Предложенный лабораторный высоковольтный блок питания (ВВ БП) на основе автомобильной катушки зажигания (т. н. бобины) собран подручными средствами и из подножных материалов. Крайне прост, надёжен, дёшев, некапризен и ремонтопригоден. Не требует намоточных работ. Вместе с тем, позволят зажигать тлеющий разряд в трубках Гейслера, распылять геттер разрядом и прочее подобное. При работе от внешнего регулируемого низковольтного блока питания имеет и регулировку высокого напряжения. Очевидное и познавательное устройство модуля, родственное и уходящее корнями к небезызвестной индукционной «катушке Румкорфа», полезно при демонстрациях.
Рис. 2. Катушка Румкорфа. Восхитительно остроумный прибор, позволяющий электромеханическим способом получить из низкого напряжения постоянного тока (гальванические элементы, аккумуляторы) высокое напряжение переменного тока. Устройство очевидно, конденсатор в подвале шасси снижал искрение на контактах прерывателя-звонка. Картинка из сети
Основная часть подобного прибора — индукционная катушка, требует изрядных, хотя и несложных, намоточных работ и, к счастью, сегодня может быть заменена близким аналогом — катушкой зажигания от автомобильного бензинового двигателя внутреннего сгорания. Причём в компактном и надёжном исполнении — закатана в герметичный, заполненный маслом, стальной стакан с удобными мощными выводами.
Фото 3. Доставшаяся по случаю катушка зажигания марки Б115В. Рядом штатное хомут-крепление с табельным керамическим резистором
Камень преткновения для подобных конструкций — недолговечный и шумный механический прерыватель — в нашем приборе заменён на культурный электронный ключ на мощном полевом транзисторе, а в качестве задающего генератора импульсов применён таходатчик малогабаритного вентилятора. Заодно пусть обдувает транзистор-ключ.
Рис. 4. Схема принципиальная ВВ БП. Кроме сказанного и очевидного, предварительный каскад-формирователь импульсов на комплементарной паре транзисторов и демпферная цепочка на выводах низковольтной обмотки катушки. Повышают надёжность блока, снижают нагрев транзистора-ключа. В качестве последнего применил IRF540
К делу.
Фото 5. Первым долгом собрал БП на кусочке сосновой доски макетным манером. Ничего, искрит как миленький, а куда бы он делся
Катушечный ВВ БП даёт переменный ток, крупноват и работает только в компании с парой внешних низковольтных БП. Тем не менее свою растрёпу на дощечке (Фото 5) захотелось пригладить и причесать — макет разобрал до атомов, отчистил и отмыл с жёсткой щёткой катушку, подобрал вентилятор с радиатором покомпактнее, вычертил в Автокаде несложное шасси-штатив для удобной укладки разрядных трубок, подобрал клеммы.
▍ Шасси-штатив
Фото 6. Заготовки выпилил на торцевой пиле из кусочка твёрдого ламинированного ДВП 5 мм толщиной от старой корпусной мебели советского образца
Фото 7. Мелочи и проёмы сделал лобзиком по дереву. На фото — основание шасси с посадочным местом для катушки
Фото 8. Кронштейн-уголок выгнул из кусочка нетолстого, ~0,7 мм, алюминиевого листа — отмытого, отрихтованного, доставшегося по случаю куска старой кровли
Фото 9. Из того же листа вырезал, согнул, просверлил широкий хомут для катушки. Аккуратнее и компактней штатного
Фото 10. Сборка-примерка деталей шасси и основных установочных элементов. Шипы на деревянных элементах подогнал, срезая тонкие их слои скальпелем, нижнюю клемму — «Высокое напряжение ОБЩИЙ» — пришлось сделать самостоятельно из кусочка подходящей латунной проволоки и нескольких стандартных не оцинкованных (гальваническая с латунью пара — харам!) шайб и гаек М4
Фото 11. Деревянные детали собрал на столярный ПВА, влажной тряпочкой удалил выступивший клей, просушил и в несколько слоёв, покрасил чёрной матовой аэрозольной эмалью
▍ Электронный прерыватель
Вместе с миниатюрным вентилятором и радиатором выполнен в виде небольшого модуля. Мелкие элементы схемы смонтированы на дорожках её печатной платки аналогично SMD-монтажу. Пара элементов в корпусах 1206 тоже имеется — стиль эклектический.
