Драйвер обратноходового трансформатора для начинающих: 11 шагов (с изображениями)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:49

Схема была обновлена за счет более совершенного транзистора и включает в себя базовую защиту транзистора в виде конденсатора и диода. На странице «Идем дальше» теперь есть способ измерить эти выдающиеся скачки напряжения с помощью вольтметра

Обратный трансформатор, иногда называемый линейным выходным трансформатором, используется в старых ЭЛТ-телевизорах и компьютерных мониторах для выработки высокого напряжения, необходимого для управления ЭЛТ и электронной пушкой. У них также есть вспомогательные обмотки низкого напряжения, которые конструкторы телевизоров используют для питания других частей телевизора. Для экспериментаторов высокого напряжения мы используем их для создания высоковольтных дуг, и это руководство покажет вам, как это делать. Вы можете получить обратноходовые трансформаторы из старых ЭЛТ-мониторов и телевизоров, они большие и громоздкие. Другие инструкции на этом веб-сайте показывают, как удалить их с шасси и печатной платы.

Отказ от ответственности

Я не несу ответственности, если вы испортите эту схему.

Шаг 1. Что вам понадобится

Многие из этих компонентов можно извлечь из старых печатных плат, и зачастую можно без проблем произвести замену.

1x Обратный трансформатор

Взятые со старого ЭЛТ-телевизора / монитора или купленные в Интернете (не срывайте, эти вещи стоят около 15 долларов, когда новые). Обратный ход телевизора, кажется, лучше всего работает с этой схемой, обратный ход монитора не дает такого большого эффекта.

1x транзистор, такой как MJ15003

MJ15003 хорошо работает с этим драйвером, однако в некоторых местах он может быть немного дороже. Это то, что я использовал для своего драйвера.

Сообщается, что NTE284 и 2N3773 дают производительность, аналогичную MJ15003, в то время как KD606 и KD503, как предполагается, тоже работают. KD в наши дни трудно достать дешево, и они были более распространены в Восточной Европе.

2n3055 - классический транзистор, который часто используется в паре с этим драйвером в Интернете, но номинал 60 В ограничивает его полезность и чаще всего приводит к его разрушению. Пиковое напряжение между коллектором и эмиттером легко поднимается выше этого номинального значения 60 В и ограничивается, когда транзистор выходит из строя, вызывая сильный нагрев и, в конечном итоге, выход из строя устройства. Так что, пожалуйста, не используйте его, в противном случае вам понадобится большой конденсатор, например 470-1 мкФ, чтобы ограничить пиковое напряжение. Это также сделает дуги очень маленькими.

MJE13007 также плохо работал в моих тестах без дальнейших доработок схемы.

Хороший транзистор имеет низкую задержку выключения (время хранения) и время спада, приличный коэффициент усиления по току (Hfe), например, MJ15003 измеряет усиление 30 с помощью моего китайского тестера.

Он также должен быть рассчитан на несколько ампер, чтобы выдерживать пиковые токи, и не менее 120 В, но ниже 250 В предпочтительнее, поскольку части с более высоким напряжением часто не могут колебаться в этой цепи. Этими параметрами обладают многие аудио- и линейные прикладные транзисторы.

1x радиатор с крепежными винтами и гайками

(Чем больше радиатор, тем лучше). MJ15003 использует стиль корпуса TO-3, в то время как MJE13007 использует TO-220, оборудование TO-3 обычно дороже, чем TO-220. Те, кто разбирается в металлоконструкциях, могут изготовить собственный радиатор из металлолома, просверлив необходимые монтажные отверстия. Для получения дополнительной информации просто погуглите технический чертеж транзистора TO-3 или TO-220.

Для лучшей теплопередачи между транзистором и радиатором рекомендуется использовать термопрокладку или пасту / смазку. Для этого подойдут самые дешевые и противные вещи, которые вы можете найти на ebay, вы даже можете спасти достаточно старых светодиодных лампочек или телевизора, с которого вы взяли обратно! Величины размером с горошину достаточно, и транзистор раздавит ее и разложит.

