Принцип работы и исследования в области отрицательных аэроионов были проведены А.Л. Чижевским [1] ещё в средине прошлого века. Разработки, выполненные его коллективом, достоверно показали положительное действие отрицательно заряженных ионов воздуха на человека, животных и растения [2]. По итогам этих исследований, в СССР были приняты санитарно-эпидемиологические нормы оптимальной концентрации аэроионов в рабочих помещениях. Такой режим дезинфецировал воздух и создавал условия для высокоэффективного труда. Долгое время в стране можно было встретить в продаже «Люстру Чижевского», которая была специально разработана для ионизации жилых помещений, которая насыщала пространство отрицательными аэроионами и, в отличие от многих современных ионизаторов, почти не создавала соединений достаточно вредного озона. Некий современный аналог такой люстры мы и предлагаем сделать нашим читателям.

Из-за своей небольшой мощности такой прибор не подходит для ионизации всего помещения, но для насыщения полезными для здоровья, отрицательными ионами (аэроионами) области рабочего места подходит идеально. В отличии от бактерицидных ламп, такой прибор не требует при своей работе освобождать помещение и может быть включённым круглосуточно. Источником питания для него служит стандартный USB-разъём. Таким образом, он может быть подключен к любому компьютеру и располагаться рядом с ним, улучшая рабочую атмосферу для пользователя и дезинфецируя пространство вокруг него, в том числе и от вирусов. Устройство состоит из 10-ти недорогих деталей (рис. 8), надёжно в работе и, при наличии всех элементов, собирается за несколько часов.

Принципиальная схема индивидуального ионизатора представлена на рисунке (1). В её основе задействована схемотехника и принцип генератора высоковольтных импульсов, который зарекомендовал себя стабильной работой и малой потребляемой мощностью. Например, для достижения тех же параметров по выходному напряжению, стандартной схеме генератора на n-p-n транзисторе требуется несколько Ватт мощности. Наш прибор будет потреблять всего 0.5 Ватта.

Работа схемы следующая. Питание 5 В поступает от USB-разъёма XS1 и далее, через предохранитель FU1, — на схему. На транзисторе VT1 собран генератор, который подаёт короткие импульсы (порядка 300-400 нс) на первичную обмотку высоковольтного трансформатора TV1. За счёт большой индуктивности, на его вторичной обмотке образуется синусоидальное напряжение амплитудой порядка 30 кВ, поступающее через выпрямительные высоковольтные диоды VD1-VD2 на антенну AN1. Её конструкция представляет собой веник из острых иголок, которые ионизируют воздух и тем самым формируют поток отрицательных ионов. Короткие импульсы на стоке транзистора возникают за счёт положительной обратной связи, образованной токовым трансформатором TC1, представляющим собой кольцо с пропущенным через него проводом от первичной обмотки TV1. Цепочка R1-ZD1 задаёт напряжение смещения на затворе VT1.

Можно обойтись без этого и пропустить эту часть заметки, но для получения более надёжного устройства лучше будет всё же доработать трансформатор TV1 по описанной ниже методике. Изначально, части этого трансформатора соединены полиэтиленовой клейкой лентой (рис. 2). Её нужно снять и разобрать трансформатор (рис. 3). Теперь необходимо проклеить торцы феррита моментальным клеем и сразу же собрать трансформатор так, чтобы они склеились. Важно: между торцами изначально должны быть бумажные прокладки, выдерживающие необходимый зазор; их нужно не забыть установить на место при сборке. Пока клей не высох, необходимо вставить заранее подготовленный кембрик (рис. 4) между первичной и вторичной обмотками (рис. 5). Дать время конструкции просохнуть.

Теперь трансформатор стал более надёжным и более высоковольтным.

Самым важным элементом схемы является токовый трансформатор TC1. Он полностью определяет характеристики импульса в первичной обмотке TV1, а значит — потребляемую мощность и высоковольтное напряжение на выходе. Здесь главное — подобрать правильное ферритовое кольцо: чем оно будет меньше по размерам, тем лучше. Автор использовал ферритовое кольцо размерами 10*6*2 мм (2 мм - его высота), на которое были намотаны 10 витков провода в фторопластовой изоляции. Его диаметр здесь не имеет большого значения, важно лишь, чтобы в середине кольца оставался промежуток для пропускания через него провода от первичной обмотки TV1 (см. по рис. 1). При бо́льшем диаметре и высоте кольца, ширина импульса станет больше и схема может неправильно работать, поэтому выбирайте только такие либо меньшие его размеры.

