Discussione: neutroni

Tecnonick,
per progettare un amplificatore a 40 MHz con tensioni così elevate, io avrei proceduto usando i parametri s o i parametri y (tipicamente usati quando si progettano amplificatori a radiofrequenza), perché ho il presentimento che il circuito possa mostrare problemi di stabilità.
Ad ogni modo, se tu carichi l'amplificatore con un trasformatore (o comunque con un circuito risonante) di fatto è come se tu stessi realizzando un amplificatore selettivo.
Tanto gli amplificatori a radiofrequenza quanto gli amplificatori selettivi possono avere notevoli problemi di stabilità. Di ciò me ne convinco ulteriormente alla luce del fatto che ti si bruciano i MOSFET quando aumenti l'induttanza di carico.
Ti consiglierei allora di usare un simulatore per accordare il circuito affinché risulti incondizionatamente stabile a partire dalla più bassa frequenza possibile alla quale il modello del transistore è valido fino alla frequenza di guadagno unitario. Ovviamente, oltre alla stabilità, bisogna cercare di ottenere anche la potenza in uscita desiderata! Qui sta il compromesso.

Cioa Alessio, il circuito su cui sto lavorando è simille a quello sopra ma migliorato e adeguato per erogare un pò più potenza, appena ho un attimo lo posto, però il circuito funziona bene, infatti ho controllato gli assorbimenti, ho tarato tutti i componenti, e se uso l'avvolgimento a 4 spire è perfetto. Ora, siccome abbiamo bisogno sti benedetti 50kV a 30-40mHz, avevo pensato di ottenerli utilizzanto appunto un trasformate avvolto in aria, il primario viene fatto oscillare dal circuito, le oscillazioni sono con una tensione da 50 a 250 volt circa(posso regolare la tensione come preferisco), e quindi presumevo che facendo un secondario con più spire ottenevo più tensione, e infatti se uso 4 spire accendo una lampadna da 220V quando sul primario c'è un oscillazione da 50 a 150V, se aumento la tensione la lampadina si brucia, perciò l'elevazione c'è, e la resa pure(non so in che percentuale ma è evidente), però c'è proprio quel problema di quando aumenti le spire, li non va, ma proprio non tira furi niente! Ora, lasciano perdere il circuito, consideriamo di dover costruire un trasfrmatore avvolt in aria, avendo quindi a disposizione questi valori:

induttanza primario: 1uH - numero spire 2 diametro 110mm
tensione sul primario: sinusoidale 50-250V (200v)
tensione richiesta al secondario: 50kV
frequenza di lavoro: da 30mHz a 40mHz

come fare questo trasformatore?

Questo dovrebbe fare al tuo caso : Indicazioni di calcolo per trasformatori avvolti in aria
la pagina tratta di trasformatori in aria per audiofrequenza ma la teoria è la stessa salvo gli elementi parassiti

Tieni conto anche dei problemi di isolamento del secondario e delle capacità parassite

Ciao, allora questo è l'ultimo schema sul qualestolavorando(avrò provato almeno 30 configurazioni differenti....), il trasformatore che vedete ovviamente è solo indicativo perchè è con nucleo, un terminale del secondario è collegato al positivo per far funzionare il programma simulatore, ma nella realtà non lo è, questo schema funziona bene, perchè effettivamente su quel trasformatore circola un bel pò di corrente, in questa simulazione se piazzate un antenna sul collettore del mosfet avete una portante da circa 100 watt, modificando i valori delle 3 resistenze si può arrivare fino a 6-700 watt, per andare oltre bisogna incrementare il numero dei mosfet. Il problema che ho non è tanto nel circuito oscillatore(che in varie prove si è dimostrato veramente stabile e potente), ma quanto nell'accopiare il primario e secondario avvolti in aria, e preciserei anche che questo oscillatore va a 33mHz circa, se calibro per esempio sui 10mHz riesco a sfruttare moltissima corrente anche sul secondario, pare che più si scende di frequenza e meglio va:



anche se però ho qualche dubbio sull'utilizzo dei mosfet, perchè in questa circostanza oltre al fatto che sul gate siamo vincolati dalla tensione massima di 30 volt, i mosfet lavorano bene in regime on/off, in questo caso invece lavorano in regime resistivo, infatti la tensione di pilotaggio del gate è data inizialmente dalle due resistenze poste a massa e positivo, ma poi è l'induttanza che si occupa di pilotarlo, e questa mi da una sinusoide, non un onda quadra, quindi forse sarebbe meglio utilizzare dei bjt? o magari igbt?

