Генераторы высокого напряжения с емкостными накопителями энергии

June 14, 2010 by admin Комментировать »

Генераторы высокого напряжения малой мощности широко используют в дефектоскопии, для питания портативных ускорите­лей заряженных частиц, рентгеновских и электронно-лучевых тру­бок, фотоэлектронных умножителей, детекторов ионизирующих излучений. Кроме этого, их также применяют для электроим­пульсного разрушения твердых тел, получения ультрадисперсных порошков, синтеза новых материалов, в качестве искровых те-чеискателей, для запуска газоразрядных источников света, при электроразрядной диагностике материалов и изделий, получении газоразрядных фотографий по методу С. Д. Кирлиан, тести­ровании качества вьюоковольтной изоляции. В быту подобнью устройства находят применение в качестве источников питания для электронных уловителей ультрадисперсной и радиоактивной пыли, систем электронного зажигания, для электроэффлювиаль-ных люстр (люстр А. Л. Чижевского), аэроионизаторов, устройств медицинского назначения, газовых зажигалок, электроизгородей, элек-трошокеров и т.д. [11.1 — 11.6].

Условно к генераторам высокого напряжения, нами отнесе­ны устройства, вырабатывающие напряжение выше 1 кВ.

Генератор вьюоковольтных импульсов с использованием ре­зонансного трансформатора (рис. 11.1) выполнен по классиче­ской схеме на газовом разряднике РБ-3 [11.7].

Конденсатор С2 заряжается пульсирующим напряжением через диод VD1 и резистор R1 до напряжения пробоя газового разрядника. В результате пробоя газового промежутка разряд­ника конденсатор разряжается на первичную обмотку трансфор­матора, после чего процесс повторяется. В итоге на выходе трансформатора Т1 формируются затухающие вьюоковольтные импульсы амплитудой до 3…20 кВ.

Для защиты выходной обмотки трансформатора от перена­пряжения параллельно ей подключен разрядник, выполненный в виде электродов с регулируемым воздушным зазором.

clip_image002

Рис. 11.1. Схема генератора высоковольтных импульсов с ис­пользованием газового разрядника

clip_image004

Рис. 11.2. Схема генератора высоковольтных импульсов с удвое­нием напряжения

Трансформатор Т1 генератора импульсов (рис. 11.1) вы­полнен на незамкнутом ферритовом сердечнике М400НН-3 диа­метром 8 и длиной 100 мм. Первичная (низковольтная) обмотка трансформатора содержит 20 витков провода МГШВ 0,75 мм с шагом намотки 5…6 мм. Вторичная обмотка содержит 2400 витков рядовой намотки провода ПЭВ-2 0,04 мм. Первичная обмотка намотана поверх вторичной через политетрафторэти-леновую (фторопластовую) прокладку 2×0,05 мм. Вторичная об­мотка трансформатора должна быть надежно изолирована от первичной.

Вариант выполнения генератора вьюоковольтных импуль­сов с использованием резонансного трансформатора показан на рис. 11.2 [11.8]. В этой схеме генератора имеется гальвани­ческая развязка от питающей сети. Сетевое напряжение по­ступает на промежуточный (повышающий) трансформатор Т1. Снимаемое со вторичной обмотки сетевого трансформатора напряжение поступает на выпрямитель, работающий по схеме удвоения напряжения.

в результате работы такого выпрямителя на верхней по схе­ме обкладке конденсатора С2 относительно нулевого провода по­является положительное напряжение, равное V2L/„, где — напряжение на вторичной обмотке силового трансформатора.

На конденсаторе С1 формируется соответствующее напря­жение противоположного знака. В результате напряжение на об­кладках конденсатора СЗ будет равно 2 V2L/„.

Скорость заряда конденсаторов С1 и С2 (С1=С2) определя­ется величиной сопротивления R1.

Когда напряжение на обкладках конденсатора СЗ сравняет­ся с напряжением пробоя газового разрядника FV1, произойдет пробой его газового промежутка, конденсатор СЗ и, соответст­венно, конденсаторы С1 и С2 разрядятся, во вторичной обмотке трансформатора Т2 возникнут периодические затухающие коле­бания. После разряда конденсаторов и отключения разрядника процесс заряда и последующего разряда конденсаторов на пер­вичную обмотку трансформатора Т2 повторится снова.

Вьюоковольтный генератор, используемый для получения фотографий в газовом разряде, а также для сбора ультрадис­персной и радиоактивной пыли (рис. 11.3) [11.2 — 11.5] состоит из удвоителя напряжения, релаксационного генератора импульсов и повышающего резонансного трансформатора.

