Генераторы импульсов - это устройства, которые способны создавать волны определенной формы. Тактовая частота в данном случае зависит от многих факторов. Основным предназначением генераторов принято считать синхронизацию процессов у электроприборов. Таким образом, у пользователя есть возможность настраивать различную цифровую технику.
Как пример можно привести часы, а также таймеры. Основным элементом устройств данного типа принято считать адаптер. Дополнительно в генераторы устанавливаются конденсаторы и резисторы вместе с диодами. К основным параметрам устройств можно отнести показатель возбуждения колебаний и отрицательного сопротивления.
Генераторы с инверторами
Сделать генератор импульсов своими руками с инверторами можно и в домашних условиях. Для этого адаптер потребуется бесконденсаторного типа. Резисторы лучше всего использовать именно полевые. Параметр передачи импульса у них находится на довольно высоком уровне. Конденсаторы к устройству необходимо подбирать исходя из мощности адаптера. Если его выходное напряжение составляет 2 В, то минимальная должна находиться на уровне 4 пФ. Дополнительно важно следить за параметром отрицательного сопротивления. В среднем он обязан колебаться в районе 8 Ом.
Модель прямоугольных импульсов с регулятором
На сегодняшний день генератор прямоугольных импульсов с регуляторами является довольно распространенным. Для того чтобы у пользователя была возможность настраивать предельную частоту устройства, необходимо использовать модулятор. На рынке производителями они представлены поворотного и кнопочного типа. В данном случае лучше всего остановиться на первом варианте. Все это позволит более тонко проводить настройку и не бояться за сбой в системе.
Устанавливается модулятор в генератор прямоугольных импульсов непосредственно на адаптер. При этом пайку необходимо производить очень аккуратно. В первую очередь следует хорошо прочистить все контакты. Если рассматривать бесконденсаторные адаптеры, то у них выходы находятся с верхней стороны. Дополнительно существуют аналоговые адаптеры, которые часто выпускаются с защитной крышкой. В этой ситуации ее необходимо удалить.
Для того чтобы у устройства была высокая пропускная способность, необходимо резисторы устанавливать попарно. Параметр возбуждения колебаний в данном случае обязан находиться на уровне Как основную проблему генератор прямоугольных импульсов (схема показана ниже) имеет резкое повышение рабочей температуры. В данном случае следует проверить отрицательное сопротивление бесконденсаторного адаптера.
Генератор перекрывающих импульсов
Чтобы сделать генератор импульсов своими руками, адаптер лучше всего использовать аналогового вида. Регуляторы в данном случае применять не обязательно. Связано это с тем, что уровень отрицательного сопротивления может превысить 5 Ом. В результате на резисторы оказывается довольно большая нагрузка. Конденсаторы к устройству подбираются с емкостью не менее 4 Ом. В свою очередь адаптер к ним подсоединяется только выходными контактами. Как основную проблему генератор импульсов имеет асимметричность колебаний, которая возникает вследствие перегрузки резисторов.
Устройство с симметричными импульсами
Сделать простой генератор импульсов такого типа можно только с использованием инверторов. Адаптер в такой ситуации лучше всего подбирать аналогового типа. Стоит он на рынке намного меньше, чем бесконденсаторная модификация. Дополнительно важно обращать внимание на тип резисторов. Многие специалисты для генератора советуют подбирать кварцевые модели. Однако пропускная способность у них довольно низкая. В результате параметр возбуждения колебаний никогда не превысит 4 мс. Плюс к этому добавляется риск перегрева адаптера.
Учитывая все вышесказанное, целесообразнее использовать полевые резисторы. в данном случае будет зависеть от их расположения на плате. Если выбирать вариант, когда они устанавливаются перед адаптером, в этом случае показатель возбуждения колебаний может дойти до 5 мс. В противной ситуации на хорошие результаты можно не рассчитывать. Проверить генератор импульсов на работоспособность можно просто подсоединив блок питания на 20 В. В результате уровень отрицательного сопротивления обязан находиться в районе 3 Ом.
