Предыдущая конструкция самая простая по схематическому решению, но габариты ее, особенно при применении столбов Д1007, Д1008, конденсаторов КБГ-П, довольно велики. Затруднения вызывает изготовление трансформатора.
Построить ионизатор меньших габаритов и с меньшими трудностями позволяет введение в схему преобразователя частоты сети 50 Гц в напряжение повышенной частоты в несколько килогерц.
В радиолюбительской литературе встречаются описания схем ионизаторов. В частности, «Справочник по схемотехнике для радиолюбителя» (Киев, Техника, 1987) содержит такое описание.
Для предметного разговора приведем эту схему на рис. 6 так, как она излагается в справочнике.
Рис. 6.Схема конденсатора из «Справочника по схемотехнике для радиолюбителя»:
VT1, VT2 — П217; С1÷С6 — 0,1x1,5 кВ; С7 — 50,0 мкФ х 20В; R1 — 470; R2 — 5 м; Т1 — выполнен на ферритовом сердечнике от строчного трансформатора телевизора.
I — 14 витков провода ПЭЛ диаметром 0,8, отвод от середины;
II — 6 витков провода ПЭЛ диаметром 0,8, отвод от середины;
III — 8000÷10000 витков провода ПЭЛШО диаметром 0,08÷0,1; VD1÷VD6 — D1007, D1008
Транзисторы VT1, VT2, Конденсатор С7, резистор R1 и трансформатор Т1 образуют преобразователь постоянного тока в переменный с частотой 3–4 кГц. С повышающей обмотки III напряжение около 8 кВ подается на умножитель C1-С6.
На выходе получается отрицательное напряжение около 50 кВ.
Все, казалось бы, правильно. Но при анализе этой схемы сразу выявляются несколько, мягко говоря, несоответствий. Преобразователь работает на частоте 3–4 кГц, а столбы Д1007, Д1008, рекомендованные к применению, работоспособны на частоте не выше 1 кГц. Конденсаторы C1-С6 указаны на рабочее напряжение 1,5 кВ, но в схеме к ним будет приложено напряжение:
UC2 = … = UC6 = 2∙Uраб/K = 2∙50000/6 ~= 16,6 кВ.
Такое огромное превышение рабочего напряжения над допустимым неизбежно приведет к их пробою. Кроме этого, частота 3–4 кГц проявляется довольно сильным свистом, который, несмотря на все ухищрения, устранить не удается. Это свистит сам ферритовый сердечник трансформатора. В физике это явление называется магнитострикционными колебаниями.
Учитывая сказанное, доработаем схему, устранив все несуразности. Чтобы избавиться от весьма надоедливого свиста, который может доставить радость только самому конструктору, но никак не окружающим, повысим частоту преобразования до 15–18 кГц. Такую частоту очень мало кто слышит. Это уже ультразвук.
Изменим число витков первой и второй обмоток, номиналы резистора и конденсатора. Уменьшение числа витков I обмотки позволяет уменьшить количество витков повышающей обмотки и использовать готовую, уйдя таким образом от трудностей изготовления высоковольтной катушки.
В качестве трансформатора Т применим ТВС-90ЛЦ 2–1, трансформатор выходной строчной развертки. Такие трансформаторы применялись в ламповых телевизорах типа «Электрон 701» и других подобных ему. (Общее название схемы УЛПЦТ(И)-59/61-2.) В настоящее время эти телевизоры уже устарели и морально и физически. Много их лежит во всяких кладовках — выбросить жалко и мешают.
Такие трансформаторы бывают в продаже в магазинах радиотоваров.
Используем ферритовый сердечник и повышающую обмотку, ту, от которой отходит вывод с колпачком для кенотрона. Эта обмотка имеет 1900 витков. Другую часть обмотки удаляем, перепилив пластмассовый мостик между катушками. Колпачок тоже удаляем. Вместо удаленной первичной обмотки наматываем свою, согласно схеме (рис. 7).
Рис. 7.Та же схема, несколько видоизмененная:
VT1, VT2 — П214А; С1 — К50-6 2000,0 мкФ x 25В; С2 — КМ6б 0,68 мкФ, С3-С8 — ПОВ 15 кВ 390 пФ; VD1 — КЦ412A; VD2-VD7 — КЦ106Г; R1 — МЛТ-1 1,2 кОм; R2 — МЛТ-1 5,1÷10 мОм; S1 — выключатель; Т2 — I — 2 х 5 витков; II — 2 x 1 виток
Наматывать лучше не обмоточным, а монтажным многожильным проводом в хлорвиниловой изоляции сечением 0,35—0,5 мм. Делаем так: отрезаем два куска провода 0,5 и 1,0 м, зачищаем посередине участки по 5 мм и припаиваем средние выводы. Заизолировав места спайки изолентой, строго симметрично наматываем обе обмотки. Крайние концы для закрепления связываем узлом При монтаже лишний провод обрезаем. Транзисторы VT1,VT2 можно применить любые из П213, П214, П215, П216, П217 с любой буквой. Их надо установить на небольших радиаторах. С2 — КМ-6 0,68 мкФ, I — МЛТ-1 1,2 кОм, VD2 — VD7 — КЦ-106 Г. Эти выпрямительные столбы работоспособны до 20 кГц, допустимое обратное напряжение — 10 кВ. Необходимое напряжение U2 на обмотке III трансформатора Т2-
U2 = 0,85∙Uраб = 0,85∙25000/6 = 3540 В
Обратное напряжение на столбах при этом: Uобр =2,8∙U2 = 2,8∙3540 = 9912, что допустимо для выбранных столбов. Минимальные емкости конденсаторов умножителя определяем по формуле:
C = 34∙J∙(К + 2)∙50/(Uраб∙U2) = (мкФ).
