Зачем и немного лирики.

Совпало у меня несколько событий, собрался строить РА на лампах, а для этого детали, которые будут стоять под высоким напряжением, желательно проверять на способность его выдержать, диоды, реле, переключатели, электролиты, провода и пр. Лучше специальным пробником, который выдает малый ток, чем полной мощностью высоковольтного анодного напряжения.

Перед этим на сайте Игоря Гончаренко читал про такое устройство "Испытатель изоляции" http://dl2kq.de/pa/1-14.htm, рекомендую прочитать всем занимающимся высоковольтной техникой, очень популярно и грамотно расписаны основы работы с высоким напряжением в подобных приборах. Но конструкция DL2KQ несколько избыточна в большинстве случаев на мой взгляд. 16-30 КВ редко в каком РА можно встретить, кроме выходного контура мощного РА, а использовать телевизор или монитор не совсем удобно при текущем монтаже. Эта конструкция хороша тем, что кроме цепи сопротивлений и микроамперметра ничего не нужно, если есть ЭЛТ прибор, но для повседневки лучше иметь что либо поменьше и попроще. Я решил, что 3 КВ мне хватит для проверки монтажа высоковольтных цепей в моем РА.

Затем, во время очередной уборки в гараже мне опять на глаза попалась банка со старыми советскими конденсаторами БМТ, МБГО и подобным. Пристроить эти конденсаторы по нашим временам особо некуда, а выбросить рука не поднималась. Перед глазами вставали картины голодного радиолюбительского детства, когда каждая деталь добывалась и была предметом мечтаний, чего на ней можно сделать. :) Конкретно был примерно десяток конденсаторов БМТ-2 емкостью 0,05-0,1 мкФ и напряжением 400 - 1500В. Запас по прочности у этих добротных советских конденсаторов был большой. По детству еще помнил, что напряжение в два раза больше номинала они обычно держали спокойно. Что и не удивительно, учитывая их размеры и технологию изготовления. В результате родилась мысль сделать высоковольтный пробник как умножитель напряжения, подобный тому, что приведен на сайте DL2KQ - умножитель на шесть http://dl2kq.de/pa/1-1.htm

Принцип работы.

Но нужно было решить две проблемы: первая отвязать гальванически проверочное высокое напряжение от земли, поскольку шасси РА обычно с землей соединено, вторая, умножение на шесть 220В дает всего 1860, а хотелось, что бы прибор выдавал не менее 3КВ. Обе проблемы были решены при помощи маломощных трансформаторов для бытовой аппаратуры.

Схема

Трансформатор Тр1 сетевое 220 преобразовывает в два напряжения по 6 вольт. Мощность трансформатора 6 Вт, судя по заявленному току вторичных обмоток 0,5А. К вторичным обмоткам ТР1 присоединены вторичными же обмотками два сетевых трансформатора Тр2 и Тр3 6/220. В результате на сетевых обмотках каждого из этих трансформаторов наводится сетевое напряжение 220В. Эти напряжения складываются путем последовательного соединения сетевых обмоток с учетом фазы. Фазирование производится просто. Трансформаторы Тр2, Тр3, подключаются к Тр1 без раздумий насчет фазы, а после сетевые обмотки соединяются последовательно, также в произвольном порядке, любыми проводами, по одному от одного и другого трансформатора. На оставшихся двух измеряется переменное напряжение. Если она в районе 400В то все в порядке, если в района нуля, то спаянный провод сетевой обмотки одного трансформатора нужно поменять. Это в идеале.

Реально же из-за потерь в трансформторах напряжение на сетевой обмотке Тр2 и Тр3 было в районе 170В, что с обоих трансформаторов после умножителя давало 2770В, что в принципе приемлемо. На фото в разделе «Фотогалерея-Мои поделки-Высоковольтный пробник» этого сайта, показан ток в 84мкА на сопротивлении 33МОм. Это напряжение было при значении С3 иС4 равном 0,05мкФ. При значении этих емкостей в 0,1мкФ, выходное напряжение было 3100В. По моему, этого достаточно для проверки почти всех деталей.

Но можно кратковременно тестовое напряжение поднимать и выше. Для поднятия напряжения последовательно с входным Тр1 я включил кондесатор 1мкФ.