complimenti per la ricerca
io non mi preoccuperei tanto della tensione di gate salvo non superare quella limite e neanche della perfetta sinusoide, anche il circuito se creasse un onda quadra, a queste frequenze non è poi così difficile sopprimere le armoniche con filtri e "trappole" varie.
Probabilmente hai problemi di adattamento di impedenza tra i mosfet e il trasformatore e poi bisognerebbe verificare che col carico l'adattamento sia accettabile
Ti suggerirei di trovare una rete di adattamento "adatta"
Il tipo di circuito che stai realizzando è fondamentalmente un trasmettitore RF
Se lo trovi in rete ti consiglierei un libro che conservo dalle superiori "comunicazioni elettroniche corso di telecomunicazioni" di paul h.yung edizioni jackson (il mio è del 92)ù
la sezione circuiti dei trasmettitori è spiegata in modo semplice ma non troppo approfondito se vuoi approfondire trovi nel' hoepli "manuale di elettronica e telecomunicazioni" una bibbia sintetica per gli addetti ai lavori

se non li trovi in rete e ti interessa mandami un messaggio privato

Non so che programma usi per le simulazioni, con Microcap riesci a fare di tutto, se trovi la versione 4 scarica con le librerie poi installa la versione 7 e importa le librerie e troverai una valanga di componenti. se scarichi l'attuale versione 9, salvo caricarti gli spice non trovi componenti utili alle tue simulazioni

PS: per piacere megahertz si scrive MHz, mHz è milliHertz

Buone ricerche Ciao
Alessio

Ciao, ho capito dove sta il problema, lo schema che utilizzo non va bene, perchè la potenza di uscita è vincolata dal calo di tensione che si verifica quando applico un carico, infatti la potenza di uscita dipende dalla tensione ai capi del mosfet, questa tensione sinusoidale va nell'induttanza, passa da condensatore invertita di fase e mi alimenta il mosfet, se il carico è troppo elevato la tensione cala e inevitabilmente il mosfet non lavora più, viceversa se il carico è troppo basso e alzo la tensione per avere più potenza brucio il mosfet perchè sul gate mi arrivano impulsi superiori alla sua portata(nel caso dell'irf840 è 30 volt, me ne arrivavano da oltre 40....). Quindi questo schema potrebbe essere utilizzato soltanto nel caso si conosce a priori qual'è il carico utilizzato, a quel punto si impostano tutti i valori dei vari componenti e il circuito è molto efficiente. Mentre nel mio caso non so quanto assorbirà il carico, per tanto devo tornare al primo schema di oscillatore che avevo fatto, oggi ho fatto alcune simulazioni e direi che questa volta è davvero perfetto, stabile e molto più potente e versatile del precedente, infatti posso applicare diversi carichi, e regolarmi la potnza di uscita semplicemente variando il valore di una resistenza posta tra gate e positivo, adesso faccio tutti i miei test e se è ok posto lo schema.

Questo oscillatore non è influenzato dal carico, nel senso che la frequenza è stabile, e la potenza erogata dipende solo dall'impedenza del carico, perciò comunque anche in questo caso, se il carico non assorbe potenza questa se la mangiano i mosfet, però chiaramente, avendo la possibilità di regolare la potenza in uscita, ed avendo preventivamente calcolato quanti mosfet servono per sopportare ad esempio 1000 watt senza bruciarsi, il problema è risolto, al limite si butterà via un pò di corrente in calore, ma quello è il meno dei mali....

