Строчные трансформаторы являются одними из самых часто используемых любителями источников высокого напряжения, в основном из-за их простоты и доступности. В каждом CRT телевизоре (большом и тяжелом), который сейчас выбрасывают люди, есть такой трансформатор.
В отличие от многих трансформаторов, которые есть в другой электронике, предназначенных для работы с обычным переменным током 50Гц, и понижающих трансформаторов, строчный трансформатор работает на более высокой частоте, около 16КГц, а иногда и выше. Многие современные строчные трансформаторы выдают постоянный ток. Старые строчные трансформаторы выдавали переменный ток, что позволяло делать с ними что угодно. Строчные трансформаторы переменного тока более мощные, так как в них нет встроенного выпрямителя/умножителя. Строчные трансформаторы постоянного тока легче найти, и именно они рекомендуются для этого проекта. Убедитесь, что ваш строчный трансформатор имеет воздушный зазор. Это значит, что сердечник не является замкнутым кругом, а скорее напоминает букву С, с зазором около миллиметра. Почти во всех современных строчных трансформаторах он есть, поэтому если вы используете современный строчный трансформатор, то это можно не проверять.
В данной схеме используется транзистор 2N3055, который любят и ненавидят строители качеров на строчных трансформаторах. Их любят за их доступность и ненавидят за то, что они обычно воняют. Они склонны сгорать и довольно эффектно, но схема работает с ними невероятно хорошо. Плохую репутацию 2N3055 получил при использовании его в простых одно-транзисторных качерах, в которых на транзисторе присутствует высокое напряжение. В этой схеме добавлено несколько деталей, которые значительно увеличивают её выходную мощность. Теория работы схемы написана ниже.
Схема
В этой схеме очень мало элементов, и все они описаны на этой странице. И многие детали могут быть заменены.
Значение резистора 470 Ом можно поменять. Я использовал резистор на 450 Ом, полученный из трех соединенных последовательно резисторов по 150 Ом. Его значение некритично для работы схемы, но для уменьшения нагрева используйте максимальное значение резистора, при котором схема работает.
Значение нижнего резистора может быть изменено для повышения мощности. Я использую резистор 20 Ом, собранный из двух последовательно соединенных резисторов по 10 Ом. Чем меньше его значение, тем выше температура и меньше время работы схемы.
Конденсатор, находящийся рядом с транзистором(0.47 мкФ) может быть заменен для увеличения мощности. Чем больше его значение, тем больше выходной ток (и температура дуги) и меньше напряжение. Я остановился на конденсаторе 0.47мкФ.
Число витков на катушке обратной связи (катушка с тремя витками) может изменять выходную мощность. Чем больше витков, тем больше сила тока, но не напряжение.
Эта схема отличается от более распространенного одно-транзисторного качера тем, что в неё добавлен диод и конденсатор, который подключается параллельно диоду. Диод защищает транзистор от скачков напряжения обратной полярности, которые могут спалить транзистор. Можно использовать диод другого типа. Я использовал диод GI824, вынутый из телевизора. При выборе диода, обращайте внимание на напряжение и скорость переключения. Чтобы узнать, подходит ли ваш диод, найдите даташит на диод BY500, а потом на ваш диод и сравните параметры. Если ваш диод сопоставим с этим или лучше его, то он подходит.
Конденсатор - это ключ к высокой выходной мощности. Транзистор генерирует частоту, установленную главным образом первичной катушкой и катушкой обратной связи. Конденсатор и первичная обмотка образуют LC цепь. LC цепь работает на определенной частоте, и если настроить схему так, чтобы эта частота была одинаковой с частотой транзистора, выходная мощность значительно увеличиться. Теория LC цепи похожа на теорию катушки Тесла. Эта схема может быть настроена путем изменения емкости конденсатора и количества витков на первичных/вторичных обмотках.
Эта схема требует мощного блока питания, который описан ниже.
Блок питания
Схеме необходим мощный блок питания постоянного тока с выходным напряжением от 12 до 30 вольт и от 1 до желаемого вами количества ампер. Хорошей идеей является сделать регулируемый блок питания, чтобы схема получала именно такое напряжение, какое ей нужно. Если схема собрана неправильно, и используется блок питания вроде этого, схема сгорит. Но регулируемое напряжение необязательно для нормальной работы.
Я использовал трансформатор на 300 Вт от усилителя. У него есть обмотки на 2, 4, 15, 30 и 60 вольт. Схема требует от 12 до 18 вольт для 2N3055. Я часто запускаю схему от 30В, но ненадолго, и транзистор установлен на мощный радиатор. При 15В, схема может работать бесконечно, так как после 30 минут работы, температура не превышала комнатную.
