Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Please add exception to AdBlock for elektroda.pl.
If you watch the ads, you support portal and users.

detektor Geigera-Mullera, podwajacz napięcia

htech 15 Mar 2011 20:30 6512 16
  • #1
    htech
    Level 11  
    Witam wszystkich forumowiczów!

    Mam problem z moim układem detektora wykorzystującego tubę Geigera-Mullera. Schemat z opisem znajduje się na stronie Images, wygląda następująco:
    detektor Geigera-Mullera, podwajacz napięcia

    Wprowadziłem drobne zmiany:
    1. Niektóre półprzewodniki zmieniłem na łatwo dostępne zamienniki (np. 1N914 na 1N4148, czy 2N3904 na BC547)
    2. Użyłem tuby SBM-20-1, popularna
    3. Użyłem transformatora z domofonu 220V – 12V podłączonego odwrotnie
    4. C4 i C5, czyli kondensatory podwajacza napięcia to u mnie 3,3nF/3kV
    5. Użyłem 2 diod Zenera na 200V w szeregu, co daje 400V na tubie
    6. Zmniejszyłem wartość opornika regulującego prąd tuby na rekomendowaną dla tego typu tuby

    Całość zasilam z baterii 9V, tak dla bezpieczeństwa.

    Co otrzymałem w praktyce?
    Generator przebiegu prostokątnego na bramkach NOT U1a i U1b pracuje na częstotliwości około 20kHz. Przebieg ten jest podawany na tranzystor polowy, a szybkie zmiany napięcia w połączeniu z cewką uzwojenia pierwotnego powodują pracę transformatora. Po stronie wtórnej otrzymuje takie coś (rysowane w paincie, ale dość dobrze oddaje istotę rzeczy):
    detektor Geigera-Mullera, podwajacz napięcia
    No i teraz pojawia się problem. Jak widać z rysunku, napięcie między szczytami to jakieś 200V (do zasilania tuby potrzebne jest co najmniej 400V). Zastosowany jest układ podwajający napięcie, w tym przypadku na wyjściu przewidywane jest właśnie 200V napięcia stałego. W moim układzie jednak na wyjściu panuje napięcie tylko 90V DC. Zmierzyłem napięcia na kondensatorach i wynoszą one odpowiednio 95V i 85 V. Z tego co rozumiem, w teorii napięcie na wyjściu powinno być sumą obu napięć – czyli 180V DC. Aha, uprzedzając zarzuty, kondensatory mogą mieć tak małą wartość, ponieważ przebieg ma ogromną częstotliwość. Ponadto tuba pracuje w sposób impulsowy i do pracy nie wymaga dużej wydajności prądowej.

    Co może być przyczyną takiego działania podwajacza? Czy wynika to z niesinusoidalnego przebiegu napięcia?

    Dalszej części układu nie testowałem, bo potrzebuję wpierw uzyskać to napięcie. Na pewno pochwalę się wynikami, gdy wszystko będzie już działać prawidłowo.

    Pozdrawiam


    Wklej poprawnie obrazki: https://www.elektroda.pl/rtvforum/topic595877.html
    Dlaczego nie czytałeś podobnych tematów? [Mirek Z.]
  • #2
    jdubowski
    Tube devices specialist
    htech wrote:

    Co otrzymałem w praktyce?
    Generator przebiegu prostokątnego na bramkach NOT U1a i U1b pracuje na częstotliwości około 20kHz. Przebieg ten jest podawany na tranzystor polowy, a szybkie zmiany napięcia w połączeniu z cewką uzwojenia pierwotnego powodują pracę transformatora. Po stronie wtórnej otrzymuje takie coś (rysowane w paincie, ale dość dobrze oddaje istotę rzeczy):
    detektor Geigera-Mullera, podwajacz napięcia
    No i teraz pojawia się problem. Jak widać z rysunku, napięcie między szczytami to jakieś 200V (do zasilania tuby potrzebne jest co najmniej 400V). Zastosowany jest układ podwajający napięcie, w tym przypadku na wyjściu przewidywane jest właśnie 200V napięcia stałego. W moim układzie jednak na wyjściu panuje napięcie tylko 90V DC. Zmierzyłem napięcia na kondensatorach i wynoszą one odpowiednio 95V i 85 V. Z tego co rozumiem, w teorii napięcie na wyjściu powinno być sumą obu napięć – czyli 180V DC. Aha, uprzedzając zarzuty, kondensatory mogą mieć tak małą wartość, ponieważ przebieg ma ogromną częstotliwość. Ponadto tuba pracuje w sposób impulsowy i do pracy nie wymaga dużej wydajności prądowej.