Фото 12. Эскиз, спроектированной в том же Автокаде платки, распечатал в натуральную величину, подобрал и вырезал заготовку фольгированного стеклотекстолита
Фото 13. Ненужную фольгу на второй стороне заготовки снял пинцетом, предварительно подогрев медь строительным феном
Фото 14. Чтобы не копаться с фотошаблонами и химикатами для переноса простейшего рисунка, перевёл несколько его линий, используя канцелярскую копировальную бумагу. Заодно накернил и центры немногочисленных отверстий
Фото 15. Рисунок дорожек выполнил стеклянным рейсфедером, старым добрым битумным лаком. После подсыхания рисунка отретушировал немногочисленные огрехи крупной иглой
Фото 16. Стравил незащищённую медь в хрестоматийном водном растворе хлорного железа. Храню его небольшой запас в герметично закрывающейся полиэтиленовой кювете-контейнере, позволяющей обрабатывать мелкие платки прямо в ней
Фото 17. Лак с дорожек удалил клочком х/б ветоши, смоченной ацетоном, зачистил дорожки абразивной стороной губки для мытья посуды, залудил ПОС-61 со спиртоканифольным флюсом
Фото 18. Собрал платку. Комплементарную пару КТ315-КТ361 отобрал по транзисторному тестеру с близкими параметрами, резисторы в корпусах 1206
Фото 19. Отмыл собранную платку от остатков спиртоканифольного флюса в ультразвуковой мойке с применением автомобильного моющего средства (изопропиловый спирт, ПАВ), промыл в чистой воде, высушил, впаял винтовую клемму, установил радиатор с вентилятором. Под металлическую спинку полевого транзистора плюхнул немного теплопроводящей пасты, крепёж вентилятора застопорил краской в резьбу. Подключил выводы вентилятора к плате, привинтил кронштейн, на нижней полке которого ударными клеймами выбил месяц и год сборки. Выпендрился
▍ Сборка ВВ БП
Фото 20. Моим б/у приборным клеммам не хватало лепестков для подключения к ним проводов изнутри. Один из трёх удалось подобрать готовый, ещё два разметил и выпилил ювелирным лобзиком из кусочка нетолстой медной ленты
Фото 21. Лепестки зачистил, залудил, припаял соответствующие провода, удалил остатки флюса, собрал, установил клеммы. Установил индукционную катушку
Фото 22. Установил модуль прерывателя, провёл, укоротил по месту, подключил к нему провода. Длинные нейлоновыми ремешками закрепил на элементах конструкции или скрепил друг с другом
Фото 23. Для первой проверки работоспособности ВВ БП организовал искровой промежуток — зажал в высоковольтных выводах блока по куску жёсткого провода, их свободные зачищенные от изоляции концы свёл на расстояние около 10 мм. Запитал модуль от пары низковольтных лабораторных БП
Фото 24. Искровой промежуток 10 мм пробивается при напряжении питания катушки уже около 7…8 В. Потребляемый при этом ток меньше ампера. Напряжение на индукционной катушке — около 30 с хвостиком кВ
Фото 25. Ещё одна простая проверка работоспособности — включение лампы фабричной люминесцентной. Удобнее недлинной трубчатой — то же разрежение, те же электроды, тот же разряд. Оба вывода от нитей накала на каждом конце трубки закоротил, разряд в парах ртути горит между холодными электродами
Фото 26. Наконец, то, ради чего всё затевалось – включение самодельных разрядных трубок. Здесь это открытая «не отпаянная» трубка для демонстрации зависимости формы разряда от остаточного давления [2]
Фото 27. Характерное «тёмное Фарадеево пространство» и страты тлеющего разряда в разреженном воздухе [2]
Фото 28. Правила хорошего тона требуют снабжать органы управления и коммутации прибора понятными и долговечными пояснительными надписями – уже через несколько недель простоя, можно и самому не вспомнить, куда и что следует подключать. Шильдики для клемм сделал ударным способом на мягком алюминии, закрепил крохотными саморезами и винтиками М3
Фото 29. Готовый ВВ БП с разрядной трубкой. Вид слева
Фото 30. Готовый ВВ БП с разрядной трубкой. Вид справа
Фото 31. Шильдики с пояснительными надписями около клемм питания прибора
Фото 32. Шильдик около высоковольтного вывода катушки
Фото 33. Шильдик около «общего» вывода высокого напряжения
Фото 34. Вид ВВ БП снизу
▍ Выводы, работа над ошибками
Мелочи — держатели штатива следовало бы сделать поближе друг к другу и V-образными, в которых устанавливаются, не перекатываясь трубки любой длины и диаметра. Выбитые или выгравированные углублённые буквы-знаки положено не лениться заполнять контрастной краской.
Соображения общие — блок питания работоспособен вполне, но требует двух внешних низковольтных источников, генерирует высокое напряжение переменного тока, имеющее не слишком удобную регулировку. Не имеет измерительных приборов и при работе на искровой промежуток создаёт помехи по цепям питания. Сфера его применения — демонстрации.
Практика показала — в отличие от простых аналогов, описанный блок питания способен длительно работать без заметного нагрева элементов, разве что чуть теплеет катушка.
▍ P. S.
Вместе с трубкой (Фото 1) подарю преподавателю энтузиасту в школьный кабинет или кружок физики.
▍ Литература
- Варианты простых высоковольтных блоков для электростатической коптильни. Конспект форума.
- Простая трубка Гейслера своими руками. Авторский конспект.
На благо всех разумных существ. Babay Mazay, февраль, 2024 г.
Автор: Сергей
