Як ми визначаємо, що напруга висока? 100, 1000, або 10000Вольт вважається високою напругою? У порівнянні з 10-тьма вольт, всі вони можуть вважатися високою напругою.
Висока напруга небезпечно для людського життя. Рівень небезпеки залежить від струму. Очевидно, що 1000 вольт з струмом 100 мА становлять велику небезпеку, ніж 100 Вольт з таким же струмом, але це не означає, що з цією сотнею Вольт можна халатно звертатися. Все ж 100 Вольт все ще вважається високою напругою і цей факт повинен бути зрозумілий.

Генератор високої напруги наведений у цій статті, здатний видавати 10000 Вольт. Настільки висока напруга може іонізувати повітря і гази, заряджати високовольтні конденсатори, забезпечувати роботу маленького лазера або кінескопа, а також може бути корисно для різних експериментів.

Опис схеми
Вище наведена схема генератора високої напруги, в даному випадку вона працює від 12 вольт. Схема перетворює вхідні 12 Вольт в 10000 вихідних вольт, але вже з іншою частотою. До вторинної обмотці трансформатора підключений помножувач напруги з якого можна знімати від 1 до 10 кВ. Мікросхема CD4584 це тригера Шмітта. Тригер U1a працює як генератор прямокутних імпульсів. Вихід генератора з’єднаний з U1-b – U1-f, а вони з’єднані паралельно для збільшення струму. Потім з U1-b – U1-f подаються імпульси на базу транзистора Q1, транзистор відкривається і через нього протікає наростаючий струм Ік. Цей же струм буде протікати і через обмотку W1 трансформатора Т1, що призведе до того, що в осерді трансформатора збільшується магнітний потік, при цьому у вторинній обмотці W2 трансформатора наводиться ЕРС самоіндукції. У кінцевому підсумку на виході діода VD з’явитися позитивна напруга. (При цьому якщо ми будемо збільшувати тривалість імпульсу прикладеного до бази транзистора VT1, у вторинній ланцюга буде збільшуватися напруга, т.к енергії буде віддаватися більше, а якщо зменшувати тривалість, відповідно напруга буде зменшуватися. Таким чином, змінюючи тривалість імпульсу в ланцюзі бази транзистора, ми можемо змінювати вихідні напруги вторинної обмотки Т1).

На виході вторинної обмотки виходить від 800 до 1000 вольт, потім йде помножувач напруги який збільшує вихідну напругу в 10 разів.

Для нормальної роботи схеми потрібно встановити вихідну частоту генератора (U1-а) елементами R1, R5 і C1 (наведені на схемі номінали становить близько 15 кГц). Потенціометр R5 використовується для тонкої настройки вихідної частоти генератора. Чим вище частота генератора, тим менше опір місткості на множник.

Світлодіод показує, що схема підключена до джерела живлення, неонова лампа дає нам знати, що схема працює нормально. Щоб отримати максимальну напругу на умножителе потрібно підключити до нього осцилограф через високовольтний дільник і змінним резистором R5 домогтися максимальної амплітуди сигналу. Якщо ні осцилографа, то можна візуально налаштувати схему, для цього потрібно вихідний провід помножувача розмістити на півдюйма від проводу заземлення і обертаючи R5 домогтися максимальної довжини іскри.

Список деталей
Всі резистори 1/2Ватт, допуск 5%
R1 = 1K5 (1.5K) (коричневий-зелений-червоний)
R2 = 300 Ом (помаранчевий-чорний-коричневий)
R3 = 220 Ом (червоний-червоний-коричневий)
R4 = 1 МОм (коричневий-чорний-зелений)
R5 = 10K змінний резистор
Конденсатори
C1 = 0.022uF, 50 Вольт, металізована плівка
C2 = немає
C3-C12 = 0.001uF, 2000 Вольт, керамічний диск
С13 = 220uF, 25 Вольт, електролітичний
C14 = 4700uF, 35 Вольт, електролітичний
D1-D11 = 1N4007, 1А, 1000 Вольт
Q1 = TIP31A, NPN
U1 = MC1458BAL (CD4584) тригера Шмітта
LED1 = зелений світлодіод
Інші компоненти
Ne1 = Ne2-неонові лампи
T1 = HVM COR-2B, феритовий сердечник трансформатора, що підвищує (див. текст)
Високовольтний трансформатор можна взяти готовий (транс рядкової розгортки від лампового телевізора ідеально підійде), або намотати самому, користуючись програмою для розрахунку імпульсних трансформаторів.

Увага
Якщо ви доторкнетеся до вихідного дроти помножувача, то отримаєте сильний електричний удар. Крім того, після відключення живлення від схеми, заряд в конденсаторах зберігається на деякий час. У цілях безпеки необхідно замикати вихідний провід помножувача на землю.

Мікросхема U1 являє собою пристрій КМОП і є чутливим до статичної електрики. Максимальна напруга живлення 15 вольт. Діод D11 захищає схему від неправильної полярності.
Конденсатори і діоди працюють в умножителе повинні бути з подвійним запасом по напрузі. Діоди D1-D10 складаються з двох послідовно включених діода на 1000 Вольт 1 Ампер.

Сам пристрій може бути зібрано на будь підходящої платі. Транзистор Q1 повинен мати хороший радіатор, інакше може статися тепловий пробій. Умножитель зібраний таким чином, щоб не було витоків (невеликих крон), всі пайки повинні бути закругленими і гладкими. В цілях безпеки слід заізолювати помножувач, автор використовував високовольтну шпаклівку. Вихідний провід помножувача краще взяти з рядкового трансформатора від телевізора, який йде на анод кінескопа. Цей провід може тримати напругу порядку 20000 вольт (залежить від моделі телевізора)

Позитивні і негативні іони:
Полярність діода в умножителе визначатиме полярність іонів. У прототипі автора, помножувач налаштований на позитивні іони. Вихідна напруга 10000вольт. Якщо поміняти полярність діодів, то будуть негативні іони. Вихідна напруга при цьому буде-10000вольт.

Експеримент:
Якщо помістити вихідний провід помножувача на відстань від ½ до ¾ дюйма від проводу заземлення, то можна буде спостерігати іскри. Слід пам’ятати, що мікросхема в генераторі чутлива до статики, щоб уникнути виходу з ладу мікросхеми слід заземлити схему.

Якщо до умножителю підключити лампу, то в ній будуть з’являтися невеликі грози і спалаху. Конструкція помножувача дозволяє знімати з нього ряд напруг від 1000 вольт до 10000 вольт.
Якщо схема не працює, то насамперед потрібно перевірити напругу живлення, потім за допомогою осцилографа подивитися імпульси на 6 ніжці U1, там повинні бути прямокутні імпульси частотою приблизно 12 кГц. Транзистор Q1 повинен бути встановлений на радіатор.

Слід також перевірити високовольтний трансформатор, для цього потрібно відключити помножувач і переконатися, що на виході 800-1000вольт. Перевірити компоненти помножувача, спочатку продзвонити тестером діоди, а потім перевірити конденсатори. Всі експерименти слід проводити в добре провітрюваному місці, так як при розрядах виділяється багато озону. Він є шкідливим у великих концентраціях. При розряді, схема випромінює радіо і телевізійні перешкоди (RFI). Вони можуть проявитися як шум на AM-радіо або перешкоди на ТБ.

Ця стаття спочатку була написана Vincent Vollono і опублікована в »Electronics Now» і «Popular Electronics» журналах 1992 Переписана і повторена Tony van Roon. (VA3AVR)

cxem.net