Портативное устройство для зарядки конденсаторов

Чтобы магнитный ускоритель масс стал полноценным оружием, его применимость не должна зависеть от наличия под рукой розетки. Для этого требуется изготовить устройство, преобразующее напряжение от нескольких батареек или аккумуляторов в высокое напряжение для заряда конденсаторов.

Существует множество разнообразных конструкций преобразователей напряжения, и у всех из них есть свои достоинства и недостатки.

Рассмотрим довольно простой, но эффективный преобразователь напряжения на основе однотранзисторного автогенератора с индуктивной обратной связью.

Нуссс, посмотрим на схему:

Как видно, на коллектор транзистора n-p-n типа через первичную обмотку трансформатора поступает ток от источника питания. При нарастании этого тока в трансформаторе возникает переменное магнитное поле, которое создает в 2х остальных обмотках ток противоположной направленности.

Транзистор ужно установить на радиатор, так как без последнего после 20-30 секунд работы схемы, на транзисторе уже можно жарить яичницу (скажу честно - про яичницу не уверен, но пальцы я себе обжег не хуже паяльника). Полученная схема обладает высокой стабильностью и устойчивостью автогенерации и дает на выходе напряжение примерно 1000-1500в и ток в 5мА, а при нагрузке – 100в (недобор напряжения вызван недостаточной емкостью конденсатора в цепи ОС).

Однако на отличный результат это никак не тянуло – расчетное выходное напряжение должно было быть 250в, а в реальности было целых полтора киловольта! Вы можете спросить – откуда же взялось лишнее, да ещё и такое больше напряжение и что с ним делать? Все очень просто. Дело в том, что закон коэффициента трансформации справедлив лишь для синусоидальных колебаний тока и напряжения! Вполне очевидно, что в данном случае колебания далеки от синусоиды. Характер колебаний в подобных схемах определяется режимом работы транзистора. Если транзистор работает в режима “А” – т.е. его входной сигнал на базе целиком укладывается в пределах линейного участка проходной вольт амперной характеристики (ВАХ), то колебания в цепи синусоидальные.

Если же входной сигнал большой и выходит за пределы линейного участка, то транзистор работает в режиме отсечки и колебания на его выходе представляют собой последовательность прямоугольных импульсов. Взгляните на графики и вам все станет понятно.

Но как все это влияет на выходное напряжение схемы? Очень просто. Как известно, ток во вторичной обмотке тем больше, чем быстрее изменяется ток в первичной обмотке, т.е. пропорционален производной от напряжения в первичной обмотке. Если производная от синусоиды тоже является синусоидой с такой же амплитудой (в трансформаторе величина напряжения умножается на коэффициент трансформации N), то с прямоугольными импульсами дело обстоит иначе. На переднем и заднем фронте трапециевидного импульса скорость изменения напряжения очень высока и производная в этом месте тоже имеет большое значение, отсюда и возникает высокое напряжение.

Достоинство это или недостаток – решать вам. С одной стороны, использование режима отсечки позволяет использовать трансформатор с меньшим количеством витков во вторичной обмотке – наматывать такой гораздо проще. Однако КПД преобразователя в режиме отсечки невысок. Чтобы транзистор работал в линейном режиме необходимо в цепь обратной связи последовательно с конденсатором и обмоткой включить резистор. Величину резистора придется подбирать – попробуйте подключить переменный резистор и увеличивать его сопротивление до тех пор, пока напряжение на выходе не уменьшится до расчетного значения. Затем измерьте сопротивление переменного резистора и взамен него поставьте постоянный на аналогичное сопротивление. КПД преобразователя в таком случае будет гораздо выше. Правда, не буду от вас скрывать, что вышеописаный способ настойки генератора малоэффективен и довольно сложен. Для эффективного решения проблемы необходимо дополнить схему цепью отрицательной обратной связи на основе стабилитрона и полевого транзистора, которая будет автоматически уменьшать коэффициент усиления основного транзистора, если напряжение на выходе превышает номинальное значение. Описывать эту схему я пока не буду (потому, как в принципе можно обойтись без этого геморроя, к тому же, ООС снизит выходную мощность), но если очень захочется - можете разработать её сами.

Так же имеет значение, какой выпрямитель вы будете использовать на выходе преобразователя. Однополупериодный выпрямитель из одного диода предпочтителен при работе генератора в режиме отсечки. Для линейного режима лучше использовать мостовой выпрямитель. Так же следует подобрать ограничительное сопротивление – если оно будет слишком велико – то время заряда конденсаторов будет очень большим, если сопротивления не будет вообще – то работа генератора может нарушаться (т.к. в момент начала заряда конденсаторов генератор фактически закорочен на выходе) и его выходное напряжение может оказаться столь малым, что зарядившись до определенного уровня конденсаторы и вовсе перестанут заряжаться дальше от генератора. На выходе сразу после выпрямителя очень неплохо поставить конденсатор на 0,1мкФ. Ведь преобразователь работает на частоте десятки килогерц, а электролитические конденсаторы нашей электромагнитной пушки обладают довольно ощутимой инертностью, поэтому "впитывают" последовательность высокочастоных импульсов гораздо хуже, чем ровное постоянное напряжение.

Кроме того, для повышения мощности преобразователя на его входе параллельно источнику питания необходимо поставить электролитический конденсатор на 220 - 470мкФ. Так же для повышения мощности можно использовать спаренный транзистор – соединить параллельно два транзистора, спаяв их выводы один к одному. Общее сопротивление транзисторов будет меньше, ток больше и мощность больше.

И напоследок кратко опишу характеристики моего преобразователя, собранного по вышеописанной схеме и работающего в режиме отсечки.

Источник первичного питания: 6 щелочных элементов Varta – суммарное напряжение 9в, ток при КЗ 11А.

Транзистор – КТ805АМ в пластиковом корпусе установленный на радиатор.

Трансформатор – на Ш - образном ферритовом сердечнике, первичная обмотка – 12 витков, вторичная – 340 витков проводом 0,2 ПЭЛ, обмотка ОС – 4 витка.

Потребляемый ток – 800мА, максимальный выходной ток при КЗ - 30мА.

Выходное напряжение при ХХ – 1500в, при нагрузке – 100в (недобор напряжения вызван недостаточной емкостью конденсатора в цепи ОС).

Эффективная выходная мощность (на основе оценки скорости заряда батареи конденсаторов от сетевого блока питания с выходной мощностью 7Вт и времени заряда конденсаторов от преобразователя напряжения) составляет примерно 0,25 Вт, Это вызвано тем, что преобразователь работает в режиме отсечки, в будущем надеюсь поднять выходную мощность до 4-5Вт.

Автор: ADF