1x 1 ватт резистор

Напряжение вашего источника питания определяет номинал этого резистора. 150 Ом для 6 В, 220 Ом для 12 В, 470 Ом для 18 В. Допустимо повышение номинальной мощности, но не ниже. Я буду делать драйвер на 12 В, поэтому с этого момента я буду ссылаться на резистор 220 Ом.

1x 22 Ом 5 Вт резистор

Этот резистор нагревается! Оставьте вокруг него пространство для циркуляции воздуха. Уменьшение сопротивления этого резистора увеличивает мощность дуги высокого напряжения, но увеличивает нагрузку на транзистор. Нормально повышать номинальную мощность, но не понижать.

2x диода с быстрым восстановлением, один рассчитан на минимум 200 В 2 А с временем обратного восстановления менее 300 нс, другой рассчитан на 500 мА и минимум 50 В (UF4001-UF4007 здесь хорошо работает).

Они защищают транзистор от отрицательных скачков напряжения, я просто использовал те, которые есть на плате телевизора.

Для диода на 200 В 2 А я использовал BY229-200, но подойдет все, что соответствует этим минимальным требованиям. MUR420 и MUR460 - самые дешевые из доступных в моем местном электронном магазине, EGP30D – EGP30K также подойдут вместе с UF5402 – UF5408.

Для другого обратного диода между эмиттером и базой я использовал UF4004, он защищает базу от отрицательного импульса, предотвращая ухудшение усиления транзистора.

1x конденсатор

Это должен быть тип пленки или фольги, рассчитанный минимум на 150 В переменного тока и от 47 до 560 нФ. Этот конденсатор образует квазирезонансный демпфер и помогает защитить транзистор от всплеска положительного выходного напряжения при выключении, конденсатор большего размера ограничивает выходное напряжение, но дает дополнительную защиту, я использовал 200 нФ (код 204) с моим драйвером на 12 В. С помощью транзистора с более высоким напряжением вы можете уменьшить емкость и позволить напряжению подняться до более высокого уровня, создавая большее напряжение на выходе.

Я включу метод измерения пикового напряжения между коллектором и эмиттером с помощью мультиметра на странице "Далее".

Проволока (подойдет любой старый лом). Для первичной катушки и катушки обратной связи подойдет любой провод от 18 AWG (0,75 мм2) до 26 AWG (0,14 мм2), слишком толстый и не подходит, пока слишком тонкий, и это ограничит мощность и нагреться.

Нежелательные шнуры питания от сети с низким током являются хорошим источником. Я использовал 1 метр для первичной обмотки и 70 см для обратной связи, с драйвером на 12 В это дает много дополнительной длины для экспериментов с большим количеством витков, излишки могут быть отрезаны после завершения настройки.

Эмалированный медный магнитный провод в наши дни слишком дорог на катушку, чтобы я мог рекомендовать его, к тому же он имеет неприятную привычку царапать и закорачивать сердечник.

Какой-то способ соединения компонентов, таких как перемычки припоя или зажима из крокодиловой кожи

Можно использовать макетную плату, но помните, что транзистор и резисторы не заставляют его плавиться!

Источник питания 6, 12 или 18 В при минимальном токе 2 А (подробнее об этом ниже).

Шаг 2: выбор конденсатора

Конденсатор на транзисторе должен выглядеть так же, как на рисунке выше, и быть рассчитан как минимум на 150 вольт переменного тока, емкость зависит от напряжения питания, от коллектора транзистора до номинального напряжения эмиттера, количества витков на катушках (больше витков = большее пиковое напряжение коллектора). Для этого подходят конденсаторы, которые используются в старых электроприборах с питанием от сети 120/230 В, они называются конденсаторами класса X.

Цель состоит в том, чтобы конденсатор ограничивал пиковое напряжение транзистора до уровня, который не разрушал бы его, в то же время позволяя ему подниматься достаточно высоко, чтобы получить хороший выход высокого напряжения от обратноходового трансформатора. Чем больше емкость, тем меньше дуга, но она более похожа на пламя. Максимальная передача энергии - это когда конденсатор точно настроен на количество витков катушек в так называемом «квазирезонансном» режиме.

