Geradores de Altas Tensões (parte 1 - Flybacks)

Transcrição

1 Geradores de Altas Tensões (parte 1 - Flybacks) Afinal, o que é um transformador "flyback"? Simplificando bem, há apenas dois tipos de flybacks: aqueles de saída em CA e os de saída em CC. Aqueles de saída em CA (ou AC, se preferirem) são simples transformadores com núcleo de ferrite; entra AC, sai AC. Os de saída em CC (ou DC) incluem diodos retificadores além de estágios multiplicadores em seu interior; alguns incorporam até potenciômetros (esquema a seguir). Transformadores flybacks AC são encontrados em antigos televisores (ilustração no título) e os componentes pertencentes aos retificadores, multiplicadores, etc., são montados separados do flyback. Tais flybacks (AC) são os mais indicados para a montagem de lâmpadas de plasma, uma vez que elas só funcionam com altas tensões AC. Circuito típico (flyback para TV a cores) Especificações típicas Gama de tensão de saída: 10 a 30 kv

2 Gama de corrente de saída: 4 a 15 ma Frequência de acionamento perto de 15 khz (como componente de televisor) Frequência de acionamento entre 30 e 150 khz (como componente de monitor) Função típica Os flybacks suprem a alta tensão para os tubos de raios catódicos (TRC) dos televisores e monitores. Eles são acionados (diz-se 'driven', em inglês) por forma de onda em 'dente de serra' na frequência do sinal de vídeo. É parte integrante do circuito de deflexão horizontal, cujo feixe varre a tela da esquerda para a direita, voltando muito rapidamente para a esquerda ao final do percurso. Nos televisores de padrão NTSC esta frequência é de Hz e no padrão PAL M é Hz. Nos monitores para computador tal frequência varia geralmente entre 30 khz e 150 khz. Conhecer a frequência para a qual o flyback foi projetado (assim como o transistor usado no seu acionador) é um largo e produtivo passo no projeto de um circuito de acionador de flyback. Acionadores de flybacks Tendo-se em mãos um transformador flyback e alguns componentes bastante comuns (para os acionadores) podemos montar bons circuitos para gerar altas tensões. O mais simples dos acionadores (projeto 1) serve tanto para flybacks AC como DC. Em alguns casos até mesmo os enrolamentos primários do flyback (devidamente identificados) podem ser usados nos acionadores; a maioria deles, todavia, requer alguns enrolamentos extras sobre o núcleo de ferrite exposto, para aumentar a potência. Projeto 1 - Oscilador Hartley + flyback Para quem vai iniciar seus experimentos com lâmpada de plasma, chifre elétrico, bobina de Tesla transistorizada, experimentos com eletrostática, etc., eis o circuito mais indicado. Ele utiliza um só transistor NPN (2N3055) e um flyback, no qual se acrescentou dois novos enrolamentos na perna central livre: um com duas ou três espiras de cabinho 22, capa plástica e outro com quatro a sete espiras de fio 18, capa plástica. O terminal de alta tensão pode ser ligado a um dos terminais de uma lâmpada incandescente comum de 100 ou 200W (mesmo que tenha o filamento queimado/quebrado). Uma bonita e funcional lâmpada de plasma!

3 Lembre-se, nas condições descritas acima, a alta tensão de saída é alternada! A retificação desta tensão implica no acréscimo de diodo retificador para alta tensão e capacitor de alta isolação. Apesar de popular este circuito é um tanto instável; o 2N3055 tende a desligar com certa facilidade, especialmente quando alimentado com mais de 12 Vcc. A culpa não é do flyback e nem dos enrolamentos feitos em sua perna livre; o culpado é o transistor! Uma solução para o problema é usar o transistor original que acionava o flyback. Projeto 2 - Circuito oscilador push-pull e flyback Esse é, provavelmente, o mais 'típico' dos circuitos osciladores, que usa flyback para gerar altas tensões. É a versão 'duplicada' do Projeto 1. Você facilmente o encontrará pela WEB nos bons sites dedicados à Eletrônica. Ele incorpora dois transistores de potência NPN (2N3055) na configuração de um oscilador em 'push-pull'. Nada há de crítico para os valores das resistências dos resistores e suas potências, desde que não se estenda por demais os tempos de usos.

