im einfachsten Fall nehmen wir eine Wechselspannung und transformieren sie hoch.
Das setzt aber voraus das wir eine Wechselspannung zu Verfügung haben .
Außerdem ist es mit den herkömmlichen Transformatoren nur in einem gewissen Bereich möglich ,
weil es bei höheren Spannungen zu Spannungsüberschlägen innerhalb der einzelnen Wicklungslagen je nach der Güte der Isolierung kommen kann.
Weil wir also die Spannungen so nicht unendlich hoch machen können gibt es die Möglichkeit die Spannungen mit sogenannten Spannungsverdoppler
um das vielfache zu erhöhen, als Ausgangsspannung steht uns dann aber keine Wechselspannung sondern eine pulsierende Gleichspannung zu Verfügung.
im einfachsten Fall wird mit einem Schalter eine Spule ein und wieder aus geschaltet.
Beim Einschalten wird in der Spule ein Magnetfeld erzeugt welches beim ausschalten wieder zusammenbricht.
Beim zusammenbrechen werden die Windungen der Spule vom Magnetfeld geschnitten und erzeugen so eine Spannung
die der vorher angelegten Spannung entgegenwirkt.
Dies nennt man Induktion-Spannung.
Die Höhe der Spannung die erzeugt wird ist hauptsächlich abhängig von der Induktivität der Spule und davon wie lange
die Spannung angelegt also ob die Spule genug Zeit hatte ihr Magnetfeld voll aufzubauen, und auch wie schnell der Schaltvorgang
sich ereignet.
Die Zeit spielt also nur insoweit eine Rolle bis das Magnetfeld voll aufgebaut wurde.
Weiterhin ist die erzeugte Spannung abhängig davon wie schnell der Schalter ausgeschaltet wird,
je schneller desto höher die Erzeugte Spannung.
Um die Spannung noch weiter zu erhöhen bedienen wir uns einer zweiten Wicklung (Sekundär)die wir mit
sehr viel mehr Windungen versehen als die erste Wicklung ( Primär).
Als Beispiel dient etwa ein Trafo wie in Bild 1 dargestellt der in vielen handelsüblichen Klein Geräte zum Einsatz kommt.
Diese Transformatoren sind aber alle für eine Frequenz von etwa 50 Hertz ausgelegt, will man mit höheren Frequenzen arbeiten
benötigt mann Transformatoren die keinen sonst üblichen Eisenkern sondern einen Ferritkern haben.
Diesen findet mann z.B. in Hochspannugsteilen von alten Fernsehern die üblicherweise mit Frequenzen von ca. 16000 Herz arbeiten.
Um eine möglichst hohe Leistung zu übertragen ist es wichtig die Ein und Aus Schaltzeit richtig zu wählen, damit nach dem Einschalten das Magnetfeld Zeit hat sich richtig aufzubauen und nach dem Abschalten das Magnetfeld genug Zeit hat sich abzubauen was bei einen Ferritkern schneller geht als bei einen Eisenkern.
Um aber den Schalter nicht ständig von Hand schließen und öffnen zu müssen kann mann diese Prozedur mit Elektronische Teile
automatisieren, z.B. mit einem Mikroprozessor oder mit einem Timer NE555.
Nachfolgend zuerst einmal die Möglichkeit mit einem Mikroprozessor vom Typ Atmega 8, damit ich per Software leicht die Ein-Ausschaltzeiten anpassen kann.
dient aber zur Sicheheit, damit bei einem Bauteile defekt nicht die Schnittstelle des PC's oder gar der PC selber zerstört wird.
Der Ausgang des Optokoppler steuert einen Leistung-CMos Transistor an ,der wiederum den Strom für die Übertragerspule liefert. Als Übertrager funktioniert im einfachsten Fall ein kleiner Trafo wie er in vielen kleinen Elektrogeräten enthalten ist, in meinem Fall ein primär 220V und Sekundär 12 Volt was einem Übersetzungsverhältnis von ungefähr 18 entspricht.Das würde theoretisch bedeuten das ich bei einer maximalen Eingangsspannung von 5 Volt an der Sekundärseite eine Spannung von 90 Volt auf der Primärseite hätte. Dies würde aber nur zutreffen wenn man als Ansteuerung eine Sinusspannung hätte.Bei einer Rechteckspannung wie sie denn vom Mikroprozessor erzeugt wird , sind die Abschaltzeiten sehr viel kürzer als bei einer Sinusspannung, und damit auch die EMG größer.Je kürzer die Abschaltzeiten desto höher die Induzierte Spannung.
Bild
1Durch die grüne Led am Pin 3 des Mikroprozessors habe ich eine optische Überwachung des Ausgangssignal was sich bei Versuche als sehr hilfreich erweist,
zusätzlich kann ich durch die weiße Led am Optokoppler eine Funktion des Optokoppler überprüfen und durch die Led am Transistor auch den Leistungsteil überwachen.
Die so erzeugte Spannung kann durch einen sogenannten Spannungsverdoppler noch um einiges erhöht werden.
Am Gate des Transistors waren 4,5 Volt gegen GND mit einem Analogspannungsmesser zu ermitteln.
Diese vier Stufen setzen sich aus je einer sogenannten Villard-Schaltung zusammen.
Je zwei Dioden und zwei Kondensatoren gehören zu einer Stufe.
Jede weitere Stufe erhöht die im Leerlauf vorhandene Ausgangsspannung um etwa das Doppelte.
Daraus ergibt sich die Formel:
Ausgangsspannung = Eingangsspannung mal 2 mal Anzahl der Stufen .
Der Ausgangsstrom ist abhängig vom Innenwiederstand des Spannungsquelle, der wiederum sich mit jeder Stufe erhöht und somit den Ausgangsstrom verringert.
Je größer allerdings die Kapazitäten sind um so größer der Ausgangsstrom.
Die Kondensatoren müssen mindestens die Ausgansspannung der Sekundärwicklung aushalten können.
Die nachgeschaltete Diode D3 und der Elektrolytkondensator C2 stammen von Greinacher.
Die Schaltung besteht aus einer Einweg-Gleichrichterschaltung (C1 und D2) der ein Kondensator und eine Diode (C2 und D3) nachgeschaltet wurde.
Während einer Halbwelle werden die Elektrolytkondensatoren C1 und C2 aufgeladen.
Bei der nächsten Halbwelle addiert sich diese Spannung zur Ausgangsspannung.
Damit der Kondensator C2 sich nicht wieder über den Kondensator C1 entlädt wird die Dioden D2 als Entladesperre in Sperrrichtung geschaltet.
Diese Verdopplerschaltung funktioniert also nur wenn als Eingangsspannung eine Wechselspannung vorhanden ist.
Betriebsspannung ( 5V) Minus Durchlassspannung der weißen Led ( 3,4 V) geteilt durch den Widerstand R4 ( 220 Qhm) , bleibt als Ergebnis ca. 7 mA
Betriebsspannung ( 5V) Minus Durchlasspannung der Grünen Led (ca. 2,4 Volt) geteilt durch Vorwiderstand (220V).
bleibt ca. 11 mA
Betriebsspannung (5V) Minus Diodendurchlaßspannung (0,7V) geteilt durch Vorwiderstand (220 Ohm) = ca. 19 mA