frecuencia pero muchísimo más alta, provocando las espectaculares descargas características de la bobina de Tesla.
En muchos circuitos, las posiciones del condensador y del explosor están intercambiadas, y éste último cortocircuita el condensador con tierra en vez de con la bobina. Es una disposición alternativa que a veces es más conveniente para que los elementos electromecánicos no estén sujetos a tensión, pero que no afecta significativamente al funcionamiento del conjunto oscilador.
Las dos disposiciones respectivas del condensador y del explosor
Uno de los elementos fundamentales de la Tesla es el explosor, es decir, donde se crea el arco que descarga el condensador y crea la oscilación de alta frecuencia. Los tipos más sencillos están compuestos por dos contactos fijos y próximos, en los que se produce la chispa cuando la tensión sube hasta romper la rigidez dieléctrica del aire (aprox. 30 Kilovolts por centímetro). Pero la experiencia demuestra que se consiguen mejores resultados con los llamados explosores giratorios, formados por dos contactos fijos entre los cuales se ha dispuesto un disco aislante atravesado en un cierto punto por una o varias espigas metálicas. El disco gira mediante un motor, y entonces la chispa saltará en el preciso instante en que una de las espigas pase entre los contactos fijos.
A la vez, hay dos tipos distintos de explosores giratorios. Los asíncronos, adecuados para fuentes de alimentación de corriente continua, y los síncronos, cuya velocidad y posición del disco está controlada por la fase de la corriente alterna de alimentación, de manera que la chispa siempre se produzca en el momento de mayor tensión. En este último tipo, las velocidades o el número de espigas se calculan para se salte un chispa en cada semiciclo, duplicando de esta manera la frecuencia de la propia corriente.