Переменный ток с трансформатора идет на мостовой выпрямитель 400 Вт, установленный на радиаторе, а с него на конденсатор 7800 мкФ 70В, чтобы сгладить напряжение. Используя аналогичные компоненты, вы можете сделать свой блок питания.
Также, в качестве блока питания можно использовать импульсные блоки питания, ИБП. Они есть в зарядных устройствах ноутбуков, ЗУ для автомобильных аккумуляторов и блоках питания компьютеров. Часто у них на выходе 12В и ток до 10А, что подходит для этой схемы.
Это очень простая по сборке схема. Моя сборка не является инструкцией и примером, но вы можете повторить её. Всё смонтировано на куске MDF, и элементы расположены свободно, чтобы свести к минимуму помехи от проводов, расположенных рядом и создать условия для охлаждения. Используйте многожильный провод. На многочисленных фотографиях подробно показаны различные элементы схемы, что зачастую полезнее слов.
Одним из наиболее важных моментов в сборке является радиатор транзистора. 2N3055 изготовлен в корпусе ТО-3. Вы можете купить ТО-3 радиаторы, но их немного трудно найти. Я использовал радиатор от компьютерного процессора с отверстиями для его контактов на плоской стороне. Провода от контактов проходят между лопастями. Транзистор прикреплен к радиатору саморезами. Помните, что необходимо использовать термопасту между транзистором и радиатором. Провода, идущие к строчному трансформатору крепятся к нему при помощи крокодильчиков, чтобы можно было менять строчные трансформаторы для экспериментов.
Другим важным моментом являются обмотки строчного трансформатора. Эмальная изоляция медной проволоки это хорошо, но лучше добавить дополнительную изоляцию между сердечником и обмотками. Сердечник может иметь острые края, и если эмаль обдерётся, то может произойти короткое замыкание. Я при намотке катушек снял металлический зажим, скрепляющий половинки трансформатора, намотал катушки, а потом установил его снова. На некоторых трансформаторах такое невозможно, и провод надо будет обматывать вокруг сердечника. Обмотки должны быть намотаны из фазы, что значит, что они мотаются вокруг сердечника в противоположных направлениях. Это показано на фотографиях.
Использование
При использовании этой схемы не проводите никаких манипуляций с подключенными проводами. Также проверяйте температуру транзистора и резисторов во время работы, но делайте это только при отключённом от сети устройстве. Если какой то элемент ощутимо теплый, то не включайте схему, пока он не остынет. Конденсаторы могут сохранять опасный заряд, поэтому будить осторожны.
Кроме того, носите обувь на резиновой подошве при работе с высокими напряжениями и прикасайтесь к включённому устройству только одной рукой. Убедитесь в том, что схема была подключена к земле после работы, чтобы не получить электрический шок. Не пытайтесь настраивать включенную схему.
С этой схемой можно делать многие вещи, например использовать её для питания катушки Тесла, плавления соли или просто забавного времяпровождения с электрическими дугами.
Список радиоэлементов
| Обозначение | Тип | Номинал | Количество | Примечание | Магазин | Мой блокнот |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Биполярный транзистор | 2N3055 | 1 | КТ819ГМ | В блокнот | ||
| Выпрямительный диод | BY500-200 | 1 | 200 B | В блокнот | ||
| Электролитический конденсатор | 4700 мкФ 25В | 1 | В блокнот | |||
| 0.47 мкФ 200В | 1 | В блокнот | ||||
| Резистор |
Собрать генератор высокого напряжения в домашних условиях несложно, в этой статье рассмотрим простую автогенераторную схему, отличительными особенностями которой является простота и большая выходная мощность.
Автогенератор представляет собой самовозбуждающуюся систему с обратной связью, которая в свою очередь обеспечивает поддержание колебаний. В такой системе частота и форма колебаний определяются свойствами самой системы, а не задаются внешними параметрами.
Схема устройства представлена ниже:
Устройство представляет собой двухтактный автогенераторный преобразователь. Полевые транзисторы VT1, VT2 включаются поочередно, например, если включен транзистор VT1, напряжение на его стоке уменьшается, открывается диод VD4, тем самым напряжение на затворе транзистора VT2 уменьшается, не давая ему открыться. Защитные диоды VD2, VD3 предохраняют затворы транзисторов от перенапряжения. Форма импульсов на трансформаторе T1 близка к синусоидальной.