В результате образовавшегося контура, напряжение подросло и составило даже более 3 300В, стрелка микроамперметра бодро защкаливала за ток в 100 мкА на сопротивлении 33 МОм. По субъективным ощущениям, напряжение было более 4 КВ. Значение С9 нужно будет подбирать под конкретный вид трансформатора и нагрузки.

Но тут есть такое обстоятельство, в контуре действуют довольно большие напряжения, у меня напряжение на С9 составило 450В. Поэтому емкость в 1мкФ пришлось получать как два конденсатора МБГО 2мкФ 160В, включенные последовательно. И этого тоже по напряжению недостаточно, всего 320В на оба конденсатора, лучше поставить более высоковольтные, просто у меня были под рукой именно такие. К конденсаторам подключены разрядные сопротивления по 50К 0,5Вт, на схеме они обозначены одним сопротивлением R13. Меньшие номиналы и мощности уже горят.

Хотя, падение на трансформаторах сильно зависит от их габаритной мощности. В маломощных, как у меня, эти потери максимальны. Если будут другие, то и потери могут быть меньше. В идеале, с двух сетевых напряжений после умножителя можно получить 3720В (220х2х6х1,41). В таком форсировании выходного напряжения выявилось еще два не совсем хороших момента. Первый - это то, что Тр1 работает с заметной перегрузкой. Когда я для пробы оставил прибор включенным под нагрузкой на 6 минут, то выходное напряжение плавно снижалось. В итоге составило примерно 2 800В, а Тр1 нагрелся градусов примерно до 60. Когда трансформатор остыл, напряжение восстановилось. Второй, это если прибор включается без нагрузки, в режиме максимального напряжения на выходе, то напряжение поднимается пока чего либо не прощьет. У меня начинал прошивать галетник, чего он не делал при напряжении 3300В. Видимо напряжение в этом случае поднимается без ограничения, пока чего либо не прошьет и не создаст нагрузку. . Для исключения обоих неприятных явлений в схему был введен выключатель S2, закорачивающий С9. В этом случае выходное напряжение не поднималось более 2800-3000В, ничего не прошивает и Тр1 работает без перегрузки длительное время. Ну, а если вдруг понадобится для кратковременной проверки под максимальным напряжением, то S2 размыкается и остается смотреть что прошьет первым, нагрузка или прибор. :)

Другой вариант повышения напряжения, это делать умножение на восемь, схема есть на сайте DL2KQ, ну или добавить еще один трансформатор.

С трансформаторов переменное напряжение поступает на умножитель на шесть. Исходно была взята схема DL2KQ, но в связи с тем, что советские БМТ гораздо лучше переносят превышение напряжения чем современные электролиты, обычно в два раза спокойно, то исходная схема была изменена под имевшиеся у меня конденсаторы. Эти конденсаторы были в основном 0,1мкФ 400В и 0,05мкФ на 750В. Поэтому я исключил составные конденсаторы С4,С5,С6,С7 и С11,С12,С13,С14 (нумерация дана по схеме DL2KQ http://dl2kq.de/pa/1-1.htm), заменив их двумя С7,С8, 0,05мкФ 750В. Если было еще два конденсатора на 1 500В, можно было бы пары С1,С2 и С5,С6. А так пришлось оставить их составными из двух 0,1мкФ 400В. Но в этом случае их желательно подобрать в пары по одинаковой емкости, поскольку разброс у этих конденсаторов может достигать 20%. Т.е. в паре, в худшем случае, перекос емкостей может быть 40%, соответственно, таким же будет и перекос напряжений на емкостях. Для выравнивания этого перекоса, эти конденсаторы зашунтированы сопротивлениями R14-R17. Если будет возможность поставить С3 и С4 большей емкости, хотя бы 0,1мкФ, то просадка будет меньше. Только не стоит ставить сюда конденсаторы на 400В, лучше перестраховаться и поставить 750В или 1500В. В результате, после умножителя получается напряжение 3,3КВ, которое на сопротивлении 33МОм дает ток 100 мкА. Если же включать без нагрузочного сопротивления, то напряжение будет больше.