Удвоитель напряжения выполнен на диодах VD1, VD2 и кон­денсаторах С1, С2. Зарядную цепочку образуют конденсаторы С1 — СЗ и резистор R1. Параллельно конденсаторам С1 — СЗ включен газовый разрядник на 350 В с последовательно соеди­ненной первичной обмоткой повышающего трансформатора Т1.

Как только уровень постоянного напряжения на конденсато­рах С1 — СЗ превьюит напряжение пробоя разрядника, конденса­торы разрядятся через обмотку повышающего трансформатора и в результате образуется вьюоковольтный импульс. Элементы схе­мы подобраны так, что частота формирования импульсов около 1 Гц. Конденсатор С4 предназначен для защиты выходного зажи­ма прибора от попадания сетевого напряжения.

Выходное напряжение устройства целиком определяется свойствами используемого трансформатора и может достигать 15 кВ. Высоковольтный трансформатор [11.2, 11.3] на выходное

clip_image006

Рис. 11.3. Схема генератора импульсов высокого напряжения с использованием газового разрядника или динисторов

напряжение порядка ^0 кВ выполнен на диэлектрической трубке с внешним диаметром 8 и длиной 150 мм, внутри расположен мед­ный электрод диаметром 1,5 мм. Вторичная обмотка содержит 3…4 тысячи витков провода ПЭЛШО 0,12, намотанных виток к витку в 10… 13 слоев (ширина намотки 70 мм) и пропитанных клеем ЁФ-2 с межслойной изоляцией из политетрафторэтилена. Первичная обмотка содержит 20 витков провода ПЭВ 0,75, пропу­щенного через кембрик из поливинилхлорида.

В качестве такого трансформатора можно также применить модифицированный выходной трансформатор строчной разверт­ки телевизора; трансформаторы электронных зажигалок, ламп-вспышек, катушек зажигания и др.

Газовый разрядник Р-350 может быть заменен переключае­мой цепочкой динисторов типа КН102 (рис. 11.3, справа), что по­зволит ступенчато изменять выходное напряжение [11.5]. Для равномерного распределения напряжения на динисторах парал­лельно к каждому из них подключены резисторы одинакового но­минала сопротивлением 300…510 кОм.

Вариант схемы вьюоковольтного генератора с использова­нием в качестве порогово-коммутирующего элемента газонапол­ненного прибора — тиратрона показан на рис. 11.4 [11.9].

Сетевое напряжение, выпрямляется диодом VD1. Выпрям­ленное напряжение сглаживается конденсатором С1 и подается на зарядную цепочку R1, С2. Как только напряжение на конденса­торе С2 достигнет напряжения зажигания тиратрона VL1, он

clip_image008

Рис. 11.4. Схема генератора импульсов высокого напряжения с использованием тиратрона

вспыхивает. Конденсатор С2 разряжается через первичную об­мотку трансформатора Т1, тиратрон гаснет, конденсатор вновь начинает заряжаться и т.д.

В качестве трансформатора Т1 использована автомобиль­ная катушка зажигания [11.9].

Вместо тиратрона VL1 МТХ-90 можно включить один или несколько динисторов типа КН102. Амплитуду вьюокого напряже­ния можно регулировать количеством включенных динисторов.

Конструкция вьюоковольтного преобразователя с использо­ванием тиратронного коммутатора описана в работе [11.10]. От­метим, что для разряда конденсатора могут быть использованы и другие виды газонаполненных приборов.

Более перспективно применение в современных генерато­рах вьюокого напряжения полупроводниковых переключающих приборов. Их достоинства отчетливо выражены: это вьюокая по­вторяемость параметров, меньшая стоимость и габариты, высо­кая надежность.

Ниже будут рассмотрены генераторы вьюоковольтных им­пульсов с использованием полупроводниковых коммутирующих приборов (динисторов, тиристоров, биполярных и полевых тран­зисторов).

Вполне равноценным, но слаботочным аналогом газовых разрядников являются динисторы.

На рис. 11.5 показана электрическая схема генератора, вы­полненного на динисторах [11.11]. По своей структуре генератор полностью подобен описанным ранее (рис. 11.1, 11.4). Основное отличие заключается в замене газового разрядника цепочкой по­следовательно включенных динисторов.

clip_image010

Рис. 11.5. Схема генератора высоковольтных импульсов на динисторах

clip_image012

Рис. 11.6. Схема генератора высоковольтных импульсов с мосто­вым выпрямителем

Следует отметить, что КПД такого аналога и коммутируе­мые токи заметно ниже, чем у прототипа, однако динисторы бо­лее доступны и более долговечны.

