درایور ترانس های‌ولتاژ (فلای‌بک) برای مبتدی‌ها

+4

خبر خوب اینه که بیشتر این قطعات رو می‌تونی از روی بردهای الکترونیکی قدیمی باز کنی و نیازی نیست حتما همه‌چیز رو نو بخری. اول از همه به یه ترانس فلای‌بک نیاز داریم. می‌تونی این قطعه رو از توی تلویزیون‌ها یا مانیتورهای لامپی قدیمی (CRT) دربیاری.

تجربه نشون داده که ترانس‌های تلویزیون عملکرد بهتری نسبت به مانیتورها دارن. اگه خواستی بخری، حواست باشه پول زیاد بابتش ندی.

برای قلب مدار، به یه ترانزیستور قدرت مثل MJ15003 نیاز داری. این قطعه عالی جواب می‌ده، هرچند ممکنه یکم گرون باشه. MJ15003works well with this driver, it can be a little bit expensive in certain places however.

ترانزیستورهای دیگه‌ای مثل NTE284 یا 2N3773 هم عملکرد مشابهی دارن. حتی مدل‌هایی مثل KD606 و KD503 هم خوبن، هرچند پیدا کردنشون این روزها سخته.

اما یه نکته خیلی مهم: لطفا از ترانزیستور 2N3055 استفاده نکن! این قطعه خیلی تو اینترنت برای این مدار پیشنهاد می‌شه، ولی تحمل ولتاژش (Vce) فقط 60 ولته. توی این مدار، پیک ولتاژ به راحتی بالای 60 ولت می‌ره و باعث می‌شه ترانزیستور داغ کنه و در نهایت بسوزه.

اگه اصرار داری از 2N3055 استفاده کنی، مجبوری یه خازن بزرگ (مثل 470 نانو تا 1 میکروفاراد) باهاش موازی کنی تا پیک ولتاژ رو بگیره، اما این کار باعث می‌شه جرقه‌های خروجیت خیلی کوچیک و ضعیف بشن.

ترانزیستور MJE13007 هم توی تست‌های من بدون تغییرات اضافه روی مدار، خوب جواب نداد. یه ترانزیستور خوب برای این مدار باید تأخیر خاموشی پایینی داشته باشه و بهره جریانش (Hfe) مناسب باشه. همچنین باید بتونه جریان‌های پیک چند آمپری و ولتاژی بین 120 تا 250 ولت رو تحمل کنه.

چون ترانزیستور حسابی داغ می‌کنه، به یه هیت‌سینک (گرماگیر) بزرگ با پیچ و مهره نیاز داری. ترانزیستور MJ15003 پکیج TO-3 (قابلمه‌ای) داره. اگه دست به آچارت خوبه، می‌تونی خودت یه هیت‌سینک از آلومینیوم‌های ضایعاتی بسازی و سوراخ‌کاریش رو انجام بدی.

برای انتقال بهتر گرما، حتما از خمیر سیلیکون یا پدهای حرارتی بین ترانزیستور و هیت‌سینک استفاده کن. حتی ارزون‌ترین خمیرهای بازار هم کارتو راه می‌ندازن. یه مقدار به اندازه یه نخود وسط قطعه بذار، با بستن پیچ‌ها خودش پخش می‌شه.

مدار به یه مقاومت 1 وات نیاز داره که مقدارش به ولتاژ تغذیه‌ات بستگی داره. برای تغذیه 6 ولت مقاومت 150 اهم، برای 12 ولت 220 اهم و برای 18 ولت 470 اهم مناسبه. اگه وات مقاومت بالاتر بود مشکلی نیست، ولی کمتر از 1 وات نباشه. چون من از تغذیه 12 ولت استفاده می‌کنم، تو کل آموزش مقدار 220 اهم رو در نظر می‌گیرم.

یه مقاومت آجری 22 اهم 5 وات هم می‌خوایم. این مقاومت به شدت داغ می‌شه! پس دورش رو خالی بذار تا هوا جریان داشته باشه. اگه مقدار این مقاومت رو کم کنی، قدرت آرک‌ها بیشتر می‌شه ولی فشار بیشتری به ترانزیستور میاد. Its ok to go higher in wattage rating but not lower.

