2 Схемы
Принципиальные электросхемы, подключение устройств и распиновка разъёмов
Ионофон: плазменный динамик
Схема ионофона (плазменного динамика) была создана на основе широко распространенных проектов такого типа найденных в Интернете. Весь проект был создан в домашней мастерской из общедоступных материалов и с использованием приобретенного любительского опыта в электронике. Последующие исследования и описания свойств плазмы возникли при наблюдении различных явлений с плазмой, например, магнитного поля и испытаний с воздействием плазмы на свечу или лампу. Для эксперимента, описывающего четвертое состояние агрегации, были также применены приборы и физические эксперименты, связанные с высоким напряжением и плазмой.
Внимание! Во время эксперимента используется устройство генерирующее высоковольтное напряжение и токсичный озон, которые могут представлять угрозу для жизни или здоровья! При проведении опытов будьте особо осторожны!
Перед проведением эксперимента нужно иметь базовые знания о плазме и связанных с ней физических явлениях. Они помогут лучше понять суть происходящего. Во время эксперимента будет важна следующая информация и определения:
- Холодная плазма — сильно ионизированный газ (проводящий электричество), который по своим особым свойствам называется четвертым состоянием вещества. Это газовое облако, электрически нейтральное, с высокой концентрацией электронов и ионов. Происходит при относительно низких температурах и давлениях.
- Электрический разряд — ток в изоляторе, вызванный сильным высоким напряжением
- Электрическая дуга — непрерывный электрический разряд при нормальных условиях.
- Флуоресценция — явление света, излучаемого возбужденным (главным образом легким) атомом или молекулой.
Для проведения плазменного эксперимента понадобятся:
- Система плазменной акустики с электродами для источника плазмы
- Регулируемый источник питания, обеспечивающий питание вышеуказанной системы (трансформатор с соответствующими параметрами — около 20 В / 5 А).
- Источник электрического звукового сигнала (например, мобильный телефон, MP3-плеер или выход для наушников с компьютера).
- Свеча, магнит, спираль энергосберегающей люминесцентной лампы, лестница Иакова из проводов.
Чтобы понять как возникает высокое напряжение, а следовательно и плазма на выходе плазменной акустической системы, необходимо проанализировать схему и определить функции элементов.
Схема ионофона
Схема работает следующим образом: в режиме ожидания генератор ШИМ создает прямоугольный сигнал с заданной скважностью, т. е. длительностью и частотой, определяемые потенциометрами.
Схема ионофона упрощённая
Далее выходной сигнал интегральной микросхемы подается на вход силового полевого МОП-транзистора управления, который преобразует его в соответствующие параметры высоковольтного импульса тока, протекающего через первичную обмотку трансформатора. В результате повышения и на выходе умножителя формируется гораздо более высокое напряжение, что вызывает ионизацию диэлектрика, который является воздухом с проходящим через него током, что приводит к устойчивой электрической дуге, то есть плазме.
Плата печатная ионофона
Плазменный динамик
После подключения источника электрического звукового сигнала (к смартфону) и правильного регулирования настроек акустической системы чтобы получить стабильное пламя и хорошее качество звука, можно включить мелодию. Выбранная песня слышна непосредственно из электрической дуги! Разнообразные звуки играют в плазме между электродами!
Конечно это не громкий динамик большой мощности, потому что музыка, выходящая из пламени, имеет громкость сравнимую с той что воспроизводится со слабенького мобильного телефона. Кроме того играемая музыка не имеет басов, ей не хватает низких частот. Это связано с тем, что мембрана в данном случае представляет собой небольшое плазменное пламя и не способна воспроизводить звуки требующие больших движений диафрагмы (перемещение большого количества воздуха). Плазменный громкоговоритель воспроизводит прекрасно высокие тона, потому что он характеризуется низкой инерцией мембраны: пламя легко передает быстрые вибрации в воздух.
Плазма производит звук благодаря своей модуляции. Генератор ШИМ, в зависимости от входного электрического аудиосигнала, сокращает или удлиняет параметры выходного сигнала на постоянной частоте и, следовательно, вызывает концентрацию или истончение плазмы, что приводит к уплотнению и разбавлению воздуха. Таким образом создается акустическая волна, которая по определению представляет собой структуру плотности и давления в упругой среде (воздухе). Эта волна достигая наших ушей и позволяет слышать музыку, воспроизводимую с телефона.
