Olá pessoal, meu objetivo para semestre que vem será a criação de uma fonte (ou amplificador não sei dizer ao certo) de até 4kV de pico.

A ideia é a seguinte: A partir de um gerador de sinais de onda quadrada (~1kHz) conseguir amplificá-lo até 4kV. Preciso dessa tensão de pico para poder fazer algum tipo de dopagem utilizando grafeno em suas diferentes formas e talvez outros elementos. Foi um professor que já tem alguns artigos publicados na área e precisa desse equipamento para suas experiências e me pediu isso.

Como eu vou fazer a matéria envolvendo transformadores e eletrônica analógica 2 (JFET e MOSFET) na segunda metade de 2015 agora e pelo menos tenho uma noção sobre eles, fiz um esboço mais ou menos de como é a ideia do projeto e queria pedir a ajuda e opinião e vocês.

Sobre o transformador elevador de tensão precisamos de alguém que o faça.

Aqui um esboço do que eu pensei, sendo que o transistor NPN deve ter uma potência de dissipação um pouco maior e a potência na carga não deve ser muita também.




Obrigado a todos!

- Precisa dizer qual a potência necessária.
- Seu circuito não vai funcionar. A carga (primário do transformador) ligada a um transistor bipolar precisa ser ligada no COLETOR (ou num MOSFET, no DRENO).
- Estude sobre bobinas de ignição de automóveis, pode ser que sirvam como transformador:
http://beru.federalmogul.com/sites/default/files/ti07_ignition_coils_pt_2013.pdf
http://www.newtoncbraga.com.br/index.php/eletronica-automotiva/131-licao-2-o-circuito-basico-do-sistema-de-ignicao

- Algo em torno de 50 W ou 150 W no máximo creio eu e dependendo da impedância da carga for muito baixa eu poderia adicionar alguma outra em série para limitar a corrente do circuito e assim a potência. Utilizaria uma fonte de 35 V com 5A para alimentar o circuito dos transistores.

- Porquê? Tem alguma coisa a ver com a impedância estar ligada à admitância de saída do transistor no caso do BJT?

Vou dar uma lida nesses links, obrigado.

Electric Effects:

Primeiramente, acredito que você necessite de mais dados antes de rabiscar qualquer coisa.

1- Qual a potência real da fonte?
A diferença entre 50w e 150w é a diferença entre usar um tipo de topologia de circuito e outra.

2- Qual a saída da fonte?
Alternada? Contínua? Uma forma de onda quadrada pulsátil? Apenas uma descarga de alta tensão?

3- Qual a frequência de operação (isso no caso de ser uma fonte alternada)?
Isso é primordial para saber se poderá ser usado um transformador com núcleo de aço silício ou ferrite.

Depois de respondidas as questões ai sim poderemos ajudar!

No caso de uma fonte de alta tensão DC contínua, eu utilizaria um conversor em meia ponte com MOSFETs de potência chaveando algo como um flyback de TV e retificando na saída com diodos rápidos (e que aguentem a tensão de saída).

Um abraço!

Eduardo

- Algo em torno de 50 W ou 150 W no máximo creio eu e dependendo da impedância da carga for muito baixa eu poderia adicionar alguma outra em série para limitar a corrente do circuito e assim a potência. Utilizaria uma fonte de 35 V com 5A para alimentar o circuito dos transistores.

- Porquê? Tem alguma coisa a ver com a impedância estar ligada à admitância de saída do transistor no caso do BJT?

Para esse nível de potência então é que seu circuito é conceitualmente inadequado. O que você desenhou são estágios de amplificação, quando o que precisa é apenas usar o transistor como CHAVE, quando ele fica cortado (chave aberta e sem corrente passando) ou saturado (chave fechada e corrente máxima), onde respectivamente toda tensão da fonte recaia sobre o transistor ou sobre a carga.
Então é interessante que quando tenha corrente máxima (chave fechada) a tensão sobre o transistor seja mínima, que chamamos de Vce de saturação. Mas veja que para que consigamos a saturação no transistor, precisa ser aplicada uma tensão na base que seja superior a 0,7V a tensão no emissor. Como você pôs a carga no emissor, quanto maior for a corrente, maior será a tensão de emissor e portanto mais difícil vai ser conseguir uma tensão de base maior do que a tensão de emissor pra conseguir a saturação. Se não atinge a saturação, o transistor opera na região linear (nem cortado e nem saturado), o que faz com que haja grande dissipação de potência no transistor e perda de eficiência (é o que ocorre com o transistor de passagem num circuito regulador de tensão: ele esquenta pra burro, e veja que a carga vai ligada ao emissor).
Agora pense em termos de usar um amplificador (que é o que você fez) para excitar o primário do transformador, qual a eficiência das classes de amplificadores ? Será que pra 50W de potência útil eu não vou desperdiçar outro tanto no circuito do amplificador ?

O seu caso é para usar o transistor como chave (já que o sinal como você mesmo disse é quadrado), onde não importa casamento de impedância, impedância de entrada ou saída, etc., apenas que haja a comutação de energia no primário. É muito mais simples, basta praticamente o transistor de potência (e um resistor na base), com o primário ligado no coletor, dessa forma, o emissor aterrado, qualquer sinal acima de alguns volts na base (tendo o resistor) liga totalmente o transistor, e jogando 0V, desliga ele totalmente.

Como a potência em jogo é alta, hoje em dia usamos MOSFETs de potência, com resistência dreno-fonte (Rds on) de poucos miliohms quando plenamente saturado (ou seja uma chave quase perfeita), dessa forma dissipando pouca potência (ou seja quase não esquenta) no lugar de transistores bipolares (que com alta corrente e alguma tensão Vce de saturação podem esquentar mais). Da mesma forma, ligamos a carga no dreno, porque pra ligar o MOSFET (canal N tipo enhancement) precisa ter uma tensão porta-fonte (Vgs th) de disparo de alguns volts (cai no mesmo caso do Vbe do bipolar).
Dessa forma, a fonte inicial de energia precisa ser menor e menos potente, seu circuito consome menos energia e terá mais eficiência.
Estude mais a matéria de eletrônica de potência e fontes chaveadas para fazer esse projeto.

Ledod:

Ainda não sei exatamente a carga, só sei que se for preciso dá pra adicionar algo em série para a corrente não ficar muito alta. A saída da fonte será uma onda quadrada e por enquanto a frequência deve ser de uns 1kHz (sinal quadrado) mais ou menos, pelo que estou vendo a forma mais viável vai ser utilizando um MOSFET para chavear com primário do transformador. Estava pensando em colocar um circuito gerador de clock na entrada do transistor para ter o corte ou saturação em 1kHz e ajustável.

Por enquanto já pude enxergar melhor como deve ser e que a melhor opção é o chaveamento mesmo ao invés da amplificação.

Xformer:

Vou estudar mais essa parte de chaveamento com MOSFET.

Aos 2 muito obrigado!

A frequencia não pode ser maior? Com 1KHz o transformador vai ficar muito grande...

A frequencia não pode ser maior? Com 1KHz o transformador vai ficar muito grande...

Acho que não vai fujir muito disso não. Aquele transformador de ignição que o xformer citou não serveria para essa frequência?