Основным элементом схемы является высоковольтный трансформатор T1. Лучше всего подходят строчные трансформаторы (ТВС) от ламповых черно-белых телевизоров советского производства. Магнитопровод у таких трансформаторов ферритовый, состоит из двух П-образных частей. Высоковольтная вторичная обмотка выполнена в виде цельной пластмассовой катушки, как правило, расположена отдельно от блока первичных обмоток. Я использовал магнитопровод от строчного трансформатора марки ТВС-110Л4 (магнитная проницаемость 3000НМ), высоковольтную обмотку снял от трансформатора ТВС-110ЛА. Родную первичную обмотку необходимо демонтировать, и намотать новую, из эмалированного медного провода диаметром 2мм, всего 12 витков с отводом от середины (6+6). Во время сборки между П-образными частями магнитопровода, в месте стыка, необходимо проложить картонные прокладки, толщиной примерно в 0,5мм, для уменьшения насыщения магнитопровода.
Дроссель L1 намотан на феритовом Ш-образном магнитопроводе, 40-60 витков эмалированного медного провода диаметром 1,5мм, между стыками магнитопровода проложена прокладка толщиной 0,5мм. В качестве сердечника можно использовать ферритовые кольца или П-образную часть магнитопровода строчного трансформатора.
Конденсатор C3 состоит из 6-ти параллельно соединенных конденсаторов марки К78-2 0,1мк х 1000В, они хорошо подходят для работы в высокочастотных контурах. Резисторы R1,R2 лучше ставить мощностью не менее 2Вт. Высокочастотные диоды VD4, VD5 можно заменить на HER202, HER303 (FR202,303).
Для питания устройства подойдет нестабилизированный блок питания с напряжением 24-36В, и мощностью 400-600Вт. Я использую трансформатор ОСМ-1 (габаритная мощность 1кВт) с перемотанной вторичной обмоткой на 36В.
Электрическая дуга зажигается с расстояния 2-3мм между выводами высоковольтной обмотки, что примерно соответствует напряжению 6-9кВ. Дуга получается горячей, толстой и тянется до 10см. Чем длиннее дуга, тем больше потребляемый ток от источника питания. В моем случае максимальный ток достигал значения 12-13А при напряжении питания 36В. Чтобы получить такие результаты, нужен мощный источник питания, в данном случае это имеет основное значение.
Для наглядности я сделал лестницу “Иакова” из двух толстых медных проводов, в нижней части расстояние между проводниками составляет 2мм, это необходимо для возникновения электрического пробоя, выше проводники расходятся, получается буква “V”, дуга, зажигается внизу, нагревается и поднимается вверх, где обрывается. Я дополнительно установил небольшую свечу под местом максимального сближения проводников, для облегчения возникновения пробоя. Ниже на видеоролике продемонстрирован процесс движения дуги по проводникам.
С помощью устройства можно пронаблюдать коронный разряд, возникающий в сильно неоднородном поле. Для этого я вырезал из фольги буквы и составил фразу Radiolaba, поместив их между двумя стеклянными пластинами, дополнительно проложил тонкий медный провод для электрического контакта всех букв. Далее пластины кладутся на лист фольги, который подключён к одному из выводов высоковольтной обмотки, второй вывод подключаем к буквам, в результате вокруг букв возникает голубовато-фиолетовое свечение и появляется сильный запах озона. Срез фольги получается острым, что способствует образованию резко неоднородного поля, в результате возникает коронный разряд.
При поднесении одного из выводов обмотки к энергосберегающей лампе, можно увидеть неравномерное свечение лампы, здесь электрическое поле вокруг вывода вызывает движение электронов в газонаполненной колбе лампы. Электроны в свою очередь бомбардируют атомы и переводят их в возбужденные состояния, при переходе в нормальное состояние происходит излучение света.
Единственным недостатком устройства является насыщение магнитопровода строчного трансформатора и его сильный нагрев. Остальные элементы нагреваются незначительно, даже транзисторы греются слабо, что является важным достоинством, тем не менее, их лучше установить на теплоотвод. Я думаю, даже начинающий радиолюбитель при желании сможет собрать данный автогенератор и устроить эксперименты с высоким напряжением.