Чтобы риск перегрева был минимальным, дополнительно важно использовать только емкостные конденсаторы. Регулятор в такое устройство устанавливать можно. Если рассматривать поворотные модификации, то как вариант подойдет модулятор серии ППР2. По своим характеристикам он на сегодняшний день является довольно надежным.
Генератор с триггером
Триггером называют устройство, которое отвечает за передачу сигнала. На сегодняшний день они продаются однонаправленные или двухнаправленные. Для генератора подходит только первый вариант. Устанавливается вышеуказанный элемент возле адаптера. При этом пайку необходимо проделывать только после тщательной зачистки всех контактов.
Непосредственно адаптер можно выбрать даже аналогового типа. Нагрузка в данном случае будет небольшой, а уровень отрицательного сопротивления при удачной сборке не превысит 5 Ом. Параметр возбуждения колебаний с триггером в среднем составляет 5 мс. Основную проблему генератор импульсов имеет такую: повышенная чувствительность. В результате с блоком питания выше 20 В указанные устройства работать не способны.
повышенной нагрузки?
Обратим внимание на микросхемы. Генераторы импульсов указанного типа подразумевают использование мощного индуктора. Дополнительно следует подбирать только аналоговый адаптер. В данном случае необходимо добиться высокой пропускной способности системы. Для этого конденсаторы применяются только емкостного типа. Как минимум отрицательное сопротивление они должны быть способны выдерживать на уровне 5 Ом.
Резисторы для устройства подходят самые разнообразные. Если выбирать их закрытого типа, то необходимо предусмотреть для них раздельный контакт. Если все же остановиться на полевых резисторах, то изменение фазы в данном случае будет происходить довольно долго. Тиристоры для таких устройств практически бесполезны.
Модели с кварцевой стабилизацией
Схема генератора импульсов данного типа предусматривает использование только бесконденсаторного адаптера. Все это необходимо для того, чтобы показатель возбуждения колебаний был как минимум на уровне 4 мс. Все это позволит также сократить термальные потери. Конденсаторы для устройства подбираются исходя из уровня отрицательного сопротивления. Дополнительно необходимо учитывать тип блока питания. Если рассматривать импульсные модели, то у них уровень выходного тока в среднем находится на отметке 30 В. Все это в конечном счете может привести к перегреву конденсаторов.
Чтобы избежать таких проблем, многие специалисты советуют устанавливать стабилитроны. Припаиваются они непосредственно на адаптер. Для этого необходимо прочистить все контакты и проверить напряжение катода. Вспомогательные адаптеры для таких генераторов также используются. В этой ситуации они играют роль коммутируемого трансивера. В результате параметр возбуждения колебаний повышается до 6 мс.
Генераторы с конденсаторами РР2
Складывается генератор высоковольтных импульсов с конденсаторами данного типа довольно просто. На рынке найти элементы для таких устройств не составляет никаких проблем. Однако важно подобрать качественную микросхему. Многие с этой целью приобретают многоканальные модификации. Однако стоят они в магазине довольно дорого по сравнению с обычными типами.
Транзисторы для генераторов подходят больше всего однопереходные. В данном случае параметр отрицательного сопротивления не должен превышать 7 Ом. В такой ситуации можно надеяться на стабильность работы системы. Чтобы повысить чувствительность устройства, многие советуют применять стабилитроны. При этом триггеры используются крайне редко. Связано это с тем, что пропускная способность модели значительно снижается. Основной проблемой конденсаторов принято считать усиление предельной частоты.
В результате смена фазы происходит с большим отрывом. Чтобы наладить процесс должным образом, необходимо вначале работы настроить адаптер. Если уровень отрицательного сопротивления находится на отметке 5 Ом, то предельная частота устройства должна составлять примерно 40 Гц. В результате нагрузка с резисторов снимается.
Модели с конденсаторами РР5
Генератор высоковольтных импульсов с указанными конденсаторами можно встретить довольно часто. При этом использоваться он способен даже с блоками питания на 15 В. Пропускная способность его зависит от типа адаптера. В данном случае важно определиться с резисторами. Если подбирать полевые модели, то адаптер целесообразнее устанавливать именно бесконденсаторного типа. В том случае параметр отрицательного сопротивления будет находиться в районе 3 Ом.