Для своего драйвера на 12 В я использовал пленочный конденсатор емкостью 200 нФ, который ограничил пиковое напряжение на MJ15003 с номинальным напряжением 140 В примерно до 110 В, вот некоторые общие начальные значения (при условии, что транзистор 120 В +, транзисторам с более низким напряжением потребуется больше емкости).

• 47nF-100nF для 6v
• 150nF-220nF для 12В
• 220nF-560nF для 18v

Для достижения наилучших результатов этот конденсатор вместе с диодом должны быть физически близко к транзистору, чтобы минимизировать влияние паразитной индуктивности цепи.

Вы можете измерить пиковое напряжение между коллектором и эмиттером с помощью вольтметра, используя дополнительный конденсатор и диод, как показано на одном из изображений выше.

Шаг 3: Намотайте две катушки

Оберните две отдельные катушки вокруг сердечника. 8 витков первичной обмотки и 4 витка обратной связи являются хорошей отправной точкой для 12 В, немного меньше для 6 В и еще несколько витков первичной обмотки для 18 В. Рекомендуется поэкспериментировать, и таким образом можно контролировать выходную мощность, меньшее количество витков обратной связи приведет к более слабой дуге, в то время как большее количество витков первичной обмотки даст большее выходное напряжение.

Я не рекомендую эмалированный провод, так как изоляционный слой имеет привычку царапаться краями жилы и замыкаться на нее, к тому же в наши дни это дорого! На самом деле сердечник является проводящим, его длина составляет около 10 кОм, поэтому любые поврежденные участки эмалированной изоляции провода подобны подключению между ними паразитного резистора.

Вопрос: Почему нельзя использовать встроенные катушки?

Ответ: Раньше я делал это с некоторым успехом, это громко и визжит, как гвозди на классной доске. Кроме того, определение того, какие катушки использовать, может вызвать затруднения, лучше всего погуглить номер модели обратного хода и посмотреть, есть ли схемы в таких местах, как HR.

Шаг 4: установите транзистор на радиатор

Нанесите каплю термопаста или вставьте термопрокладку, равномерно распределите, затем установите транзистор на радиатор.

Радиатор важен, поскольку транзистор рассеивает мощность в виде тепла. Я купил самый дешевый радиатор, который смог найти, но чем больше, тем лучше. Я использовал транзистор типа ТО-3.

Не позволяйте ножкам транзистора касаться металлического радиатора, иначе вы закоротите базу и эмиттер на коллектор.

Я просто использовал случайные винты и гайки, которые нашел в гараже, но они довольно дешевы на таких местах, как ebay или в местных магазинах бытовой техники.

В: Могу ли я использовать транзистор PNP? A: Да, но вам придется по существу построить схему в обратном направлении для получения положительного заземления, см. Страницу «Дальнейшие шаги» для схемы драйвера PNP.

В: Действительно ли нужен радиатор? О: Да, если вы хотите использовать эту схему более 10 секунд, радиатор жизненно необходим, поскольку транзистор становится горячим.

В: Могу ли я использовать полевой МОП-транзистор? О: Нет, полевой МОП-транзистор не будет работать с этой схемой (существуют другие автоколебательные схемы, предназначенные для одиночных МОП-транзисторов).

Шаг 5: Подключение провода к коллектору транзисторов

Металлический корпус транзистора является коллектором, что означает, что к нему необходимо выполнить электрическое соединение. Кольцевые зажимы или наконечники для пайки - правильный способ сделать это, но если у вас их нет, вы можете просто намотать проволоку на винт. Это будет не так механически, как «правильный» способ, но он будет работать.

Шаг 6: Собираем схему

На графической схеме красная катушка - это первичная обмотка, один конец которой подключается к плюсу «+» источника питания / батареи, другой конец подключается к коллектору транзистора, который на самом деле является металлическим корпусом самого транзистора, если T0- 3, например, транзистор MJ15003. Зеленая катушка - это обратная связь, один конец которой подключается к средней точке двух резисторов, а другой - к базе транзистора (если посмотреть на нижнюю часть MJ15003, это контакт слева).