دو تا دیود فست ریکاوری (سریع) هم لازمه تا ترانزیستور رو در برابر اسپایک‌های ولتاژ منفی محافظت کنن. یکی باید حداقل تحمل 200 ولت و 2 آمپر (با زمان ریکاوری زیر 300 نانوثانیه) داشته باشه و دومی 50 ولت و 500 میلی‌آمپر. برای دیود قوی‌تر من از BY229-200 استفاده کردم، ولی مدل‌های ارزون‌تری مثل MUR420 یا MUR460 هم عالی هستن.

برای دیود دومی که بین بیس و امیتر قرار می‌گیره، مدل UF4004 خیلی خوب جواب می‌ده. این دیود جلوی افت گین ترانزیستور رو می‌گیره. به یه خازن فیلم یا پلی‌استر با تحمل حداقل 150 ولت AC و ظرفیتی بین 47 تا 560 نانوفاراد نیاز داری.

این خازن نقش اسنابر رو بازی می‌کنه و جلوی سوختن ترانزیستور رو می‌گیره. من برای تغذیه 12 ولت از یه خازن 200 نانوفاراد (با کد 204) استفاده کردم.

اگه ترانزیستورت تحمل ولتاژ بالایی داره، می‌تونی ظرفیت این خازن رو کم کنی تا ولتاژ خروجی بیشتر بشه. برای سیم‌پیچ‌های اولیه و فیدبک، از سیم‌های روکش‌دار معمولی (بین نمره 18 تا 26 AWG) استفاده کن. سیم خیلی ضخیم دور هسته جا نمی‌شه و سیم خیلی نازک هم داغ می‌کنه.

سیم‌های برق لوازم خانگی خراب برای این کار عالی هستن. برای اولیه حدود 1 متر و برای فیدبک 70 سانتی‌متر سیم کافیه. اضافاتش رو بعدا می‌تونی بچینی. اصلا پیشنهاد نمی‌کنم از سیم مسی لاکی استفاده کنی، چون لبه‌های تیز هسته فریت روی لاک خراش می‌ندازه و اتصالی می‌کنه.

در نهایت به چند تا گیره سوسماری یا سیم لحیم برای اتصالات و یه منبع تغذیه (6 تا 18 ولت) نیاز داری. 6,12 or 18 ولت power source at a minimum of 2 amps (more on this further on).

خازنی که موازی با ترانزیستور قرار می‌گیره باید شبیه نمونه‌هایی باشه که تو عکس‌ها می‌بینی و حداقل تحمل 150 ولت AC رو داشته باشه. ظرفیت این خازن به ولتاژ منبع تغذیه، ولتاژ قابل تحمل ترانزیستور و تعداد دورهای سیم‌پیچت بستگی داره. خازن‌های کلاس X که تو ورودی برق 220 ولت لوازم خانگی پیدا می‌شن برای این مدار فوق‌العاده‌ان.

هدف ما اینه که این خازن پیک ولتاژ رو محدود کنه تا ترانزیستور نسوزه، اما از اون‌طرف اجازه بده ولتاژ به قدری بالا بره که ترانس خروجی خوبی بده. هرچی ظرفیت خازن بیشتر باشه، جرقه‌ها کوتاه‌تر اما ضخیم‌تر (شبیه شعله) می‌شن. بیشترین بازدهی زمانیه که ظرفیت خازن با تعداد دورهای سیم‌پیچ به حالت رزونانس برسه.

برای تغذیه 12 ولتمون، یه خازن 200 نانوفارادی پیک ولتاژ ترانزیستور رو روی حدود 110 ولت نگه می‌داره. اگه ترانزیستورت تحمل 120 ولت به بالا رو داره، از این ظرفیت‌ها استفاده کن (ترانزیستورهای ضعیف‌تر خازن بزرگ‌تری می‌خوان):

• 47 تا 100 نانوفاراد برای تغذیه 6 ولت
• 150 تا 220 نانوفاراد برای تغذیه 12 ولت
• 220 تا 560 نانوفاراد برای تغذیه 18 ولت

برای اینکه بهترین نتیجه رو بگیری، این خازن و دیود باید تا جای ممکن به پایه‌های ترانزیستور نزدیک باشن تا اثر سلفی مدار کم بشه. توی بخش‌های بعدی یه روش بهت یاد می‌دم که با مولتی‌متر بتونی پیک ولتاژ کلکتور ترانزیستور رو اندازه بگیری.