Стабилитроны в данном случае используются довольно часто. Связано это с резким понижением уровня предельной частоты. Для того чтобы ее выровнять, стабилитроны подходят идеально. Устанавливаются они, как правило, возле выходного порта. В свою очередь, резисторы лучше всего припаивать возле адаптера. Показатель колебательного возбуждения зависит от емкости конденсаторов. Рассматривая модели на 3 пФ, отметим, что вышеуказанный параметр никогда не превысит 6 мс.
Основные проблемы генератора
Основной проблемой устройств с конденсаторами РР5 принято считать повышенную чувствительность. При этом термальные показатели также находятся на невысоком уровне. За счет этого часто возникает потребность в использовании триггера. Однако в данном случае необходимо все же замерить показатель выходного напряжения. Если он при блоке в 20 В превышает 15 В, то триггер способен значительно улучшить работу системы.
Устройства на регуляторах МКМ25
Схема генератора импульсов с данным регулятором включает в себя резисторы только закрытого типа. При этом микросхемы можно использовать даже серии ППР1. В данном случае конденсаторов требуется только два. Уровень отрицательного сопротивления напрямую зависит от проводимости элементов. Если емкость конденсаторов составляет менее 4 пФ, то отрицательное сопротивление может повыситься даже до 5 Ом.
Чтобы решить данную проблему, необходимо использовать стабилитроны. Регулятор в данном случае устанавливается на генератор импульсов возле аналогового адаптера. Выходные контакты при этом необходимо тщательно зачистить. Также следует проверить пороговое напряжение самого катода. Если оно превышает 5 В, то подсоединять регулируемый генератор импульсов можно на два контакта.
Генератор вырабатывает высоковольтные импульсы частотой 400 Гц, следующие пачками имеющими длительность 0,05 сек. и частоту следования 4 Гц. Импульсы имеют размах 18-25 КВ. Ток, потребляемый генератором от источника напряжением 6... 15 В не более 0,5А. Большинство высоковольтных генераторов, разрабатываемых радиолюбителями, базируются на основе высоковольтных умножителей или самодельных высоковольтных трансформаторов.
И в том и в другом случае надежность устройства получается невысокой. Диоды умножителей легко пробиваются, а сделать качественную многовитковую высоковольтную катушку в любительских условиях очень сложно и трудоемко.
В связи с этим большой интерес представляет использование в таком генераторе готовой фабричной высоковольтной катушки - катушки зажигания от автомобиля с контактной системой зажигания. Эти катушки несмотря на большое количество витков и высокое напряжение которое они вырабатывают, отличаются высокой стойкостью к влажности и перепадам температуры и наиболее годятся для работы в полевых условиях.
Принципиальная схема генератора на основе стандартной катушки зажигания от а/м ВАЗ - Б115 показана на рисунке выше.
Принцип работы импульсного высоковольтного генератора:
Выходной каскад сделан на транзисторах VT1 и VT2 по схеме, напоминающей схему выходного каскада транзисторной системы зажигания. VT2 работает в ключевом режиме и прерывает ток, протекаюший через катушку, в результате в контуре, состоящем из низкоомной намотки катушки и С5 появляются колебания, которые индуктируют в высокоомной намотке импульс высокого напряжения.
Для того, чтобы обеспечить наиболее экономичный режим и при этом сохранить эффективность работы генератора на вход выходного каскада поступает импульсный сигнал, состоящий из пачек длительностью 0,05 сек., следующих с частотой 4 Гц, в которых содержатся импульсы частотой 400 Гц.
Вырабатывает этот сигнал генератор на микросхемах D1 и D2. На элементах D1.1 и D1.2 выполнен мультивибратор, вырабатывающий импульсы частотой 400 Гц. Эти импульсы через ключевое устройство на D2.1 и буферный каскад на D2.2 и D2.3 поступают на базу VT1.