Несколько усложненный вариант генератора высоковольт­ных импульсов представлен на рис. 11.6 [11.12]. Сетевое напря­жение подается на мостовой выпрямитель на диодах VD1 — VD4. Выпрямленное напряжение сглаживается конденсатором С1. На этом конденсаторе образуется постоянное напряжение около 300 В, которое используется для питания релаксационного генератора, составленного из элементов R3, С2, VD5 и VD6. Его нагрузкой является первичная обмотка трансформатора Т1. Со вторичной обмотки снимаются импульсы амплитудой примерно 5 kBv\ частотой следования до 800 Гц.

Цепочка динисторов должна быть рассчитана на напряже­ние включения около 200 В. Здесь можно использовать динисто­ры типа КН102 либо Д228 [11.12]. При этом следует учитывать, что напряжение включения динисторов типа КН102А, Д228А со­ставляет 20 В; КН102Б, Д228Б — 28 В; КН102В, Д228В — 40 В;

КН102Г, Д228Г — 56 В; КН102Д, Д228Д — 80 В; КН102Е — 75 В; КН102Ж, Д228Ж — 120 В; КН102И, Д228И — 150 Б.

В качестве трансформатора Т1 в приведенных выше уст­ройствах может быть использован доработанный строчный трансформатор от черно-белого телевизора [11.12, 11.13]. Его высоковольтную обмотку оставляют, остальнью удаляют и вместо них наматывают низковольтную (первичную) обмотку — 15…30 витков провода ПЭВ диаметром 0,5…0,8 мм.

При выборе числа витков первичной обмотки следует учи­тывать количество витков вторичной обмотки. Необходимо также иметь в виду, что величина выходного напряжения генератора вы­соковольтных импульсов в большей степени зависит от настройки контуров трансформатора в резонанс, нежели от соотношения числа витков обмоток.

Характеристики некоторых видов телевизионных трансфор­маторов строчной развертки приведены в таблице 11.1 [11.13].

Таблица 11.1. Параметры высоковольтных обмоток унифицирован­ных телевизионных трансформаторов строчной развертки

Тип трансформатора

Число витков

Провод

R обмотки, Ом

ТВС-А, ТВС-Б

720

ПЭЛШО 0,1

152

ТВС-70П1

2700

ПЭВ-2 0,05

1400

ТВС-70П2

1800

ПЭВ-2 0,05

800

ТВС-70П2

536

ПЭВ-2 ОМ

170

ТВС-70АМ

720

ПЭЛШО OA

250

ТВС-90П4

1900

ПЭВШО 0,08

600

ТВС-110, ТВС-110М

940

ПЭЛШО 0,1

240

ТВС-110А

1000

ПЭВ-2 OA

250

ТВС-110Л1

1300

ПЭМ-2 0,09

430

ТВС-110Л2

900

ПЭВ-2 0,08

310

ТВС-110ЛЗ

940

ПЭЛШО 0,\

240

Тип трансформатора

Число витков

Провод

R обмотки, Ои

ТВС-110ЛА

1200

ПЭВ-2

380

ТВС-110АМ

900

ПЭВ-2 0,08

280

ТВС-110Л4

1290

гам-2 0,1

410

ТВС-110Л5

365

ПЭМ-2 0,35

6

ТВС-110П2

1650

ШМ-2 0,12

500

ТВС-90ЛЦ2, ТВС-90ЛЦ2-1

1900

ПЭВ-2 0,08

800

ТВС-90ЛЦ4

1904

ПЭМ-2 0,08

800

ТВС-90ЛЦ5

370

ПЭВ-2 0,35

13

ТВС-90ПЦ4

730

ПЭМ-2 ^АЪ

28

ТВС-90ПЦ11

900

ПЭВ-2

ТВС-90ПЦ12

, 715

ПЭМ-2 0,5

27

ТВС-110ПЦ15

1080

ПЭВ-2 W

112

ТВС-110ПЦ16, ТВС-11РПЦ18

1050

ПЭВ-2

102

clip_image014

Рис. 11.7. Электрическая схема генератора высоковольтных импульсов

На рис. 11.7 представлена опубликованная на одном из сайтов схема двухступенчатого генератора высоковольтных им­пульсов, в котором в качестве элемента коммутации использо­ван тиристор. В свою очередь, в качестве порогового элемента, определяющего частоту следования вьюоковольтных импульсов и запускающего тиристор, выбран газоразрядный прибор — не­оновая лампа (цепочка HL1, HL2).