+1

باید دو تا سیم‌پیچ جداگانه دور قسمت لخت هسته ترانس بپیچیم. برای تغذیه 12 ولت، 8 دور برای سیم‌پیچ اولیه و 4 دور برای سیم‌پیچ فیدبک یه شروع عالیه. برای 6 ولت تعداد دورها رو یکم کمتر کن و برای 18 ولت دورهای اولیه رو بیشتر کن. حتما با این اعداد بازی کن؛ کاهش دور فیدبک جرقه رو ضعیف می‌کنه و افزایش دور اولیه، ولتاژ خروجی رو می‌بره بالا.

همون‌طور که قبلا گفتم، از سیم مسی لاکی استفاده نکن. خود هسته فریت یه رسانای ضعیفه (حدود 10 کیلواهم مقاومت داره)؛ اگه لبه هسته روی سیم لاکی خراش بندازه، انگار یه مقاومت مزاحم به مدارت اضافه کردی و کلا عملکردش مختل می‌شه.

شاید بپرسی چرا از سیم‌پیچ‌های داخلی خود ترانس استفاده نمی‌کنیم؟ من قبلا این کار رو کردم؛ اولا پیدا کردن پایه‌های درستش خیلی مکافاته و دوما صدای جیغ خیلی بدی تولید می‌کنه. پس همون دو تیکه سیم رو خودت بپیچی خیلی بهتر و بی‌دردسرتره.

یه لایه نازک خمیر سیلیکون روی ترانزیستور بمال و اون رو روی هیت‌سینک پیچ کن. هیت‌سینک تو این مدار به‌شدت حیاتیه، چون ترانزیستور گرمای زیادی تولید می‌کنه و اگه خنک نشه در عرض چند ثانیه می‌سوزه. پکیج قابلمه‌ای (TO-3) ترانزیستورهای قدرت، به هیت‌سینک متصل می‌شه و خودش نقش پایه کلکتور رو بازی می‌کنه.

حواست باشه پایه‌های بیس و امیتر (پین‌های زیر ترانزیستور) به بدنه فلزی هیت‌سینک برخورد نکنن، وگرنه اتصالی می‌کنه. برای محکم کردنش از پیچ و مهره‌های معمولی استفاده کن.

آیا می‌شه از ترانزیستور PNP استفاده کرد؟ بله، ولی باید تمام قطعات مدار (مثل دیودها و منبع تغذیه) رو برعکس ببندی. آیا هیت‌سینک واجبه؟ صددرصد! مگه اینکه بخوای مدار رو فقط برای زیر 10 ثانیه روشن کنی.

آیا می‌شه از ماسفت (MOSFET) استفاده کرد؟ نه؛ این مدار مخصوص ترانزیستورهای دوقطبی (BJT) طراحی شده. مدارهای دیگه‌ای هستن که مخصوص ماسفت طراحی شدن.

همون‌طور که گفتم، بدنه فلزی ترانزیستور (قابلمه) همون پایه کلکتوره. بهترین راه برای اتصال سیم به این بدنه، استفاده از وایرشو یا سرسیم حلقوی زیر یکی از پیچ‌های نصبه. اگه سرسیم نداری، سیم رو دور پیچ بپیچ و محکمش کن؛ شاید خیلی اصولی نباشه، ولی کارتو راه می‌ندازه.

به نقشه شماتیک دقت کن. سیم‌پیچ قرمز (اولیه)، یک سرش مستقیم به قطب مثبت (+) منبع تغذیه وصل می‌شه و سر دیگه‌اش به کلکتور ترانزیستور (همون بدنه فلزی) متصل می‌شه.

سیم‌پیچ سبز رنگ (فیدبک)، یک سرش به نقطه اتصال بین اون دو تا مقاومت وصل می‌شه و سر دیگه‌اش می‌ره به پایه بیس ترانزیستور (اگه ترانزیستور رو از زیر نگاه کنی، پین سمت چپی بیس هست).

