Высоковольтный импульсный генератор схема простой. Опасное развлечение: простой для повторения генератор высокого напряжения. источник питания

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.

• Tutorial

Добрый день, уважаемые хабровчане.
Этот пост будет немного необычным.
В нём я расскажу, как сделать простой и достаточно мощный генератор высокого напряжения (280 000 вольт). За основу я взял схему Генератора Маркса . Особенность моей схемы в том, что я пересчитал её под доступные и недорогие детали. К тому же сама схема проста для повторения (у меня на её сборку ушло 15 минут), не требует настройки и запускается с первого раза. На мой взгляд намного проще чем трансформатор Теслы или умножитель напряжения Кокрофта-Уолтона.

Принцип работы

Сразу после включения начинают заряжаться конденсаторы. В моём случае до 35 киловольт. Как только напряжение достигнет порога пробоя одного из разрядников, конденсаторы через разрядник соединятся последовательно, что приведёт к удвоению напряжения на конденсаторах, подсоединённых к этому разряднику. Из-за этого практически мгновенно срабатывают остальные разрядники, и напряжение на конденсаторах складывается. Я использовал 12 ступеней, то есть напряжение должно умножиться на 12 (12 х 35 = 420). 420 киловольт - это почти полуметровые разряды. Но на практике, с учетом всех потерь, получились разряды длиной 28 см. Потери были вследствие коронных разрядов.

О деталях:

Сама схема простая, состоит из конденсаторов, резисторов и разрядников. Ещё потребуется источник питания. Так как все детали высоковольтные, возникает вопрос, где же их достать? Теперь обо всём по порядку:

1 - резисторы

Нужны резисторы на 100 кОм, 5 ватт, 50 000 вольт.
Я пробовал много заводских резисторов, но ни один не выдерживал такого напряжения - дуга пробивала поверх корпуса и ничего не работало. Тщательное загугливание дало неожиданный ответ: мастера, которые собирали генератор Маркса на напряжение более 100 000 вольт, использовали сложные жидкостные резисторы генератор Маркса на жидкостных резисторах, или же использовали очень много ступеней. Я захотел чего-то проще и сделал резисторы из дерева.

Отломал на улице две ровных веточки сырого древа (сухое ток не проводит) и включил первую ветку вместо группы резисторов справа от конденсаторов, вторую ветку вместо группы резисторов слева от конденсаторов. Получилось две веточки с множеством выводов через равные расстояния. Выводы я делал путём наматывания оголённого провода поверх веток. Как показывает опыт, такие резисторы выдерживают напряжение в десятки мегавольт (10 000 000 вольт)

2 - конденсаторы

Тут всё проще. Я взял конденсаторы, которые были самыми дешевыми на радио рынке - К15-4, 470 пкф, 30 кВ, (они же гриншиты). Их использовали в ламповых телевизорах, поэтому сейчас их можно купить на разборке или попросить бесплатно. Напряжение в 35 киловольт они выдерживают хорошо, ни один не пробило.

3 - источник питания

Собирать отдельную схему для питания моего генератора Маркса у меня просто не поднялась рука. Потому, что на днях мне соседка отдала старенький телевизор «Электрон ТЦ-451». На аноде кинескопа в цветных телевизорах используется постоянное напряжение около 27 000 вольт. Я отсоединил высоковольтный провод (присоску) с анода кинескопа и решил проверить, какая дуга получится от этого напряжения.

Вдоволь наигравшись с дугой, пришел к выводу, что схема в телевизоре достаточно стабильная, легко выдерживает перегрузки и в случае короткого замыкания срабатывает защита и ничего не сгорает. Схема в телевизоре имеет запас по мощности и мне удалось разогнать её с 27 до 35 киловольт. Для этого я покрутил подстроичник R2 в модуле питания телевизора так, что питание в строчной развертке поднялось с 125 до 150 вольт, что в свою очередь привело к повышению анодного напряжения до 35 киловольт. При попытке ещё больше увеличить напряжение, пробивает транзистор КТ838А в строчной развёртке телевизора, поэтому нужно не переборщить.

Процесс сборки

С помощью медной проволоки я прикрутил конденсаторы к веткам дерева. Между конденсаторами должно быть расстояние 37 мм, иначе может произойти нежелательный пробой. Свободные концы проволоки я загнул так, чтобы между ними получилось 30 мм - это будут разрядники.

Лучше один раз увидеть, чем 100 раз услышать. Смотрите видео, где я подробно показал процесс сборки и работу генератора:

Техника безопасности

Нужно соблюдать особую осторожность, так как схема работает на постоянном напряжении и разряд даже от одного конденсатора будет скорее всего смертельным. При включении схемы нужно находиться на достаточном удалении потому, что электричество пробивает через воздух 20 см и даже более. После каждого выключения нужно обязательно разряжать все конденсаторы (даже те, что стоят в телевизоре) хорошо заземлённым проводом.

Лучше из комнаты, где будут проводиться опыты, убрать всю электронику. Разряды создают мощные электромагнитные импульсы. Телефон, клавиатура и монитор, которые показаны у меня в видео, вышли из строя и ремонту больше не подлежат! Даже в соседней комнате у меня выключился газовый котёл.

Нужно беречь слух. Шум от разрядов похож на выстрелы, потом от него звенит в ушах.

Первое, что ощущаешь при включении - то, как электризуется воздух в комнате. Напряженность электрического поля настолько высока, что чувствуется каждым волоском тела.

Хорошо заметен коронный разряд. Красивое голубоватое свечение вокруг деталей и проводов.
Постоянно слегка бьет током, иногда даже не поймёшь от чего: прикоснулся к двери - проскочила искра, захотел взять ножницы - стрельнуло от ножниц. В темноте заметил, что искры проскакивают между разными металлическими предметами, не связанными с генератором: в дипломате с инструментом проскакивали искорки между отвёртками, плоскогубцами, паяльником.

