Блокинг генератор: принцип работы

Автоколебательный блокинг-генератор

Как говорилось выше, автоколебательный блокинг-генератор является наиболее распространённым. Давайте рассмотрим его устройство и принцип работы на основе простейшей схемы, которая изображена ниже

Простейшая схема автоколебательного блокинг-генератора.

Простейший блокинг-генератор состоит из транзистора VT1 по схеме с общим эмиттером, трансформатора обратной связи Т1, демпфирующей цепи в виде диода VD1, времязадающей цепочки R2C1, базового резистора R1 и сопротивления нагрузки Rн.

Рассмотрим работу блокинг-генератора на основе временных диаграмм его работы, которые представлены ниже

Временные диаграммы работы блокинг-генератора.

Первая стадия (формирование фронта импульса) начинается в момент времени t, то есть в момент включения питания либо по окончании периода предыдущего импульса. В этот момент транзистор оказывается заперт, а конденсатор С1 начинает заряжаться через резистор R2. По мере заряда конденсатора С1 увеличивается напряжение U_BE на базе транзистора VT1, что приводит к постепенному открытию транзистора и возрастанию коллекторного тока I_C. Возрастающий ток коллектора приводит к формированию ЭДС в трансформаторе и на его зажимах формируется возрастающее напряжение и ток пропорционально току коллектора транзистора VT1. Данная стадия заканчивается в момент времени t₁, когда транзистор перешёл полностью в режим насыщения.

Вторая стадия (формирование вершины импульса) начинается в момент времени t₁. После того как транзистор VT1 перешёл в режим насыщения на него уже мало влияет ток протекающий через базу транзистора, поэтому нарастание амплитуды импульса прекращается и начинает формироваться плоская вершина импульса. В данный период времени напряжение на зажимах трансформатора практически не изменяется, поэтому напряжение на коллекторе не изменяется, но так как происходит разряд конденсатора С1 уменьшается напряжение на базе транзистора VT1, а следовательно и ток базы I_b. По мере уменьшения тока базы I_b начинает уменьшаться ток коллектора I_C, но вследствие индуктивного характера коллекторной нагрузки, начинает увеличиваться ток намагничивания трансформатора, а, следовательно, и коллекторный ток транзистора VT1, в результате напряжение на коллекторе остаётся постоянным некоторое время, которое зависит от параметров трансформатора Т1.

Третья стадия (формирование среза импульса) начинается в момент времени t₂. В это время ток подмагничивания уменьшается и транзистор VT1 начинает закрываться под воздействием уменьшающегося тока базы I_b, вследствие разряда конденсатора С1. Когда транзистор полностью закроется коллекторный ток уменьшится практически до нуля и потенциал на выводах трансформатора Т1 также уменьшится, но вследствие этого в обмотках трансформатора возникнет ток обратный току коллектора I_C и соответственно току базы I_b, что приведёт к ещё быстрейшему разряду конденсатора и образованию отрицательного всплеска напряжения на базе. Отрицательный импульс напряжения на базе транзистора VT1 ещё быстрее разрядит конденсатор, что уменьшит продолжительность среза импульса по сравнению с фронтом.

Четвёртая стадия (восстановление) начинается в момент времени t₃. В это время транзистор находится в полностью закрытом состоянии. В этот период времени происходит рассеивание энергии в конденсаторе и трансформаторе, запасённой в третьей стадии работы блокинг-генератора. В этот период времени в трансформаторе могут возникать некоторые колебательные процессы (изменение напряжения до уровня U_{K max}), что в общем случае нежелательны, поэтому для предотвращения этого параллельно коллекторной обмотке трансформатора включают различные демпфирующие цепи, в данном случае эту роль выполняет диод VD1.

Альтернативная энергетика

Сторонники традиционной физики и энергетики отрицают возможность создания работоспособного генератора, оперируя существующими понятиями, законами и определениями. Приводится масса доказательств, что подобные устройства не могут существовать на практике, поскольку противоречат закону сохранения энергии.

Сторонники «теории заговора» убеждены, что расчеты генератора существуют, как и его работающие прототипы, но они не предъявляются науке и широкой общественности, поскольку не выгодны современным энергетическим компаниям и могут вызвать кризис экономики.

Энтузиасты неоднократно делали попытки создания генератора, ими построены немало прототипов, но отчеты о работе почему-то регулярно пропадают или исчезают. Отмечено, что периодически закрываются сетевые ресурсы, посвященные альтернативной энергетике.

