Этот гибкий проект показывает, как можно преобразовать готовый строчный трансформатор телевизионного приемника в узел высокочастотного генератора высокого напряжения, работающего от батареи или другого источника питания 12В (рис. 17.1). Готовый прибор очень эффективен для питания всех типов газоразрядных устройств — от плазменных шаров до обыкновенных лампочек. Полупроводниковая катушка1Тесла может использоваться для озонирования, создания коронного или кистевого разряда, для электрической пиротехники, включая небольшую лестницу Иакова.
Строчный трансформатор потребует некоторой переделки, включающей его разборку и намотку дополнительной катушки с 10 витками.
1 Еще встречается в технической литературе электровакуумная катушка Тесла и др. (тиристорная и т.д.). И в том и в другом случаях имеется в виду тип прибора, управляющего катушкой Тесла, - соответственно катушку Тесла с управлением от полупроводниковых и от электровакуумных приборов. На самом деле имеется только один тип катушек Тесла -трансформатор. - Прим. науч. ред.
Таблица 17.1. Спецификация для полупроводниковой катушки Тесла.
|
Обозначение |
Кол-во |
Описание |
|
R1.R6.R7 |
3 |
Резистор 10 Ом, 0,25 Вт (коричневый-черный-черный) |
|
R2 |
1 |
Резистор 1 кОм, 0,25 Вт (коричневый-черный-красный) |
|
R3 |
1 |
Переменное сопротивление 5 кОм |
|
R8 |
1 |
Резистор 15 Ом, 3 Вт (коричневый-зеленый-черный) |
|
R9 |
1 |
Резистор 10 Ом, 0,5 Вт (коричневый-черный-черный) |
|
R30 |
1 |
Переменное сопротивление 10 кОм, 17 мм |
|
С1 |
1 |
Электролитический конденсатор 100 мкФ, 25 В вертикальной установки |
|
С2 |
1 |
Полиэфирный пленочный конденсатор 4700пкФ, 50 В |
|
СЗ |
1 |
Электролитический конденсатор 1000мкФ, 25В вертикальной установки |
|
С4 |
1 |
Полиэфирный пленочный конденсатор О,1 мкФ, 100 В |
|
С5 |
1 |
Полипропиленовый конденсатор 0,0033 мкФ, 250В |
|
I1 |
1 |
Преобразователь напряжения SG3525 в корпусеDIP на 16 выводов |
|
Q1,Q2 |
2 |
Транзистор полевой п-канальный IRF540 (MOSFET) |
|
Т1 |
1 |
Доработанный строчный трансформатор, см. рис. 17.3 |
|
WR1BLK |
180 см |
Витой провод #20, в виниловой изоляции, черный |
|
WR1REDK |
180 см |
Витой провод #20, в виниловой изоляции, красный |
|
WR1GRN |
180 см |
Витой провод #20, в виниловой изоляции, зеленый |
|
WR2 |
30 см |
Провод#20 |
Принципиальная схема устройства
Выходной искровой разряд схемы представляет собой результат резонанснoго действия вторичной катушки, которое происходит на резонансной частоте 50-70 кГц. При работе в таких условиях трансформатор требует значительной энергии и вырабатывает разряды высокого напряжения, которые быстро по* вредят изоляцию, если трансформатор будет включен в течение длительного времени. Погружение в масляную ванну может помочь ограничить перегревание и возможный пробой, но при работе в описанном здесь режиме это условие необязательное.
Как показано на рис. 17.2, первичная обмотка трансформатора Т1 подключена к истоковым выводам двух металл-оксид-полупроводниковым полевым транзисторам n-типа (MOSFET) Q1 и Q2, соединенных в двухтактную схему. Такое подключение использует полный потенциал сердечника строчного трансформатора и уменьшает электрическую нагрузку на MOSFET, поскольку они работают в не нагруженном режиме, оставаясь холодными даже при входном токе 5-7 А. Запускающая схема I1 вырабатывает дополнительные выходные сигналы со смещением фазы на 1800 и встроенной задержкой. Частота регулируется с помощью переменного сопротивления R30 и сопротивления регулировки диапазона R3. Регулировка резистором R3 позволяет сделать устройство универсальным - работать в широком диапазоне частот, когда нужно вывести Т1 из резонансного режима, чтобы он мог быть первой ступенью умножителя напряжения и образовывал регулируемый высоковольтный источник постоянного напряжения.