Плазма и огонь
Продолжая опыты, не отключая мобильный телефон или не меняя параметры электрической дуги, поместим свечу в плазму. Она быстро загорается и сгорает. Остается лишь короткая электрическая дуга, которая подает напряжение от электродов к пламени. Пламя свечи кажется ярче. Музыка продолжает воспроизводиться, на этот раз главным образом через пламя свечи.
Мгновенное зажигание фитиля свечки происходит потому, что плазма имеет очень высокую температуру — порядка нескольких тысяч градусов Цельсия. Осветление пламени вызвано дополнительным нагревом атомов углерода за счет очень высокой температуры плазмы. Из этого можно сделать вывод, что нормальное пламя горения имеет свойства подобные плазме, и то, что оно проводит электричество. Оно также может быть модулировано, что позволяет воспроизводить звук.
Огонь имеет много общих черт с плазмой и подвержен тем же явлениям, однако мы не можем окончательно рассматривать его как плазму, потому что он слишком холодный. (Это спорный вопрос — разные физики занимают различные позиции).
Взаимодействие плазмы с магнитом
Чтобы изучить другое свойство плазмы, нужна стабильная электрическая дуга: для этого выключаем стабильный звуковой сигнал из генератора. Затем прихватив ферритовый магнит плоскогубцами, медленно приближаем его к пламени плазмы и наблюдаем реакцию плазмы на наличие магнитного поля различной полярности. Каждый раз, независимо от полюса который приближаем к электрической дуге, оно пригибается к магниту, чтобы быть как можно ближе к магнитному полю.
Это говорит о том, что плазма состоит из частиц восприимчивых к магнитным взаимодействиям и в то же время проводящим электричество. Из этого можно сделать вывод, что плазма представляет собой облако, состоящее из электронов и ионов. Эти заряды, генерирующие собственное электромагнитное поле, притягиваются магнитным полем и изгибают пламя вдоль линии его поля.
Плазма и ионизация газа в лампе
Наблюдая плазменное пламя мы видим, что оно излучает фиолетовый свет и генерирует много тепла — электрические разрядники горят. Чтобы узнать об ионизации других газов с помощью высокого напряжения, к электродам плазменного динамика присоединяем спираль из флуоресцентной лампочки.
Когда электрическая дуга соединяется с концами спирали, видно белый свет с теплым или более холодным спектром, идентичным нормальному функционированию лампы.
Ионизация газа в люминесцентной лампе убеждает в том, что разные газы могут излучать разный свет. Это позволяет сделать вывод о том что плазма, возникающая в разных условиях, может иметь другие свойства, среди прочего, цвета испускаемого света, температуры или области возникновения.
Плазма и лестница Иакова
Во время работы плазменного динамика видно, что электрическая дуга согнута. Чтобы узнать о следующем свойстве плазмы, нужно соединить два провода, образованные вместе в форме V, но разделенные на несколько миллиметров друг от друга. Затем задайте правильные параметры дуги без воспроизведения музыки. После правильной активации новых электродов на их концах появляется небольшая дуга которая быстро перемещается вверх и увеличивается по длине, а затем ломается. Ситуация повторяется много раз.
Анализируя это явление заключаем, что плазма подвергается явлению конвекции, т. е. перемещает теплые массы воздуха, вызванные разницей плотности. Плазма по-прежнему ведет себя как газ и обладает другими свойствами одновременно. Она может проводить электричество и содержит много энергии, которую дает окружающей среде по-разному. Все наблюдения подтверждают, что плазма представляет собой сильно ионизированный газ.
После длительной работы ионофона можно почувствовать запах воздуха, как после грозы. Это характерная особенность озона, создаваемого электрической дугой. Плазма, в зависимости от окружающей среды в которой она присутствует, может вызывать различные химические реакции.
В аэробной среде она выполняет синтез кислорода в озон, в соответствии с уравнением 3O2 > 2O3. Это позволяет узнать про еще одно необычное свойство четвертого состояния агрегации. Озон является ядовитым газом и обладает сильными асептическими и токсичными свойствами. Поэтому будьте осторожны во время эксперимента и проводите их в хорошо проветриваемом помещении.
Источник
Мощный ионофон своими руками
Ионофон на ГУ-50. Версия 2.0
Автор: Sobiratel_sxem, sobiratel_sxem@mail.ru
Опубликовано 22.12.2016
Создано при помощи КотоРед.
