저온 플라즈마를 만들기 위해서 고압 싸인파를 만들어서 얇은 절연체 앞 뒤의 갭을 가진채로 붙인 구리테이프에 인가해야합니다.
그래서 고압 싸인파를 만들기 위해 오피앰프 증폭기 회로 + 변압기를 통해 만들 수 있을 까 해서 궁여지책으로 만든 회로입니다.
오피앰프 비반전 증폭기라는 기본적인 회로가 부하에 상관 없이 증폭된 볼티지를 낼수 있다 생각했고 그 1차증폭된 싸인파를 변압기가 권선비 만큼으로 증압할수 있다 생각했습니다.
싸인파의 피크값 = 증폭기 게인 * 변압기 권선비
이렇게 나올 줄 알고 제 딴에는 쉽게 생각했습니다.
아니 근데 이게 웬일입니까? 그렇게 나올줄 알았지만 변수가 있었습니다.
우선 제가 쓰는 일반 op-amp(lm101a)는 변압기의 1차 코일의 특성인 헨리(uh)가 낮으면 부하 저항이 0에 가깝게되어 앰프의 출력부 허용 전류를 초과하나봅니다.
opamp 증폭율이 현저히 떨어진 상태로 변압기에 전달되네요. 게다가 증폭된 싸인파는 커녕 괴상한 뾰족뾰족한 ac가 증폭도 얼마 안된채로 전달됩니다.
앰프의 내부 출력저항에 비해 부하저항이 작나 싶어서 권선비는 그대로 유지한채로 1차측과 2차측의 코일 특성인 헨리를 높여봤습니다.
그러니깐 원하는 오피앰프의 예상된 증폭율 만큼 증폭된 싸인파가 일차측 까지 잘 전달 되었습니다.
그런데 변수는 또 하나 더 있었습니다.
저는 결국에 얇은 절연체를 사이에 두고 양면에 붙인 구리테이프에 인가하니깐 흡사 커패시터와 비슷하다 생각해여 2차측에 달아봤습니다.
그런데 커패시턴스가 높을 수록 또 모양도 크기도 괴상한 파형으로 전달되더라구요.
도저히 제가 알고 있는 지식으로는 뜬구름만 잡고 확신이 안서서 고수님들께 문의를 드립니다.
첨부한 회로가 고압 안정적인 싸인파를 만들기 위해 오피앰프 증폭기 + 변압기라는 단순한 회로가 적당한 회로가 될 수 있을까요?
제가 원하는 볼티지는 10kV까지 원하고 있는데요.
고수님들 부탁드립니다.
Concept이 틀리지는 않은 것 같습니다.
단, OP-Amp로 바로 Transformer를 드라이브할 수는 없으니 전류증폭단이 필요합니다.
큰 전류를 흘릴 수 있는 OP-amp.를 사용하든지 아래 그림과 같이 OP-Amp. 와 TX1사이에 Push-pull 방식의 전류증폭단을 연결하면 되겠지요.
완전한 Sine파가 필요한 것이 아니고 최종적으로 DC가 필요하다면 Switching 방식으로 쉽게 만들 수 있습니다.
답변해주신 것에 대해 매우 감사합니다. 전류 증폭을 위해 푸쉬풀 회로가 변압기 이전에 추가되어야 한다고 그러셨는데 단지 푸쉬풀 회로 추가로 충분히 고압 싸인파를 C2에 인가하는게 가능하단 말씀이시죠? 제가 트랜지스터 증폭기 회로만 이해가 안가서 오피앰프로 넘어가서 이런 질문을 드립니다. 귀찮으시겠지만 부탁드려요.
OP-Amp.의 출력은 내부저항이 큰 테브난모델의 전압원으로 간주하면 됩니다.
따라서 부하인 TX1의 1차측이 연결되면 부하효과에 의해 아주 작은 전류만 흐르게 될것입니다.(TX1의 저항은 아주 작기때문에) 이때 부하저항의 크기는 TX1의 1차측과 2차측의 권선비, 결합도, 주파수, R3, C2 등등의 값과 관련됩니다.
따라서 위의 테브난모델 전압원의 내부저항을 작게 만들어야만 충분한 전류를 흘릴 수 있게되는데 BJT 2개를 사용하여 Common-Collector 증폭기를 구성하여 부하를 구동하는 것입니다.
이러한 증폭기를 Push-Pull 전류증폭기라 하지요.
그리고 C2에 교류전압을 인가하면 C2는 XC만큼의 부하로 작용하겠지요.
C2에 얼마만큼의 전압을 인가하고 전류를 흘릴 것인지 결정하고 전압과 전류의 곱인 전력을 계산하고 TX1의 1-2차측 권선비를 고려하여 TX1의 1차측에 가할 전압과 흘릴 전류가 정해지면 +V와 -V, Q1과 Q2를 결정하면 될 것입니다.
저는 플라즈마에 대해서는 잘 모르지만 플라즈마를 발생시키기 위해서는 많은 에너지가 필요할 것 같습니다.
위의 설명은 기본적인 개념에 관한 것이고 실제 플라즈마 발생장치를 만들려면 더 높은 전압과 전류를 구동할 수 있는 회로가 필요할 것으로 보입니다.
도면 상에서처럼 1차측 전압이 15V 에 불과하다면 MOS-FET 를 통한 스위칭제어를 하셔야 합니다.
사인파는 전력취급할때는 너무나 비효율적이고요.
MC34063, TL494 등의 PWM 컨트롤러와 MOS-FET 조합을 생각해 볼 수 있습니다.
2차측 전압피드백은 다이렉트는 고압이라 어렵고(옵토커플러 등으로 안되는건 아니지만 장시간 사용시 신뢰성이 떨어집니다),
파일럿 권선을 새로 감아야 할 겁니다.
또한 2차측 권선은 충분한 절연대책(에나멜함침 등)을 세우지 않으면 절연파괴되어 사용이 어렵게 됩니다.
단순히 고전압이 필요하다면, 사인파 주파수와 공진하는 L-C 값을 2차측에 선정하면 목표하는 전압을 얻을 수 있습니다.
단, 이때 전압을 적절히 통제할 수 없으면 되면 곧바로 절연파괴(캐패시터가 터지거나 깨짐)가 일어나니 주의.
좀지난 내용이지만...
추가 한번 해 봅니다~~~
TR 2~3단 증폭은 해봐야 되지 않을까 한데요....
뭐 꼭 푸시풀 회로 까지야 필요 있겠습니까 라고 생각은 듭니다만...
필연적으로 다단 증폭은 되어야 할듯 합니다.
제가 한다면 로직IC 발진 >> 컴플리멘터리 TR >> 전력 증폭용 TR >> TRANS 구동 함 해 보겠습니다.
혹 중간에 매칭에 문제가 있다면 결합 트랜스 하나 넣어 볼까도 고려 할 것이구요.
출력단 전원은 지금보다 더 높이는게 좋을듯 합니다. 24V~48V 또는 그 이상으로 해서요.
출력단 증폭에는 증폭률이 좀 낮은걸 TR로 사용하는게 좀 유리할듯 도 합니다.