Конденсатор С2 и резисторы Rl, R2 определяют рабочую частоту. Резистор R2 определяет верхний предел частоты, а резистор R1 устанавливает время переключения для надежного функционирования устройства. Резистор R9 и конденсатор С1
обеспечивают развязку между MOSFET и схемой запуска I1. Резисторы R6 и R7 предотвращают возникновение паразитных колебаний на затворах Q1 и Q2. Резистор R8 и конденсатор С5 формируют демпфирующую схему для ограничения пикового напряжения, генерируемого индуктивностью утечки Т1. Емкость демпфирующей схемы поглощает пиковый ток заряда, ограничивая пиковое напряжение на безопасном уровне. В отсутствие такой схемы при пиках высокого напряжения может быстро произойти пробой MOSFET. СЗ и С4 обеспечивают прохождение сигнала любой высокой частоты, который появляется на центральной точке Т1.
Устройство требует питания с напряжением 12-14 В и максимального тока нагрузки до 5-7 А при настройке на резонансную частоту Т1. Если предполагается длительная работа с полной нагрузкой, то вся сборка строчного трансформатора Т1 должна быть погружена в трансформаторное масло. Масляная ванна одновременно охлаждает и обеспечивает изоляцию при высоких напряжениях, но при обычной работе не является необходимой.
Переделка строчного трансформатора
1. Удалите П-образный стягивающую скобу и одну из половин сердечника. Некоторые из строчных трансформаторов при первичной разборке могут потребовать уд аления связывающего материала, при этом необходимо воспользоваться острым предметом для отделения сердечников друг от друга, приложив небольшое усилие.
2. Подготовьте бобину из куска пластиковой или картонной трубки такой длины, которая позволяет частям сердечника касаться друг друга.
3. Намотайте параллельно два магнитных провода #18 разного цвета, сделайте по 10 витков двойной обмотки, оставив выводы по 20 см. Разные цвета проводов помогут идентифицировать выводы.
4. Наклейте скотч на торцы каждой половины, чтобы после повторной сборки образовали две отдельные части сердечника. Это должно образовать зазор между сердечниками около 5мм в каждом месте соединения.
5. Поместите намотанную на шаге 3 катушку на сердечники и плотно прикрепите лентой.
6. Определите обратный провод вторичной обмотки: это будет провод, присоединенный к базе. Должен подойти любой провод, но с помощью омметра или по техническим характеристикам в справочниках рекомендуется найти вариант с наибольшим погонным сопротивлением. Меньшему диаметру соответствует большее погонное сопротивление. Например, при диаметра провода 0,26 мм погонное сопротивление составляет 0.346 Ом/м, при 2,05 мм - 0,005 Ом/м. Аккуратно прикрепите внешний провод к этой точке и с помощью силиконового каучука снимите натяжение. Проверьте другие выводы, чтобы убедиться, что между ними нет замыкания.
При проверке индуктивности вторичной обмотки вы можете ориентироваться на следующие значения: А на объединенных выводах В и С - около 15 мкГн, D на В и С - около 15 мкГн.
Большинство строчных трансформаторов аналогичны катушкам Тесла и должны работать в их качестве. У некоторых имеется встроенный диод в выходной секции вторичной обмотки. Если в нем в качестве связывающего материала используется резиновая смесь, то ее можно удалить; если используется эпоксидная смола, то такой строчный трансформатор лучше не использовать.
Примечание:
Плазменная дуга начинается в нижней части лестницы и поднимается по ее направляющим, постепенно расширяясь, затем исчезает в верхней части лестницы. Дуга очень скоро вновь образуется в нижней части лестницы и повторяет движение до окончания работы проекта.
Отрегулируйте расстояние между направляющими лестницы для надежного образования дуги, но так, чтобы она не оставалась стационарной в какой-либо части лестницы. Отрегулируйте верхнюю часть лестницы таким образом, чтобы дуга поднималась до желаемой высоты перед исчезновением, а затем опять повторялась. Для правильной регулировки может потребоваться значительное время и терпение!