Hai capito bene
l'adattamento di impedenza sere proprio a dare il carico giusto ai mosfet, ne troppo alto ne troppo basso
potresti fare un oscillatorino al quarzo in prima armonica che pilota poi il finale di potenza così sei sicuro della stabilità in frequenza...
mettici gli zener sul gate ! mal che ti vada ti taglia la sinusoide ma non ti buca i mosfet finali, utilizzando un carico accordato potresti usare i finali in classe C risparmiano potenza e con un NOTEVOLE aumento di efficienza ..

Ciao
Alessio

Bene dai, male che va se non dovesse funzionale l'acceleratore ho capito come costruire un baracchino da 10 chilowatt , domani appena ho un pò di tempo inizio a fare un pò di prove, vediamo come si comporta con gli irf840, poi dopodomani mi arriva un bel mosfet da 600V 35A, e li NON devo ciularlo perchè costa un botto...... concodo sugli zener, ma è troppo bello sentire quello "stack" di quando si brucia il mosfet tu pensa che comunque li ho messi, e da 5 watt, quando mi si bruciava il mosfet è perchè mi si erano bruciati pure i due zener! capisci che picchi di tensione gli arrivavano sul gate.....

Ho provato micro-cap, direi che è ottimo rispetto a circuit maker, e sopratutto combacia almeno al 80% con le prove nella realtà, però aimè mi ha fatto notare una realtà che preferivo non fosse ho accertato con la strumentazione, fare questo alimentatore è molto più complicato di quel che prevedevo

una simulazione al 100% è utile quanto una cartina 1:1 ci sono troppe variabili da inserire

Che problematiche ti pone l'alimentatore?

Picchi di corrente ripetitivi e non ripetitivi troppo alti per i diodi? fenomeni di risonanza? lo volevi stabilizzare? ho un po di esperienza con alimentatori fino a 500-600V da qualche centinaio di Watt esistono soluzioni circuitali semplici ed efficaci per aggirare tali problematiche...

Fammi sapere che una soluzione si trova
Ciao
Alessio

Ciao alessio, grazie per il tuo appoggio, tornando all'inizio, per alimentare l'acceleratore ci serve una tensione alternata con picchi di 50kV alla frequenza minima di 30MHz, normalmente da quel che ho visto in giro, per realizzare questa alimentazione usano direttamente una tensione continua a 50kV che viene fatta oscillare mediante l'utilizzo di tubi a vuoto klistron, io volevo evitare questa soluzione utilizzando un circuito oscillatore accoppiato ad un trasformatore avvolto in aria, perchè in aria possiamo lavorare a 30Mhz, cosa che con i nuclei in ferrite non credo sia possibile. Quindi cosa avevo pensato di fare: un oscillatore che utilizza un avvolgimento sia come induttanza per il proprio funzionamento e come primario del trasformatore elevatore, quindi le oscillazioni presenti sul primario me le devo trovare sul secondario, ma di tensione elevata e chiaramente corrente bassa. Il fatto è che finchè lavoro sotto i 10Mhz si riesce a capirci qualcosa, mentre appena supero questa frequenza la potenza di uscita cala drasticamente, il mosfet non riesce più a dare per esempio 0-100 volt sul primario ma me ne da 90-100, scaldando come un forno. Allora siccome sto usando gli irf della serie a partire da 520 fino a 840, non vorrei che questi non riescano a commutare una certa potenza ad una certa frequenza, se riesci a darmi una mano è ben accetta!

Ciao cerco di dare il mio umile consiglio credo che il problema sia la Rds(on) di 0,48Hom che sembrano pochi ma consideraato le tensioni in gioco le correnti salgono e quindi serve qualcosa con una Rds più piccola almeno di un fattore quindi in torno all 0,02.. o giu di li... anche se non so consigliarti il modello...

Potrebbe essere un problema della capacità del gate, è come un condensatore, se sali di frequenza non basta pilotarlo con sola tensione, serve corrente e se la resistenza di pilotaggio del gate è troppo alta la tensione non sale ne scende abbastanza velocemente per pilotare correttamente il mosfet, dovresti provare a bufferizzare il pilota con un push-pull così puoi anche metterci una protezione per le extratensioni.

Ho costruito per altri scopi generatori di impulsi da 34-40KV (circa 35KHz) in teoria il flyback era da 60W ma in regime impulsivo l'ho "tirato" fino ad arroventare il ferro su cui si scaricava ma dopo 6 minuti di uso continuato si è fuso il secondario e il diodo EHT...
Prova con microcap!