Добрый день, уважаемые радиолюбители. Сегодня я хотел бы продолжить небольшой цикл статей, посвящённых ионофонам в ответ на многочисленные просьбы и вопросы, пришедшие после публикации предыдущих (1, 2, 3, 4 ) статей по данной тематике.
Предлагаемый сегодня вариант ионофона является, по сути, умощнённой версией ионофона, описанной в статье «2 варианта Ионофона (К1156ЕУ2+ГУ-50)», поэтому подробно рассматривать его устройство не будем. Я долго думал браться ли за написание данной статьи т.к. предполагаю, что после публикации в мою сторону в очередной раз полетит груда камней или тапок. Но тем не менее, именно этот вариант ионофона и модулирующего усилителя стали основой моей выпускной квалификационной работы по теме «Звуковоспроизводящее устройство (Ионофон)». Устройство было собрано давольно-таки давно, но статья с описанием появилась относительно недавно. Итак, начнём!
Схема электрическая принципиальная сконструированного ионофона показана на схеме ниже.
Основу данного ионофона составляет классический LC автогенератор с индуктивной обратной связью, выполненный на паре радиоламп Ла1, Ла2 включённых параллельно для повышения выходной мощности [1].
Рабочая частота данного генератора задаётся номиналами элементов колебательного контура С7, C8 и L1 и при указанных на схеме номиналах составляет 1,1-1,2 мегагерца. Резистор R11 и конденсатор C9 задают режим работы автогенератора по постоянному току. Через обмотку L2 осуществляется ПОС (положительная обратная связь) с необходимым коэффициентом обратной связи, необходимая для возникновения в генераторе автоколебаний. Обмотка L3 – выходная обмотка, с неё снимается выходное высокое напряжение.
Резисторы R7-R10 предназначены для выравнивания режима работы ламп автогенератора из-за различия их характеристик.
Питание генератора осуществляется со вторичной обмотки (II) трансформатора Tr1 через утроитель напряжения.
Рассмотрим работу самого ионофона кратко. При включении выключателя S1, напряжение поступает на силовой трансформатор Tr1. Его вторичная обмотка (III) питает накалы ламп автогенератора Ла1, Ла2. Начинается прогрев ламп автогенератора.
Далее, после прогрева ламп в течении 2-3 минут, включается выключатель S2. При включении выключателя S2, напряжение со вторичной обмотки (II) трансформатора Tr1 поступает через утроитель на анод ламп Ла1, Ла2 автогенератора. В генераторе возникают автоколебания заданной частоты.
Для повышения рабочего напряжения, конденсаторы С1-С2, С3-С4, С5-С6 и диоды VD1-VD2, VD3-VD4, VD5-VD6 утроителя включены последовательно по 2 штуки. Резисторы R1-R6 служат для разряда конденсаторов при выключении питания. Их присутствие не является обязательным, но если их не установить, то высокое напряжение может сохраняться на выводах конденсаторов длительное время, что может стать причиной поражения электрическим током, травм и в худшем случае гибели. Поэтому лучше не подвергать себя излишней опасности и не рисковать. Таким образом, после подачи питания между электродами вторичной высоковольтной обмотки L3 можно зажечь дугу.
В качестве модулирующего усилителя в данной конструкции был использован усилитель, описанный в статье «История одного усилителя» в режиме модуляции. Тут следует отметить небольшую тонкость, а именно: перед тем как будет включён выключатель S2 ионофона вход модуляции ионофона должен быть подключён к выходу модуляции усилителя. Только после этого можно включать выключатель S2 и подавать модуляцию с усилителя! Будьте осторожны, соблюдайте технику безопасности при работе с высоким напряжением!
После этого остаётся только подать аудиосигнал на вход усилителя, где он усилившись поступит на 2-е сетки лампы Ла1, Ла2 автогенератора осуществляя модуляцию.
Настройка автогенератора ионофона очень проста. Если при подаче напряжения на анод лампы автогенератора, выключателем S2, на выходе нет высокого напряжения, то следует поменять концы обмотки L1 или L2 местами. Так же следует проверить в каком из двух положений катушки L3 (началом вверх или вниз) напряжение на выходе выше. У меня получилось началом вниз. На этом настройку можно считать оконченной. Правильно собранный и настроенный ионофон начинает работать сразу.
