Circuitos Geradores de Altas Tensões

Prof. Luiz Ferraz Netto
leobarretos@uol.com.br 

Circuito 1
Esse é, provavelmente, o mais simples dos circuitos osciladores, que usa flyback para gerar altas tensões.

Ele incorpora dois transistores de potência (2N3055) na configuração de um oscilador em 'push-pull'. Nada há de crítico para os valores dos resistores e suas potências, desde que não se estenda por demais os tempos de usos.  Vejamos o circuito esquemático:

O circuito aceita para sua 'alimentação' desde 12 VCC até algo pouco acima de 24 VCC. Todavia, nesse extremo, não devemos exceder o tempo de uso para além de poucos minutos, sob o risco de queimar o flyback. Existem velhos flybacks de receptores de TV valvulados e mesmo branco/preto que se adaptam perfeitamente a esse projeto. Deles só iremos usar o núcleo de ferrite e o enrolamento de alta tensão; tanto o enrolamento primário como aquele da re-alimentação devem ser feitos pelo construtor.

A fonte de alimentação para esse gerador de alta tensão deve prover a intensidade de corrente necessária para cada d.d.p. utilizada (12 ou 24 V). Essa fonte deve estar dotadas de bons retificadores, capacitor de filtro e mesmo o uso de um "choque" é recomendável.

O enrolamento primário é feito na perna do núcleo, oposta àquela da alta tensão, e consiste de 10 espiras de fio rígido #16 encapado, com 'center tape'; o enrolamento de re-alimentação é feito sobre o enrolamento primário e consta de 4 espiras de fio rígido #22 encapado, com 'center-tape'. Se não se detetar produção de alta tensão no enrolamento devido, deve-se inverter os fios que vão às bases dos transistores, para se ajustar adequadamente as fases para promover as oscilações.
Os transistores 2N3055 pode (e até tem certas vantagens, em alguns casos) ser substituído por aqueles de saída horizontal de TV. Também podem ser usados transistores do tipo PNP, desde que se inverta as polaridades de entrada de tensão no oscilador.

Esse circuito, dependendo do flyback utilizado, trabalhará muito bem, fornecendo de 15 a 40 kV e poderá ser usado em experimentos tais como: chifre elétrico, lâmpada de plasma etc.

Circuito 2
Esse circuito, também bastante simples, poderá fornecer tensões entre 15 e 40 kV e produzirá generosas faíscas a partir de uma bobina de ignição automotiva (12V). A alimentação desse circuito deverá ser de 12 VDC com intensidade de corrente entre 5 e 6 ampères. As faíscas produzidas terão de 2 a 3 cm de comprimento. Vejamos o circuito esquemático:

Como se observa, o transistor de potência 2N3055 (NPN) é excitado (pulsado) mediante ondas quadradas provenientes do CI - 555 (timer). A freqüência desses pulsos dependerá dos valores dos resistores postos entre os pinos 7 e 8 e entre os pinos 7 e 6. Tal pulso também é algo dependente do valor do capacitor ligado ao pino 2. Tal capacitor pode ser de tântalo ou do tipo[o 'mylar' mas, mesmo capacitores cerâmicos podem ser experimentados.  Recomendados que experimente com vários valores (desde valores bem menores que .1uF até valores bem superior a isso). Você notará interessantes mudanças nas características das faíscas. Repare que sob altas freqüências as faíscas serão razoavelmente curtas e sob baixas freqüências teremos longas e 'quentes' faíscas! Em suma, é um circuito "didático", onde toda experimentação é recomendada.

Esse circuito 'pulsador' pode (e deve) ser testado com flyback em substituição à bobina de ignição automotiva. Para acionar o flyback recomendamos um enrolamento primário de 10 a 12 espiras na perna inferior desse flyback. Com essa montagem alternativa o dispositivo poderá ser usado para 'carregar' capacitores para aplicações com lâmpadas xénon para 'flash'. Muito bom para lâmpadas de plasma.

