Sterownik 2N3055
Jedna z najpopularniejszych, najłatwiejszych i najbardziej nieefektywnych przetwornic do transformatora WN ;-) Składa się jedynie z bipolarnego tranzystora typu NPN, dwóch oporników i transformatora WN. Potrzebne jest zasilanie prądu stałego; taki, o mocy parudziesięciu watów i napięciu stałym wyjściowym około 12V, będzie dobry (najprostsze i zarazem efektywne rozwiązanie to zastosowanie transformatora sieciowego z żelaznymi płytkami lub toroidalnego oraz mostka prostowniczego i kondensatora filtrującego). Wadami tego układu jest awaryjność tranzystora, który otrzymuje śmiertelne szpilki wysokiego napięcia (czyli bardzo krótkie momenty, w których napięcie osiąga znacznie wyższą wartość niż roboczą
). Te szpilki są niestety konieczne - napięcie na uzwojeniu pierwotnym jest podwyższane o wartość tej szpilki, dzięki czemu mamy takie łuki, jakie powinny być. Z tego powodu tranzystor się grzeje i to bardzo, więc wskazane jest dobre chłodzenie w postaci odpowiedniego radiatora i ew. wentylatora, albo zastosować wytrzymalszy tranzystor. Łuki elektryczne, jakie uzyskałem przy tranzystorze 2N3055, opornikach 27Ω oraz 240Ω i zasilaczu komputerowym, miały długość jednego centymetra, chóć słyszałem, że innym udało się uzyskać kilkucentymetrowe. Transformator wysokiego napięcia, jakiego użyłem, kupiłem na Wolumenie. Nowy, do telewizora Unitra i kosztował 10zł. Po drobnych problemach z działaniem udało mi się zmusić przetwornicę do posłuszeństwa i uzyskać łuki, takie jak na poniższej lewej fotce i na filmie.
Jak to działa?
Odpalamy zasilacz. Napięcie wejściowe rośnie, prąd też. Najpierw płynie przez rezystor 220 omowy, po czym trafia do bazy tranzystora, ktory otwiera się. W tym momencie dwie rzeczy następują jednocześnie - prąd od zasilacza zaczyna płynąć przez uzwojenie pierwotne, a prąd bazowy maleje na tyle, by zamknąć tranzystor. Jednak zamykanie trwa na tyle wystarczająco długo, że prąd, który zdążył przepłynąć przez uzwojenie pierwotne, wyindukował pole elektromagnetyczne w rdzeniu ferrytowym. Natężenie pola zmienia się proporcjonalnie w stosunku do zmiany natężenia, a więc jest zmienne, ma kształt sinusoidalnopodobny. Zgodnie z prawem indukcji elektromagnetycznej Faradaya, zmienne pole elektromagnetyczne indukuje zmienny prąd w uzwojeniu wtórnym oraz w uzwojeniu sprzęgającym. Znów dzieją się dwie rzeczy naraz - na stronie wtórnej pojawia się impuls wysokiego napięcia, a w uzwojeniu sprzegającym prąd, który dopłynie do bazy tranzystora i go otworzy, kończąc tym samym jeden cykl. Taki cykl, zależnie od parametrów elementów, powtarza się kilkanaście lub kilkadziesiąt tysięcy razy na sekundę. Jest duża szansa, że częstotliwość zmieści się w zakresie słyszenia, tj. od 20Hz do 24kHz, a więc możesz usłyszeć nieprzyjemne piski.
Pierwszy łuk elektryczny! Yupi! Wersja do ściągnięcia
Jednym z najczęściej spotykanych problemów jest nieprawidłowo podłączone uzwojenie sprzężenia zwrotnego (to, które zasila bazę, czyli B na schemacie). Ogólnie tranzystory działają w ten sposób, że aby je otworzyć, musi zaistnieć właściwe napięcie na bazie i emiterze, zaś bipolary takie jak np. 2N3055 wymagają odpowiedniego natężenia prądu. Emiter jest podłączony do masy, więc, aby prąd przepłynął z bazy do niego, na bazie musi być potencjał dodatni. W zależności od tego, jak podłączymy sprzężenie zwrotne, ten potencjał może być ujemny albo dodatni. Jeśli będzie ujemny, prąd nie przepłynie przez bazę i tranzystor nie otworzy się. W tym przypadku wystarczy zamienić miejscami przewody sprzężenia zwrotnego, aby odwrócić polaryzację. Nieprawidłowe podłączenie nie wpływa zasadniczo na żywotność tranzystora.
Wyniki można poprawić zwiększając napięcie zasilania. Ważne jest, żeby prąd zasilania był stały. Jeśli będzie miał nieco sinusoidalną lub impulsową charakterystykę, to może się zdarzyć, że przetwornica będzie się otwierać w momentach, kiedy napięcie zasilania osiąga niską wartość. Mostek prostowniczy oraz kondensator o pojemności kilku tysięcy mikrofaradów (np. 5000µF) wystarczy, żeby zapewnić prąd prawie tak gładki jak pupa niemowlaka. Ale należy pamiętać, że zwiększając napięcie zasilania, zwiększasz także szpilki wysokiego napięcia, przez co tranzystor będzie bardziej się nagrzewać. 2N3055 nie jest dobry do wyższych lotów, a swą popularność uzyskał prawdopodobnie dzięki niskiej cenie i ogromnej dostępności. Na pewnej stronie (patrz pierwsza strona w linkach) znalazłem interesujące porównanie tranzystorów pod względem funkcjonalności w przetwornicy. Myślę, że to może być bardzo pomocne, więc je zacytuję:
| 2N3055 | 60V | 15A | 60V 15A Doesn't work worth jack |
| 2N3773 | 140V | 16A | Works OK, typical output of 7,000V |
| 2N5038 | 150V | 20A | One worked, for a second or two |
| NTE2308 | 400V | 12A | Worked great for 20 seconds, then got fried |
| NTE152 | 60V | 7A | Fried instantly |
| NTE284 | 180V | 16A | Works great, typical output of 18,000V |
| TIP120 | 60V | 5A | Fried instantly |
| TIP31 | 40V | 3A | Fried instantly |
| MJ21194 | 250V | 16A | Fried instantly |
| MJ15022 | 200V | 16A | Fried instantly |
| MJ15024 | 250V | 16A | Fried instantly |
| MJL1302A | 200V | 15A | Fried instantly |
| KSE13009 | 300V | 12A | From Fairchild, works grrrrreat!!! |
| MJE13009 | 400V | 12A | NPN 400V 12A from ON Semiconductors, seems to work well so far (probably the same "made in mexico" transistor as KSE13009). |
Z tego wynika, że warto rozejrzeć się za NTE284, KSE13009 oraz MJE13009. Niestety, z tego co przejrzałem w internecie, są trudne do dostania. Najlepiej jest je poszukać na aukcjach internetowych (np. allegro.pl, swistak.pl), w giełdach elektronicznych albo odkupić od znajomego elektronika starej daty :) Jeśli komuś uda się znaleźć dobre źródło, to byłoby miło, gdyby mi podał namiary na nie - zamieszczę je tutaj. Czeski KD503 też się nadaje - z tego co czytałem, sprawuje się lepiej niż 2N3055, ale jest trudniejszy do znalezienia. A i są tacy, co nazywają je unikatami i sprzedają za kwotę o wiele wyższą niż ile są rzeczwyiście warte.