Mini SSTC IV

Jednoduché zapojenie malého SSTC s jedným tranzistorom vhodné aj pre začiatočníkov a pre menšie výkony bez nutnosti merania osciloskopom. Napájanie cez transformátor do 48V bez sieťového napätia 230V priamo v obvode.

      Jednoduché zapojenie malého SSTC s jedným tranzistorom vhodné aj pre začiatočníkov a pre menšie výkony bez nutnosti merania osciloskopom. Nepracuje sa tu so sieťovým napätím, SSTC je napájaný cez 48V transformátor. Zároveň je to aj najvyššie odporúčané napájacie napätie 48V AC. Inšpirácia postaviť takéto zapojenie prišla od kamarátov z Crazy Electronics (klik).

      Sekundárna cievka môže byť v rozsahu od stoviek kHz po jednotky MHz. Ja som cielene napočítal sekundárnu cievku na 1MHz cez JavaTC. Vyšlo to na 490z vodičom priemeru 0,25mm na rúre 6,3cm o výške vinutia 13,5cm. Trafil som sa dosť presne, osciloskop ukazuje meraním so sondou vo vzduchu vedľa SSTC 1,05MHz. Dole pre ukážku výpočet cez JavaTC, počítal som to o trochu vyššie, pre pokles rezonančnej f0 vplyvom kapacity výboja. To bol už len odhad od oka.

      Tranzistor je asi najlepšia voľba overená odolná klasika IRFP460 alebo iný s UDS aspoň 500V. Rezonančný kondenzátor paralelne na tranzistor musí byť dostatočne odolný. Ja používam KVI-3 ruské keramické doorknob kondenzátory. Použil som KVI-3 3n3/10kV. Je nutné trochu experimentovať s kapacitou asi v rozsahu 2nF až 5nF (aj podľa frekvencie, ja bežím na 1MHz).

      Spätná väzba sa v tomto prípade SSTC získava priamo zo studeného konca sekundárnej cievky pripojenej na G tranzistora. Studený koniec sekundárnej cievky sa správa, ako zdroj prúdu. Vzniká úbytok napätia na impedancii medzi studeným koncom sek. cievky a zemou (v schéme pripojenie na PE). Zároveň úbytok na reaktancii CGS tranzistora IRFP460. Úbytok na reaktancii CGS môže byť prakticky medzi jednotkami V až po desiatky V.

      Ochrana G tranzistora pripojením kapacity alebo RC člena medzi G-S. Toto zapojenie som pôvodne prevádzkoval bez pripojeného RC člena (R4+C3), čo pri menšom výkone to fungovalo úplne v poriadku a bez problémov. Takto to mám zapojené aj na prvom videu na YouTube. Napätia UGS a UDS som však už kriticky lízal na hranici a pri vytočení autotransformátora na 48V už ich aj prekračoval, len vďaka odolnosti IRFP460 to hneď neexplodovalo, ale bežalo ďalej. Vzhľadom nato, ako pracuje spätná väzba je vhodné upraviť a znížiť napätie UGS pripojením ďalšej externej kapacity medzi G-S tranzistora. Dobre mi fungovala kapacita 2n2 a ešte lepšie 470p priamo na G-S. No ešte lepšie mi funguje RC člen 22R+100n na G-S. Okrem zníženia napätia UGS to posúva aj fázu spínania, posúva sa fáza voči prúdu sekundárnou cievkou a takto sa zlepšila aj účinnosť zapojenia. Následne sa aj znížilo napätie UDS  a zvýšil sa príkon z predošlých 240VA na 330VA. Nehovoriac, že sa ešte predĺžili a zhrubli výboje. Pravdaže takéto dolaďovanie si už žiada aj osciloskop, no v základe tam stačí dať kondenzátor asi v rozsahu 470p až 2n2 alebo skúsiť RC člen a trochu experimentovať. Samotná kapacita by mala byť menšia alebo rovnaká, ako je vstupná kapacita tranzistora. Ak sa to nebude hnať do extrémov, pôjde to aj bez osciloskopu. Dole sú aktuálne priebehy s RC členom pri danom zapojení.

      Spúšťanie SSTC. Trimer R3 sa vytočí na 0V, teda uzemní. Pripojí sa plné napájacie napätie resp. na začiatok nižšie pre skúšku a až následne sa vytáča trimer. Trimrom sa nastaví vhodné predpätie tranzistoru podľa charakteru a zvuku výbojov, nie je nutné merať osciloskopom. Nastaví sa trimer pre maximálne výboje, čistý chod podľa sluchu a bez výpadkov oscilácií. Pri pretočení trimra na ešte vyššie napätie nastavajú výpadky oscilácií, zákmity a vysoké špičky na tranzistore. Dá sa to pekne podľa sluchu nastaviť. Ak sa obvod nerozkmitá, prehodiť naopak primárnu cievku.

