Внимание! В середине-конце октября запланирован запуск нового курса, посвящённого поверхностному монтажу печатных узлов. Поддержать новый курс можно на странице «О сайте» (в конце). Ознакомиться с предыдущим курсом можно тут (Visual Analyser — Измерительный комплекс на базе ПК).

Ионофон с параллельным питанием

Добрый день, уважаемые радиолюбители. Высоковольтные генераторы и устройства на их основе всегда привлекали большую аудиторию радиолюбителей. Вопросы по данной тематике и просьбы посоветовать для сборки несложные высоковольтные установки возникают регулярно. В связи с этим сегодня мы хотели бы продолжить данную тематику и предложить Вам схему простейшего лампового ионофона.

Итак, схема электрическая принципиальная спроектированного ионофона показана на схеме ниже.

Схема электрическая принципиальная ионофона с параллельным питанием

По схеме видно, что в основе данного ионофона лежит классическая схема генератора с параллельным питанием, выполненная на радиолампе Ла1 [1].

Частота собственных колебаний генератора определяется индуктивностью контурной катушки L1, ёмкостью конденсаторов С1, С2, а так же ёмкостью монтажа. Катушка L1 в совокупности с конденсатором С1 образуют последовательный колебательный контур, включённой в цепь обратной связи генератора.

Конденсатор С1 имеет двойное назначение: 1 – он является конденсатором последовательного колебательного контура генератора и влияет на частоту собственных колебаний; 2 – от величины ёмкости данного конденсатора зависит величина обратной связи с анода на сетку.

Конденсатор С2 выполняет защитную роль (на случай замыкания либо пробоя воздушного конденсатора С1) т.к. его ёмкость значительно больше ёмкости конденсатора С1 и практически не влияет на частоту собственных колебаний последовательного колебательного контура.

Напряжение смещения задаётся величиной падения напряжения на резисторе R1 протекающим током сетки Ла1 т.е. схема выполнена с сеточным автосмещением.

Анодное напряжение питания подаётся на радиолампу Ла1 через дополнительный фильтр, состоящий из дросселя L2 и конденсаторов С4, С5. Данный фильтр предотвращает попадание высокочастотного напряжения генератора в цепи питания модулятора. Питание второй сетки Ла1 осуществляется через дополнительный гасящий резистор R2.

Напряжение модуляции на вторую сетку радиолампы Ла1 подаётся через разделительный конденсатор С7 и CRC-фильтр, состоящий из конденсаторов С3, С6 и резистора R3. Дополнительный фильтр необходим для предотвращения попадания высокочастотного напряжения генератора в выходные цепи модулятора.

Все использованные детали указаны на схеме.

Контурная катушка L1 наматывается на оправке диаметром 40 мм и содержит 10 витков провода диаметром 1-1.5 мм. Намотка ведётся виток к витку.

Дроссель L2 наматывается на оправке диаметром 25 мм и содержит 100 витков провода диаметром 0.33-0.47 мм. Намотка производится виток к витку.

Конденсатор обратной связи С1 состоит из двух металлических пластин площадью 8 квадратных сантиметров каждая, закреплённых на керамическом стержне либо фторопластовой пластине так, что бы имелась возможность изменения расстояния между данными пластинами во время настройки генератора.

После сборки и тщательной проверки монтажа ионофон начинает работать сразу. Настройка данного ионофона очень проста. Для настройки ионофона необходимо лишь подобрать величину сопротивления резистора R1 так, что бы при работе анод радиолампы Ла1 не перекалялся (т.е. допускается только небольшое, еле заметное покраснение анода Ла1), при этом конденсатором С1 устанавливается максимальное возможное напряжение на выходе ионофона. Величина напряжения определяется по длине дугового разряда между электродами, подключёнными к концам контурной катушки L1.

В качестве модулирующего усилителя данного ионофона нами был использован усилитель, описанный в статье УНЧ с управлением по второй сетке. Часть 6. Напряжение модуляции при этом снималось с переходного (межкаскадного) трансформатора Tr1, для чего все цепи, подключённые к выходу трансформатора Tr1 были отключены, а цепочка резисторов R14, R15 была заменена на общий резистор сопротивлением 47 кОм. При этом один из концов трансформатора Tr1 соединяется с общим проводом, а напряжение модуляции снимается со второго конца и подаётся на вход «Модуляция» данного ионофона.

В подборке фото ниже показан макет данного ионофона во время проведения испытаний.

В подборке видео ниже показана работа ионофона во время проведения испытаний.

После испытаний ионофона в качестве эксперимента был проверен ещё один способ подачи модуляции на вторую сетку Ла1 высоковольтного генератора. Для этого вторичная обмотка трансформатора Tr1 модулирующего усилителя была включена последовательно сеточному резистору R2, а цепочка элементов R3, C6, C7 была из схемы исключена. Работа ионофона с таким способом подачи модуляции так же показана в подборке видео выше.