Перечень остальных элементов схемы:

• TV1 — готовый высоковольтный трансформатор;
• VT1 — mosfet транзистор с защитой по входу FS7KM;
• VD1-VD2 — высоковольтные быстродействующие диоды 2CL77;
• ZD1 — стабилитрон на 4.7 вольта 1N4732A;
• шнур со стандартным USB-разъёмом от любого устройства;
• FU1 — предохранитель на 1 А.

Прежде всего, нужно подготовить трансформатор TV1. Для этого необходимо соединить две его первичные обмотки последовательно: так, чтобы её общая индуктивность стала максимальной (рис. 6).

Далее, мы должны определиться с конструкцией устройства: к какой основе мы будем крепить плату и остальные элементы. Автор выбрал для этого довольно распостранённую в сантехнических изделиях муфту ПП диаметром 50 мм и длиной 105 мм, а также — заглушки к ней (рис. 7). Важно, чтобы муфта была снабжена двумя резиновыми прокладками. Размеры муфты и будут определять габариты всего устройства в целом (рис. 13).

Для размещения и последющего соединения радиоэлементов можно взять половинку от макетной платы 4x6 см, края которой необходимо срезать, чтобы плата свободно помещалась на дне заглушки (рис. 8, 11). Затем спаять элементы по приведенной выше принципиальной схеме. Должно получиться что-то вроде этого (рис. 9). Заметьте: вторичная обмотка TV1 должна располагаться выводами вверх.

При правильном режиме работы, который будет описан ниже, транзистор VT1 становится чуть тёплым и его установка на радиатор не требуется. Также, не греются и остальные элементы схемы.

Собранная плата, после настройки, размещается в заглушке, а сама заглушка вставляется затем в муфту. Примерно на трети от её высоты, по окружности муфты, необходимо просверлить 7-9 отверстий для вентиляции. Вторая сторона муфты закрывается любой пластиковой сеткой. Сетка вырезается ножницами по диаметру муфты и закрепляется там с помощью резинового уплотнительного кольца (рис. 13).

Шнур с USB-разъёмом можно взять от любого устройства или переходника. Шнур содержит четыре провода, два из которых и есть питающие, которые и нужно подпаять к схеме. Как правило: красный — плюс 5 В, чёрный — минус (общий). Но лучше это перепроверить тестером, а уже затем подключаться.

Для настройки схемы, на неё необходимо подать 5 вольт от источника питания и при этом измерять ток потребления. Если это ток будет более 0.6 ампера, то это значит, что нужно поменять местами выводы токового трансформатора TC1. Также желательно измерить осциллограмму на стоке транзистора VT1. Она приводится на рисунке (10), где жёлтый луч — сток, а зелёный — затвор этого транзистора. Важно: осциллограмма может быть и другой, например, в пачке может оказаться большее число импульсов; главное — это наличие однополярных импульсов, которые по длительности должны быть 300-400 нс, и амплитудой — порядка 300-400 В.

Если всё работает правильно, то между выводами вторичной обмотки TV1 мы должны получать искровой промежуток 8-9 мм (или чуть больше). В этом случае мы подпаиваем один из этих выводов к минусу (по схеме), а ко второму — два последовательно подключённых диода VD1-VD2. Только не забываем, что своим минусом они должны быть обязательно подключены к обмотке, а плюсом — к антенне AN1. Антенна делается из одного-двух кусков (по 4-5 см) многожильного провода, который потом нужно распушить одной стороной, а второй — подпаять к этим диодам (рис. 12). Подпаиваем к плате выводы от шнура USB-разъёма, размещаем плату внутри заглуши и закрепляем её там клеевым пистолетом. Диоды также желательно приподнять над платой и закрепить на корпусе заглушки таким же образом. Затем вставить заглушку с платой в муфту. При выбранной конструкции, на выходе мы должны получить внешний вид устройства, изображённый на рисунке (13).

Можно проверять работу устройства даже в собранном состоянии при помощи подобного индикатора. Он должен светиться при поднесении к средине муфты.

Не забывайте периодически проветривать помещение, что важно не только при работе с подобными приборами, но и для обычной жизнедеятельности!

В дополнение можно добавить, что представленную здесь схему можно запитать и от аккумулятора на 4.8 В (пример), заряда которого будет хватать на 12-15 часов беспрерывной работы. Такой прибор можно будет носить с собой, например, вешая его себе на шею с помощью цепочки. Правда в этом случае, скорее всего понадобится другая основа для размещения в ней деталей.