Но их поступление прерывается при помощи мультивибратора на D1.3 и D1.4, вырабатывающего импульсы, следующие с частотой 4 Гц. Резисторы R3 и R2 подобраны таким образом, что длительность положительного полупериода, при котором D2.1 открывается, равна 0,05 сек.
Диод Д246 можно заменить на Д243, КД213. Транзистор КТ838 можно заменить на КТ812. Катушка зажигания - любая высокоомная, от классической системы зажигания автомобилей "ВАЗ", "Москвич", "Волга".
Настройка:
Частоту следования высоковольтных импульсов можно установить подбором R2.
Генератор, в зависимости от напряжения источника питания, вырабатывает высоковольтные импульсы амплитудой до 25 кВ. Он может работать от гальванической батареи на 6В (четыре элемента типа "А"), аккумуляторной батареи на 6... 12В, бортовой сети автомобиля, лабораторного источника питания до 15В. Диапазон применения достаточно широк: электроизгороди на ферме для животных, зажигалка для газа, электрошоковое средство защиты, и др. При изготовлении подобных устройств наибольшие трудности вызывает высоковольтный трансформатор.
Даже при удачном изготовлении он не отличается надежностью и часто выходит из строя от сырости или из-за пробоя изоляции между катушками. Попытка сделать высоковольтный генератор на основе диодного умножителя напряжения тоже не всегда дает положительный результат.
Проще всего использовать готовый высоковольтный трансформатор - автомобильную катушку зажигания от автомобиля с классической системой зажигания. Этот трансформатор отличается высокой надежностью и может работать даже в самых не благоприятных полевых условиях. Конструкция катушки зажигания рассчитана на жесткую эксплуатацию в любых погодных условиях.
Принципиальная схема генератора показана на рисунке. На транзисторах VT1 и VT2 сделан несимметричный мультивибратор, он вырабатывает импульсы частотой около 500 Гц. Эти импульсы протекают через коллекторную нагрузку транзистора VT2 - первичную обмотку катушки зажигания. В результате в её вторичной обмотке, имеющей значительно большее число витков, наводится переменное импульсное высоковольтное напряжение.
Это напряжение поступает на разрядник, если это средство самозащиты или зажигалка для газа, или на электроизгородь. В этом случае на изгородь подается напряжение с центрального вывода катушки зажигания (с того вывода, с которого напряжение поступает на распределитель и свечи), а общий плюс схемы нужно заземлить.
Если генератор будет использоваться как средство самозащиты, его удобнее всего сделать в виде палки. Взять пластмассовую или металлическую трубку такого диаметра, чтобы в неё туго вставлялась катушка зажигания своим металлическим корпусом. В остальном пространстве трубы расположить батареи питания и транзисторы. S1 в этом случае - приборная кнопка. Верхнюю часть корпуса катушки придется переделать.
Удобнее всего взять штепсельную вилку старого образца для сети 220В, с вывинчивающимися контактами. Отверстие под провод в ней нужно рассверлить так, чтобы в него плотно входила часть катушки зажигания с высоковольтным контактом. Затем нужно вывести монтажные провода от этого контакта и от общего плюса схемы и по самым краям вилки их подвести к штыревым контактами вилки.
Затем эту вилку нужно промазать эпоксидным клеем в рассверленном отверстии под провод и туго насадить на пластмассовый корпус высоковольтного контакта катушки. Под штыревые контакты вилки нужно привинтить разрядные лепестки, расстояние между которыми должно быть около 15 мм.
Катушка зажигания может быть любая от контактной системы зажигания (от электронной не подходит), желательно импортная, - она меньше по размерам и лете.
Настройка заключается в подборе номинала R1 таким образом, чтобы между разрядными лепестками был надежный электрический разряд.
Многие из нас хоть раз в жизни видели в интернете или в реальной жизни фотографии Высоковольтных генераторов, или сами их делали. Многие представленные в интернете схемы довольно мощные, их выходное напряжение составляет от 50 до 100 Киловольт. Мощность, как и напряжение тоже довольно высокая. Но их питание – главная проблема. Источник напряжения должен быть подобающей генератору мощности, должен уметь отдавать долговременно большой ток.