1. Придайте двум латунным стержням форму, показанную на рисунке.
2. Просверлите два отверстия 0,32 см глубиной около 1,27 см в корпусе EN1, как показано на рисунке.
3. Присоедините выходной контакт Т 1 к одному проводу, а провод заземления - к другому. Припаяйте провода или загните их для обеспечения надежного соединения.
4. Установите расстояние между стержнями внизу 1,27 см. Стержни в верхней части должны расходиться, расстояние между стержнями увеличивается в верхней точке до 2,5-5 см.
Порядок проведений электрических испытаний
При проведении испытаний устройства выполните следующие действия:
1. Полностью поверните ось R3 против часовой стрелки и выключите совмещенный с R3 переключатель S1. Вставьте временный плавкий предохранитель на 10 А в держатель.
2. Присоедините тестовый провод к заземлению корпуса и расположите другой его конец на расстоянии около 2,5 см от выходного контакта Т1. Это самый важный этап.
3. Подключите адаптер 115В/12В или батарею, обеспечивающие большой ток нагрузки (до 10 А). Рекомендуется проверить входное напряжение схемы для подтверждения эффективности работы.
4. Включите переключатель питания S1 и отметьте ток покоя 1 А. Медленно поверните ось R3 по часовой стрелке, наблюдайте увеличение тока около 2 А и образование коронного разряда на выходных контактах. Это режим относительно малого выходного напряжения, и его можно использовать для постоянной работы устройства без перегрева. Установите R4 на среднее значение.
5. Продолжайте увеличивать R3, отметьте резкое увеличение тока (около 7 А) и реакцию на выходе. Нужно немедленно выключить устройство, поскольку в этом режиме без достаточной нагрузки (например, неоновой лампы или флуоресцентной трубки) может быть повреждена катушка. Если у вас есть осциллограф, вы можете закоротить выход Т1 на землю и наблюдать тестовые формы сигналов (см. рис. 17.2). Это подтверждает правильную работу устройства. Имейте в виду, что трансформатор спроектирован таким образом, что режим переключения полевых транзисторов MOSFET может происходить даже при закороченном выходе.
6. Замените предохранитель 10 А плавким предохранителем 5-7 А.
7. Вставьте трубку корпуса 10 см в нижнюю крышку САР1. Используйте клей PVC для герметизации этих деталей и предотвращения утечки трансформаторного масла. Это можно сделать только после того, как вы убедились в правильной работе схемы, поскольку в дальнейшем манипуляции с Т1 могут повредить корпус.
в правильной работе схемы, поскольку в дальнейшем манипуляции с Т1 могут повредить корпус.
8. Наполните корпус маслом до верхней части трансформатора Т1. Нет необходимости герметизировать верхнюю крышку устройства, если оно используется в вертикальном положении. Учтите, что эта операция не обязательна, если вы используете устройство для лабораторных экспериментов, как описано здесь.
9. Продолжайте эксперименты, как показано на рис. 17.8 и 17.9. Проведите эксперименты с использованием стальной стружки, иглы, флуоресцентных или газоразрядных ламп, наблюдайте, как различные материалы реагируют на токи высокой частоты. Возьмите немного нитрата и нанесите на стальную стружку. Наблюдайте пиротехнический эффект.
Внимание! Проявляйте осторожность! Не используйте хлораты и перхлораты в качестве красителей пиротехнических эффектов! Они причинят вред вашему здоровью!
Примечание:
1. Аккуратно припаяйте кусок тонкого провода к центральному выводу лампочки. Это обычный провод и он легко паяется. Избегайте перегревания.
2. Присоедините к нему выходной провод. Установите лампочку на EN1 с помощью небольшой скобы или другим подходящим способом. Используйте не проводящий материал.
3. Используйте лампу 13 см, 100 Вт хорошего качества. Экспериментируйте, используя различные лампы, это может дать интересные результаты.
4. Не оставляйте демонстрацию включенной в течение длительного времени, поскольку высокочастотная энергия может быстро пробить тонкое стекло этих ламп.
Смотрите также:
Полезная электроника