Это может свидетельствовать о том, что конструкция в действительности работоспособна, и создать генератор своими руками возможно даже в домашних условиях.

Как сделать генератор

Чтобы собрать генератор Тесла, необходимо совсем немного. В интернете можно найти данные по сборке трансформатора генератора Тесла своими руками и схемы для запуска конструкции. На основе имеющейся информации ниже даны рекомендации, как должна быть выполнена самостоятельная сборка конструкции, и краткая методика настройки.

Трансформатор должен удовлетворять противоречивым требованиям:

• Высокочастотная свободная энергия требует уменьшения габаритов (подобно разнице в размерах телевизионных антенн метрового и дециметровых диапазонов);
• С уменьшением габаритов падает КПД конструкции.

Простой регулятор температуры паяльника

Для приличного качества проведения паяльных работ, домашнему мастеру, и тем более радиолюбителю, пригодится простой и удобный регулятор температуры жала паяльника. Впервые схему устройства, я увидел в журнале «Юный техник» начала 80-х, и собрав несколько экземпляров, использую до сих пор.

Для сборки устройства потребуются:

-диод 1N4007 или любой другой, с допустимым током 1А и напряжением 400 – 600В. -тиристор КУ101Г. -электролитический конденсатор 4,7 микрофарад с рабочим напряжением 50 – 100В. -сопротивление 27 – 33 килоом с допустимой мощностью 0,25 – 0,5 ватт. -переменный резистор 30 или 47 килоом СП-1, с линейной характеристикой.

Для простоты и наглядности я нарисовал размещение и взаимное соединение деталей.

Перед сборкой необходимо изолировать и отформовать выводы деталей. На выводы тиристора надеваем изоляционные трубочки длинной 20мм., на выводы диода и резистора 5мм. Для наглядности можно использовать цветную ПВХ изоляцию, снятую с подходящих проводов, или присаживаем термоусадку. Стараясь не повредить изоляцию загибаем проводники, руководствуясь рисунком и фотографиями.

Все детали монтируются на выводах переменного резистора, соединяясь в схему четырьмя точками пайки. Заводим проводники компонентов в отверстия на выводах переменного резистора всё подравниваем и припаиваем. Укорачиваем выводы радиоэлементов. Плюсовой вывод конденсатора, управляющий электрод тиристора, вывод сопротивления, соединяем вместе и фиксируем пайкой. Корпус тиристора является анодом, для безопасности, изолируем его.

Для придания конструкции законченного вида, удобно воспользоваться корпусом от блока питания с сетевой вилкой.

На верхней грани корпуса сверлим отверстие диаметром 10 мм. В отверстие вставляем резьбовую часть переменного резистора и фиксируем его гайкой.

Для подключения нагрузки я использовал два разъёма с отверстиями под штыри диаметром 4 мм. На корпусе размечаем центры отверстий, с расстоянием между ними 19 мм. В просверленные отверстия диаметром 10 мм. вставляем разъёмы, фиксируем гайками. Соединяем вилку на корпусе, выходные разъёмы и собранную схему, места пайки можно защитить термоусадкой. Для переменного резистора необходимо подобрать ручку из изоляционного материала такой формы и размера, чтобы закрыть ось и гайку. Собираем корпус, надёжно фиксируем ручку регулятора.

Проверяем регулятор, подключив в качестве нагрузки лампу накаливания 20 – 40 ватт. Вращая ручку, убеждаемся в плавном изменении яркости лампы, от половины яркости до полного накала.

При работе с мягкими припоями (например ПОС-61), паяльником ЭПСН 25, достаточно 75% мощности (положение ручки регулятора примерно посередине хода)

Важно: на всех элементах схемы присутствует напряжение питающей сети 220 вольт! Необходимо соблюдать меры электробезопасности

Трансформатор

Вопрос частично решается подбором диаметра и количества первичной обмотки трансформатора. Оптимальный диаметр обмотки составляет 50 мм, поэтому удобно для намотки использовать отрезок пластиковой канализационной трубы соответствующей длины. Экспериментально установлено, что количество витков обмотки должно составлять не менее 800, лучше это количество удвоить. Диметр провода не имеет существенного значения для самодельной конструкции, поскольку ее мощность невелика. Поэтому диаметр может лежать в диапазоне от 0.12 до 0.5 мм. Меньшее значение создаст трудности при намотке, а большее – увеличит габариты устройства.

