Давиденко А.А., Нестеренко М.Ф. Восстановление источников высокого напряжения

В данной статье рассматривается, как восстановить источники высокого напряжения. Эти приборы, как известно, позволяют поставить значительное количество демонстрационных экспериментов по нескольким разделам физики.

Таких источников высокого напряжения в школе два: катушка Румкорфа и преобразователь напряжения «Разряд 1».

Оба прибора представляют собой повышающие напряжение трансформаторы. Для обеспечения их работы в цепи первичной обмотки осуществляется коммутация тока. В катушке Румкорфа это достигается электромеханическим способом (прерывателем цепи). Частота коммутации в данном случае достаточно низкая и к тому же не стабильна, что влияет на работу прибора и, как следствие, – на качество демонстраций.

Электронная схема коммутатора в «Разряде 1» выполнена на транзисторах. Им обеспечивается частота коммутации около 1 кГц.

Эти электронные коммутаторы достаточно часто выходят из строя из-за отсутствия защиты транзисторов по току в самой схеме, а также из-за несовершенных источников низкого напряжения, которые используются в школе. Например, известные школьные выпрямители ВС-12 и ВС-24 не имеют на своем выходе даже простейшего фильтра выпрямленного тока. Понятно, что это не может не приводить к преждевременному выходу из строя транзисторов. В инструкции к «Разряду 1» есть, правда, указание на необходимость использования простого конденсаторного фильтра (указывается даже емкость конденсатора), который следует самостоятельно подключить к выходным клеммам источника низкого напряжения, однако на это почти никто не обращает внимания.

Наши предложения сводятся к использованию электронных коммутаторов, которые могут работать непосредственно от сети переменного тока напряжением 220 В. Изготовить его может любой учитель физики или же его учащиеся.

Первый из предлагаемых коммутаторов представляет собой простейший релаксационный генератор, выполненный на неоновой лампе (рис. 1).

Рис. 1

Выпрямленный диодом VD1 ток через сопротивление R1 заряжает конденсатор С1 до напряжения загорания неоновой лампы L1. После достижения этого напряжения конденсатор быстро разряжается через первичную обмотку трансформатора Т1. Такая коммутация совершается с частотой около 50 Гц.

При монтаже данной схемы можно использовать следующие детали.

Диод VD1 можно взять типа Д226 или же аналогичный ему любой серии. Резистор R1 должен иметь сопротивление около 15 кОм и мощность не менее 4 Вт.

Конденсатор С1 типа МБГО емкостью 0,5 мкФ, рассчитанный на напряжение 200 В и больше. Такие конденсаторы поступали в кабинеты физики в виде батарей, а также установленными на пластмассовых подставках.

Неоновой лампой HL1 может быть любая, но лучшие результаты достигаются при использовании лампы МТХ-90.

Подчеркнем, что коммутатор, собранный по первой схеме, имеет недостаток: неоновая лампа работает в режиме перегрузки, что значительно сокращает срок ее эксплуатации, однако для использования в школе ее хватит на несколько лет.

Схема второго коммутатора несколько сложнее (рис. 2).

Рис. 2

Конденсатор С1 в предлагаемой схеме выполняет роль заряжающего (ограничивающего) резистора.

Диоды VD1 и VD2 образуют выпрямитель с удвоением напряжения. Использование такого выпрямителя позволяет получать две полуволны выпрямленного тока для заряжания конденсатора С2. Это дает возможность повысить частоты коммутации до 100 Гц.

С2 – разрядный конденсатор.

Тиристор VS1 и неоновая лампа HL1 представляют собой коммутирующий элемент.

Конденсаторы С1 и С2 такого же типа, как и в первой схеме. Такими же остаются их емкость (0,5 мкФ) и рабочее напряжение – не менее 200 В.

В качестве диодов VD1 и VD2 можно использовать КД105, Д226, Д237 любой серии или же аналогичные им.

Тиристор VS1 типа КУ201 или КУ202 любой серии.

Неоновой лампой может быть любая, но опять же лучшие результаты обеспечиваются использованием МТХ-90.

Оба коммутатора можно изготовить в виде отдельных блоков. Это позволит использовать их не только в рассматриваемых высоковольтных выпрямителях, но и для других целей.

Для подключения изготовленного коммутатора к выпрямителю «Разряд 1» необходимо концы первичной обмотки трансформатора отсоединить от его старого коммутатора и вывести на внешние клеммы.

К катушке Румкорфа выход коммутатора можно подключать непосредственно к клеммам его питания. При этом необходимо выдержать единственное условие: молоточек и наковальню катушки следует закоротить. Для этого достаточно полностью закрутить регулировочный винт.

Однако при желании смонтированную схему коммутатора можно разместить и в корпусе «Разряда 1». Концы первичной обмотки трансформатора следует отпаять от выхода старого коммутатора и припаять к выходу нового коммутатора.

Старую обмотку можно не использовать вообще. Для получения новой первичной обмотки достаточно намотать на сердечник трансформатора 25 витков провода диаметром не менее 0,4 мм. Понятно, что во избежание возможного повреждения эмали провода сердечник перед этим необходимо обернуть кабельной бумагой или же ПХВ-изолентой.

В случае выхода из строя повышающего трансформатора можно воспользоваться высоковольтным трансформатором строчной развертки типа ТВС-110 телевизора черно-белого изображения. Возможные варианты получения высокого напряжения с помощью таких трансформаторов предлагает в своей статье В.Утин [1].

1. Утин В. Варианты блока питания «люстры Чижевского» // Радио. – 1997. – № 5. – С. 42-43.