Gerador de alta tensão com DIAC (ART964)

O circuito apresentado pode funcionar como eletrificador de cercas, como gerador de MAT para ionizadores, ozonizadores, purificadores de ar e de água, filtros eletrostáticos, para experiências de física (eletrostáticas) e em muitas outras aplicações em que se deseja obter de modo seguros tensões que vão de 600 V a 30 000 V.

Descrevemos um circuito seguro para a produção de alta tensão a partir da rede de energia usando um oscilador isolado de baixa frequência com base num diac e num SCR.

Dependendo do transformador usado a alta tensão gerada pode ficar entre 600 e 30 000 volts o que leva o circuito a poder servir de base para muitos projetos interessantes como:

a) Com transformador comum de 220/110 V:

Nesta aplicação a forma de onda dos pulsos gerados pode elevar a tensão a picos de 600 V mesmo com um transformador de 110/220 V comum.

Podemos usar o aparelho para excitar lâmpadas fluorescentes e neon gerando pulsos de sinalização ou ainda servir como excitador de nervos em experimentos de biologia.

Nesta mesma aplicação o aparelho pode ser usado como um eletrificador de cercas para uma cerca pequena que não supere uns 50 ou 60 metros.

b) Com bobina de ignição de carro:

Nesta aplicação o circuito vai gerar pulsos de tensão que estarão na faixa de 1 000 a 6 000 volts tipicamente dependendo da bobina usada, do ajuste de P1 e também do capacitor C1.

Podemos usar este circuito para experimentos de física que envolvam campos eletrostáticos, como ionizador e ozonizador acrescentando as etapas de retificação e os eletrodos e até mesmo num purificador de água.

Outras aplicações envolvem a influências de tais campos no crescimento de plantas etc.

c) Com flyback de TV:

Neste caso temos as maiores tensões que vão ficar na faixa de 6 000 a 30 000 volts dependendo de diversos fatores como por exemplo o tipo de flyback usado, o ajuste de P1 e até mesmo o valor de C1.

Podemos usar esta alta tensão em experimentos de eletrostáticas como base para ionizadores e filtros eletrostáticos e até mesmo para fotografia Kirlian.

Evidentemente, depois que a alta tensão for gerada, o tipo de circuito a ser empregado depende do que o leitor deseja. No decorrer do artigo daremos algumas sugestões.

O circuito funciona tanto na rede de 110 V como 220 V e apresenta um consumo relativamente baixo, da ordem de 10 W no máximo o que permite que ele seja usado em aplicações em que deva ficar permanentemente ligado sem problemas de gastos de energia apreciáveis.

COMO FUNCIONA

O que temos basicamente é um oscilador de relaxação que usa um diac como elemento de resistência negativa básico e um SCR para o controle a carga de alta potência.

A tensão da rede é retificada por R1 e ao mesmo tempo que carrega C1 via enrolamento de baixa tensão do transformador, também carrega lentamente o capacitor C2 via R2.

A carga de C2 ocorre até o momento em que a tensão de disparo do diac, da ordem de 30 V é alcançada. Este componente tem uma característica de resistência negativa, ou seja, diminui abruptamente de resistência quando a tensão em seus terminais atinge certo valor.

Neste momento o capacitor C2 descarrega-se via diac e SCR disparando o SCR.

Em consequência do disparo o capacitor C1 tem suas armaduras curto-circuitadas descarregando-se via enrolamento primário do transformador de alta tensão.

O resultado disso é a indução de um pulso de alta tensão cujo valor depende tanto das características do transformador usado como da carga armazenada em C1. Quanto maior for o valor de C1 maior será a intensidade do pulso em termos de potência (tensão x corrente).

Valores na faixa indicada no diagrama são recomendados já que acima disso pode ocorrer uma corrente de pico de descarga excessiva pelo SCR colocando em risco sua integridade.

Uma vez que ocorra a descarga de C1 a tensão no SCR cai abaixo do ponto de manutenção e este componente desliga o mesmo ocorrendo com D2 que volta depois da descarga de C1 ao seu estado de alta resistência.

Começa então um novo ciclo de carga e um novo pulso é produzido depois de alguns instantes.