При подаче напряжения питания генератор импульсов, вы­полненный на основе транзистора VT1 {2N2219A — КТ630Г), вырабатывает напряжение порядка 150 В. Это напряжение вы­прямляется диодом VD1 и заряжает конденсатор С2.

После того как напряжение на конденсаторе С2 превьюит напряжение зажигания неоновых ламп HL1, HL2, через токоогра-ничивающий резистор R2 произойдет разряд конденсатора на управляющий электрод тиристора VS1, тиристор отопрется. Раз­рядный ток конденсатора С2 создаст электрические колебания в первичной обмотке трансформатора 12.

Напряжение включения тиристора можно регулировать, подбирая неоновые лампы с разным напряжением зажигания. Ступенчато изменять величину напряжения включения тиристо­ра можно переключением числа последовательно включенных неоновых ламп (или заменяющих их динисторов).

clip_image016

Рис. 11.8. Диаграмма электрических процессов на электродах по­лупроводниковых приборов (к рис. 11.7)

Диаграмма напряжений на базе транзистора VT1 и на аноде тиристора показана на рис. 11.8. Как следует из представленных диаграмм, импульсы блокинг-генератора имеют длительность при­мерно 8 мс. Заряд конденсатора С2 происходит ступенчато-экспо­ненциально в соответствии с действием импульсов, снимаемых со вторичной обмотки трансформатора Т1.

На выходе генератора формируются импульсы напряжением примерно 4,5 кВ. В качестве трансформатора Т1 использован вы­ходной трансформатор для усилителей низкой частоты. В качестве высоковольтного трансформатора Т2 использован трансформатор от фотовспышки или переработанный (см. выше) телевизионный трансформатор строчной развертки.

Схема еще одного варианта генератора с использованием неоновой лампы в качестве порогового элемента приведена на рис. 11.9 [11.12].

clip_image018

Рис. 11.9. Электрическая схема генератора с пороговым элемен­том на неоновой лампе

Релаксационный генератор в нем выполнен на элементах R1, VD1, С1, HL1, VS1. Он работает при положительных полупе­риодах сетевого напряжения, когда конденсатор 01 заряжается до напряжения включения порогового элемента на неоновой лам­пе HL1 и тиристоре VS1. Диод VD2 демпфирует импульсы самоин­дукции первичной обмотки повышающего трансформатора Т1 и позволяет повьюить выходное напряжение генератора. Выходное напряжение достигает 9 кВ. Неоновая лампа одновременно явля­ется сигнализатором включения устройства в сеть.

Вьюоковольтный трансформатор намотан на отрезке стерж­ня диаметром 8 и длиной 60 мм из феррита М400НН. Вначале размещают первичную обмотку — 30 витков провода ПЭЛШО 0,38, а затем вторичную — 5500 витков ПЭЛШО 0,05 или больше­го диаметра. Между обмотками и через каждые 800… 1000 витков вторичной обмотки прокладывают слой изоляции из поливинил-хлоридной изоляционной ленты.

В генераторе возможно введение дискретной многоступен­чатой регулировки выходного напряжения переключением в по­следовательной цепи неоновых ламп либо динисторов (рис. 11.10). В первом варианте обеспечиваются две ступени регулирования, во втором — до десяти и более (при использовании динисторов КН102А с напряжением включения 20 В).

clip_image020

Рис. 11.10. Электрическая схема порогового элемента

clip_image022

Рис. 11.11. Электрическая схема генератора высокого напряжения с пороговым элементом на диоде

Простой генератор высокого напряжения (рис. 11.11) позво­ляет получить на выходе импульсы амплитудой до 10 [11.14].

Переключение управляющего элемента устройства проис­ходит с частотой 50 Гц (на одной полуволне сетевого напряже­ния). В качестве порогового элемента использован диод VD1 Д219А Щ220, Д223), работающий при обратном смещении в ре­жиме лавинного пробоя.

При превышении на полупроводниковом переходе диода напряжения лавинного пробоя происходит переход диода в прово­дящее состояние. Напряжение с заряженного конденсатора С2 подается на управляющий электрод тиристора VS1. После вклю­чения тиристора конденсатор С2 разряжается на обмотку транс­форматора Т1.

