Плазма на ламповой голове
Хомяки приветствуют вас друзья!
Сегодняшний пост будет посвящен генератору факельного разряда на самой распространенной радиолампе советского производства 6П45С. Факел тут образуется за счет высокочастотного электрического разряда, который при нормальном атмосферном давлении напоминает пламя обыкновенной свечи. За исключением, что температуры тут просто огромные. Плазма как-никак. В ходе рассказа узнаем как собрать такое устройство, заглянем в его внутренний мир и узнаем какие факторы влияют на работоспособность схемы. По классике жанра доведем генератор до слез, раскалим анод до красна и узнаем что может вывести радиолампу из строя.
Схема устройства довольно проста и состоит из минимального количества радиоэлементов, которые можно найти на местной барахолке. Что-то можно достать из старого телевизора, а что-то придется сделать самому. В общем пойдем по порядку.
Сердцем устройства является лучевой тетрод 6П45С, который применялся в выходных каскадах строчной развёртки телевизионных приёмников. Молодое поколение вряд ли помнит период, когда все в один момент начали выкидывать телевизоры на помойку. В школе нам казалось что они вот-вот объединяться и захватят мир…
Чтобы заставить сердце генератора биться, на него нужно подать накальное напряжение в 6.3 вольта с током не менее 2.5 ампер. Для это прекрасно подойдет накальный трансформатор ТН-34, если запараллелить у него пару выходных обмоток.
Анодное питание тут обеспечивается за счет удвоителя напряжения выполненного на паре диодов и конденсаторов, составляет оно 600 вольт.
Вся остальная обвязка — это Г-образный фильтр по питанию, мощный резистор на 50 Вт, который ограничивает ток и задает напряжение смещения на второй сетке лампы, и резонансный контур с обратной связью на первую сетку. Эта схема — обыкновенный усилитель, который за счет обратной связи зацикливается и превращается в автогенератор.
Сетевой дроссель и контурная катушка индуктивности мотались на сантехнических трубах диаметром 50 мм. Дроссель имеет 30 витков проводом 0.6 мм, а вот к контурной катушке индуктивности мы еще вернемся при настройке схемы.
Так же нам понадобиться разная мелочовка, кучка высоковольтных контурных конденсаторов, выключателей, панелька для радиолампы и кусок меди, из которой мы сделаем воздушный переменный конденсатор обратной связи.
Все вышеперечисленные потроха, желательно поместить в какой-нибудь корпус. Пластмассовая коробка с барахолки самое оно! Бурим в ней скважину диаметром 25 мм, тут разместиться панелька для радиолампы. Желательно это делать так, чтоб опилки как можно больше загадили стол и окрестности.
Внутри корпуса размещаем все массогабаритные элементы включая накальный трансформатор. Распаиваем все соединения согласно схемы показанной в начале. Разводить плату под схему факельника не имеет смысла, так как в каждом индивидуальном случае габариты радиоэлементов могут и будут отличатся. Но, если появится такая потребность вы всегда сможете заказать свою печатную плату на всемирно известном сервисе PCBWay
В буквальном смысле, схема факельника собирается за пару часов. И первое, что необходимо проверить после установки радиолампы — это накал.
Через рубильник подаем питание в 6.3 вольта и смотрим как оживает сердце теплого электровакуумного прибора.
Прекрасно, накал работает. Вы наверное сейчас не заметили, но нить накала вместе с железкой, которая его окружает в процессе нагрева несколько увеличились в размерах. Тепловое расширение металла так сказать в наглядном виде.
Для того, чтобы схема начала что-то генерировать, необходимо намотать контурную индуктивность. В идеале такие вещи для высокочастотных цепей принято мотать на керамических каркасах, найти которые для простых смертных практически невыполнимая задача. Потому берем кусок сортирной трубы диаметром 50 мм и на ней мотаем необходимую катушку. Провод везде использовался медный диаметром 1 мм. Количество витков подбиралось экспериментально, путем намотки сразу нескольких контурных катушке индуктивности с разными параметрами, и с разной высотой намотки.
Чем больше витков в катушке, тем больше ее индуктивность. Следовательно частота генератора будет стремиться в меньшую сторону, на осциллографе видим 8.5 мГц. Факел при этом едва достигает трех сантиметров.
Скинув немного витков, факел особого прироста не дал, частота работы автогенератора при этом поднялась свыше 10 мГц.