      Meranie osciloskopom, tu ešte musím upozorniť pri meraní na draine tranzistora. Je tam napätie bežne okolo 500V, čo by teoretický ešte nebol problém pri sonde do 600Vpk. Problém je vysoká frekvencia v mojom prípade až 1MHz ! So stúpajúcou frekvenciou klesá max dovolené merané napätie so sondou. Ja som tu používal VN sondu 2,5kV X100 300MHz.



Prvá verzia bez RC, menší výkon

      Zopár fotiek ešte z prvej verzie, kedy som neriešil žiadne ochrany do G tranzistora. Na menšom výkone to fungovalo spoľahlivo a stabilne. No pri pokusoch o väčší výkon a zvýšení napájania nad 48V AC sa tranzistor krásne rozlúčil. Už som drasticky prekročil UGS a UDS. Na malé výkony a nižšie napájanie je toto tiež OK pre svoju jednoduchosť. Posledná fotka, je fotka, nie snímok z videa.



Výber fotiek výbojov hotového SSTC

      Posledné štyri fotky sú pri 31V jednosmernom napájaní z laboratórneho zdroja. Výboj je malý a syčivý. Napájam to cez sieťový filter, dva cievky na feritovom jadre (vidieť na fotke). Na ostatných fotkách pekne vidieť hrubé a chlpaté výboje od veľkého kapacitného prúdu vo výboji pre vysokú frekvenciu 1MHz.  



Tlejivky s neónom, stabilizátory a xenónový had



Klasická plazmová guľa pri 1MHz

      Bežnú farbu plazmy tejto plazmovej gule si môžete pozrieť tu, potom pri vyššej frekvencií 7,8MHz a nakoniec ešte pri 11MHz (neskôr spravím nejaké porovnanie, keďže sa mi už tie fotky hromadia). SSTC bol napájaný 31V z laboratórneho zdroja pre čisté DC.



Videá

      Prvé video (#1/2) bez RC člena a trochu menšom výkone. Okrem ukážky výbojov aj ukážky plazmovej gule zo žiarovky, veľké tlejivky s neónom, elektrónkové stabilizátory s neónom, xenón a vodíkový variátor.

   Druhé video (#2/2) už finálnej verzie. Klasika výboje a ukážky priebehov z osciloskopu, testovanie DC prevádzky napájania z laboratórneho zdroja a nakoniec klasická plazmová guľa pri 1MHz.



21.2.2021

Finalizácia

      Tento jednoduchý bastl dostal už aj svoju finálnu podobu. Bola by škoda, aby to ostalo len ako hniezdo súčiastok pohodené na stole a potom niekde na polici. Tak som to vrabčie hniezdo presunul (doslova) na väčší CPU chladič a spravil z toho takúto konštrukciu. Pri tomto SSTC v CW režime napájania sa úplne perfektne ionizujú plyny v rôznych bankách. Tlejivky, žiarivky, žiarovky a všelijaké možné banky plnené plynmi.  

      Primárna cievka je naschvál len takto jemne upevnená na plastovej tyčke. Totiž dosť silno závisí účinnosť a veľkosť výbojov od polohy primárnej cievky. Presným posunom primárnej cievky sa dá pekne doladiť SSTC a nechcel som to na pevno zafixovať. Samotný použitý drôt 2,5mm2 je dostatočné pevný, aby držal svoj tvar a polohu.

      Rezonančný kondenzátor 3n3 KVI-3 bol pre svoju veľkosť vymenený za dva kusy 8n2/2000V TESLA TC344 v sérií. Tieto kondenzátory TESLA TC34* sú taktiež impulzné a vhodné pre dané použitie a všeobecne pre Teslové transformátory.

      Tranzistor IRFP460 je na chladiči pripevnený cez tenkú keramickú podložku a z oboch strán procesorová teplovodivá pasta MX-4, ktorej mi ešte kúsok ostalo, ako zvyšok po peltierových článkoch z hmlovej komory.

      Napájať SSTC je možné buď z laboratórneho zdroja 30V/10A alebo z dostatočne výkonného sieťového transformátora 48V AC. Odber zo zdroja 30V resp. 31V bol až k 8A a bežne bez záťaže rukou, šiel odber okolo 7A, pekne vidieť na videu dole.

      Uzemnenie na PE, daný obvod SSTC sa musí uzemniť na PE, teda kolík v zásuvke ! Nezabudnúť nato nielen pri transformátore, ale aj pri neuzemnenom GND laboratórneho zdroja. Výboj zo sekundárnej cievky sa uzatvára kapacitne voči okoliu do zeme a do druhého studeného konca sekundárnej cievky, preto nemôže spodok zapojenia ostať visieť bez zemného spojenia.

      Chladič hrotu, tentokrát pre možnosť dlhodobého CW chodu dostal tento TC aj medený chladič na hrot. Strihnutý Cu plech a vhodne ohnutý, do neho je zapichnutý 2,5mm2 drôt, ako hrot. Chladič funguje perfektne a rezonančnú frekvenciu to znížilo len minimálne, stále som tesne nad 1MHz.