Трансформатор Т1 не имеет сердечника. Он выполнен на катушке диаметром 8 мм из полиметилметакрилата или политет-рахлорэтилена и содержит три разнесенных секции шириной по 9 мм. Повышающая обмотка содержит 3×1000 витков, намотан­ных проводом ПЭТФ, ПЭВ-2 0,12 мм. После намотки обмотка должна быть пропитана парафином. Поверх парафина наклады­вается 2 — 3 слоя изоляции, после чего наматывают первичную обмотку — 3×10 витков провода ПЭВ-2 0,45 мм.

Тиристор VS1 можно заменить другим на напряжение выше 150 В. Лавинный диод можно заменить цепочкой динисторов (рис. 11.10, 11.11 внизу).

Схема маломощного переносного источника импульсов вы­сокого напряжения с автономным питанием от одного гальваниче­ского элемента (рис. 11.12) состоит из двух генераторов [11.15]. Первый построен на двух маломощных транзисторах, второй — на тиристоре и динисторе.

clip_image024

Рис. 11.12. Схема генератора напряжения с низковольтным пита­нием и тиристорно-динисторным ключевым элементом

Каскад на транзисторах разной проводимости преобразует низковольтное постоянное напряжение в высоковольтное им­пульсное. Времязадающей цепочкой в этом генераторе служат элементы С1 и R1. При включении питания открывается транзи­стор VT1, и перепад напряжения на его коллекторе открывает транзистор VT2. Конденсатор С1, заряжаясь через резистор R1, уменьшает базовый ток транзистора VT2 настолько, что транзи­стор VT1 выходит из насыщения, а это приводит к закрыванию и VT2. Транзисторы будут закрыты до тех пор, пока конденсатор С1 не разрядится через первичную обмотку трансформатора Т1.

Повышенное импульсное напряжение, снимаемое со вто­ричной обмотки трансформатора Т1, выпрямляется диодом VD1 и поступает на конденсатор С2 второго генератора с тиристором VS1 и динистором VD2. В каждый положительный полупериод накопительный конденсатор С2 заряжается до амплитудного зна­чения напряжения, равного напряжению переключения динистора VD2, т.е. до 56 В (номинальное импульсное отпирающее напряже­ние для динистора типа КН102Г).

Переход динистора в открытое состояние воздействует на цепь управления тиристора VS1, который в свою очередь тоже от­крывается. Конденсатор С2 разряжается через тиристор и пер­вичную обмотку трансформатора Т2, после чего динистор и тиристор вновь закрываются и начинается очередной заряд кон­денсатора — цикл переключений повторяется.

Со вторичной обмотки трансформатора Т2 снимаются им­пульсы с амплитудой в несколько киловольт. Частота искровых разрядов равна примерно 20 Гц, но она намного меньше частоты импульсов, снимаемых со вторичной обмотки трансформатора Т1. Происходит это потому, что конденсатор С2 заряжается до на­пряжения переключения динистора не за один, а за несколько положительных полупериодов. Величина емкости этого конденса­тора определяет мощность и длительность выходных разрядных импульсов. Безопасное для динистора и управляющего электрода тринистора среднее значение разрядного тока выбрано из расче­та емкости этого конденсатора и величины импульсного напряже­ния, питающего каскад. Для этого емкость конденсатора С2 должна быть примерно 1 мкФ.

Трансформатор Т1 выполнен на кольцевом ферритовом магнитопроводе типа К10х6х5. Он имеет 540 витков провода ПЭВ-2 0,1 с заземленным отводом после 20-го витка. Начало его намотки присоединяется к транзистору VT2, конец — к диоду VD1. Трансформатор Т2 намотан на катушке с ферритовым или пермаллоевым сердечником диаметром 10 мм, длиной 30 мм. Ка­тушку с внешним диаметром 30 мм и шириной 10 мм наматывают проводом ПЭВ-2 0,1 мм до полного заполнения каркаса. Перед окончанием намотки делается заземленный отвод, и последний ряд провода из 30…40 витков наматывается виток к витку поверх изолирующего слоя лакоткани.

Трансформатор Т2 по ходу намотки необходимо пропиты­вать изолирующим лаком или клеем БФ-2, затем тщательно просушить.

Вместо VT1 и VT2 можно применить любые маломощные транзисторы, способные работать в импульсном режиме. Тири­стор КУ101Е можно заменить на КУ101Г. Источник питания — гальванические элементы с напряжением не более 1,5 В, напри­мер, 312, 314, 316, 326, 336, 343, 373, или дисковые никель-кад-миевью аккумуляторы типа Д-0,26Д, Д-0,55С и т.п.