Есть 2 варианта питания ВВ генераторов:
1)аккумулятор,
2)сетевой источник питания.
Первый вариант позволяет запустить устройство далеко «от розетки». Однако, как раннее было замечено, устройство будет потреблять большую мощность и, следовательно, аккумулятор должен обеспечивать эту мощность (если вы хотите, чтобы генератор работал «на все 100»). Аккумуляторы такой мощности довольно большие и автономным устройство с таким аккумулятором не назовёшь. Если осуществлять питание от сетевого источника, то об автономности тоже говорить не придётся, так как генератор буквально «не оторвёшь от розетки».
Моё же устройство вполне автономно, так как потребляет от встроенного аккумулятора не так уж и много, однако вследствие низкого потребления мощность тоже не велика – около 10-15W. Но дугу с трансформатора получить можно, напряжение около 1 Киловольта. С умножителя напряжения по выше – 10-15 Кв.
Ближе к конструкции…
Так как этот генератор для серьёзных целей не планировал, я поместил все его «внутренности» в картонную коробку (как бы смешно это не звучало, но это так. Я прошу не судить строго мою конструкцию, так как высоковольтной технике я не специалистL). У моего устройства присутствуют 2 Li-ionаккумулятора, ёмкостью 2200 мА/ч. Их зарядка осуществляется с помощью линейного стабилизатора на 8 вольт: L7808. Он также находится в корпусе. Также имеется два зарядных устройства: от сети (12 в., 1250 мА/ч.) и от прикуривателя автомобиля.
Сама схема генерации высокого напряжения состоит из нескольких частей:
1)фильтр входного напряжения,
2)задающий генератор, построенный на мультивибраторе,
3)силовые транзисторы,
4)высоковольтный повышающий трансформатор (хочу отметить, что сердечник не должен иметь зазор, наличие зазора приводить к увеличению тока потребления и вследствие выход из строя силовых транзисторов).
Также к высоковольтному выходу можно подключить «симметричный» умножитель напряжения или… люминесцентную лампу, тогда ВВ генератор превращается в фонарь. Хотя на самом деле изначально это устройство планировалось сделать как фонарь. Схема преобразователя выполнена на макетной плате, при желании можете создать печатную плату. Максимальное потребление схемы – до 2-3 Ампера, это стоит учитывать при выборе выключателей. Стоимость устройства зависит от того, где вы брали компоненты. Я большую половину комплектации нашёл у себя в ящике или в коробке для хранения радиодеталей. Купить мне пришлось всего лишь линейный стабилизатор L7808, ИВЛМ1-1/7 (на самом деле сюда вставил ради интереса, а купил из любопытства J), также мне пришлось купить электронный трансформатор для галогенных ламп (из него я взял всего лишь трансформатор). Провод для намотки вторичной (повышающей, высоковольтной) обмотки взял из давно сгоревшего строчного трансформатора (ТВС110ПЦ), и Вам советую делать тоже самое. Так провод в строчных трансформаторах высоковольтный и с пробоем изоляции проблем быть не должно. С теорией вроде бы разобрались – теперь перейдём к практике…
Внешний вид…
Рис.1 – вид на управляющую панель:
1)индикаторы работоспособности
2)индикатор присутствия зарядного напряжения
3)вход от 8 до 25 вольт (для зарядки)
4)кнопка включения заряда аккумулятора (включать только при подключённом зарядном устройстве)
5)переключатель аккумуляторов (верхнее положение – основной, нижнее - запасной)
6)выключатель ВВ генератора
7)высоковольтный выход
На лицевой панели присутствуют 3 индикатора работоспособности. Их здесь такое количество, потому что семисегментный индикатор является моим инициалом (на нём светиться первая буква моего имени: «А»J), светодиоды над выключателем и переключателем изначально планировались быть дополнительными индикаторами заряда батареи, но со схемой индикации возникла проблема, а отверстия в корпусе уже были сделаны. Пришлось поставить светодиоды, но уже в качестве просто индикаторов, дабы не портить внешний вид.