Сейчас очень часто можно найти на помойке устаревшие кинескопные телевизоры, с развитием технологий они стаи не актуальны, поэтому теперь от них в основном избавляются. Пожалуй, каждый видел на задней стенке такого телевизора надпись в духе «Высокое напряжение. Не открывать». И висит она там не с проста, ведь в каждом телевизоре с кинескопом имеется весьма занятная вещица, называемая ТДКС. Аббревиатура расшифровывается как «трансформатор диодно-каскадный строчный», в телевизоре он служит, в первую очередь, для формирования высокого напряжения для питания кинескопа. На выходе такого трансформатора можно получить постоянное напряжение величиной аж 15-20 кВ. Переменное напряжение с высоковольтной катушки в таком трансформаторе увеличивается и выпрямляется с помощью встроенного диодно-конденсаторного умножителя.
Выглядят трансформаторы ТДКС вот так:
Толстый красный провод, отходящий от верхушки трансформатора, как не трудно догадаться, и предназначен для снятия с него высокого напряжения. Для того, чтобы запустить такой трансформатор, необходимо намотать на него свою первичную обмотку и собрать не сложную схему, которая зовётся ZVS-драйвером.
Схема
Схема представлена ниже:
Эта же схема в другом графическом представлении:
Несколько слов о схеме. Ключевое её звено – полевые транзисторы IRF250, сюда хорошо подойдут так же IRF260. Вместо них можно ставить и другие аналогичные полевые транзисторы, но лучше всего в этой схеме себя зарекомендовали именно эти. Между затвором каждого из транзисторов и минусом схемы устанавливаются стабилитроны на напряжение 12-18 вольт, я поставил стабилитроны BZV85-C15, на 15 вольт. Также к каждому из затворов подключаются ультрабыстрые диоды, например, UF4007 или HER108. Между стоками транзисторов подключается конденсатор 0,68 мкФ на напряжение не меньше 250 вольт. Его ёмкость не так критична, можно спокойно ставить конденсаторы в диапазоне 0,5-1 мкФ. Через этот конденсатор протекают довольно значительные токи, поэтому возможен его нагрев. Желательно поставить несколько конденсаторов параллельно, либо же взять конденсатор на большее напряжение, 400-600 вольт. На схеме присутствует дроссель, номинал которого также не сильно критичен и может находиться в пределах 47 – 200 мкГн. Можно намотать 30-40 витков провода на ферритовом колечке, работать будет в любом случае.
Изготовление
Если дроссель сильно нагревается, значит следует убавить количество витков, либо взять провод сечением потолще. Главное преимущество схемы – большой КПД, ведь транзисторы в ней почти не нагреваются, но, тем не менее, их стоит установить на небольшой радиатор, для надёжности. При установке обоих транзисторов на общий радиатор обязательно нужно использовать теплопроводящую изолирующую прокладку, т.к. металлическая спинка транзистора соединена с его стоком. Напряжение питания схемы лежит в пределах 12 – 36 вольт, при напряжении в 12 вольт на холостом ходе схема потребляет примерно 300 мА, при горящей дуге ток повышается до 3-4 ампер. Чем больше напряжение питания, тем большее напряжение будет на выходе трансформатора.
Если внимательно присмотреться к трансформатору, то можно увидеть зазор между его корпусом и ферритовым сердечником примерно 2-5 мм. На сам сердечник нужно намотать 10-12 витков провода, желательно медного. Наматывать провод можно в любую сторону. Чем больше сечение провода, тем лучше, однако провод слишком большого сечения может не пройти в зазор. Также можно использовать эмалированную медную проволоку, она пролезет даже в самый узкий зазор. Затем необходимо сделать отвод от середины этой обмотки, оголив проводов в нужном месте, как показано на фото:
Можно намотать в одну сторону две обмотки по 5-6 витков и соединить их, в этом случае также получается отвод от середины.
При включении схемы электрическая дуга будет возникать между высоковольтным выводом трансформатора (толстый красный провод наверху) и его минусом. Минус – это одна из ножек. Определить нужную минусовую ножку можно достаточно просто, если поочерёдно подносить «+» к каждой ножке. Воздух пробивается на расстоянии 1 – 2.5 см, поэтому между нужной ножкой и плюсом сразу возникнет плазменная дуга.
Можно использовать такой высоковольтный трансформатор для создания другого интересного устройства – лестницы Иакова. Достаточно расположить два прямых электрода буквой «V», к одному подключить плюс, к другому минус. Разряд возникнет внизу, начнёт ползти вверх, наверху разорвётся и цикл повторится.
Скачать плату можно тут:
(cкачиваний: 582)
Иногда возникает необходимость получения высокого напряжения из подручных материалов. Строчная развертка отечественных телевизоров и есть готовый высоковольтный генератор, мы лишь чуток переделаем генератор.