Тиристорный генератор вьюоковольтных импульсов с сете­вым питанием показан на рис. 11.13 [11.16].

clip_image026

Рис. 11.13. Электрическая схема генератора высоковольтных импульсов с емкостным накопителем энергии и коммута­тором на тиристоре

Во время положительного полупериода сетевого напряже­ния конденсатор С1 заряжается через резистор R1, диод VD1 и первичную обмотку трансформатора Т1. Тиристор VS1 при этом закрыт, поскольку отсутствует ток через его управляющий элек­трод (падение напряжения на диоде VD2 в прямом направлении мало по сравнению с напряжением, необходимым для открывания тиристора).

При отрицательном полупериоде диоды VD1 и VD2 закры­ваются. На катоде тиристора образуется падение напряжения от­носительно управляющего электрода (минус — на катоде, плюс — на управляющем электроде), в цепи управляющего электрода по­является ток, и тиристор открывается. В этот момент конденсатор С1 разряжается через первичную обмотку трансформатора. Во вторичной обмотке появляется импульс вьюокого напряжения. И так — каждый период сетевого напряжения.

На выходе устройства формируются двухполярнью импуль­сы вьюокого напряжения (поскольку при разряде конденсатора в цепи первичной обмотки возникают затухающие колебания).

Резистор R1 может быть составлен из трех параллельно со­единенных резисторов МЛТ-2 сопротивлением по 3 кОм.

Диоды VD1 и VD2 должны быть рассчитаны на ток не менее 300 мА и обратное напряжение не ниже 400 В (VD1) и 100 Б (VD2). Конденсатор С1 типа МБМ на напряжение не ниже 400 Б. Его емкость — доли-единицы мкФ — подбирают экспериментально. Тиристор VS1 типа КУ201К, КУ201Л, КУ202К — КУ202Н. Транс­форматор Т1 — катушка зажигания Б2Б (на 6 Б) от мотоцикла или автомобиля.

В устройстве может быть использован телевизионный трансформатор строчной развертки ТВС-110Л6, ТВС-110ЛА, ТВС-110АМ.

Достаточно типичная схема генератора вьюоковольтных импульсов с емкостным накопителем энергии показана на рис. 11.14 [11.17].

clip_image028

Рис. 11.14. Схема тиристорного генератора высоковольтных им­пульсов с емкостным накопителем энергии

Генератор содержит гасящий конденсатор С1, диодный вы­прямительный мост VD1 — VD4, тиристорный ключ VS1 и схему управления. При включении устройства заряжаются конденсаторы С2 и СЗ, тиристор VS1 пока закрыт и ток не проводит. Предельное напряжение на конденсаторе С2 ограничено стабилитроном VD5 величиной 9 Б. В процессе зарядки конденсатора С2 через рези­стор R2 напряжение на потенциометре R3 и, соответственно, на управляющем переходе тиристора VS1 возрастает до определен­ного значения, после чего тиристор переключается в проводящее состояние, а конденсатор СЗ через тиристор VS1 разряжается через первичную (низковольтную) обмотку трансформатора Т1, генерируя вьюоковольтный импульс. После этого тиристор закры­вается и процесс начинается заново. Потенциометр R3 устанавли­вает порог срабатывания тиристора VS1.

Частота повторения импульсов составляет 100 Гц. В ка­честве вьюоковольтного трансформатора может быть использо­вана автомобильная катушка зажигания. В этом случае выходное напряжение устройства достигнет 30…35 кВ. Тиристорный ге­нератор высоковольтных импульсов (рис. 11.15) управляется импульсами напряжения, снимаемого с релаксационного генера­тора, выполненного на динисторе VD1 [11.18]. Рабочая частота генератора управляющих импульсов (15…25 Гц) определяется ве­личиной сопротивления R2 и емкостью конденсатора С1.

clip_image030

Рис. 11.15. Электрическая схема тиристорного генератора высоко­вольтных импульсов с импульсным управлением

Релаксационный генератор связан с тиристорным ключом через импульсный трансформатор Т1 типа МИТ-4. В качестве выходного трансформатора Т2 используется вьюокочастотный трансформатор от аппарата для дарсонвализации «Искра-2». На­пряжение на выходе устройства может доходить до 20…25 кВ.

На рис. 11.16 показан вариант подачи импульсов управле­ния на тиристор VS1 [11.19].