Рис.2 – вид на вольтметр и индикатор:
8)вольтметр – показывает напряжение на аккумуляторе
9)индикатор – ИВЛМ1-1/7
10)предохранитель (от случайного включения)
Вакуумно-люминесцентный индикатор установил ради интереса, так как это мой первый индикатор такого типа.
Рис.3 – внутренний вид:
11)корпус
12)аккумуляторы (12,1-основной, 12,2-запасной)
13)линейный стабилизатор 7808 (для зарядки аккумуляторов)
14)плата преобразователя
15)теплоотвод с полевым транзистором КП813А2
Тут, думаю нечего пояснять.
Рис.4 – зарядные устройства:
16)от сети 220 в. (12 в., 1250 мА.)
17)от прикуривателя автомобиля
Рис.5 – нагрузки для АВВГ:
18)9 W люминесцентная лампа
19)«симметричный» умножитель напряжения
Рис.6 – принципиальная схема:
USB 1 – стандартный выход USB
BAT 1, 2 – Li - ion 7,4 в. 2200 мА/ч (18650 Х 2)
R 1, 2, 3, 4 – 820 Ом
R 5 – 100 КОм
R 6, 7 – 8,2 Ом
R 8 – 150 Ом
R 9, 12 – 510 Ом
R 10, 11 – 1 КОм
L 1 – сердечник от дросселя из энергосберегающей лампы, 10 витков по 1,5 мм.
C 1 – 470 мкФ 16 в.
C 2, 3 – 1000 мкФ 16 в.
C 4, 5 – 47 нФ 250 в.
C 6 – 3,2 нФ 1,25 Кв.
C 7 – 300 пФ 1,6 Кв.
С8 – 470 пФ 3 Кв.
С9, 10 – 6,3 нФ
C 11, 12, 13, 14 – 2200 пФ 5 Кв.
D 1 – красный светодиод
D 2 – АЛ307ЕМ
D 3 – АЛС307ВМ
VD 1, 2, 3, 4 – КЦ106Г
HL 1 – ЗЛС338Б1
HL 2 – NE 2
HL 3 – ИВЛМ1-1/7
HL 4 – ЛДС 9 W
IC 1 – L 7808
SB 1 – кнопка 1А
SA 1 – выключатель 3А (ON - OFF с неоновой лампой)
SA 2 – переключатель 6А (ON - ON )
SA 3 – выключатель 1А (ON - OFF )
PV 1 –М2003-1
T 1 – повышающий трансформатор:
ВВ обмотка: 372 витков ПЭВ-2 0.14мм. R=38.6ом
Первичная обмотка: 2 по 7 витков ПЭВ-… 1мм. R=0.4ом
VT 1 – КТ819ВМ
VT 2 – КП813А2
VT 3, 4 – КТ817Б
Общее количество компонентов: 53.
Без чего МОЖЕТ работать эта схема, на самом деле много без чего: IC1, R1, 2, 3, 4, 5, 8, C1, 2, 3, 4, 5, 7, 8,
Пояснения к схеме:
Минус общий, идёт от входа USB до платы преобразователя. Плюсы от аккумуляторов идут к переключателю, от него уже один вывод к выключателю (SA1), а от него к преобразователю. Также плюс идет к вольтметру (PV1), через резистор к катоду индикатора и к анодам светодиодов (для каждого светодиода отдельный резистор). Зарядка осуществляется после того как на вход USB подаётся напряжение от 8 до 25 вольт, а также после нажатия кнопки (SB1), светодиод (D1) загорается после того как подаётся напряжение для зарядки (контролировать процесс заряда можно с помощью вольтметра PV1).