Подставив значения, получим:
С3÷С8 = 34∙0,1∙(6 + 2)∙50/(15000∙3540) = 0,0000256 мкФ = 25,6 пФ.
То есть конденсаторы умножителя должны быть не менее 27 пФ. (Конденсаторов 26 пФ не бывает.) Максимальное напряжение на конденсаторах:
UС3 ÷UC8 = 2∙Uраб/K = 2∙25000/6 = 8333 B = 8,3 кВ
По справочнику выбираем конденсаторы типа ПОВ напряжением 15 кВ, емкостью 390 пФ. Эти конденсаторы применялись ранее в черно-белых телевизорах, их проще раздобыть.
Можно применить конденсаторы КВИ-1, КВИ-2 с номиналами 47, 68, 100, 150, 220 пФ напряжением 10 кВ. Подойдут К1 5У-1, К1 5-13 и другие высоковольтные (не менее 10 кВ) конденсаторы. Желательно выбирать, ориентируясь на меньшие габариты.
Собранный умножитель также заливают эпоксидной смолой. Такая мера очень хорошо повышает электропрочность изделия и позволяет избежать крайне нежелательного коронирования, искрения и других пробоев между токонесущими элементами.
Определим величину (приблизительно) постоянного напряжения, питающего преобразователь. Обмотка III имеет 1900 витков, обмотка I — 2x5 витков. Коэффициент трансформации Kтр = 1900:5 = 380. По предыдущим расчетам U2 = 3540 В. Значит, на вход преобразователю надо подать постоянное напряжение:
Uпит = U2/(Kтр∙η) = 3510/(380∙0,85)
Здесь η = 0,85 — КПД транзисторных двухтактных преобразователей. Потребляемый преобразователем ток равен (из опытного замера) 0,3 А. Для расчета сетевого питания примем значение тока с запасом 0,5 А. Это иногда бывает нужно при корректировке высоковольтного напряжения.
Потребляемая мощность:
Pпот = Jпит∙Uпит = 0,5∙11 = 5,5 Вт.
Мощность трансформатора Т1:
PT1= Pпот/K = 5,5/0,7 = 8 Вт,
принимаем 10 Вт.
Сечение сердечника:
Sж = √PТ = √10 = 3,3 см.
Число витков на 1 В:
N = 50/Sж = 50/3,3 = 15 вит/В
Число витков сетевой обмотки:
W1= 15∙220 = 3300.
Для возможности изменения питающего напряжения при наладке ионизатора вторичную обмотку выполним с отводами на 9, 11, 13, 15 В:
W2 = N∙(9 + 2 + 2 + 2)∙1,05 = 15∙(9 + 2 + 2 + 2)∙1,05 = 142 + 31 + 31 + 31 витков.
То есть при намотке 142 витков делаем вывод и добавляем еще три раза по 31 витку с отводами.
Ток сетевой обмотки:
JC = PT/UC = 10/220 = 0,045 А.
Диаметры проводов:
d1 = 0,8∙√JC = 0,8∙√0,045 = 0,168.
Принимаем d1 = 0,17 мм.
d2 = 0,8∙√J2 = 0,8∙√0,5 = 0,392.
Принимаем d2 = 0,41.
По вычисленным результатам выбираем сердечник Ш14 с толщиной набора 24 мм, или Ш16 с набором 20 мм. Желательно выполнить проверочный расчет размещаемости обмоток, как было сказано выше.
Выпрямительный мостик VD1 можно заменить любыми диодами с током до 1 А.
Конструкция № 3 (разработана специально для «Сделай сам»)
Эта конструкция отличается от предыдущей применением умножителя УН 9/27-1,3, используемого в современных цветных телевизорах.
Сложность применения такого умножителя заключается в том, что он предназначен для получения высоковольтного положительного напряжения. Нам же нужно отрицательное. Просто подключить «наоборот» не удается, так как все элементы умножителя залиты компаундом, поэтому напряжение U2 подать некуда. Схема УН 9/27-1,3 приведена на рис. 8 так, как она изображается на схемах телевизоров.
Рис. 8.Схема конструкции № 3 ионизатора, разработана специально для журнала «Сделай сам»
Места размещения выводов на корпусе умножителя на рис. 9.
Рис. 9.Места размещения выводов
По схеме видно, что УН 9/27-1,3 это умножитель с числом К = 5. Высокочастотное напряжение со строчного трансформатора поступает на вход, обозначенный значками ~ и ┴. Положительное напряжение 25 кВ снимается с выхода +. Диод VD1 в умножении напряжения не участвует.
Выполним проверочные расчеты для определения напряжений, при которых работает умножитель в телевизоре с тем, чтобы нам не превысить их при использовании УН 9/27-1,3 в наших целях.
Uраб = 25 кВ
— это известно из схемы телевизора.