Преобразователь напряжения (рис. 11.17), разработанный в Болгарии, содержит два каскада. В первом из них нагрузкой ключевого элемента, выполненного на транзисторе VT1, являет­ся обмотка трансформатора Т1. Управляющие импульсы прямо­угольной формы периодически включают/выключают ключ на транзисторе VT1, подключая/отключая тем самым первичную об­мотку трансформатора.

clip_image032

Рис. 11.16. Вариант управления тиристорным коммутатором

clip_image034

Рис. 11.17. Электрическая схема двухступенчатого генератора вы­соковольтных импульсов

Во вторичной обмотке наводится повышенное напряже­ние, пропорциональное коэффициенту трансформации. Это на­пряжение выпрямляется диодом VD1 и заряжает конденсатор С2, который подключен к первичной (низковольтной) обмотке вьюоковольтного трансформатора Т2 и тиристору VS1. Управле­ние работой тиристора осуществляется импульсами напряже­ния, снимаемыми с дополнительной обмотки трансформатора Т1 через цепочку элементов, корректирующих форму импульса.

В результате тиристор периодически включается/отключа­ется. Конденсатор С2 разряжается на первичную обмотку вьюоко­вольтного трансформатора.

Генератор вьюоковольтных импульсов, рис. 11.18, содержит в качестве управляющего элемента генератор на основе однопе-реходного транзистора [11.20].

Сетевое напряжение выпрямляется диодным мостом VD1 — VD4. Пульсации выпрямленного напряжения сглаживает

clip_image036

Рис. 11.18. Схема генератора высоковольтных импульсов с управ­ляющим элементом на однопереходном транзисторе

конденсатор С1, ток заряда конденсатора в момент включения устройства в сеть ограничивает резистор R1. Через резистор R4 заряжается конденсатор СЗ. Одновременно вступает в действие генератор импульсов на однопереходном транзисторе VT1. Его «спусковой» конденсатор С2 заряжается через резисторы R3 и R6 от параметрического стабилизатора (балластный резистор R2 и стабилитроны VD5, VD6). Как только напряжение на кон­денсаторе 02 достигает определенного значения, транзистор VT1 переключается, и на управляющий переход тиристора VS1 поступает открывающий импульс.

Конденсатор 03 разряжается через тиристор VS1 на пер­вичную обмотку трансформатора Т1. На его вторичной обмотке формируется импульс вьюокого напряжения. Частота следования этих импульсов определяется частотой генератора, которая, в свою очередь, зависит от параметров цепочки R3, R6 и 02. Под-строечным резистором R6 можно изменять выходное напряжение генератора примерно в 1,5 раза. При этом частота импульсов ре­гулируется в пределах 250… 1000 Гц. Кроме того, выходное на­пряжение изменяется при подборе резистора R4 (в пределах от 5 до 30 кОму.

Конденсаторы желательно применять бумажнью (01 и 03 — на номинальное напряжение не менее 400 В); на такое же напря­жение должен быть рассчитан диодный мост. Вместо указанного на схеме можно использовать тиристор Т10-50 или в крайнем слу­чае КУ202Н. Стабилитроны VD5, VD6 должны обеспечить сум­марное напряжение стабилизации около 18 Б.

Трансформатор изготовлен на основе ТВС-110П2 от чер­но-белых телевизоров. Все первичные обмотки удаляют и нама­тывают на освободившееся место 70 витков провода ПЭЛ или ПЭВ диаметром 0,5.. .0,8 мм.

Электрическая схема генератора импульсов вьюокого напря­жения, рис. 11.19 [11.21], состоит из диодно-конденсаторного умно­жителя напряжения (диоды VD1, VD2, конденсаторы С1 — С4). На его выходе получается постоянное напряжение примерно 600 В.

clip_image038

Рис. 11.19. Схема генератора высоковольтных импульсов с удвои­телем напряжения сети и генератором запускающих импульсов на однопереходном транзисторе

В качестве порогового элемента устройства использован однопереходный транзистор VT1 типа КТ117А. Напряжение на одной из его баз стабилизировано параметрическим стабилиза­тором на стабилитроне VD3 типа КС515А (напряжение стабилиза­ции 15 Б). Через резистор R4 осуществляется заряд конденсатора С5, и когда напряжение на управляющем электроде транзистора VT1 превысит напряжение на его базе, произойдет переключение VT1 в проводящее состояние, а конденсатор С5 разрядится на управляющий электрод тиристора VS1.

При включении тиристора цепочка конденсаторов С1 — С4, заряженных до напряжения около 600…620 Б, разряжается на низковольтную обмотку повышающего трансформатора Т1. По­сле этого тиристор отключается, зарядно-разряднью процессы повторяются с частотой, определяемой постоянной R4C5. Рези­стор R2 ограничивает ток короткого замыкания при включении тиристора и одновременно является элементом зарядной цепи конденсаторов С1 — С4.