По видео видно, что данные 2 способа подачи модуляции практически не отличаются друг от друга по качеству работы и передаче частотного диапазона. Следует заметить, что видео, в принципе, не может в полной мере передать звучание ионофона.

Звучание данного варианта ионофона можно улучшить, поэкспериментировав с формой электродов и их типом.

Как Вы уже могли заметить на исходной схеме ионофона присутствует 2 резистора достаточно большой мощности (резистор сеточного автосмещения R1 и дополнительный гасящий резистор напряжения второй сетки R2). Данные резисторы можно исключить из схемы, незначительно её модернизировав. Модернизированный вариант ионофона показан на схеме ниже.

Схема электрическая принципиальная ионофона с параллельным питанием

Прежде всего данная схема отличается от исходной способом подачи отрицательного смещения на первую сетку Ла1 – в модернизированном варианте генератор выполнен по схеме с фиксированным смещением.

Отрицательное напряжение смещение подаётся на первую сетку Ла1 через двухзвенный фильтр, состоящий из резистора R1, дросселя Др.1 и конденсаторов С3-С5. Данный фильтр дополнительно сглаживает отрицательное напряжение смещения и препятствует попаданию высокочастотного напряжения с первой сетки радиолампы Ла1 в цепи источника отрицательного напряжения смещения.

Вторым отличием модернизированного варианта ионофона от исходного является подача напряжения питания на вторую сетку радиолампы Ла1 от отдельного источника питания, что полностью исключает потребность в дополнительном гасящем резисторе R2 большой мощности.

Напряжение модуляции же в этом случае подаётся на вторую сетку Ла1 включением вторичной обмотки трансформатора Tr.1 последовательно с цепями питания.

Конденсаторы С9, С10 – дополнительный фильтр питания, надёжно защищающий от попадания переменной составляющей модулирующего напряжения в цепи источника питания второй сетки радиолампы Ла1.

Настройка модернизированного ионофона практически полностью аналогично исходной схеме, с тем отличием, что рассеиваемая на аноде мощность выставляется регулировкой фиксированного напряжения смещения на первой сетке Ла1.

Если обобщить все практические данные по сконструированным ионофонам и произвести классификацию по частотному диапазону, то можно выделить следующее (данные приведены ориентировочно для классических, широко распространённых схем, не требующих высокой квалификации при повторении/настройке/налаживании и не требующих значительного усложнения схемы в связи с высокой рабочей частотой):

1. Однотактные ионофоны с ШИМ-модуляцией на контроллерах различных модификаций ограничены сверху рабочей частотой 100-150 кГц.

2. Двухтактные, мостовые и полу-мостовые схемы с ШИМ-модуляцией на контроллерах ограничены сверху рабочей частотой в 300-350 кГц.

3. Ионофоны на основе автогенераторов с повышающим трансформатором ограничены максимальной рабочей частотой в 2-5 МГц т.к. данные схемы работоспособны до частоты собственного резонанса вторичной обмотки повышающего трансформатора.

4. Ионофоны на основе схем с параллельным питанием и снятием высокого напряжения с резонансных контуров (без применения повышающих трансформаторов) – являются самыми высокочастотными ионофонами из всех. Их частотный диапазон ограничивается только возможностями применяемой элементной базы, а так же качеством выполненного монтажа.

На этом на сегодня всё, с уважением, Андрей Савченко, Мостовенко Дмитрий.

Список использованной литературы

1.  Параметры 6П36С.

P.S. Обновление от 03.04.2020:

Данный ионофон собирался мной в качестве эксперимента для проверки того, насколько эффективно можно использовать генераторы с параллельным питанием в качестве ионофона и насколько их работа будет стабильной в данном режиме.

Для модулирующего усилителя данного ионофона справедливы все рекомендации, данные в конце статьи Двухтактный ионофон. Первый опыт. Применение высококачественного модулирующего усилителя позволит значительно повысить качество звучания данного ионофона.

Кроме того, повысить качество, а так же выходную мощность можно применив в выходном каскаде более мощную радиолампу, например ГУ-50 (а ещё лучше пару ГУ-50, соединённых параллельно). В качестве контурных конденсаторов в т.ч. конденсатора обратной связи, при использовании более мощных ламп лучше использовать радиочастотные конденсаторы, предназначенные для работы в подобных цепях, например, КВИ, К15У, вакуумные конденсаторы любых типов и им подобные.

Достаточно часто по данной схеме строятся так называемые «факельники». В этом случае рабочая частота выбирается от 10-12 МГц и выше. Если же Вы хотите получить длинные стримеры, то можно воспользоваться импульсным управлением по цепи катода, добавив соответствующие цепи управления.