Науково-дослідний сайт В'ячеслава Горчіліна
2020-03-18
Всі статті/Радіоелектронні схеми
Індивідуальний іонізатор
Присвячується CoVID-19
Принцип роботи і дослідження в області негативних аероіонів були проведені А. Л. Чижевським [1] ще в середині минулого століття. Розробки, виконані його колективом, достовірно показали позитивну дію негативно заряджених іонів повітря на людину, тварин і рослини [2]. За підсумками цих досліджень, в СРСР були прийняті санітарно-епідеміологічні норми оптимальної концентрації аероіонів в робочих приміщеннях. Такий режим дезинфецировал повітря і створював умови для високоефективного праці. Довгий час у країні можна було зустріти в продажу «Люстру Чижевського», яка була спеціально розроблена для іонізації житлових приміщень, яка насыщала простір негативними аероіонами і, на відміну від багатьох сучасних іонізаторів, майже не створювала сполук досить шкідливого озону. Якийсь сучасний аналог такої люстри ми й пропонуємо нашим читачам.
Із-за своєї невеликої потужності такий прилад не підходить для іонізації всього приміщення, але для насичення корисними для здоров'я, негативними іонами (аероіонами) області робочого місця підходить ідеально. На відміну від бактерицидних ламп, такий прилад не вимагає при своїй роботі звільняти приміщення і може бути включеним цілодобово. Джерелом живлення для нього служить стандартний USB-роз'єм. Таким чином, він може бути підключений до будь-якого комп'ютера і розташовуватися поруч з ним, покращуючи робочу атмосферу для користувача і дезинфецируя простір навколо нього, в тому числі і від вірусів. Пристрій складається з 10-ти недорогих деталей (рис. 8), надійно у роботі і, при наявності всіх елементів, збирається за кілька годин.
Принципова схема індивідуального іонізатора представлена на малюнку (1). В її основі задіяна схемотехніка та принцип генератора високовольтних імпульсів, який зарекомендував себе стабільною роботою і малою споживаною потужністю. Наприклад, для досягнення тих же параметрів по вихідній напрузі, стандартною схемою генератора на n-p-n транзисторі потрібно декілька Ватів потужності. Наш прилад буде споживати всього 0.5 Вт.
Рис.1. Принципова схема індивідуального іонізатора
Робота схеми наступна. Харчування 5 надходить від USB-роз'єму XS1 і далі, через запобіжник FU1, — на схему. На транзисторі VT1 зібраний генератор, який подає короткі імпульси (близько 300-400 нс) на первинну обмотку високовольтного трансформатора TV1. За рахунок великої індуктивності, на його вторинній обмотці утворюється синусоїдальна напруга амплітудою близько 30 кВ, що надходить через випрямні високовольтні діоди VD1-VD2 на антену AN1. Її конструкція являє собою віник із гострих голок, які іонізують повітря і тим самим формують потік негативних іонів. Короткі імпульси на стоці транзистора виникають за рахунок позитивного зворотного зв'язку, утвореної струмовим трансформатором TC1, що представляє собою кільце з пропущеним через нього дротом від первинної обмотки TV1. Ланцюжок R1-ZD1 задає напругу зміщення на затворі VT1.
Доробка високовольтного трансформатора
Можна обійтися без цього і пропустити цю частину замітки, але для отримання більш надійного пристрою краще буде все ж доопрацювати трансформатор TV1 за описаною нижче методикою. Спочатку, частини цього трансформатора з'єднані поліетиленової клейкою стрічкою (рис. 2). Її треба зняти й розібрати трансформатор (рис. 3). Тепер необхідно проклеїти торці фериту моментальним клеєм і відразу ж зібрати трансформатор так, щоб вони склеїлися. Важливо: між торцями спочатку повинні бути паперові прокладки, витримують необхідний зазор; їх потрібно не забути встановити на місце при складанні. Поки клей не висох, необхідно вставити заздалегідь підготовлений кембрик (рис. 4) між первинною і вторинною обмотками (рис. 5). Дати час конструкції просохнути.
Рис. 2
Рис. 3
Рис. 4
Рис. 5
Тепер трансформатор став більш надійним і більш високовольтним.
Деталі
Найважливішим елементом схеми є струмовий трансформатор TC1. Він повністю визначає характеристики імпульсу в первинній обмотці TV1, а значить — споживану потужність і високовольтна напруга на виході. Тут головне — підібрати правильне феритове кільце: чим воно буде меншим за розмірами, тим краще. Автор використав феритове кільце розмірами 10*6*2 мм (2 мм - його висота), на яке були намотані 10 витків дроту у фторопластовою ізоляції. Його діаметр тут не має великого значення, важливо лише, щоб в середині кільця залишався проміжок для пропускання через нього дроти від первинної обмотки TV1 (див. рис. 1). При більшому діаметрі і висоті кільця, ширина імпульсу стане більше і схема може неправильно працювати, тому вибирайте тільки такі або менші його розміри.