Схема преобразователя (рис. 11.20) и его упрощенного варианта (рис. 11.21) подразделяется на следующие узлы: сете­вой заградительный фильтр (фильтр помех); электронный регуля­тор; высоковольтный трансформатор [11.22].

clip_image040

Рис. 11.20. Электрическая схема генератора высокого напряжения с сетевым фильтром

clip_image042

Рис. 11.21. Электрическая схема генератора высокого напряжения с сетевым фильтром

Схема на рис. 11.20 работает следующим образом. Конден­сатор СЗ заряжается через диодный выпрямитель VD1 и резистор R2 до амплитудного значения напряжения сети (310 Б). Это напря­жение попадает через первичную обмотку трансформатора Т1 на анод тиристора VS1. По другой ветви (R1, VD2 и С2) медленно за­ряжается конденсатор С2. Когда в процессе его заряда достигает­ся пробивное напряжение динистора VD4 (в пределах 25…35 Б), конденсатор С2 разряжается через управляющий электрод тири­стора VS1 и открывает его.

Конденсатор СЗ практически мгновенно разряжается через открытый тиристор VS1 и первичную обмотку трансформатора

Т1. Импульсный изменяющийся ток индуцирует во вторичной обмотке Т1 вьюокое напряжение, величина которого может пре-вьюить 10 кВ. После разряда конденсатора СЗ тиристор VS1 за­крывается, и процесс повторяется.

В качестве вьюоковольтного трансформатора используют телевизионный трансформатор, у которого удаляют первичную обмотку. Для новой первичной обмотки используется обмоточный провод диаметром 0,8 мм. Количество витков — 25.

Для изготовления катушек индуктивности заградительного фильтра L1, L2 лучше всего подходят вьюокочастотные феррито­вые сердечники, например, 600НН диаметром 8 мм и длиной 20 мм, имеющие примерно по 20 витков обмоточного провода диаметром 0,6…0,8 мм.

clip_image044

Рис. 11.22. Электрическая схема двухступенчатого генератора вы­сокого напряжения с управляющим элементом на поле­вом транзисторе

Двухступенчатый генератор вьюокого напряжения (автор — Andres Estaban de la Plaza [11.23]) содержит трансформаторный генератор импульсов, выпрямитель, времязадающую RC-цепоч-ку, ключевой элемент на тиристоре (симисторе), высоковольтный резонансный трансформатор и схему управления работой тири­стора (рис. 11.22).

Аналог транзистора TIP41 — КТ819А.

Низковольтный трансформаторный преобразователь на­пряжения с перекрестными обратными связями, собранный на транзисторах VT1 и VT2, вырабатывает импульсы с частотой повторения 850 Гц. Транзисторы VT1 и VT2 для облегчения ра­боты при протекании больших токов установлены на радиато­рах, выполненных из меди или алюминия.

Выходное напряжение, снимаемое со вторичной обмотки трансформатора Т1 низковольтного преобразователя, выпрямля­ется диодным мостом VD1 — VD4 и через резистор R5 заряжает конденсаторы СЗ и С4.

Управление порогом включения тиристора производится регулятором напряжения, в состав которого входит полевой тран­зистор VT3.

Далее работа преобразователя существенно не отличает­ся от описанных ранее процессов: происходит периодический заряд/разряд конденсаторов на низковольтную обмотку транс­форматора, генерируются затухающие электрические колеба­ния. Выходное напряжение преобразователя при использовании на выходе в качестве повышающего трансформатора катушки зажигания от автомобиля, достигает 40…60 кВ при резонансной частоте примерно 5 кГц.

Трансформатор Т1 (выходной трансформатор строчной раз­вертки), содержит 2×50 витков провода диаметром 1,0 мм, намо­танных бифилярно. Вторичная обмотка содержит 1000 витков диаметром 0,20…0,32 мм.

Отметим, что в качестве управляемых ключевых элементов могут быть использованы современнью биполярные и полевые транзисторы.

1 комментарий

  1. Санёк says:

    Спасибо! Как раз то что искал.

Оставить комментарий

Устройство витков выходе генератора импульсов микросхемы мощности нагрузки напряжение напряжения питания приемника пример провода работы радоэлектроника сигнал сигнала сигналов сопротивление схема теория транзистора транзисторов управления усиления усилитель усилителя устройства частоты