¿Cómo podemos medir el voltaje en la bobina de un Slayer Exciter?

¿Cómo podemos medir el voltaje en la bobina de un Slayer Exciter?

Hemos construido un excitador Slayer de 9V simple para un proyecto escolar. Estamos examinando la conservación de la energía en el transformador. El Slayer Exciter funciona bien: cuando se sostiene frente a él, una luz TL da luz. Usamos un transistor BD-139. Pero no hemos logrado medir el voltaje de las bobinas.

La medición con un multímetro da voltajes incorrectos, como 0V o menos de 1V. Entonces, pensamos que tal vez un divisor de voltaje funcionaría. Lo conectamos a la parte superior de la bobina más grande ya la tierra de la batería. Conectamos un osciloscopio a la resistencia más pequeña, al principio y al final de una resistencia. Muestra un seno. Sin embargo, si sacamos la resistencia del divisor de voltaje, el osciloscopio muestra el mismo seno. ¡Sin la resistencia! Si sacamos un cable del osciloscopio al divisor de voltaje, también da el mismo resultado. Si medimos con dos cables desconectados en el osciloscopio da una señal más débil. Creemos que el campo electromagnético está causando problemas al osciloscopio y al multímetro.

Nuestras preguntas son:

  1. ¿Cómo podemos medir el voltaje en la bobina de un Slayer Exciter, el primario y el secundario?
  2. ¿Por qué no pasa corriente por la parte superior de la bobina más grande hacia el divisor de voltaje?
  3. ¿Cómo podemos evitar que el Slayer Exciter cree un campo electromagnético? El transistor crea una corriente alterna, pero ¿cómo podemos saber cuál es la frecuencia de esa corriente? ¿Es una propiedad específica del transistor?
  4. Hemos probado diferentes transistores, todos ellos NPN. Pero el BD-139 era el único transistor que funcionaba. Los otros se calentaron demasiado. ¿Cuáles son las razones por las que no funcionan?

Hemos construido el Slayer Exciter a través del siguiente esquema:

El esquema del excitador Slayer

Consulte electronics.stackexchange.com/questions/214954/… , aunque eso tampoco lo explica mucho; inevitablemente se disipa mucha potencia en el transistor.
Me viene a la mente una cadena en serie de diodos 1N4007, más un electroscopio de bola de médula. Podrías intentar eso de todos modos. Calibrarlo sería el problema restante.

Respuestas (3)

  1. Para medir correctamente el voltaje en la bobina secundaria, necesita un dispositivo con una resistencia muy alta, alrededor de 100 MOhm o incluso 1 GOhm. Por lo tanto, cuando cree un divisor, use una resistencia de 100 MOhm para la entrada del osciloscopio con el divisor de entrada (probablemente tendrá una resistencia de entrada de 1 MOhm), o una resistencia de 1 GOhm para el osciloscopio con sonda 1:10 (tendrá una resistencia de entrada de 10 MOhm). En ambos casos, obtendrá un divisor de 1:100 con la resistencia de entrada adecuada. Usar un voltímetro de CA no es una buena idea porque la mayoría de los voltímetros de CA baratos funcionan correctamente solo con señales de baja frecuencia (menos de 1 kHz) y la frecuencia de su generador es mucho más alta, supongo. El voltaje en la bobina principal se puede medir conectando directamente el osciloscopio a sus extremos.
  2. No creo que no haya flujo de corriente hacia el divisor. Puede calcularlo de acuerdo con la ley de Ohm, utilizando el valor R1 del divisor.
  3. Puede medir la frecuencia usando un osciloscopio. Mida el período T y calcule la frecuencia como F=1/T. Esta frecuencia es una propiedad del transformador: frecuencia de resonancia del tanque, que consta de bobina secundaria y su capacitancia estrella. No puede detener este circuito para generar un campo electromagnético, porque es su función principal. Tenga en cuenta que cualquier corriente alterna produce un campo magnético alterno y un campo magnético alterno produce un campo eléctrico alterno.
  4. En este circuito, el transistor funciona en modo activo y tiene que disipar una potencia considerable, por lo que 2222A es una mala elección y BD139 es mucho mejor. Puede intentar ajustar la resistencia base, intercambiando la potencia de salida con el calentamiento del transistor.

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

EDITAR: el circuito divisor debe cumplir al menos dos criterios: 1. Debe atenuar la señal de entrada en un factor de aproximadamente 100 (porque el transformador tiene una relación de giro de aproximadamente 1: 100). 2. Debe tener una resistencia de entrada de al menos 100 MOhm (para minimizar su influencia en el nivel de voltaje secundario). El divisor, que consta de resistencias de 100 MOhm y 1 MOhm, cumple ambos criterios. El osciloscopio ideal tiene una entrada con impedancia infinita, por lo que cuando lo conecte al divisor donde no habrá influencia. Pero el osciloscopio real típico tiene entrada, cuyo circuito equivalente se presenta en el dibujo (conexión en paralelo de 1 MOhm y 10 pF, estos valores probablemente están impresos en el conector de entrada de alcance cercano). La entrada Rosc juega el papel de la segunda resistencia divisoria y no necesita agregar otra. La entrada del osciloscopio ES la segunda resistencia del divisor. Si quieres conseguir 1: 1000 de atenuación, puede usar 1 GOhm en el 'lado alto' del divisor y continuar usando la entrada del osciloscopio como 1 MOhm en el 'lado bajo', o continuar usando 100 MOhm en el 'lado alto' con 100 kOhm en el 'lado bajo'. En el último caso, debe colocar una resistencia 'baja' de 100 kOhm en paralelo a la entrada del osciloscopio.