Конструкция трансформатора

Длина трубы берется с учетом количества витков и диаметра провода. К примеру, провода ПЭВ-2 0.15 мм диаметр с изоляцией составляет 0.17 мм,  суммарная длина обмотки – 272 мм. Отступив от края трубы 50 мм для крепления, сверлят отверстие для крепления начала обмотки, а через 272 мм еще одно – для конца. Запас трубы сверху составляет пару сантиметров. Итого общая длина отрезка трубы будет 340-350 мм.

Для намотки провода его начало продевают в нижнее отверстие, оставляют там запас в 10-20 см и закрепляют скотчем. После того, как обмотка выполнена, ее конец такой же длины продевают в верхнее отверстие и тоже закрепляют.

Готовую обмотку обязательно покрывают сверху электротехническим лаком или эпоксидной смолой для исключения сдвига витков.

Для вторичной обмотки нужен более серьезный провод с сечением не менее 10 мм2. Это соответствует проводу с диаметром 3.6 мм. Если есть толще, то так даже лучше.

Обратите внимание! Поскольку система работает на высокой частоте, то, благодаря скин-эффекту, ток распространяется в поверхностном слое провода, поэтому вместо него можно взять тонкостенную медную трубку. Скин-эффект – еще одно оправдание большого диаметра провода вторичной обмотки

Диаметр витков вторичной обмотки должен быть в два раза больше первичной, то есть 100 мм. Вторичку можно намотать на отрезке канализационной трубы 110 мм или на любом другом простом каркасе. Труба или подходящая болванка нужны только для процесса намотки. Жесткая обмотка в каркасе нуждаться не будет.

Для вторичной обмотки количество витков составляет 5-6. Есть несколько вариантов конструкции вторичной обмотки:

• Сплошная;
• С расстоянием между витками 20-30 мм;
• Конусообразная с теми же расстояниями.

Конусообразная представляет наибольший интерес, поскольку расширяет диапазон настройки (имеет более широкую частотную полосу). Нижний первый виток делается диаметром 100 мм, а верхний доходит до 150-200 мм.

Важно! Необходимо строго выдерживать расстояние между витками, а поверхность провода или трубки нужно сделать гладкими (в лучшем случае отполировать)

Для фасада

Доборные элементы для фасада нередко называют фасонными элементами. Они представляют собой часть фасада и образуют совокупность элементов, обеспечивающих соединение и защиту проблемных участков от повреждений. Даже самая мелочь способна начать разрушение крыши или фасадной части в результате вмешательства внешних факторов.

При отделке фасада применяются следующие виды доборных элементов:

• начальная и завершающая планки, известные так же как П-образные;
• угловые планки для обустройства внешнего и внутреннего простых углов;
• угловые планки для обустройства внешнего и внутреннего сложных углов;
• Н-образная и П-образная доборные планки;
• доборные планки стыковочные;
• доборные элементы на участки примыкания.

Применение генератора

Генератор Тесла и трансформатор конструировались изобретателем как универсальные устройства для беспроводной передачи электрической энергии. Никола Тесла неоднократно проводил эксперименты, подтверждающие его теорию, но, к сожалению, следы отчетов по передаче энергии также оказались утеряны или надежно спрятаны, как и многие другие его конструкции. Разработчики только недавно начали конструировать устройства для передачи энергии, но и то на сравнительно малые расстояния (беспроводные зарядные устройства для телефонов – хороший пример).

В эпоху неотвратимого истощения запасов невосполняемых природных ресурсов (углеводородного топлива) разработка и конструирование устройств альтернативной энергетики, в том числе бестопливного генератора, имеет высокое значение. Электрогенератором на свободной энергии при его достаточной мощности можно пользоваться для освещения и отопления домов. Не следует отказываться от исследований, ссылаясь на отсутствие опыта и профильного образования. Многие важные изобретения сделаны людьми, которые были профессионалами в совершенно других областях.

Схема линейной модификации

Линейный блокинг-генератор в наше время используется в медицинском оборудовании. Отличие таких моделей заключается в том, что выпрямители у них устанавливаются высокой чувствительности. За счет этого частотность сигнала показывается очень точно. Дополнительно следует учитывать, что указанные модели обладают хорошей проводимостью. Для модификаций на 100 Гц конденсаторы используются закрытого типа.

При этом блоки питания чаще всего устанавливаются на 30 В. Параметр проводимости сигнала в данных блокинг-генераторах чаще всего колеблется в районе 3 мк. Однако модели на 120 Гц на рынке также представлены. В данном случае конденсаторы используются проходного типа, и напряжение они могут выдерживать 25 В. Показатель проводимости сигнала в такой ситуации зависит от типа выпрямителя.