4 O circuito aceita para sua 'alimentação' desde 6 VCC até algo pouco acima de 24 VCC. Todavia, nesse extremo, não devemos exceder o tempo de uso para além de poucos minutos, sob o risco de queimar o flyback e transistores. Recomendamos que fique nos 12 Vcc, bem filtrado! Existem velhos flybacks de receptores de TV valvulados e mesmo branco/preto que se adaptam perfeitamente a esse projeto. Deles só iremos usar o núcleo de ferrite e o enrolamento de alta tensão; tanto o enrolamento primário (5 + 5 espiras, com center-tap CT), como aquele da re-alimentação (2 + 2 espiras, também com center-tap CT) devem ser feitos pelo construtor. A fonte de alimentação para esse gerador de alta tensão deve prover a intensidade de corrente necessária para cada d.d.p. utilizada (6 a 24 V). Essa fonte deve estar dotadas de bons retificadores, capacitor de filtro e mesmo o uso de um "choque" é recomendável. O enrolamento primário é feito na perna do núcleo, oposta àquela da alta tensão, e consiste de 10 espiras de fio rígido de 1 mm esmaltado ou encapado, com 'center tap'; o enrolamento de re-alimentação (feedback) é feito sobre o enrolamento primário e consta de 4 espiras de fio rígido de 0,5 mm esmaltado ou encapado, com 'center-tap'. Se ao aplicar a tensão de alimentação não se detetar produção de alta tensão no enrolamento devido, mas constatar drenagem de corrente, deve-se inverter os fios dos enrolamentos de feed-back que vão às bases dos transistores, para se ajustar adequadamente as fases para promover as oscilações. Os transistores 2N3055 pode (e até tem certas vantagens, em alguns casos) ser substituído por aqueles de saída horizontal de TV. Também podem ser usados transistores do tipo PNP, desde que se inverta as polaridades de entrada de tensão no oscilador. Se a tensão de alimentação não superar os 12 V, os resistores do divisor de tensões para as re-alimentações podem ser de 100 ohms e 20 ohms. Todavia, como em toda montagem 'caseira', a experimentação, com o intuito de melhorar o desempenho, é sempre o recomendado.

5 Esse circuito, dependendo do flyback utilizado e dos transistores, trabalhará muito bem, fornecendo de 15 a 40 kv e poderá ser usado em experimentos tais como: chifre elétrico, lâmpada de plasma, bobina de Tesla transistorizada, etc. Todavia, vale a observação do projeto anterior --- problemas? --- o culpado é sempre o transistor! Use outros melhores que o 3055 ou, de preferência, o tipo usado no flyback originalmente. Projeto 3 - Circuito oscilador push-pull, flyback e retificador triplicador O Projeto 2, como vimos, fornece saída em AC. A retificação e multiplicação desta saída, para obtenção de DC, pode ser efetuada mediante um 'triplicador de tensão comercial'. Este projeto é basicamente o mesmo anterior ao qual se acrescenta o capacitor C2 e o triplicador de tensão. Projeto 4 - Oscilador c/ MOSFET, CI-555, 2N2222 Esse é outro bom e eficiente circuito gerador de alta tensão usando flyback. O circuito usa um MOSFET; um CI-555 (timer) para lançar pulsos com ondas quadradas sobre o 2N2222 e um ramo capacitor - potenciômetro para o devido ajustes dessas freqüências. O 2N2222 comanda a porta do MOSFET e esse, por sua vez, controla os pulsos agudos para o enrolamento extra de 10 espiras efetuado no flyback.

6 Um acurado ajuste em ambos os potenciômetros permitirá a obtenção de compridos arcos elétricos no terminal de alta tensão. A fonte de alimentação para tal circuito poderá fornecer desde + 12 VCC até +15 VCC, sob corrente de 3 A. O MOSFET requer bom dissipador de calor. Se usar o aparelho por algum tempo para demonstrações em Salas de Aula ou Feiras de Ciências escolares, e perceber que o MOSFET está esquentando muito, recomenda-se a inserção de um resistor de 4 ohms (se a fonte fornecer 12 V) ou de 5 ohms (se a fonte fornecer 15 V ou mais), entre o terminal 'fonte' do MOSFET e o enrolamento primário do flyback. Dê preferência a flybacks mais antigos com o enrolamento de alta tensão em forma de 'rosca' (toróide) e não aos mais modernos com tal enrolamento 'cilíndrico'. Projeto 5 - Oscilador com trafo comum de alimentação Este oscilador permite obter, a partir de pequena tensão contínua (3 a 6V), uma alta tensão alternada, com baixa corrente. O transformador pode ser um comum para alimentação, com primários de 0/110/220V e secundários para qualquer uma das tensões 3/6/9/12V onde, nesse oscilador, o secundário é quem vai ligado ao circuito e oprimário é de onde se recolhe a alta tensão.

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