Ciao
Alessio

Concordo sul gate, serve parecchia corrente per pilotarlo a quella frequenza, e qundi mi sa che serve fare un oscillatore, preamplificatore, e amplificatore finale, in pratica un radiotrasmettitore che al posto di essere modulato da un microfono è modulato dall'oscillatore.

Vedo che sei nottambulo anche tu!
in pratica un trasmettore CW o oscillatore di potenza, se ne trovano tanti in rete ma nessuno da 1KW o da 50Kv! continua così e scrivi vedrai che anche qualche rivista chiederà anche a te degli articoli su cose strane
magari riuscirai anche a pagarti le spese per gli esperimenti (io ci sono quasi)
Se hai idee o sviluppi fai presto, lunedì divento papà per la seconda volta
e per un po' penso non avrò molto tempo per portare avanti i miei interessi, il tuo progetto mi sembra molto interessante (mi piacciono le sfide) ma non so quanto potro' seguirlo
Ciao notte
Alessio

auguri per il nuovo bebè! vedrai che ce la faremo, ho appena finito la simulazione con micro-cap, realizzato oscillatore, push-pull e finale con irf840 a 30MHz, funziona! ho applicato un carico fittizio all'uscita del finale e non cala di tensione, VG di 0-30 volt(massimo permesso dal irf840) bisognerà fare altre prove, poi passo alla realizzazione pratica.... notte!

Ho fatto alcune prove, il generatore funziona, riesco a trasferire in modo efficiente un segnale a 30-40Mhz dal primario al secondario, purchè questi abbiano la stessa induttanza, ma quindi il problema è più grande di quel che poteva essere prima, infatti dovendo necessariamente usare la stessa induttanza è probabile quindi che i due avvolgimenti sono "accordati" per lavorare alla stessa freqeuenza, infatti mettiamo che ho il primario di 2 spire di diametro 100mm, e il secondario di 4 spire di diametro 100mm non funziona niente, perchè la prima bobina risuona ad una certa frequenza, l'altra non ha la stessa frequenza della prima, quindi non essendo in accordo non c'è trasferimento di energia dal primario al secondario. Adesso facendo due calcoli, per avere il minor numero di spire possibile e la maggior frequenza di lavoro possibile, ho optato per esempio per una spira di diametro 100mm, questa spira ha un induttanza di circa 0,3uH, ora ipotizzando che su questa spira applico una tensione alternata di 1000 volt e voglio che il secondario mi tira fuori 50000 volt avrei bisogno un rapporto 1 a 50, però per avere un secondario da 0.3uH e allo stesso tempo le 50 spire per moltiplicare la tensione è impossibile, infatti avvolgendo queste 50 spire su un nucleo ad aria, anche stando stretti stretti supero il valore di 0.3uH. Questo non accadrebbe se al posto di lavorare a 30MHz lavorerei per esempio tra 1 e 4MHz, essendo le induttanze molto più elevate risulterebbe più facile ottenere molte spire, ed ecco il principio di accordo delle bobine di tesla, che difficilmente superano i 10MHz come frequenza di risonanza.

Detto questo capisco anche perchè negli acceleratori commerciali non si fa uso di trasformatori ad aria, ma direttamente si parte da una tensione alta che viene switchata alla frequenza che ci interessa, ed ecco anche perchè è necessario utilizzare valvole come i klistron, che in questo caso fungerebbe come una sorta di mosfet oscillando e generando quindi la tensione elevata alla frequenza desiderata con pochissimi componenti.

Quindi ora non rimangono molte strade, infatti scendendo di frequenza siamo vincolati ad aumentare la lunghezza delll'accelleratore, che nel caso della frequenza sui 10Mhz sarebbe già di 10 metri, quindi bisogna recuperare un bel valvolone e farlo oscillare a 30-40MHz con tensione a 50kV.