Переключение между основным и запасным аккумуляторами осуществляется с помощью переключателя (SA1), дальше силовой плюс идёт к выключателю (SA2) (через выключатель SA3) ВВ генератора, неоновая лампа (HL2) находится внутри выключателя. Дальше силовые выводы поступают на блок конденсаторов и задающий генератор, построенный на мультивибраторе(VT3, 4. C9, 10. R9, 10, 11, 12), транзисторы КТ817Б можно заменить на любые другие аналоги, от него импульсы поступают на базу и затвор транзисторов(VT1, VT2), транзисторыможно использовать менее или более мощные аналоги. Здесь использованы полевой и биполярный транзисторы, сделано это для того, чтобы снизить потребление. После трансформатора высокое напряжение поступает на группы анодов-сегментов вакуумно-люминесцентного индикатора, а после на ВВ выход.
Потребление (как фонарь): за 1 минуту схема разряжает аккумулятор на 0,04 В. (40 милливольт.). Если генератор будет работать 25 минут, следовательно, разрядится на 1 вольт (25*0,04).
Информация предоставлена исключительно в образовательных целях!
Администратор сайта не несет ответственности за возможные последствия использования предоставленной информации.
Мой генератор высокого напряжения (HV
) я использую во многих своих проектах ( , ):
Элементы -
1 - выключатель
2 - варистор
3 - конденсатор подавления э/м помех
4 - трансформатор понижающий от ИБП
5 - выпрямитель (диоды Шоттки) на радиаторе
6 - конденсаторы сглаживающего фильтра
7 - стабилизатор напряжения 10 В
8 - генератор прямоугольных импульсов с регулируемой переменным резистором скважностью
10 - включенные параллельно MOSFET-ы IRF540, закрепленные на радиаторе
11 - высоковольтная катушка на ферритовом сердечнике из монитора
12 - высоковольтный выход
13 - электрическая дуга
Схема источника - довольно стандартная, основана на схеме "флайбэк"-преобразователя (flyback
converter
):
Входные цепи
Варистор служит для защиты от перенапряжения:
S
- дисковый варистор
10
- диаметр диска 10 мм
K
- погрешность 10%
275
- макс. напряжение переменного тока 275 В
Конденсатор C снижает помехи, создаваемые генератором в сети электроснабжения. В качестве него использован помехоподавляющий конденсатор X типа.
Источник постоянного напряжения
Трансформатор - из источника бесперебойного питания:
Первичная обмотка трансформатора Tr
подключена к сетевому напряжению 220 В, а вторичная - к мостовому выпрямителю VD1
.
Действующее значение напряжения на выходе вторичной обмотки составляет 16 В.
Выпрямитель собран из трех корпусов сдвоенных диодов Шоттки, закрепленных на радиаторе - SBL2040CT, SBL1040CT
:
SBL2040
CT
- макс. средний выпрямленный ток 20 А, макс. пиковое обратное напряжение 40 В, макс. действующее обратное напряжение 28 В
соединены параллельно:
SBL1040
CT
- макс. средний выпрямленный ток 10 А, макс. пиковое обратное напряжение 40 В, макс. действующее обратное напряжение 28 В
SBL1640
- макс. средний выпрямленный ток 16 А, макс. пиковое обратное напряжение 40 В, макс. действующее обратное напряжение 28 В
Пульсирующее напряжение на выходе выпрямителя сглаживается фильтрующими конденсаторами: электролитическими CapXon C1 , C2 емкостью 10000 мкФ на напряжение 50 В и керамическим C3 емкостью 150 нФ. Затем постоянное напряжение (20,5 В) поступает на ключевой и на стабилизатор напряжения, на выходе которого действует напряжение 10 В, служащее для питания генератора импульсов.
Стабилизатор напряжения собран на микросхеме IL317
:
Дроссель L
и конденсатор C
служат для сглаживания пульсаций напряжения.
Светодиод VD3
, включенный через балластный резистор R4
, служит для индикации наличия напряжения на выходе.
Переменный резистор R2
служит для подстройки уровня выходного напряжения (10 В).
Генератор импульсов
Генератор собран на таймере NE555
и вырабытывает прямоугольные импульсы. Особенностью этого генератора является возможность менять скважность импульсов с помощью переменного резистора R3
, не меняя их частоты. От скважности импульсов, т.е. от соотношения между длительностью включенного и выключенного состояния ключа зависит уровень напряжения на вторичной обмотке трансформатора.