С умножителя ток идет через последовательную цепочку состоящую из постоянного нагрузочного сопротивления R1 33МОм, переменного резистора установки нуля R2 и головку на 100мкА и на выходной разъем Х1. Х2 подключен к отрицательному выводу умножителя. Дополнительно, параллельно этим разъемам может подключаться цепочка из десяти сопротивлений по 3,3МОм, коммутируемых переключателем S1. Это нужно в случае, если потребуется напряжение меньшее чем 3,3КВ. Переключателем можно ступенчато выбирать напряжения от 300 до 1560В и в небольших пределах регулировать его с помощью R2. Это напряжение определяется количеством и номиналами сопротивлений R3 - R12. Количество и номиналы могут быть иными. Именно 10 и именно 3,3МОм определились по причине того, что именно они у меня были и под рукой был переключатель на 12 положений. Соотношением этих сопротивлений и R1+R2 и определяется выходное напряжение на Х1, Х2. В своей конструкции я от подстроечного сопротивления отказался, такая точность измерения десятков мегаом в реальной жизни обычно не нужна, а для измерения сопротивлений до 30МОм лучше использовать параллельный метод, для которого ноль выставляется переключателем.

Работа с прибором.

В верхнем по схеме положении переключателя S1 выход прибора не шунтируется ничем и на нем присутствует напряжение более 3,3КВ. В этом положении производится проверка при полном напряжении и измерение сопротивлений. Цена деления прибора будет 33МОм/100 = 330КОм в начале шкалы и 660КОм в середине и 990К в районе 75мА. К сожалению шкала в таком включении нелинейная, но до 60МОм измерять можно с точностью не менее 10%. Тестирование на пробой производится следующим образом, к Х1 и Х2 подключается то, что нужно тестировать, S1 устанавливается в верхнее положение и включается тестер. Если пробоя не произошло, то стрелка микроамперметра на шелохнется. Если пробой будет, то стрелка отклонится.

Если нужно проверить на напряжении меньшем чем 3,3КВ, то переключая S1 выставляется нужное напряжение на выходных клеммах. На приборе фиксируется соответствующий уровень тока, после этого подсоединив проверяемое к Х1 и Х2 снова подаем испытательное напряжение. Если ток соответствует зафиксированному, то пробоя нет, если больше, то через нагрузку течет ток, т.е. присутствует пробой. Измерение больших сопротивлений (>30Мом) начинается с калибровки шкалы. Для этого S1 устанавливается на нижнее положение "Калибровка" и потенциометром R2 устанавливается "100" на шкале микроамперметра. После этого к Х1 иХ2 подсоединяется измеряемое сопротивление, S1 переводится в верхнее положение и включается прибор. По отклонению стрелки рассчитывается величина подсоединенного сопротивления. Так же можно эту величину определить отсоединив проверяемое сопротивление и переключая S1 выставить стрелку в положение, которое было при проверяемом сопротивлении и определить номинал сопротивления по как сумму из ряда R2-R12.

Конструктив.

Тут все видно по фотографиям.

общий вид

монтаж

Т.е. прибор собран в корпусе компьютерного БП. На его плате, с которой отпаяны все детали. Мне просто жалко было резать кусок гетинакса для этой платы. А так есть неплохая механическая основа, с готовыми отверстиями для крепления. Микросхема, которая осталась никак не используется, мне просто лень было ее выпаивать. :) Для монтажа умножителя, взял старую плату, валявшуюся под рукой, вставил медные шпильки из провода 1,5мм на которых все и смонтировано. Собственно и все. Все остальное видно из фото. Материал корпуса компьютерного БП позволяет гнуть и резать почти пальцами, ну т.е. довольно просто. Если учесть, что имеется уже установленный разъем для сетевого кабеля и сетевой выключатель, то вообще почти идеал.

Что наверное еще стоит уточнить, головку микроамперметра не стал выносить наружу корпуса, а укрепил изнутри с помощью Z образных прижимов под штатные крепежные места головки сверху, снизу головка прижимается вырезом платы. В корпусе прорезал отверстие для наблюдения за стрелкой. Сделано это было из того соображения, что этот прибор будет при эксплуатации находится даже в сумке с инструментами. Поэтому для большей сохранности головки и ее стекла, она помещена внутрь корпуса.