Intanto oscilla a 30 MHz!

non ti resta che studiarti la bobina di Tesla per salire in tensione:
In un trasformatore convenzionale, le spire sono molto vicine tra loro, e il guadagno di tensione è limitato al rapporto dei numeri di giri delle spire. Comunque, il guadagno di tensione di un trasformatore risonante come una bobina di Tesla può essere significativamente più grande, poiché è proporzionale alla radice quadrata del rapporto delle induttanze secondarie e primarie. La bobina trasferisce energia da un circuito risonante che oscilla (il primario) all'altro (il secondario) su un numero dei cicli di RF. Appena il primario trasferisce energia al secondario, la tensione di produzione secondaria aumenta finché tutta l'energia primaria disponibile è stata trasferita al secondario (con buona efficienza). Anche con perdite di scariche elettriche significative una bobina di Tesla ben progettata può trasferire oltre l'85% dell'energia immagazzinata inizialmente nel condensatore primario al circuito secondario.

in bocca al lupo che ci sei quasi
Alessio

ciao Alessio, non riesco a comprendere il guadagno in tensione da come lo descrivi tu, cioè, io sono rimasto al principio del rapporto delle spire, mentre qui la cosa cambia da quel che dici, mi sapresti dare qualche link dove poter capire questo concetto? perchè ho fatto molte ricerche, ma non so come sia possibile elevare la tensione pur avendo induttanze di valore differente e mantenendo la stessa frequenza del primario sul secondario.

Aposto, ho visto come si comportano le induttanze in questo caso, nulla hanno a che vedere con un trasformatore, anche con numero di spire inferiore si ottiene tensione superiore, basta regolare la capacità del condensatore in modo da ottenre una reattanza superiore al secondario, in effetti oggi avevo fatto alcune prove e notavo che con 2 spire al primario e tensione 40 volt, con una sola spira sul secondario riuscivo ad accendere 20 led verdi da 3,6 volt.

Mi metto sotto con le ricerche..... se avete link, formule etc sono ben accetti!

chiedi all'utente teslacoil, in rete ci sono anche programmi di dimensionamento con la frequenza di lavoro ma non ho i link sottomano. ciao
Alessio

Se non erro, l'induttanza di un avolgimento può essere contrastata mettendo un condensatore in parallelo, però si dovrebbe calcolare la capacità del condensatore.

Sarebbe il circuito classico LC, ma ho dimenticato come si facevano i calcoli.

Quei tipi di calcoli li facevo 30 anni fa, quando andavo alla scuola di periti elettronici.

m.... le cose sono un pò complicate per me che poco ricordo e poco ho studiato la sezione a radiofrequenza, anche perchè poi tra l'altro mi trovo per esempio pareri discordanti tra i due espertoni di questa materia, ovvero il buon teslacoil che non risponde mai ai messaggi e il buon lawrence, qui si vede una loro discussione dove lawrence afferma che quel che conta è il rapporto di spire mantenendo un accoppiamento il più efficiente possibile, mentre poi si ha il tesla che afferma il contrario, per poi finire in un silenzio che ti fa solo restare in dubbio, ecco il loro dibattito:

Tesla coil a valvole. - Teslamaniacs

dal canto mio, quel che ho potuto verificare nella PRATICA è che la teoria più precisa è quella di teslacoil, infatti utilizzando un rapporto 2 a 1 ottengo una tensione più elevata rispetto al rapporto 2 a 2, ho anche provato a mettere in parallelo al secondario dei condensatori variabili, notano effettivamente una LIEVE variazione di tensione, ma che comunque risulta sempre maggiore nel caso dell'accoppiamento 2 a 1.