    Co może być przyczyną takiego działania podwajacza? Czy wynika to z niesinusoidalnego przebiegu napięcia?


    Po pierwsze diody zamieniłbym na szybkie.
    Po drugie - masz ten łańcuch 3 diod Zenera wpięty równolegle do podwajacza?
  • #3
    htech
    Level 11  
    Sprawdzałem napięcia na diodach i zdają się wyrabiać nawet przy takiej częstotliwości. Diody Zenera są wpięte równolegle do podwajacza, tak jak jest to na schemacie. Z resztą nie powinny mieć one wpływu na pracę układu, bo nie osiągam napięć 400V.

    Zrobiłem na płytce testowej układ samego podwajacza, aby wyeliminować wpływ innych elementów układu i efekt był ten sam. Zbudowałem też kaskade Villarda, powielającą napięcie czterokrotnie i na pierwszym kondensatorze miałem 90V, a na wyjściu zaledwie 60V.

    Niepojęte...
  • #4
    jdubowski
    Tube devices specialist
    htech wrote:
    Sprawdzałem napięcia na diodach i zdają się wyrabiać nawet przy takiej częstotliwości.


    "Zdają się" - i dlatego zastosowałbym tam diody szybkie...

    htech wrote:
    Diody Zenera są wpięte równolegle do podwajacza, tak jak jest to na schemacie. Z resztą nie powinny mieć one wpływu na pracę układu, bo nie osiągam napięć 400V.


    Moja sugestia była związana z podejrzeniem że diody mogą być np. na 20V zamiast na 200V bo w sklepie się ktoś pomylił.
  • #5
    marky1
    Level 17  
    Witam,

    Mam małą sugestię - z racji faktu, że transformatory sieciowe są wyliczone na 50 Hz i użyty rdzeń jest właśnie do takich zastosowań, może należałoby albo zmienić częstotliwość pracy na dużo niższą, albo też użyć do tego celu transformatora z zasilacza impulsowego w topologii flayback.

    Pozdrawiam,
    Marek
  • #6
    htech
    Level 11  
    Zdjęcia (może słabo czytelne) przebiegów. Po kolei: wyjście z transformatora, napięcia na diodach pierwszej i drugiej oraz napięcie wyjściowe z podwajacza.

    detektor Geigera-Mullera, podwajacz napięcia detektor Geigera-Mullera, podwajacz napięcia detektor Geigera-Mullera, podwajacz napięcia detektor Geigera-Mullera, podwajacz napięcia

    Diody zenera mają oznaczenie BZ C200 i są sporych gabarytów jak na diodę zenera, więc to nie pomyłka.

    Dziś postaram się zdobyć inne diody i napiszę jak efekty.

    Transformator to standardowy 220V / 12V małej mocy. Gdy podpinałem transformator z ładowarki telefonu (220V / 5V) uzyskiwałem mniejsze napięcie ze względu na mniejszą indukcyjność uzwojenia. Bo to chyba ono odpowiada za takie skoki napięć.

    Ktoś wcześniej pytał o to, czym mierze napięcia. Mam podręczny oscyloskop samochodowy Uni S2800.

    /edit
    Tak się zastanawiam... W końcu ten licznik jest sprzedawany jako kit. Zastosowane tam elementy są takie, jak na schemacie...
  • #7
    marky1
    Level 17  
    Witam ponownie,

    Dla mnie ten powielacz jaki jest użyty wg schematu to jakiś "dziwny" jest - spróbuj takiego rozwiązania (nazwy elementów i typ przykładowy z innego powielacza który robiłem):

    detektor Geigera-Mullera, podwajacz napięcia

    Pozdrawiam,
    Marek
  • #8
    htech
    Level 11  
    marky1 wrote:
    spróbuj takiego rozwiązania (nazwy elementów i typ przykładowy z innego powielacza który robiłem):


    htech wrote:
    Zbudowałem też kaskade Villarda, powielającą napięcie czterokrotnie i na pierwszym kondensatorze miałem 90V, a na wyjściu zaledwie 60V.