A taxa de repetição dos pulsos depende do valor de R1 e também de R2 e pode ser ajustada de modo sensível em P1. Os componentes foram calculados de modo a serem produzidas algumas pulsações por segundo, mas isso pode ser alterado tanto com a redução de R1 como de C2. Para R1, entretanto não recomendamos valores menores que 470 Ω na rede de 220 V e 270 Ω na rede de 110 V. Este componente já dissipa uma boa potência e valores menores significariam mais calor gerado e maior consumo para o aparelho.

Os valores entre parênteses no circuito são para a rede de 220 V.

O transformador usado deve ter um enrolamento de baixa tensão onde a descarga do capacitor vai ser aplicada e um enrolamento de alta tensão onde se obtém a alta tensão.

Conforme explicado temos três opções que vão determinar quanto de tensão pode ser obtido em cada versão.

MONTAGEM

Na figura 1 temos o circuito completo do gerador de alta tensão em sua versão básica.

 

A placa de circuito impresso para este projeto é mostrada na figura 2.

 

Os valores dos componentes entre parênteses são para a rede de 220 V. Veja que o sufixo do SCR muda conforme a rede de energia. Não será preciso montar este componente em radiador de calor.

Qualquer diac comum pode ser usado já que não se trata de componente crítico.

Na verdade, se o leitor tiver dificuldades em obter este componente pode trocá-lo por uma lâmpada neon alterando R2 para 22 k Ω e P1 para 100 k Ω ou mesmo mais. A lâmpada neon terá uma tensão de disparo da ordem de 80 V sendo então a tensão mínima de trabalho admitida para C2.

O resistor R1 deve ser de fio com pelo menos 10 W de dissipação.

O capacitor C1 deve ter uma tensão de trabalho de pelo menos 400 V para a rede de 220 V e 200 V para o caso da rede de 110 V. Lembramos que este capacitor vai se carregar até com a tensão de pico da rede em alguns casos, se bem que dependendo do ajuste os valores alcançados podem ser bem menores.

Para o transformador temos as seguintes opções:

a) usar um transformador comum (de boa qualidade) com primário de 110 V ou 220 V e secundário de 12 + 12 V e corrente na faixa de 300 a 500 mA.

Se houver faiscamento entre as espiras do enrolamento nesta aplicação devemos reduzir o valor de C1 caso o problema não seja sanado pelo ajuste de P1.

Transformador com umidade tendem a apresentar este problema em alguns casos ou ainda quando o isolamento empregado não é de excelente qualidade.

b) Bobina de ignição de carro

Neste caso é preciso lembrar que o enrolamento primário e o secundário deste componente são interligados e que portanto não existe isolamento da rede de energia. O máximo de cuidado deve ser tomado com as aplicações e o circuito não deverá ser usado como eletrificador de cercas.

Para esta aplicação será preciso empregar um transformador de isolamento de entrada conforme mostra a figura 3.

 

c) Transformador Fly Back de TV

Neste caso o enrolamento de baixa tensão será formado por 6 a 10 voltas de fio comum encapado na parte inferior do núcleo de ferrite conforme mostra a figura 4.

 

A tomada do enrolamento de alta tensão vai ser escolhida experimentalmente de modo a se ter o máximo rendimento.

O único ajuste do circuito é do ponto de funcionamento em P1.

Para testar pode-se usar uma lâmpada fluorescente ligada na saída do circuito.

Um multímetro não serve dada sua baixa resistência que "carrega" o circuito e faz com que a indicação seja de uma tensão muito menor do que a real.

Nas versões com bobina de ignição e flyback a lâmpada fluorescente piscará bastando apenas encostar um dos pólos no terminal de alta tensão do transformador.

Na figura 5 temos um modo de se obter uma tensão estática elevada usando um retificador de alta tensão e um capacitor feito com folhas de alumínio e uma placa de vidro.

Obtendo alta tensão para aplicações em ionizadores, filtros e experiências de eletrostáticas.

Um alfinete possibilita a produção de íons na versão com flyback e bobina de ignição e até mesmo ozônio o que pode ser constatado pelo cheiro característico quando o aparelho funciona.