Шаг 7: Включение схемы

Для питания схемы я рекомендую источник питания, который может подавать минимум 2 ампера, более низкий, скорее всего, будет работать, но ограничит выход.

Добавьте больше витков на обе обмотки, чтобы увеличить мощность (вопреки тому, что я читал в Интернете), это снизит рабочую частоту и позволит нарастить больший первичный ток. Количество витков дает элементарную форму ограничения тока вместе с верхним резистором (более высокое сопротивление = меньший базовый ток и меньшая мощность дуги).

Настольный источник питания Само собой разумеется, если предел тока установлен слишком низким, цепь может перестать колебаться.

Настенная бородавка / зарядное устройство Вы можете использовать их, но помните об их номинальном напряжении и токе. Разнообразие переключаемых режимов, скорее всего, перейдет в режим самоограничения / выключения, если будет превышен максимальный номинальный ток.

Восстановленный трансформатор Сделал это сам для своего драйвера на 12 В, трансформатор 48 ВА, который выдает 9 В переменного тока, даст примерно 12 В постоянного тока 3 ампера после выпрямления и сглаживания. Конденсатор емкостью 4700 мкФ на 25 В обеспечит хорошее сглаживание, я бы выбрал как минимум выпрямительные диоды на 50 В на 4 А.

Последовательные литиевые элементы великолепны, так как они могут обеспечивать большой ток.

Батареи для сверл в порядке, большинство из них на 18 В, поэтому используйте цепь 18 В. Батареи AA, включенные последовательно, в порядке, дуги будут постепенно становиться все меньше и меньше по мере их разряда. Элемент AA считается отработанным, когда его напряжение в состоянии покоя падает ниже 0,9 В, но многие из них все еще могут питать другие нагрузки, даже если они больше не могут обеспечивать питание этой цепи. Свинцово-кислотная батарея на 12 В - очень хороший способ запитать эту схему.

Автомобильный аккумулятор 12В см. Выше.

Аккумуляторы для фонарей на 6 В будут питать эту цепь в течение долгого времени, прежде чем дуги начнут уменьшаться. В настоящее время это не слишком распространено и довольно дорого, не тратьте деньги зря, если доступны более дешевые варианты!

Батареи AAA будут работать некоторое время, но не так долго, как более крупные элементы AA, они также имеют более высокое внутреннее сопротивление, поэтому они будут тратить больше энергии на нагрев батареи.

Батареи 9v / PP3 дадут несколько минут работы, когда новые батареи, прежде чем дуги станут меньше и цепь перестанет работать. Верхний резистор, вероятно, должен быть около 180 Ом для 9 В, но я не делал схему драйвера 9 В, поскольку это, вероятно, приведет людей к использованию батарей 9 В PP3 и разочарованию.

Шаг 8: Безопасность превыше всего

Когда рисуете дугу… Я настоятельно рекомендую вам сделать «куриную палочку», которая представляет собой изолирующую палку, к которой вы присоединяете один из высоковольтных проводов для создания дуги, это намного безопаснее, чем держать высоковольтный провод в руке. Труба из ПВХ очень хороша для этого, древесина тоже хороша, пока не высохнет.

Страшные предупреждения. Включая очевидный риск поражения электрическим током, еще одна вещь, на которую следует обратить внимание, это то, что дуга ОЧЕНЬ горячая и может легко воспламениться или поджечь все, к чему прикасается. Даже изоляция кабеля загорится, если на нее подвести дугу. Если вы настаиваете на сжигании кусочков бумаги или других предметов, примите это во внимание и найдите способ потушить огонь.

• Никогда не прикасайтесь к высоковольтному проводу или обратному каналу во время работы цепи.
• Убедитесь, что вы можете легко отключить питание цепи.
• Не используйте эту схему на неподходящей поверхности, например, на голом металле или легковоспламеняющихся поверхностях.
• Радиатор транзистора может сильно нагреваться, будьте осторожны, чтобы не обжечься.
• Резистор 22 Ом будет горячим.
• Первичная катушка и коллектор транзистора могут звонить до нескольких сотен вольт, их тоже не трогайте.
• Держите высоковольтные кабели вдали от других частей цепи.
• Держите домашних животных подальше. Помимо риска шокировать вашего питомца от искр, многие домашние животные любят грызть такие предметы, как провода, высокочастотный шум может расстроить животных, даже если вы его не слышите.