Gracias por su respuesta, realmente apreciamos su ayuda. ¿Tengo que colocar el osciloscopio en serie? Hicimos nuestro divisor de voltaje con 2 resistencias. Uno tiene 1KOhm y el otro tiene 10Gohm. Conectamos el osciloscopio a la resistencia de 1KOhm en paralelo. ¿Por qué necesitamos colocar el osciloscopio en serie y no en paralelo?
Tiene razón al conectar el osciloscopio en paralelo a la resistencia de 1 KOhm. en mi esquema no hay una resistencia de 1 kOhm ya que su papel juega la resistencia de entrada del osciloscopio (1 MOhm o 10 MOhm dependiendo de la configuración de la sonda 1х o 10x). Además, pensar en una relación de 10 GOhm/1 kOhm es demasiado (reduce el voltaje 10 millones de veces). Supongo que una relación de 10 GOhm/(1..10 MOhm) será suficiente.
Gracias por su respuesta. Cometí un error tipográfico en mi primer comentario, teníamos un divisor de voltaje de 1KOhm y 10MOhm. El GOhm tiene que ser MOhm. No entiendo completamente tu esquema. Nuestro osciloscopio tiene una sonda 1:1. Entonces necesitamos las resistencias de 10 GOhm y 10 MOhm y colocamos el osciloscopio en paralelo en la resistencia más pequeña. O según su dibujo, ¿necesitamos colocar el osciloscopio en serie después de la resistencia de 100 MOhm?
Edité la respuesta para aclarar el papel de la resistencia de entrada del osciloscopio en el circuito divisor.
Muchas gracias por su ayuda. Tu edición lo deja muy claro. Lo probaremos mañana. Te dejaré saber si lo logramos. Le mostré tu respuesta a mi maestro, estaba muy emocionado. Nuestro osciloscopio tiene un 25pF. Tenía una pregunta: ¿Podemos agregar otro capacitor de 2500pF paralelo al de 100MOhm para eliminar la influencia del capacitor en el osciloscopio (Porque la relación 1:100 entre las resistencias)?
Sí, agregar un capacitor paralelo a la resistencia divisora ​​'alta' es la acción correcta para eliminar la influencia de la capacitancia divisoria 'baja'. Cada sonda atenuadora de osciloscopio la tiene. Pero, el valor de 2500 pF, lamentablemente, incorrecto:
R 1 X C 1 = R o s C X C o s C , X C = 1 ω C R 1 R o s C = C o s C C 1
Por lo tanto, el valor correcto de C1 debe ser 100 veces menor que el valor de Cosc, es decir, alrededor de 0,25 pF. Supongo que este pequeño valor puede despreciarse en su aplicación.
Muchas gracias por tu ayuda. Desafortunadamente todavía tenemos un problema con nuestro Slayer Exciter. Conectamos nuestro osciloscopio al divisor de voltaje, pero no está midiendo el divisor, sino la frecuencia/influencia de la bobina. Si quitamos el cable del osciloscopio al divisor, aún obtenemos el mismo seno. La distancia entre la bobina y el cable determina la amplitud, por lo que definitivamente es la influencia de la bobina. Aquí puede ver nuestra configuración con el cable conectado: 1drv.ms/i/s!AtjkJBr7In_ogrk2t-O8sSL_2GvCrQ . Aquí sin: 1drv.ms/i/s!AtjkJBr7In_ogrk06ubAJTpHqNUmXg
¿Cómo podemos eliminar la influencia de la bobina en el osciloscopio? No tenemos una resistencia de 100Mohm. Colocamos 6 resistencias de 10Mohm en serie (el estante de madera en la imagen). ¿Podría ser el problema? Probamos con otros transistores pero la influencia es la misma.
¡Mira mi segunda respuesta, por favor!

¡Estas dos fotos en comentario son muy informativas!

El circuito genera a una frecuencia de aproximadamente 2 MHz. Es bastante alto, por lo que es necesario tener en cuenta la radiación y la recepción electromagnética. Regla principal: mantenga el área de cualquier bucle con corriente de alta frecuencia lo más pequeña posible. La radiación del campo magnético es proporcional a esa área. Lo mismo es cierto para el circuito de conexión del osciloscopio. Debe estar blindado (para estar protegido del campo eléctrico) y debe tener el área de bucle más baja posible. Para su configuración se deben fijar al menos dos puntos: 1. Utilice un cable coaxial para conectar el osciloscopio al circuito. Dos cables separados (negro y rojo, con esa gran distancia entre ellos): es un método de conexión de osciloscopio inapropiado. Para probar la amplitud de la señal inducida directamente en el osciloscopio/cable, mida la señal tanto en la entrada del cable desconectado (como lo hace en la segunda imagen) como en la entrada del cable conectado en corto. Esta amplitud debe ser lo más pequeña posible. 2. Reduzca el área del bucle de la bobina primaria. Retuerza los cables del primer devanado en todo su recorrido desde la bobina hasta la placa de pruebas. Utilice un condensador de desacoplamiento (C2 de cerámica en paralelo + C3 electrolítico) para derivar la corriente de alta frecuencia cerca de T1. Trate de mantener las longitudes de cable de estas tapas lo más pequeñas posible.