    Ja już spotkałem się z takim powielaczem, chociażby jako przykład w popularnym symulatorze.
  • #9
    twazny
    Level 26  
    Ten rodzaj podwajacza nie sprawdza się dobrze przy napięciach niesymetrycznych.
    Zrób mały eksperyment, zrób klasyczny powielacz (2-st.),pierwszy szeregowy
    kondensator na wyjściu transformatora daj o 2x większej pojemności.
    Oczywiście diody jednak szybkie.
  • #10
    marky1
    Level 17  
    To w takim razie czepić się trzeba strony pierwotnej - może MOSFET jest źle sterowany.
    Z tego co widzę jest tam wysokonapięciowy IRF830 na napięcie 500V, sterowany z 5V co może być zbyt małym napięciem dla niego do poprawnej pracy.Użyłbym np niskonaspięciowego IRLZ44 (bądź odpowiednika) który może być sterowany poziomami logicznymi, poza tym ma bardzo małą rezystancję Rds - około 0,028 ohm w porównaniu ponad ohm dla irf830 (co może również mieć wpływ na pracę w obciążeniam indukcyjnych).
    Dodatkowo przekładnia transformatora 12v/230v jest taka, że w tym układzie maksymalne napięcie przed powielaczem nie powinno przekroczyć 100V, po powieleniu dwukrotnym jest nadal za małe względem docelowych 400V.
  • #11
    htech
    Level 11  
    twazny wrote:
    Zrób mały eksperyment, zrób klasyczny powielacz (2-st.),pierwszy szeregowy
    kondensator na wyjściu transformatora daj o 2x większej pojemności.
    Oczywiście diody jednak szybkie.


    Najpierw zbudowałem prosty układ z takimi samymi wartościami kondensatorów. Otrzymałem 105V DC. Zwiększenie pojemności nic nie dało. Aha - budowałem na 1N4007, więc można to potraktować z przymrużeniem oka.

    Quote:
    To w takim razie czepić się trzeba strony pierwotnej - może MOSFET jest źle sterowany...


    Dorzucam przebiegi po stronie pierwotnej:
    detektor Geigera-Mullera, podwajacz napięcia detektor Geigera-Mullera, podwajacz napięcia

    Pierwsze zdjęcie to napięcie na transformatorze, uzwojenie pierwotne. Drugie to napięcie na bramce MOSFETu.

    Widać piki podchodzące pod 50V. Zmiany na pierwotnym są nieokresowe, nieregularne, te szpilki skaczą po wyświetlaczu oscyloskopu. Tego na zdjęciu nie widać.

    Transformator nie pracuje na 5V po stronie pierwotnej, bo w momencie otwarcia tranzystora mamy teoretycznie zwarcie (Vcc > uzwojenie pierwotne > tranzystor > masa). Jednak szybka zmiana natężenia (ograniczanego przez rezystancje uzwojenia pierwotnego) powoduje wyindukowanie się sporych napięć na tym uzwojeniu, przez co możliwe jest uzyskanie dużych napięć. Ja tak rozumiem pracę tego układu.

    Jeszcze słówko o transformatorze. Jak pisałem, podpinałem transformator 220V/5V o większej przekładni i uzyskałem 45V DC na wyjściu.
  • #12
    marky1
    Level 17  
    1.Transformator impulsowy z ładowarki ma inaczej liczoną przekładnię - nie jest to więc porównywalny test.
    2. Wg schematu VCC na transformatorze to jednak 5V.

    Ja bym jednak do testów zrobił klasyczny układ powielacza z dużo większymi pojemnościami, tak co najmniej 470 nF lub więcej, transformator do testów sterował sygnałem z generatora o wypełnieniu 50% i częstotliwością pracy 50 Hz - przy 10kHz jego sprawność może być bardzo niska i przebiegi są niemiarodajne pod nawet małym obciążeniem. Przy małym prądzie anodowym nie ma znaczenia częstotliwość - i tak dajesz stabilizację tego napięcia.

    Późniejsze podnoszenie częstotliwości pozwoli na sprawdzenie, do jakiej częstotliwości pracy ten transformator się nadaje.

    Jeśli koniecznie przetwornica ma działać na 10 kHz, to lepszym transformatorem może być mały toroid, bądź też musi zostać nawinięty na rdzeniu ferrytowym.
  • #13
    htech
    Level 11  
    Odkopałem starą ładowarkę, transformatorową. Raczej nie było tam układu przetwornicy impulsowej.

    Vcc to 5V, ale to nie oznacza, że przy naprzemiennym otwieraniu się i zatykaniu tranzystora napięcie na uzwojeniu pierwotnym skacze w przedziale 0-5V. Z resztą zdjęcie zmian napięcia na uzwojeniu jest wyżej (zwróć uwagę, że jest tam 50V/div).