Трансформатор Тесла

Многие путают понятия генератора и трансформатора (катушка) Тесла. Для разъяснений нужно остановиться на этом подробнее. Трансформатор Тесла изучен достаточно и доступен для повторения. Многие производители успешно выпускают различные модели трансформаторов как для практического использования в различных устройствах, так и для демонстрационных целей.

Трансформатор Тесла представляет собой преобразователь электрической энергии с низкого напряжения в высокое. Выходное напряжение может составлять миллионы вольт, но сама конструкция при этом не представляет высокой сложности. Гениальность изобретателя состоит в том, что ему удалось собрать устройство, использующее известные физические свойства электромагнитных полей, но при этом совершенно иным способом. Исчерпывающего теоретического обоснования работы устройства не существует до сих пор.

Трансформатор Тесла

В основе конструкции лежит трансформатор с двумя обмотками, с большим и малым количеством витков. Самое главное – отсутствует традиционный ферромагнитный сердечник, и взаимосвязь между обмотками получается очень слабой. Учитывая уровень выходного напряжения трансформатора Тесла, можно сделать вывод, что обычная методика расчета трансформатора, даже с учетом высокой частоты преобразования, здесь неприменима.

Расчёт блокинг-генератора в автоколебательном режиме

Как любая электронная схема параметры работы блокинг-генератора полностью зависят от величин элементов составляющих схему, поэтому для расчёта необходимо задаться параметрами схемы.

Для расчёта блокинг-генератора обычно задаются следующими выходными характеристиками схемы: амплитуда импульсов U_m, период прохождения импульсов Т, длительность импульса τ_i, сопротивление нагрузки R_H.

Так как в настоящее время блокинг-генераторы очень часто используют в качестве задающих генераторов импульсных блоков питания, то для примера рассчитаем простейшую схему, на основе которой можно создать импульсный блок питания.

Зададим следующие параметры для расчёта: частота прохождения импульсов F = 50 кГц, скважность импульсов Q = 0,3, амплитуда выходных импульсов Um = 5 В, сопротивление нагрузки RH = 25 Ом, напряжение питания схемы ЕК = 310 В (выпрямленное сетевое напряжение). 1.Первым этапом расчёта является определение типа транзистора, как основного элемента схемы

Транзистор выбирается по следующим параметрам: максимально допустимое напряжение UCBmax, максимально допустимый ток коллектора ICmax и предельная частота fh21e

1.Первым этапом расчёта является определение типа транзистора, как основного элемента схемы. Транзистор выбирается по следующим параметрам: максимально допустимое напряжение U_CBmax, максимально допустимый ток коллектора I_Cmax и предельная частота f_h21e.

где n_H — коэффициент трансформации из коллекторной обмотки в обмотку нагрузки.

Примем I_C = 0,02 А

Данным параметрам удовлетворяет транзистор MJE13001 со следующими характеристиками:

• • тип транзистора: NPN;
  • U_CBmax = 600 В;
  • U_BЕmax = 7 В;
  • I_Cmax = 0,2 А;
  • I_CBO = 10 мкА;
  • f_h21e = 8 МГц;
  • h_21e = 5…30;
  • r_b ≈ 200 Ом.

2.Определим величину сопротивления R1

Примем значение R1 = 390 Ом.

3.Рассчитаем параметры импульсного трансформатора. Коэффициент трансформации для выходной обмотки n_H

Коэффициент трансформации для обмотки в цепи базы n_B

где U_b – напряжение на базе транзистора VT1.

Выберем U_B = 5 В. Тогда

Индуктивность коллекторной обмотки трансформатора

где t_i – длительность импульса;

R’_H – приведённое сопротивление нагрузки;

r’_b – приведённое к коллекторной нагрузке сопротивление базы.

Определим длительность импульса и приведённые сопротивления

где r_b – внутреннее объемное сопротивление базы. Тогда

Тогда индуктивность первичной обмотки будет равна

Примем С1 = 12 нФ Сопротивление резистора R2

Примем R2 = 62 кОм.

5.В коллекторную цепь транзистора необходимо включать демпфирующую цепочку. Она позволяет ограничить всплески импульсов на трансформаторе, вследствие чего уменьшаются импульсные помехи и вероятность пробоя транзистора. В данном случае применена простейшая демпфирующая цепь в виде диода VD1, который должен удовлетворять следующим условиям

Данным параметрам удовлетворяет диод типа 1N4004.

Более подробно о демпфирующих цепях я расскажу, когда будем рассматривать индуктивные элементы и импульсные источники питания.

Подводим итоги