Продолжив отматывать провод, оптимальным соотношением с наибольшей длиной факельного разряда оказалось 30 витков. На чем и остановился процесс подбора контурной катушки индуктивности. Частота при этом составила 12.3 мГц. Длина огонька в ламповой электронной свече получилась примерно 5 сантиметров, при условии что он вырывается из голого терминала.
И вот тут внимание! Если сделать терминал слишком коротким и закрепить его через зажим клеммной колодки, температура достигнет таких величин что расплавит переходник, превратив его желе. Дело в том, что огонек который вырывается с острия терминала имеет температуру, которая местами превышает 12 тысяч градусов. Это по сути электрическая сварочная дуга, которая имеет высокую частоту.
Если в роли терминала использовать платиновую проволоку температура плавления которой имеет почти 1800 градусов, она мигом плавится превращаясь в каплю драгоценного металла, которая после остывания не окисляется в атмосфере кислорода и сохраняет свою безупречную зеркальность.
Если использовать вольфрамовые или вольфрам-ториевые электроды, которые являются чемпионами по тугоплавкости с температурой плавления около 3400 градусов, то они выгорают в течение нескольких минут работы. Потому тут рекомендую использовать терминалы потолще, чтоб они успевали рассеивать тепло, иначе кина не будет. Надоест их затачивать в процессе работы.
Защитить электроды можно с помощью остекления. Тут есть два приятных момента. В первом — факел вырывается не с конца металла, а с конца капли стекла. Выходит оно как защитная смазка в двигателе автомобиля. Во втором — ионы натрия содержащиеся в стекле увеличивают длину разряда, при этом окрашивая его в желтый цвет.
По настроению факел мог быть тонким и длинным, а иногда его плющило как тех чуваков которые по утрам ищут закладки у окна соседнего дома. Подозреваю это зависит от частоты автогенератора и пучности стоячих волн на конце терминала. Как ни крути, выглядит это красиво и необычно. С терминалами и контурными катушками индуктивности разобрались.
Теперь давайте посмотрим на что влияет воздушный конденсатор переменной емкости, который служит в роли обратной связи лампового автогенератора. Состоит он из двух медных пластин размером 35 на 40 мм, емкость которых составляет примерно 30 пФ (плюс-минус). Зачищаем напильником все острые углы, которые могут торчать и увеличивать шанс пробоя электрической дугой и тут же закручиваем болт в нижнюю пластину, который противоречит предыдущему действию с напильником.
Чем меньше будет расстояние между пластинами в процессе работы генератора, тем меньше будет факел и меньше будет нагрев лампы 6П45С.
Если увеличить расстояние до 1.5 см, то факел выйдет побольше, но лампе при этом придется не легко. Подаем анодное напряжение и наблюдаем за всеми протекающими процессами.
В данном случае раскаленный анод говорит о том, что через него протекает превышающий ток в 800 мА, что является пределом по нагрузочной способности указанной в характеристиках радиолампы.
Температура анода в момент выключения генератора составила 350 градусов. Температура резистора на второй сетке радиолампы составил 160 градусов, что не есть хорошо. Его рассеиваемая мощность оказалась слишком мала для данной схемы. Потому был взят 50 Вт резистор с сопротивлением 7.5 кОм. Ток протекающий через него естественно никто не измерял, сопротивление подобрано экспериментально, методом его подбора прямо в процессе работы генератора. Главное языком не касаться рабочих частей схемы, чтоб не пробило. Температура резистора при этом составила 120 градусов.
Давайте посмотрим как влияет на работу схемы емкость, включенная последовательно с медными пластинами обратной связи. С недавнего времени моя коллекция пополнилась разнообразными высококварными конденсаторами К15У, потому подбор будем производить с их помощью.
Сейчас в схеме стоит емкость 15 пик, факел при этом сантиметров 5 в высоту. Убавляем напряжение на аноде лампы с помощью ЛАТР-а и в прямом эфире меняем конденсатор, увеличивая его до 100 пикофарад. Разницу в работе я не увидел. Потому оставил конденсатор на 15 пикофарад, так как он довольно дешевый и его не жалко.
Генератор работает в нормальном режиме. Факельный разряд довольно длинный, а анод радиолампы до красна не раскаляется.