برای روشن کردن این مدار به منبعی نیاز داری که حداقل 2 آمپر جریان بده. جریان کمتر شاید مدار رو روشن کنه، ولی قدرت جرقه‌ها رو حسابی کم می‌کنه.

اگه می‌خوای قدرت مدار رو ببری بالا، تعداد دور هر دو سیم‌پیچ رو بیشتر کن. این کار فرکانس رو پایین میاره و اجازه می‌ده جریان بیشتری کشیده بشه. این روش در کنار مقاومت بالایی مدار، یه جور محدودکننده جریان طبیعی ایجاد می‌کنه.

منابع تغذیه‌ای که می‌تونی استفاده کنی: - منبع تغذیه آزمایشگاهی: عالیه، فقط محدودیت جریانش رو روی ماکزیمم بذار. - آداپتورهای دیواری (سوئیچینگ): اگه جریانشون کم باشه، ممکنه موقع کار مدار، آداپتور ریست بشه یا بره رو حالت محافظت.

- ترانس‌های هسته آهنی: خیلی خوب جواب می‌دن. من از یه ترانس 9 ولت AC استفاده کردم که بعد از پل دیود و خازن (4700 میکروفاراد)، حدود 12 ولت 3 آمپر تمیز بهم داد. - باتری‌های لیتیومی: سری کردنشون عالیه چون می‌تونن جریان لحظه‌ای خیلی بالایی بدن.

- باتری دریل شارژی: خیلی‌هاشون 18 ولتن، پس مدارت رو باید برای 18 ولت تنظیم کنی. - باتری قلمی (سری): جواب می‌ده، ولی خیلی زود جرقه‌ها ضعیف می‌شن. - باتری لید اسید 12 ولت (باتری موتور یا ماشین): یکی از بهترین و قوی‌ترین گزینه‌ها برای این مداره. - باتری نیم‌قلمی: مقاومت داخلیشون بالاست و زود داغ می‌کنن، اصلا توصیه نمی‌شه.

- باتری کتابی 9 ولت: فقط یکی دو دقیقه مدارت رو روشن نگه می‌داره و بعد تسلیم می‌شه.

برای گرفتن آرک و جرقه‌زنی، هیچ‌وقت سیم های‌ولتاژ رو با دستت نگیر! یه تکه لوله پلاستیکی (PVC) یا چوب خشک بردار و سیم رو به سرش ببند تا مثل یه چوب‌دستی عایق عمل کنه. به این می‌گن "چوب‌دستی ترس" (Chicken Stick)!

علاوه بر خطر برق‌گرفتگی، این جرقه‌ها به‌شدت داغ هستن! به راحتی می‌تونن کاغذ، پلاستیک یا حتی روکش خود سیم رو آتیش بزنن. اگه می‌خوای باهاش چیزی رو بسوزونی، حتما کپسول آتش‌نشانی یا یه سطل آب دم دستت باشه.

• وقتی مدار روشنه، به هیچ‌وجه به سیم‌های خروجی یا بدنه ترانس دست نزن.
• مدار رو طوری بساز که بتونی خیلی سریع برقش رو قطع کنی.
• روی سطوح فلزی یا مواد قابل اشتعال آزمایش نکن.
• هیت‌سینک و مقاومت آجری به شدت داغ می‌شن؛ حواست باشه دستت نسوزه.
• سیم‌پیچ اولیه و بدنه ترانزیستور ممکنه تا چند صد ولت برق داشته باشن، به اونا هم دست نزن.
• سیم‌های های‌ولتاژ رو از بقیه قطعات مدار دور نگه دار تا اتصالی نکنن.
• حیوانات خانگی رو از اتاق بیرون کن؛ صدای فرکانس بالای این مدار اونا رو دیوونه می‌کنه.

اخطار: تیم آیسی‌مدار هیچ‌گونه مسئولیتی در قبال خطرات، سوختگی یا آسیب‌های ناشی از بی‌احتیاطی در ساخت این مدار نمی‌پذیرد. مسئولیت رعایت ایمنی کاملا بر عهده شماست.

