05.10.2023
Генератор высокого напряжения. Генератор высокого напряжения на транзисторе Простой высоковольтный генератор своими руками
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.
Всем известно, что в оригинале резонансный трансформатор Тесла делался на лампе, но с развитием электроники стало возможным значительно уменьшить и упростить размеры данного устройства, если вместо лампы задействовать обычный биполярный транзистор типа КТ819 или другой аналогичный по току и мощности. Конечно с полевым транзистором результаты будут ещё лучше, но данная схема расчитана на тех, кто делает первые шаги в сборке генераторов высокого напряжения. Принципиальная схема устройства показана на рисунке:Катушки связи и коллектора мотаются проводом 0,5-0,8 мм. На высоковольтную катушку берём любой провод, с толщиной 0,15-0,3мм и примерно 1000 витков. На "горячем" конце высоковольтной обмотки ставим вот такую спираль - всё как в натоящей Тесле. В своём варианте брал питание с трансформатора 10В 1А.
Конечно при питании 24В и выше - длина коронного разряда значительно увеличится. После вторичной обмотки стоит выпрямитель и конденсатор 1000мкФ 25В. Транзистор для генератора использовал КТ805ИМ. для схемы в архиве.
А теперь фотография готовой конструкции и самого разряда:
Мощный генератор высокого напряжениям (аппарат Кирлиана), 220/40000 вольт
Генератор вырабатывает напряжение до 40000 В и даже выше, которое можно прилагать к электродам, описанным в предыдущих проектах.
Может потребоваться использование в электроде более толстой стеклянной или пластмассовой пластины во избежание серьезного электрического удара. Хотя схема достаточно мощная, ее выходной ток невелик, что снижает опасность смертельного удара при соприкосновении с какими-либо частями устройства.
Тем не менее следует быть крайне осторожным при обращении с ней, так как возможность электрошока все равно не исключена.
Внимание! Высокие напряжения опасны. Будьте предельно осторожны при работе с данной схемой. Желательно иметь опыт обращения с подобными устройствами.
Вы можете использовать генератор в экспериментах с фотографией Кирлиана (электрофотографией) и других паранормальных экспериментах, например связанных с плазмой или ионизацией.
В схеме используются обычные компоненты, ее выходная мощность составляет около 20 Вт.
Ниже приведены некоторые характеристики устройства:
- напряжение источника питания - 117 В или 220/240 В (сеть переменного тока);
- выходное напряжение - до 40 кВ (в зависимости от высоковольтного трансформатора);
- выходная.мощность - от 5 до 25 Вт (в зависимости от используемых компонентов);
- число транзисторов - 1;
- рабочая частота - от 2 до 15 кГц.
Принцип работы
Схема, показанная на рис. 2.63, состоит из однотранзисторного генератора, рабочая частота которого определяется конденсаторами С3 и С4 и индуктивностью первичной обмотки высоковольтного трансформатора.
Рис. 2.63 Аппарат Кирлиана
В проекте используется мощный кремниевый n-p-n транзистор. Для отвода тепла его следует укрепить на достаточно большом радиаторе.
Резисторы R1 и R2 определяют выходную мощность, задавая ток транзистора. Его рабочую точку задает резистор R3. В зависимости от характеристик транзистора необходимо опытным путем подобрать значение резистора R3 (оно должно находиться в пределах 270...470 Ом).
В качестве высоковольтного трансформатора, который также определяет рабочую частоту, используется выходной трансформатор горизонтальной развертки телевизора (строчный трансформатор) с ферритовым сердечником. Первичная обмотка состоит из 20...40 витков обычного изолированного провода. На вторичной обмотке образуется очень высокое напряжение, которое вы и будете использовать в экспериментах.
Источник питания очень простой он представляет собой двухполупериодный выпрямитель с понижающим трансформатором. Рекомендуется использовать трансформатор со вторичными обмотками, обеспечивающими напряжение 20...25 В и токи 3...5 А.
Сборка
Перечень элементов приведен в табл. 2.13. Так как требования к сборке не очень строгие, на рис. 2.64 представлен способ монтажа с использованием монтажной колодки. На ней размещаются небольшие детали, такие как резисторы и конденсаторы, соединенные между собой навесным монтажом.
Таблица 2.13. Перечень элементов
Крупные детали, например трансформатор, прикрепляются винтами прямо к корпусу.
Корпус лучше делать пластмассовый или деревянный.
Рис. 2.64. Монтаж устройства
Высоковольтный трансформатор можно изъять из неработающего черно-белого или цветного телевизора. Если получится, воспользуйтесь телевизором с диагональю 21 дюйм или больше: чем крупнее кинескоп, тем большее напряжение должен формировать строчный трансформатор телевизора.
Резисторы R1 и R2 - проволочные С1 - любой конденсатор номиналом 1500...4700 мкФ.
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).
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.