Лампочки загораются сами по себе, без проводов.

Озоном пахнет по всему дому, как после грозы.

Заключение

Все детали обойдутся где-то в 50 грн (5$), это старый телевизор и конденсаторы. Сейчас я разрабатываю принципиально новую схему, с целью без особых затрат получать метровые разряды. Вы спросите: какое применение данной схемы? Отвечу, что применения есть, но обсуждать их нужно уже в другой теме.

На этом у меня всё, соблюдайте осторожность при работе с высоким напряжением.

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.

Прежде чем мы перейдём к описанию предлагаемого для сборки источника высокого напряжения, напомним о необходимости соблюдать общие меры безопасности при работе с высокими напряжениями. Хотя это устройство даёт выходной ток чрезвычайно малого уровня, оно может быть опасным и вызовет довольно неприятный и болезненный удар, если случайно каснуться в неположенном месте. С точки зрения безопасности, это один из самых безопасных высоковольтных источников, поскольку выходной ток сравним с током обычных электрошокеров. Высокое напряжение на выходных клеммах - постоянного тока около 10-20 киловольт, и если подключить разрядник, то можно получить дугу 15 мм.

Схема источника высокого напряжения

Напряжение может регулироваться изменением количества ступеней в умножителе, например, если вы хотите, чтобы оно зажгло неоновые лампы - можно использовать одну, если хотите, чтобы работали свечи зажигания - можно использовать две или три, и если нужно более высокое напряжение - можно использовать 4, 5 и более. Меньше каскадов означает меньшее напряжение, но больший ток, что может увеличить опасность этого устройства. Парадокс, но чем больше напряжение, тем менее сложным будет нанести ущерб из-за питания, поскольку ток падает до пренебрежительно малого уровня.

Как это работает

После нажатия кнопки, ИК-диод включается и луч света попадает на датчик оптрона, этот датчик имеет выходное сопротивление около 50 Ом, что достаточно для включения транзистора 2n2222. Этот транзистор подаёт энергию батареи для питания таймера 555. Частоту и скважность импульсов можно регулировать изменением номиналов компонентов обвязки. В данном случае частота может регулироваться с помощью потенциометра. Эти колебания, через транзистор BD679, усиливающий импульсы тока, поступают на первичную катушку. Со вторичной снимается переменное напряжение, увеличенное в 1000 раз, и выпрямляется ВВ умножителем.

Детали для сборки схемы

Микросхема - любой таймер серии КР1006ВИ1. Для катушки - трансформатор с отношением сопротивления обмоток 8 Ом:1 кОм. Первое, на что необходимо обратить внимание при выборе трансформатора - это размер, так как количество энергии, которое они могут обрабатывать, пропорционально их размерам. Например размером с большую монету даст нам больше энергии, чем небольшой трансформатор.

Первое, что необходимо сделать для его перемотки, это удалить ферритовый сердечник для доступа к самой катушке. В большинстве трансформаторов две части склеиваются клеем, просто держите трансформатор плоскогубцами над зажигалкой, только осторожно, чтоб не расплавить пластик. После минуты клей должен расплавиться и надо разломить его на две части сердечника.

Учитывайте, что феррит очень хрупкий и трескается довольно легко. Для намотки вторичной катушки использовался эмалированный медный провод 0,15 мм. Намотка почти до заполнения, чтоб потом хватило ещё на один слой более толстого провода 0,3 мм - это будет первичка. Она должна иметь несколько десятков витков, около 100.

Почему здесь установлен оптрон - он обеспечит полную гальваническую развязку от схемы, с ним не будет электрического контакта между кнопкой замыкания питания, микросхемой и высоковольтной частью. Если случайно пробьёт высокое напряжение по питанию, то вы будете в безопасности.

Сделать оптрон очень легко, любой ИК-светодиод и ИК-датчик вставьте в термоусадочную трубку, как показано на картинке. В крайнем случае, если не хочется усложнять дело, уберите все эти элементы и подавайте питание замкнув К-Э транзистора 2N2222.

Обратите внимание на два выключателя в схеме, так сделано потому, что каждая рука должна быть задействована чтобы активировать генератор - это будет безопасно, уменьшает риск случайного включения. Также при работе устройства вы не должны прикасаться к чему-либо еще, кроме кнопок.

При сборке умножителя напряжения не забудьте оставить достаточный зазор между элементами. Обрежьте все торчащие выводы, поскольку они могут привести к коронным разрядам, которые сильно снижают эффективность.

Рекомендуем изолировать все оголенные контакты умножителя с термоклеем или другим аналогичным изоляционным материалом и, после этого, обернуть в термоусадочную трубку или изоленту. Это не только уменьшит риск случайных ударов, но и повысит эффективность схемы путем уменьшения потерь через воздух. Также для страховки добавили кусок пенопласта между умножителем и генератором.

Потребляемый ток должен быть примерно 0,5-1 ампер. Если больше - значит схема плохо настроена.

Испытания генератора ВН

Было испытано два различных трансформатора - оба с отличными результатами. Первый имел меньший размер ферритового сердечника и, следовательно, меньше индуктивность, работал на частоте 2 кГц, а в другом около 1 кГц.

При первом запуске сначала проверьте генератор NE555, работает ли он. Подключите маленький динамик к ноге 3 - при изменении частоты вы должны услышать звук, исходящий из него. Если все сильно нагревается можно увеличить сопротивление первичной обмотки, намотав её проводом потоньше. И небольшой радиатор для транзистора рекомендуется. Да и правильная частота настройки является важной, чтобы избежать этой проблемы.