کابل ضخیم و قرمز رنگی که از بالای ترانس بیرون اومده، سیم مثبت های‌ولتاژه. برای پیدا کردن پایه منفی (Return Pin)، اول چوب‌دستی عایقت رو به کابل قرمز وصل کن. مدار رو روشن کن. باید صدای سوت ریزی بشنوی. حالا کابل قرمز رو به پین‌های زیر ترانس نزدیک کن و دونه‌دونه تستشون کن.

بعضی پین‌ها ممکنه جرقه ضعیفی بزنن، اما فقط یک پین هست که یه جرقه ضخیم، پیوسته و قدرتمند تولید می‌کنه. همون پین، قطب منفی مدار های‌ولتاژ شماست! حالا می‌تونی کابل رو به این پین لحیم کنی، فقط مراقب باش زیاد بهش فشار نیاری که از جاش کنده نشه.

اگه به مشکل خوردی، این موارد رو چک کن:

• هیچ خروجی‌ای نداری؟ جای دو تا سیمی که به عنوان سیم‌پیچ اولیه بستی رو با هم عوض کن.

• خروجی داری ولی خیلی ضعیفه؟ جای سیم‌های اولیه و فیدبک رو برعکس کن.

• اتصالاتت رو چک کن. مخصوصا اگه از سیم لاکی استفاده کردی، مطمئن شو که لاکش کاملا پاک شده و قلع گرفته.

• بررسی کن که پایه‌های ترانزیستور به هیت‌سینک نچسبیده باشن.

• جرقه‌ها خیلی ضعیف هستن؟ موقع روشن بودن مدار، با مولتی‌متر ولتاژ تغذیه رو بگیر؛ احتمالا آمپر منبعت کمه و ولتاژ افت می‌کنه.

• مدار تیک می‌زنه (روشن خاموش می‌شه)؟ منبع تغذیه‌ات داره وارد فاز محافظت (Protection) می‌شه. گذاشتن یه خازن الکترولیت بزرگ (چند هزار میکروفاراد) تو ورودی مدار می‌تونه مشکل رو حل کنه.

• ترانزیستور بیش از حد داغ می‌شه؟ تعداد دور سیم‌پیچ‌ها (مخصوصا فیدبک) رو کم کن.

• مقاومت 22 اهم داغ می‌کنه؟ این کاملا طبیعیه. اگه خیلی اذیتی، می‌تونی مقاومت با وات بالاتر (مثلا 10 وات) بگیری.

• هسته ترانس شکسته؟ می‌تونی با چسب قطره‌ای بچسبونیش؛ البته قبلش کمی محل شکستگی رو مرطوب کن تا چسب بهتر عمل کنه.

+1

اگه دوست داری بیشتر روی مدارت تحقیق کنی، می‌تونی پیک ولتاژ ترانزیستور رو با اضافه‌کردن یه دیود و یه خازن کوچیک (طبق عکسی که تو همین بخش هست) با مولتی‌متر اندازه بگیری. ولتاژ پیک هرگز نباید از تحمل ترانزیستورت بالاتر بره. با تنظیم سرعت شاتر دوربینت (Long Exposure) می‌تونی عکس‌های فوق‌العاده هنری و خفنی از مسیر آرک‌ها بگیری.

ساخت نردبان یعقوب (Jacob's Ladder) رو حتما امتحان کن! دو تا سیم مسی ضخیم رو به شکل حرف V انگلیسی روی یه پایه نصب کن و خروجی‌های ترانس رو بهشون بده. آرک از پایین تشکیل می‌شه، هوای گرم اون رو به سمت بالا هل می‌ده و صحنه‌ای شبیه فیلم‌های علمی‌تخیلی می‌سازه.

می‌تونی خودت یه خازن های‌ولتاژ بسازی! دو تا ورقه فویل آلومینیومی رو دو طرف یه طلق پلاستیکی بچسبون و خروجی‌های ترانس رو بهشون وصل کن. جرقه‌های خروجی تبدیل به صداهای تق‌تق وحشتناک و نور خیره‌کننده‌ای می‌شن! امیدوارم از این پروژه خفن تو آیسی‌مدار حسابی لذت برده باشی و مراقب انگشتات هم باشی!