Из блока строчной развертки нужно выпаять умножитель напряжения и строчный трансформатор. Для нашей цели был использован умножитель УН9-27.
Строчный трансформатор подойдет буквально любой.
Строчный трансформатор сделан с огромным запасом, в телевизорах используется лишь 15-20% мощности.
Строчник имеет высоковольтную обмотку, один конец которого можно увидеть прямо на катушке, второй конец высоковольтной обмотки находится на стенде, вместе с основными контактами внизу катушки (13-ый вывод). Найти высоковольтные выводы очень легко, если взглянуть на схему строчного трансформатора.
Используемый умножитель имеет несколько выводов, ниже представлена схема подключения.
Схема умножителя напряжения
После подключения умножителя к высоковольтной обмотке строчного трансформатора, нужно думать о конструкции генератора, который будет питать всю схему. С генератором не мудрил, решил взять готовый. Была использована схема управления ЛДС с мощностью в 40 ватт, иными словами просто балласт ЛДС.
Балласт китайского производства, можно найти в любом магазине, цена не более 2-2,5$. Такой балласт удобен тем, что работает на высоких частотах (17-5кГц в зависимости от типа и производителя). Единственный недостаток заключается в том, что выходное напряжение имеет повышенный номинал, поэтому мы не можем напрямую подключить такой балласт к строчному трансформатору. Для подключения используется конденсатор с напряжением 1000-5000 вольт, емкость от 1000 до 6800пкФ. Балласт может быть заменен на другой генератор, он не критичен, тут важен только разгон строчного трансформатора.
ВНИМАНИЕ!!!
Выходное напряжение от умножителя составляет порядка 30.000 вольт
, это напряжение в некоторых случаях может быть смертельно опасным, поэтому просим быть предельно осторожными. После выключения схемы
в умножителе остается заряд, замыкайте высоковольтные выводы
, чтобы полностью разрядить его. Все опыты с высоким напряжением делайте вдали от электронных устройств.
Вообще вся схема находится под высоким напряжением, поэтому не дотрагивайтесь компонентов во время работы.
Установка может использоваться в качестве демонстрационного генератора высокого напряжения, с которым можно проводить ряд интересных опытов.
HV блокинг-генератор (высоковольтный блок питания) для опытов-его можно купить в интернете или сделать самому. Для этого нам понадобится не очень много деталей и умение работать паяльником.
Для того чтобы его собрать нужно:
1. Трансформатор строчной развертки ТВС-110Л, ТВС-110ПЦ15 от ламповых ч/б и цветных телевизоров (любой строчник)
2. 1 или 2 конденсатора 16-50в - 2000-2200пФ
3. 2 резистора 27Ом и 270-240Ом
4. 1-Транзистор 2Т808А КТ808 КТ808А или схожие по характеристикам. + хороший радиатор для охлаждения
5. Провода
6. Паяльник
7. Прямые руки
И так берем строчник разбираем его аккуратно, оставляем вторичную высоковольтную обмотку, состоящую из множества витков тонкой проволоки, ферритовый сердечник. Наматываем свои обмотки эмалированной медной проволокой на вторую свободную сторону феритового сердечника предварительно сделав из плотного картона трубку вокруг ферита.
Первая: 5 витков примерно 1.5- 1.7 мм диаметром
Вторая: 3 витка примерно 1.1мм диаметром
Вообще, толщина и количество витков можно варьироваться. Что было под рукой - из того и сделал.
В кладовке были найдены резисторы и пара мощных биполярных n-p-n транзисторов - КТ808а и 2т808a. Радиатор делать не захотел - ввиду больших размеров транзистора, хотя в последствии опыт показал - что большой радиатор обязательно нужен.
Для питания всего этого я выбрал 12В трансформатор, можно запитать и от обычного 12 вольтового 7А акк. от UPS-а.(чтобы увеличить напругу на выходе, можно подать не 12 вольт а например 40 вольт но тут уже надо думать о хорошем охлаждении транса, и витков первичной обмотки можно сделать не 5-3 а 7-5 например).
Если собираетесь использовать трансформатор то понадобится диодный мост чтобы выпрямить ток с переменного в постоянный, диодный мост можно найти в блоке питания от компьютера, там же можно найти конденсаторы и резисторы + провода.
в итоге мы получаем 9-10кВ на выходе.
Всю конструкцию я разместил в корпусе от БП. получилось довольно таки компактно.
Итак, мы имеем HV Блокинг генератор который дает нам возможность ставить опыты и запускать Трансформатор Тесла.
