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www.kilovolt.chZeilentrafos erzeugen in Röhren-Fernsehern und Computermonitoren die nötige Hochspannung für die Bildröhre. Normalerweise beträgt diese bei einem Farbgerät rund 30 kV, der Strom fällt aber eher bescheiden aus mit ca. 0.5 bis 2 mA.
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Zeilentrafos sind mit Harz vergossen und besitzen einen
Ferritkern und sind damit natürlich nur für hohe Frequenzen im kHz-Bereich
geeignet. Neuere Typen, sogenannte Diodensplittrafos, beinhalten viele einzelne Dioden zwischen
den Wicklungen und liefern damit
eine gleichgerichtete Hochspannung (pulsierende Gleichspannung). Ältere Modelle aus Schwarz/Weiss-Geräten verfügen
über eine externe Kaskade, die direkte (hochfrequente) Ausgangsspannung
beträgt dann nur ca. 8 kV, dafür ist bei solchen AC-Zeilentrafos etwas mehr
Strom verfügbar. Zeilentrafos benötigen eine elektronische
Ansteuerschaltung, welche ein Rechtecksignal im Bereich von ca.
15 kHz bereitstellt. Eine solche Schaltung kann mit sehr einfachen Mitteln
aufgebaut werden (NE555 oder TL494 als Taktgeber, mit einem Leistungstransistor
zum Ansteuern der Primärwicklung des Trafos sowie allenfalls eine kleine
Treiberstufe, falls der Endstufentransistor einen erheblichen Eingangspegel
benötigt). Man findet Schaltungen wie diese überall im Internet.
Der abgebildete Diodensplittrafo stammt aus einem alten Atari-Computerbildschirm, für Hochspannungsversuche eignen sich eigentlich fast alle Typen.
Diodensplittrafo mit fest eingegossenen Dioden und DC-Ausgang
Vorteil von Zeilentrafos: Sind einfach und günstig ( bzw. gratis) und in grosser Stückzahl zu beschaffen bei Radio/TV-Geschäften und im Computerfachhandel, wo Geräte entsorgt werden. Besonders in der heutigen Zeit, in welcher Röhrenmonitore den Flachbildschirmen Platz machen müssen, werden viele alte Monitore und TVs entsorgt. Auch auf ebay oder sonstigen Elektronik-Online-Stores findet man zum Teil grössere Restposten verschiedenster Zeilentrafos mit und ohne Kaskade.
Wichtig beim Ausbau des Zeilentrafos aus dem
TV oder Monitor: Zuerst Bildröhre entladen, dann Hochspannungsanschluss
entfernen, und vor dem Auslöten Pinbelegung des Zeilentrafos rauszeichnen. Wichtig sind vorallem zwei Anschlüsse: Speisungszuführung (ca.150V vom Netzteil her)
und Anschluss, der zum Kollektor des Horizontal-Endstufentransistors
geht. Diese beiden Anschlüsse werden später benötigt, um den Trafo
anzusteuern. Meist sind es die ersten beiden Pins im Halbkreis, normalerweise
sind sie auch etwas abgesetzt von den restlichen Anschlüssen und somit gut
erkennbar. Auf der Lötseite der Printplatte sind die Zuführungen für diese
Pins meist breiter ausgeführt als alle anderen oder sogar zusätzlich verzinnt,
damit sie die hohen Betriebsströme aushalten (daran kann man sie ebenfalls
erkennen). Das dicke, gut isolierte, rote Kabel ist der Hochspannungsausgang
(ca. 30kV), während das etwas dünnere, schwarze Kabel die Fokusspannung
führt, welche nur etwa 6kV beträgt. Das orange Kabel schliesslich bringt die
Gitter-2-Spannung, diese beträgt lediglich einige hundert Volt. Für
Hochspannungsversuche wird eigentlich nur das dicke rote HV-Kabel benötigt, die
restlichen können abgeschnitten werden (abgeschnittene Kabelenden am besten mit etwas Heisskleber
oder Epoxidharz isolieren). Falls man die Primärwicklung nicht mehr
rausfinden kann, ist es bei Zeilentrafos mit freistehendem Kern auch möglich,
eine eigene kleine Primärspule am Kern anzubringen (in der Regel so 5 bis 10
Windungen).
Älterer AC-Zeilentrafo mit externer HV-Diode
Nun muss nur noch der Gegenpol (Fusspunkt) der Hochspannungswicklung gefunden werden. Dies ist meist ziemlich einfach, man nähert im Betrieb vorsichtig den Hochspannungsanschluss vom roten Kabel jedem der verbleibenden Pins unten am Trafo (ausser natürlich den Speisepins!). Dort, wo der längste Funke entsteht, ist dann normalerweise der Gegenpol (Fusspunkt) der Hochspannungswicklung. Meist ist der Fusspunkt direkt unter den Fokus- und Screenpotentiometern zu finden. Die restlichen Pins werden nicht gebraucht; sie dienten im Monitorbetrieb lediglich der Bereitstellung einiger Hilfsspeisungen für diverse Schaltungen (RGB-Stufe, Vertikalstufe, Bedienteil usw). Für eine optimale Isolierung können die Anschlüsse des Zeilentrafos nun noch mit Heisskleber vergossen werden.
Mehrere Zeilentrafos können für einen höheren Strom parallel geschaltet werden, sofern die gleiche Ansteuerschaltung verwendet wird. Es empfiehlt sich in diesem Fall, für jeden Trafo einen eigenen Endstufentransistor mit guter Kühlung vorzusehen, wobei der Rest der Schaltung (Oszillator und Treiberstufe) natürlich nur einmal gebaut werden muss. Die Stromaufnahme der Schaltung kann dann aber beträchtliche Ausmasse annehmen (bei 12V werden dann schnell mal Grössenordnungen von 10A bis 20A erreicht).
Eine der effizientesten Möglichkeiten, Zeilentrafos anzusteuern, wäre die folgende Variante:
Diese selbstschwingende Ansteuermethode ist nicht nur relativ einfach zu bauen, sondern arbeitet auch sehr effizient. Das Prinzip dahinter heisst ZVS (Zero Voltage Switching). Dies bedeutet, dass die Power-FETs immer in den Spannungsnulldurchgängen schalten. Dadurch entstehen selbst bei hohen Leistungen relativ wenig Verluste. Die MOSFETs werden abwechslungsweise durchgesteuert und die Schaltung schwingt automatisch auf der Resonanzfrequenz des Schwingkreises, bestehend aus der Primärspule des Zeilentrafos und dem parallel geschalteten Kondensator. Um die volle Leistung ausnutzen zu können, bringt man am besten auf dem Ferritkern eine eigene kleine Primärspule mit dickem Kabel oder Draht an. Die gleiche Schaltung kann übrigens auch für einen Induction Heater verwendet werden. Mit einer solchen Schaltung kann ein Zeilentrafo gut und gerne mit einigen hundert Watt Leistung angesteuert werden. Allerdings halten die wenigsten Zeilentrafos solche Extrem-Belastungen über längere Zeit aus. Daher sollte der Strom der Speisequelle auf einen vernünftigen Wert begrenzt werden bzw. die Speisespannung nicht zu hoch gewählt werden. Die Speisequelle muss aber auf jeden Fall einigermassen leistungsfähig ausgelegt werden: Die Schaltung genehmigt sich bei 12 bis 30V Betriebsspannung gut und gerne gegen 10A Strom.