Se você precisar de maiores valores de tensões, poderá tentar associar duas bobinas de ignição, com os primários em paralelo e as altas tensões em série. Experimente também tal associação usando dois flybacks (primários em paralelo, altas tensões em série). Você enfrentará alguns problemas de fugas ... resolva-os!

Circuito 3
Esse é outro bom e eficiente circuito gerador de alta tensão usando flyback. O circuito usa um MOSFET; um CI-555 (timer) para lançar pulsos com ondas quadradas sobre o 2N2222 e um ramo capacitor - potenciômetro para o devido ajustes dessas freqüências. O 2N2222 comanda a porta do MOSFET e esse, por sua vez, controla os pulsos agudos para o enrolamento extra de 10 espiras efetuado no flyback. Eis o circuito:

Um acurado ajuste em ambos os potenciômetros permitirá a obtenção de compridos arcos elétricos no terminal de alta tensão. A fonte de alimentação para tal circuito poderá fornecer desde + 12 VCC até +15 VCC, sob corrente de 3 A. O MOSFET requer bom dissipador de calor.
Se usar o aparelho por algum tempo para demonstrações em sala de aula ou feira de ciências escolares e perceber que o MOSFET está esquentando muito recomenda-se a inserção de um resistor de 4 ohms (se a fonte fornecer 12 V) ou de 5 ohms (se a fonte fornecer 15 V ou mais) entre o terminal 'fonte' do MOSFET e o enrolamento primário do flyback.

Dê preferência a flybacks mais antigos com o enrolamento de alta tensão em forma de 'rosca' (toróide) e não aos mais modernos com tal enrolamento 'cilíndrico'.

Circuito 4

Este circuito é bastante recomendado para você produzir facilmente seus 10 a 20 kV, dependendo da bobina de ignição automotiva que conseguir. Usamos um TRIAC e um DIAC. Poderemos obter desse circuito agudas altas tensões, acima de 40 kV, a partir da rede elétrica domiciliar de 110 VAC.

Tais limites de tensão podem ser obtidos substituindo-se o capacitor de .1mF por outro de .3 ou .4 mF.

Circuito 5

Fácil de construir, este gerador de alta tensão é capaz de produzir até 50KV; todavia, devido à tensão de colapso da  bobina, temos, na prática, uma tensão de saída um pouco mais baixa. 
T2 é um a bobina de ignição de carro, assim como o capacitor 0.5µF ( vem do platinado; realmente sugiro usar só este tipo de capacitor). T1 é um pequeno transformador feito com um núcleo laminado de ferro, com uma seção quadrada de (7x7) mm e 57 mm de comprimento; ele apresenta 75 espiras no lado de coletor e 25 espiras no lado da base --- use fio de cobre esmaltado de 1 mm. Sua construção não é crítica e espero (não testei!) que o circuito trabalhe bem com uma boa variedade de transformadores, inclusive aqueles com núcleo de ferrita. Tente inverter os terminais de um dos enrolamentos se o circuito não oscila. O transistor trabalhará relativamente frio e se for montado numa chapa de metal (lateral da própria caixa da montagem) não irá requerer um dissipador de calor (radiador); todavia, se necessário, um pequeno de 5ºC/ W bastará. A freqüência de operação fica ao redor dos 1,2 kHz. 

Circuito 6

Circuito 7

Para quem vai iniciar seus experimentos com lâmpada de plasma, eis o circuito indicado que utiliza um só transistor NPN (2N3055) e um flyback, no qual se acrescentou dois novos enrolamentos na perna central livre: um com duas espiras de cabinho 22, capa plástica e outro com 5 espiras de fio 18, capa plástica. O terminal de alta tensão pode ser ligado a um dos terminais de uma lâmpada incandescente comum de 100 ou 200W (mesmo que tenha o filamento queimado/quebrado). Uma bonita lâmpada de plasma!