Перелік інших елементів схеми:
  • TV1 — готовий високовольтний трансформатор;
  • VT1 — mosfet транзистор з захистом по входу FS7KM;
  • VD1-VD2 — високовольтні швидкодіючі діоди 2CL77;
  • ZD1 — стабілітрон на 4.7 вольта 1N4732A;
  • шнур зі стандартним USB-роз'ємом від будь-якого пристрою;
  • FU1 — запобіжник на 1 А.
Конструкція і складання
Перш за все, потрібно підготувати трансформатор TV1. Для цього необхідно з'єднати дві його первинні обмотки послідовно: так, щоб її загальна індуктивність стала максимальною (рис. 6).
Далі, ми повинні визначитися з конструкцією пристрою: на якій основі ми будемо кріпити плату та інші елементи. Автор вибрав для цього досить распостраненную в сантехнічних виробах муфту ПП діаметром 50 мм і довжиною 105 мм, а також — заглушки до неї (рис. 7). Важливо, щоб муфта була забезпечена двома гумовими прокладками. Розміри муфти і будуть визначати габарити всього пристрою в цілому (рис. 13).
Для розміщення та последющего з'єднання радіоелементів можна взяти половинку від макетної плати 4x6 см, краї якої необхідно зрізати, щоб плата вільно містилася на дні заглушки (рис. 8, 11). Потім спаяти елементи за наведеною вище принциповій схемі. Повинно вийти щось на зразок цього (рис. 9). Зауважте: вторинна обмотка TV1 повинна розташовуватися висновками вгору.
Рис. 6
Рис. 7
Рис. 8
Рис. 9
При правильному режимі роботи, який буде описаний нижче, транзистор VT1 стає трохи теплим і його установка на радіатор не потрібно. Також, не гріються і інші елементи схеми.
Зібрана плата, після установки, розміщується в заглушці, а сама заглушка потім вставляється в муфту. Приблизно на третини від її висоти, по колу муфти, необхідно просвердлити 7-9 отворів для вентиляції. Друга сторона муфти закривається будь пластиковою сіткою. Сітка вирізається ножицями по діаметру муфти і закріплюється там з допомогою гумового ущільнювального кільця (рис. 13).
Шнур з USB-роз'ємом можна взяти від будь-якого пристрою чи перехідника. Шнур містить чотири дроти, два з яких і є живлять, які і потрібно підпаяти до схеми. Як правило: червоний — плюс 5, чорний — мінус (загальний). Але краще це перевірити тестером, а вже потім підключатися.
Налаштування
Для налаштування схеми, на неї необхідно подати 5 вольт від джерела живлення і при цьому вимірювати струм споживання. Якщо це струм буде більше 0.6 ампера, то це значить, що потрібно поміняти місцями висновки токового трансформатора TC1. Також бажано виміряти осциллограмму на стоці транзистора VT1. Вона приводиться на малюнку (10), де жовтий промінь — стік, а зелений — затвор цього транзистора. Важливо: осцилограма може бути і інший, наприклад, в пачці може виявитися більше число імпульсів; головне — це наявність однополярних імпульсів, які по тривалості повинні бути 300-400 нс, і амплітудою — близько 300-400 Ст.
Рис. 10
Рис. 11
Рис. 12
Рис. 13
Якщо все працює правильно, то між висновками вторинної обмотки TV1 ми повинні отримувати іскровий проміжок 8-9 мм (або трохи більше). У цьому випадку ми подпаиваем один з цих висновків до мінуса (за схемою), а до другого — два послідовно підключених діода VD1-VD2. Тільки не забуваємо, що своїм мінусом вони обов'язково повинні бути підключені до обмотці, а плюсом — до антени AN1. Антена робиться з одного-двох шматків (по 4-5 см) багатожильного проводу, який потім потрібно розпушити однією стороною, а другий — підпаяти до цих діодах (рис. 12). Подпаиваем до плати висновки шнура від USB-роз'єму, розміщуємо плату всередині заглуши і закріплюємо її там клейовим пістолетом. Діоди також бажано підняти над платою і закріпити на корпусі заглушки таким же чином. Потім вставити заглушку з платою в муфту. При обраної конструкції, на виході ми повинні отримати зовнішній вигляд пристрою, зображений на рисунку (13).
Можна перевіряти роботу пристрою навіть в зібраному стані за допомогою такого індикатора. Він повинен світитися при піднесенні до середини муфти.
Не забувайте періодично провітрювати приміщення, що важливо не тільки при роботі з подібними приладами, але і для звичайної життєдіяльності!
В додаток можна додати, що представлену тут схему можна живити і від акумулятора на 4.8 (приклад), заряду якого вистачить на 12-15 годин безперервної роботи. Такий прилад можна буде носити з собою, наприклад, вішаючи його собі на шию за допомогою ланцюжка. Правда в цьому випадку, швидше за все знадобиться інша основа для розміщення в ній деталей.
Використовувані матеріали
  1. Вікіпедія. Чижевський Олександр Леонідович.
  2. А. Л. Чижевський. Аэроионификация в народному господарстві. (формат DJVU)
  3. Чижевський А. Л. Керівництво по застосуванню іонізованого повітря в промисловості, сільському господарстві та медицині. — М.: Госпланиздат, 1959. — 56 с.