Algunas otras ideas: 1. Intente insertar una varilla de ferrita en la bobina. Esto aumentará el acoplamiento entre los devanados y reducirá tanto la frecuencia de trabajo como la radiación del campo magnético. Intente aumentar la cantidad de vueltas del primer devanado (por ejemplo, de 10 a 30). 2. Intente medir el voltaje en el primer devanado, conectando la tierra del OSC al cable '+alimentación'.

Muchas gracias por su respuesta. Decidimos soldar nuestro circuito. Así es como se ve ahora: 1drv.ms/f/s!AtjkJBr7In_ogrlBSgPYZW5pxNYMSA , ¿tiene algún consejo? Ahora también usamos un cable coaxial. Como resultado, el voltaje es menor. El voltaje es menor en el divisor de voltaje, pero también menor en un cable no conectado por la bobina. ¿Por qué el voltaje en el divisor es menor? Si conectamos el cable rojo al divisor de tensión y el negro desconectado. Vemos imágenes similares cuando el cable negro se conecta a tierra. En los próximos días soldaremos los condensadores. (1/2)
Pero, ¿cuál es la función del capacitor en este circuito? ¿Qué quiere decir con: para pasar por alto la corriente HF cerca de T1. ¿Hay una combinación de corriente alterna y continua en el mismo cable? ¿Y cómo elegiste los valores del capacitor? Si ponemos una varilla de ferrita en la bobina. El período es dos veces más grande que el original. El voltaje es un poco menos. Si ponemos hierro en el núcleo, el período es el mismo, pero el voltaje se reduce a la mitad. ¿Es esto debido a la fórmula del inductor de la bobina? ¿Tienes otros consejos o ideas para medir el voltaje de la bobina? El cable coaxial todavía tiene influencia de la bobina. (2/2)
¿Puedo hacerte otra pregunta? ¿Necesitamos conectar a tierra el osciloscopio a la tierra de la batería? ¿Podría ser el problema? Y no tenemos un cable coaxial más corto, quizás ese sea el problema. Gracias de antemano.

¡Es una decisión correcta soldar el circuito! Debería ser mucho más fiable ahora.

Según sus experimentos, creo que todavía existe un acoplamiento electromagnético entre el circuito y la sonda. Para estimar su valor, intente dos experimentos.

  1. Deje ambos extremos del cable del osciloscopio desconectados y observe la amplitud. Mueva el cable alrededor del circuito y observe el cambio de amplitud, pruebe diferentes configuraciones geométricas.
  2. Conecte ambos extremos del cable entre sí (haga un cortocircuito). De nuevo, mueva el cable y observe la amplitud. Intenta hacer un bucle de área máxima. Por el contrario, intente torcer ambos extremos antes de conectarlos.

Considere cada cable en la sonda y en el circuito como antenas receptoras y transmisoras. Después de estos experimentos, puede obtener una estimación de la fuerza del acoplamiento no conductor, que interfiere con el acoplamiento conductor mientras intenta medir el voltaje de la bobina secundaria.

Para minimizar la radiación del campo magnético, todos los bucles de corriente significativa deben tener el área más pequeña posible. El único lazo de este tipo en el circuito es el lazo de la bobina primaria, que consiste en la ruta del colector-emisor de Q1 y de la batería. La función de los condensadores es excluir la batería de este bucle. La corriente de alta frecuencia (HF) fluirá a través de los capacitores, no a través de la batería. Para reducir aún más el área del bucle de alta frecuencia, tuerza los extremos de la bobina primaria (cables rojos) en su ruta hacia Q1. Colóquelos junto con C2, C3, Q1 lo más cerca posible entre sí. Puede medir el nivel de radiación utilizando un circuito cerrado de cable de osciloscopio, como se mencionó anteriormente.

Cuando mida el voltaje secundario, conecte el clip GND al polo 'negativo' de la batería para hacer una ruta conductora de la corriente de entrada del osciloscopio. La longitud del cable coaxial no es tan importante (la configuración coaxial es intrínsecamente inmune a la radiación). Pero la longitud y la configuración de la parte no coaxial del cable (cables rojo y negro) son importantes. Entonces, la mejor manera es hacer su propio cable coaxial específico con una parte no coaxial muy corta (alrededor de 1 cm). Al menos, tuerza la parte no coaxial del cable existente para maximizar su inmunidad a la radiación HF.

El objetivo es reducir significativamente la ruta de 'radiación' de la señal, para hacer posible una medición precisa de la señal a través de la ruta conductiva.