Что здесь важно? Экспериментально подобрать контурную катушку индуктивности, оптимальное расстояние между пластинами обратной связи и конденсатор включенный последовательно с ними. Температура радиолампы при этом составит 140 градусов. Медный провод в резонансном контуре в любых режимах работы греется, следовательно сантехническую трубу сплющивает и провод начинает болтается туда сюда как ветки дерева на ветру.
Если в индукторе разместить термостойкий тигель, то в нем можно демонстрировать различные фокусы. Внутри этой кварцевой ампулы находиться химический элемент — натрий. Если его поместить в индуктор с высокочастотным переменным полем, ампула вспыхивает и начинает излучать спектр с узкими атомными линиями, которые используют при калибровке различных фото-спектрометрических устройств.
Если присмотреться на пузырек в процессе работы, то видно как натрий испарятся со стенок колбы, начиная светить все ярче и ярче, пока благородный свет не начнет освещать все жилище подобно утренним лучам солнца. Главное себе глаза не выжечь от жесткого ультрафиолета. В ампулах могут быть какие угодно химические элементы и все они светят разными цветами.
Не будем тянуть кота за яйца и засунем внутрь индуктора лампу Ильича. Как по мне, это самое интересно что происходило с мной за последние пару минут.
Струя плазмы, вырывающаяся с держателя нити накаливания постепенно нагревает стеклянный баллон лампы, внутренности которой сейчас находятся в среде защитного газа, вероятно аргона. Стеклянный прыщ на колбе держался до последнего, до тех пор пока в нем не образовалась пробоина, нарушившая герметичность корпуса, что привело к попаданию кислорода. На открытом воздухе вольфрамовая нить накаливая незамедлительно начала выгорать, создавая внутри колбы яркие спецэффекты.
Рубрика по просьбе подписчиков. Многие писали под предыдущим видео с транзисторным факельником, что он излучает радиацию. Ложные показания на бытовых дозиметрах могут давать электромагнитные помехи, но как видно Радиаскану 701 работать в мощных полях факельного генератора, вполне комфортно. Крышка фильтра при этом снята.
Попробуем поднести к прибору сахарницу из уранового стекла. Дозиметр замечательно реагирует на превышение радиационного фона, следовательно генератор факельного разряда не является источником радиоактивного излучения. Едем дальше.
Радиолампа, она понимаете ли не резиновая и решив попускать факел из пластин обратной связи, «естественно» факел пробил между пластинами. За считанные секунды анод лампы в таком агрессивном режиме раскалился докрасна и это привело к последним вздохам лучевого тетрода 6П45С. Он служил верой и правдой в течении всего эксперимента, после чего электронная эмиссия покинула тело. Факел при этом выглядит так: лампа вроде пытается что-то генерировать, но факел при этом едва достигает по длине одного сантиметра.
Внутри этой колбы содержится много чего интересного, включая золото. Так сказано в справочнике драг металлов. Потому берем в руки скальпель и аккуратными движениями извлекаем внутренности. Такое покрытие в радиолампах называется активированием нити накала, сверху вероятней всего окись алюминия, которая обеспечивают надежную электроизоляцию. Под микроскопом видно что материал в некоторых местах начал кристаллизоваться, а в некоторых трескаться. Сколупнув сахарную пудру с поверхности нити там оказалось желтое вещество, напоминающие таблетки моей бабули, которые я ел втихаря в девстве…
Золото, которое указано в списке драгметаллов содержится на сетках в виде тонкого слоя позолоты. По данным из справочника, из сотни таких ламп можно добыть 3.5 грамма золота. Радиолампы — это вам не транзисторы. Они умеют удивлять как в процессе работы, так и после смерти. Такие сетки можно использовать например при создании искрового детектора для регистрации альфа-частиц.
Для справки. Настройка сегодняшнего устройства довольна проста и c ней справиться даже начинающий радиоэлектронщик. В схеме нет резонатора в отличии от транзисторного факельника, где нужно было согласовывать резонансы. Факел тут вырывается прямо с горячего конца контура, амплитуды напряжения хватает чтоб возвысить плазменный огонек на довольно приличию высоту. Если использовать мощные лампы с более высоким анодным напряжением, то можно получить факел с полметра в высоту, но для простой демонстрации работы устройства, это перебор.
Как говорится в народной поговорке: Лучше меньше, да лучше.
Полное видео проекта на YouTube
Наш Instagram