Ra
= R1
+ верхняя часть R3
Rb
= нижняя часть R3
+ R2
длительность "1" $T1 = 0,67 \cdot Ra \cdot C$
длительность "0" $T2 = 0,67 \cdot Rb \cdot C$
период $T = T1 + T2$
частота $f = {1,49 \over {(Ra + Rb)} \cdot C}$
При перемещении движка переменного резистора R3 суммарное сопротивление Ra + Rb = R1 + R2 + R3 не изменяется, поэтому не меняется и частота следования импульсов, а меняется только соотношение между Ra и Rb , и, следовательно, меняется скважность импульсов.
Ключ и
Импульсы от генератора управляют через драйвер ключем на двух включенных параллельно -ах ( - metal-oxide-semiconductor field effect transistor
, МОП-транзистор ("металл-оксид-полупроводник"), МДП-транзистор ("металл-диэлектрик-полупроводник"), полевой транзистор с изолированным затвором) IRF540N
в корпусе TO-220
, закрепленных на массивном радиаторе:
G
- затвор
D
- сток
S
- исток
Для транзистора IRF540N
максимальное напряжение "сток-исток" составляет V DS
= 100 вольт
, а максимальный ток стока I D
= 33/110 ампер
. У этого транзистора малое сопротивление в открытом состоянии R DS(on)
= 44 миллиома
. Напряжение открывания транзистора составляет V GS(th)
= 4 вольта
. Рабочая температура - до 175°C
.
Можно использовать и транзисторы IRFP250N
в корпусе TO-247
.
Драйвер нужен для более надежного управления -транзисторами. В простейшем случае он может быть собран из двух транзисторов (n-p-n и p-n-p ):
Резистор R1 ограничивает ток затвора при включении -а, а диод VD1 создает путь для разряда затворной емкости при выключении.
Замыкает/размыкает цепь первичной обмотки высоковольтного трансформатора, в качестве которого использован трансформатор строчной развертки ("строчник", flyback transformer
(FBT
)) из старого монитора Samsung SyncMaster 3Ne
:
На принципиальной схеме монитора показан высоковольтный вывод HV
строчного трансформатора T402 (FCO-14AG-42)
, подключаемый к аноду кинескопа CRT1
:
Из трансформатора я использовал только сердечник, так как в строчный трансформатор встроены диоды, которые залиты смолой и не подлежат удалению.
Сердечник такого трансформатора изготовлен из феррита и состоит из двух половинок:
Для предотвращения насыщения в сердечнике с помощью пластиковой прокладки (spacer
) делается воздушный зазор.
Вторичную обмотку я намотал большим числом (~ 500) витков тонкого провода (сопротивление ~ 34 Ом), а первичную - толстым проводом с малым числом витков.
Резкие перепады тока в первичной обмотке трансформатора при выключении -а индуцируют высоковольтные импульсы во вторичной обмотке. На это расходуется энергия магнитного поля, накопленная при возрастании тока в первичной обмотке. Выводы вторичной обмотки могут быть либо подключены к электродам для получения, например, электрической дуги, либо подключены к выпрямителю для получения высокого постоянного напряжения.
Диод VD1 и резистор R (снабберная (snubber) цепочка) ограничивают импульс напряжения самоиндукции на первичной обмотке трансформатора при размыкании ключа.
Моделирование генератора высокого напряжения
Результаты моделирования процессов в генераторе высокого напряжения в программе LTspice
представлены ниже:
На первом графике видно, как нарастает ток в первичной обмотке по экспоненциальному закону (1-2), затем резко обрывается в момент размыкания ключа (2).
Напряжение на вторичной обмотке немного реагирует на плавное возрастание тока в первичной обмотке (1), но резко возрастает
при обрыве тока (2). На интервале (2-3) ток в первичной обмотке отсутствует (ключ выключен), а затем опять начинает возрастать (3).