Все использованные детали указаны на схеме. Остановимся только на некоторых подробностях: Трансформатор Tr1 — любой с номинальным напряжением первичной обмотки (I) 220 Вольт, напряжением вторичной обмотки (II) – 230-250 Вольт и током 0,3-0,5 Ампера, напряжением вторичной обмотки (III) 12 Вольт и током 2-3 Ампера.
Контур L1 наматывается проводом ПЭЛ 1.5 виток к витку на каркасе диаметром 30 мм, длиной 20-25 см и содержит 20 витков, а контур L2 тем же проводом, на той же оправке, но содержит 40 витков. Контура должны быть расположены не далее 2 см друг от друга.
После намотки катушки L1, L2 покрываются 2-3 слоями ФУМ ленты так, что бы не было продавливания ленты витками катушек. В противном случае следует покрыть катушку дополнительными слоями ФУМ-ленты до устранения продавливания. Далее катушки плотно покрываются 1-2 слоями скотча для фиксации ФУМ-ленты и витков катушки. Крайние витки катушек и выводы фиксируются на оправке ниткой. На этом изготовление контурных катушек L1, L2 можно считать законченной.
Контур L3 наматывается проводом ПЭЛ 0.24-0.27 на оправке диаметром 5 см длиной 20-25 см до заполнения виток к витку. Концы обмотки L3 так же фиксируются нитками. Для повышения механической прочности катушку можно пропитать или покрыть 1 слоем нитролака. На этом изготовление высоковольтной катушки можно считать законченным.
В законченной конструкции контурные катушки L1, L2 помещаются внутрь высоковольтной обмотки L3.
Провода контуров L1, L2 выводятся внутри трубки-оправки.
Конденсаторы утроителя должны быть на напряжение не менее 400 В.
В качестве выключателей S1, S2 подойдут любые тумблеры на рабочее напряжение не менее 400 вольт, и ток 3А, но лучше использовать АЗ (автоматы защиты, автоматический выключатель) на ток 4-6 Ампер.
Основным отличием данного ионофона от предыдущей его версии является устройство самого излучателя, показанное на схеме далее.
В отличие от классических способов построения разрядника (в виде рупора с коронирующим электродом в центре [2]), коронирующий электрод вынесен наружу, а второй электрод покрыт слоем высокозернистой керамики. Благодаря данной компоновке разрядника повышается простота его настройки и обслуживания. Применение в качестве покрытия высокозернистой керамики позволяет получить дуговой разряд с расщеплением дуги на множество мелких составляющих, что эффективно уменьшает диаметр каждой составляющей части. Уменьшение диаметра составных частей влечёт за собой ещё большее уменьшение переходных искажений, вызванных большим объёмом ионизированного канала (облака), расширению полосы пропускания и динамического диапазона разрядника. КПД разрядника при этом так же возрастает т.к. требуется меньшая суммарная мощность для модуляции разряда подобного типа.
Величина нагрузки, вносимая в цепи формирования высокочастотного высоковольтного напряжения (высоковольтный контур L3) определяется расстоянием между коронирующим электродом и плоскостью керамики, покрывающей второй электрод, а так же толщиной нанесённого слоя керамики т.к. ток в цепи будет ограничен емкостным током конденсатора, образованного коронирующим электродом с одной стороны, и вторым электродом с другой т.е. излучатель теперь не работает в режима короткого замыкания. Роль диэлектрика конденсатора в этом случае выполняет слой высокозернистой керамики. Оптимальное согласование (настройка) достигается подбором расстояния между электродами, что не представляет сложности при данной компоновке разрядника. Собственно подбором расстояния между электродами настройка данного излучателя и заканчивается.
В качестве упрощённого варианта построения излучателя данного типа были использованы 2 резистора мощностью 25 Вт, сопротивлением 1 Ом. Их взаимное расположение соответствует расположению, показанному на схеме 2.
В подборке фото ниже показана работа излучателя данного ионофона при проведении испытаний, а так же работа высоковольтного генератора при проверки напряжения на выходе.
В подборке видео ниже представлена работа данного ионофона во время провдения испытаний на различных музыкальных композициях.
На этом на сегодня всё, с уважением, Sobiratel_sxem.
Список использованной литературы:
1. Электровакуумные приборы, Бройде А.М., Госэнергоиздат, 1956 год, страница 317.
2. Плоткин Е., Каратеев Б., Прютц В. Звуковоспроизводящий агрегат с ионофоном // Радио, 1959, № 12, С.18-22.
Источник