Отказ от ответственности Я ни в коей мере не несу ответственности, если вы испортите или нанесете вред себе или другим с помощью этой схемы.

Шаг 9: поиск вывода высоковольтного возврата

Чтобы найти возврат высокого напряжения, сначала подключите куриную палочку к выходу высокого напряжения (большой толстый красный провод), затем включите цепь. Вы должны услышать высокий шум. Если вы не слышите этого шума, перейдите на страницу устранения неполадок. Поднесите куриную палочку к штырям в нижней части ответной части и пропустите каждую из них по отдельности. Некоторые из них могут давать небольшую искру, но один должен давать сплошную постоянную дугу высокого напряжения, это будет ваш возвратный контакт высокого напряжения. Теперь вы должны отсоединить куриную палку от HV out и вместо этого подключить ее к возвратному штифту HV, осторожно, чтобы не выдернуть возвратный штифт слишком сильно, так как он может вырваться.

Шаг 10: Устранение неполадок

Проблема?

Если нет высокого напряжения, попробуйте поменять местами подключения к одной из катушек

Если напряжение высокое, но дуга небольшая, попробуйте поменять местами первичную обмотку и катушку обратной связи

Убедитесь, что все соединения надежны и не происходит короткого замыкания. Эмалированный провод печально известен плохими контактами, пайка не всегда пробивает эмаль, поэтому на ней нужно быть средневековым

Убедитесь, что ножки базы и эмиттера на транзисторе не касаются радиатора

Работает, но дуги маленькие и слабые. Убедитесь, что напряжение источника питания не проседает под нагрузкой, измерив его вольтметром постоянного тока во время рисования дуги

Цепь пульсирует и гаснет. Это вызвано тем, что источник питания переходит в режим защиты. Если максимальный номинальный ток источника питания не превышается, то может помочь электролитический конденсатор емкостью несколько сотен мкФ на шинах питания

Работает, но транзистор сильно нагревается. Поиграйте с количеством витков на катушках, сначала уменьшите количество витков обратной связи

Резистор 22 Ом нагревается, это нормально. В моем драйвере 12 В он рассеивает 2 Вт, но этого достаточно, чтобы большинство маленьких резисторов были слишком горячими, чтобы их можно было касаться. Если вам неудобно, когда компоненты слишком горячие, чтобы их можно было касаться, увеличьте тепловую массу (установите резистор большей мощности)

Ядро сломалось? Склейте их снова, предварительно смочив сопрягаемые поверхности водой, это поможет некоторым типам клея склеиться

Шаг 11: Идем дальше

Вы можете измерить пиковое напряжение на транзисторе с помощью метода, показанного на рисунке. Важно, чтобы пиковое напряжение коллектора-эмиттер оставалось ниже максимального номинального значения транзистора в пределах безопасной рабочей зоны (около 80 В при 3 А для MJ15003).

Может показаться, что транзистор на некоторое время ограничивает пиковое напряжение стока, но это быстро приводит к выходу детали из строя.

Транзисторы PNP можно использовать, перевернув несколько вещей.

Фотографию с длительной выдержкой можно использовать для получения рисунков разряда.

Попробуйте сделать лестницу Якоба, поместив два жестких проводника, таких как толстая медная проволока, в виде вертикальной буквы V, дуга образуется в ближайшей точке около дна и поднимается по ней, нагревая воздух.

Высоковольтные конденсаторы также интересны, вы можете сделать один, обмотав изолентой два куска кухонной фольги с каждой стороны изолятора, например, крышки пластикового контейнера, и проложив по два провода к каждому листу. Теперь подключите одну пластину к выходу ВН, а другую - к возврату ВН, дуги превратятся в серию громких ярких щелчков! Только не трогай это, потому что это действительно больно.