Originariamente inviata da tecnonick

Ciao alessio, grazie per il tuo appoggio, tornando all'inizio, per alimentare l'acceleratore ci serve una tensione alternata con picchi di 50kV alla frequenza minima di 30MHz, normalmente da quel che ho visto in giro, per realizzare questa alimentazione usano direttamente una tensione continua a 50kV che viene fatta oscillare mediante l'utilizzo di tubi a vuoto klistron, io volevo evitare questa soluzione utilizzando un circuito oscillatore accoppiato ad un trasformatore avvolto in aria, perchè in aria possiamo lavorare a 30Mhz, cosa che con i nuclei in ferrite non credo sia possibile. Quindi cosa avevo pensato di fare: un oscillatore che utilizza un avvolgimento sia come induttanza per il proprio funzionamento e come primario del trasformatore elevatore, quindi le oscillazioni presenti sul primario me le devo trovare sul secondario, ma di tensione elevata e chiaramente corrente bassa. Il fatto è che finchè lavoro sotto i 10Mhz si riesce a capirci qualcosa, mentre appena supero questa frequenza la potenza di uscita cala drasticamente, il mosfet non riesce più a dare per esempio 0-100 volt sul primario ma me ne da 90-100, scaldando come un forno. Allora siccome sto usando gli irf della serie a partire da 520 fino a 840, non vorrei che questi non riescano a commutare una certa potenza ad una certa frequenza, se riesci a darmi una mano è ben accetta!

Ti confermo, carissimo tecnonick, che con i MOS che citi non puoi arrivare a quella frequenza. A piena potenza direi al massimo 1 MHz, nota che Ton + Toff
per un IRF520 è di circa 100 ns (10Mhz). Quindi a 10 MHz il MOS dissipa tutto su se stesso a causa dei tempi necessari alla sua stessa commutazione.
Riguardo al raggiungimento di una tensione così elevata ... non è difficile ... basta adottare più salti di impedenza. Un circuito molto popolare fra gli audiofili autocostruttori era quello di un tweeter a plasma con l'oscillatore transistorizzato (non ricordo la marca forse Altec Lansing). Lo stadio di adattamento di impedenza fra il finale RF era costituito da un pi-greco a tre stadi per trasformare i circa 10 Ohm di uscita del transistor nei kiloOhm necessari per avere una altissima tensione adatta quindi ad innescare il plasma. La regola è sempre AltaTensione=AltaImpedenza. Come raggiungere l'impedenza di carico alta o altissima ... si può fare in vari modi, come la bobina di Tesla per rapporto spire o con reti di adattamento opportune come nel tweeter a plasma.
In generale l'autocostruzione a transistor o FET è molto più delicata che con i tubi. Il minimo errore porta quasi sempre alla distruzione del finale di potenza, i tubi non hanno di questi problemi (ne hanno però altri come le alte tensioni necessarie ai vari elettrodi). Detto questo ti posso guidare alla costruzione mettendo bene in chiaro che essa richiede notevole esperienza nel campo RF e non solo ...

Ciao Elektron! grazie per il tuo contributo! sono tutto orecchie!

come dici tu avevo molti dubbi sull'utiliuzzo di questi mosfet, proprio per via del loro tempo di commutazione, però siccome in realtà gli impulsi che giungono sul gate non sono "impulsi" ma è una sinusoide di 0-30 volt circa, generata da un oscillatore a sua volta applicato ad un preamplificatore, allora ho pensato che forse un tentativo si poteva fare, ma in effeti l'energia che mi trasferisce il mosfet sulla spira rispetto a quella che si mangia è davvero poca. Adesso vorrei iniziare a capire come elevare la tensione sul secondario, perchè dalle tante letture che ho fatto non l'ho ancora capito, non riesco a trovare un documento che lo spiega in modo preciso, purtroppo non ho esperienza su radiofrequenza perchè non l'ho mai ritenuta un campo di mio interesse, ma oggi mi pento di questo, perchè adesso che lo sto masticando capisco quanto sia importante conoscerne le basi, basi che mi risultano molto difficili da assimilare senza avere un buon professore che spiega nei minimi dettagli. Però adesso devo tralasciare un attimo questi studi perchè devo realizzare questo generatore da 50kV a 30Mhz e il tempo che ho a disposizione non è molto, se mi dedicherei allo studio mi sa che non mi basterebbe un anno per finirlo. Quindi ti sarei molto grato se mi daresti qualche dritta, vorrei capire bene il concetto dell'elevazione di tensione non in rapporto alle spire ma in rapporto alle impedenze, l'accoppiamento tra primario e secondario, e sopratutto il rendimento di questa trasformazione, perchè in uscita abbiamo bisogno una certa potenza, che a 50kV dovrebbe essere per iniziare di almeno 4-500 watt.