    Transformator na pewno pójdzie do wymiany, bo nie uzyskam nim 400V. Postaram się zdobyć transformator z telewizora, ewentualnie sam rdzeń. Zobaczymy wtedy co będzie się działo.
  • #14
    marky1
    Level 17  
    Piki na indukcyjności są normalne. Przekładnia transformatora też się nie zmieni - tu masz do uzyskania maksymalnie 5*230/12~=95 V
    Co zresztą potwierdza pomiar na pierwszym kondensatorze.

    Jeśli masz transformator z ładowarki, zmierz skuteczne napięcie na uzwojeniu wtórnym, z tego wyliczysz przekładnię.

    Na schemacie, który podałeś nie ma żadnych informacji na temat transformatora. Używasz niewłaściwego (a dokładnie z niewłaściwą do układu częstotliwością pracy) stąd masz problem z uzyskaniem poprawnych napięć.

    A tak na marginesie - jeśli masz moduł lampy błyskowej z aparatu fotograficznego na baterie, (nawet takiego staruszka na zwykłą kliszę) to masz tam transformatorek impulsowy, który z 5V powinien dać po wyprostowaniu jedną diodą - tu jednak dioda musi być szybka i na napiecie około 1000 V i sfiltrowaniu kondensatorem (bez powielacza) mniej więcej takie napięcie, jakiego potrzebujesz.

    Samo nawijanie transformatorka ferrytowego w tym przypadku mija się z celem, lepiej użyć gotowy i napięcie wyjściowe regulować napięciem, z jakiego jest zasilany transformator bez użycia diód zenera na wyjściu wysokiego napięcia.

    Wtedy celowe jest też użycie zamiast mosfeta tranzystora NPN, który jest stosowany np w laptopowych lub monitorowych inwerterach do zasilania świetlówek - o małym napięciu CE - na przykład 2sc5707
  • #15
    User removed account
    Level 1  
  • #16
    User removed account
    Level 1  
  • #17
    htech
    Level 11  
    Witam ponownie!

    Zdobyłem trochę półprzewodników i jestem po paru testach.

    Pierwszym krokiem było podpięcie szybkich diod prostowniczych. Udało mi się zdobyć diody MUR460. Podłączyłem je do układu j/w i napięcie nieznacznie wzrosło (przed zamianą było 101V, po zmianie 110V).

    Następnie postanowiłem zmierzyć się z dobraniem częstotliwości (przy wykorzystaniu starego podwajacza, jeszcze na 1N4007). Zbudowałem na szybko generator oparty o kostkę 4046, a raczej o zawarty w niej VCO. Zacząłem mierzyć napięcia dla różnych częstotliwości i okazało się, że przy częstotliwości sterowania 180Hz, układ generuje znacznie większe napięcia na wyjściu. Było ono niestabilne, ale wahało się w przedziale 200-250V. Zdobyłem więc kondensatory o większej pojemności - 150nF/1000V. Efektem było uzyskanie około 280V na wyjściu.

    Aby podbić napięcia jeszcze wyżej, transformator zasiliłem wprost z baterii (która teraz ma z 6,8V). Napięcie sterujące nadal skacze od 0 do 5V, ale na transformatorze uzyskałem upragnione napięcie.

    Na płytce testowej mam więc taki układ:
    a) oscylator ustawiony na 180Hz na układzie 4046
    b) tranzystor sterujący IRF840
    c) transformator 220/12V
    d) podwajacz napięcia na diodach 1N4007 i kondensatorach 150nF/1000V

    Taki układ pozwala mi uzyskać 400V stałego napięcia. Mam jeszcze dwie sztuki kondensatorów wysokonapięciowych, to podwoje pojemności powielacza, aby poprawić wydajność (w tej chwili, po przyłożeniu sond miernika, napięcie powoli spada). Ciekawostką jest, że jeśli najpierw włączę układ do baterii, a potem przyłożę sondy to zabezpieczenie miernika go wyłącza. Oczywiście w układzie docelowym zastosuje też szybkie diody, aby zwiększyć poprawność układu.

    Jutro dam znać, jak efekty i czy układ pracuje tak samo na generatorze z negatorów w kostce 4049, co na VCO z 4046. Dla walorów edukacyjnych tego tematu mogę też porobić zdjęcia przebiegom dla różnych częstotliwości, pojemności, diod...