С помощью этого индикатора электростатического поля можно обнаружить заряженный объект, находящийся на значительном удалении, показать полярность заряда (положительная, отрицательная или заземлено) и относительную степень заряженности.
В процессе работы конденсатор C1 ослабляет шумы переменного тока, но при этом немного понижает чувствительность. Полевой транзистор MPF102 и резистор R1 образуют делитель напряжения. Когда затвор полевого транзистора заземлен, выходной сигнал делителя напряжения будет равен около 4,5 В, давая примерно половинный отсчет по шкале прибора М1 – микроамперметра на 200 мкА. При положительно заряженном объекте (подобно стеклу потертому о хлопок) стрелка прибора отклонится от середины шкалы в положительную сторону. Отрицательно заряженный объект (например, пластмассовая расческа) будет давать отрицательное отклонение стрелки). Вся схема (включая источник питания 9В) должна быть помещена в металлический корпус.
Q—накопитель заряда(короткий отрезок неизолированного провода или небольшой металлический шар).
***
ELECTRONIC ELECTROSCOPE OWN HANDS
With this electrostatic field indicator, you can detect a charged object at a considerable distance, show the charge polarity (positive, negative or ground) and the relative state of charge.
During operation, capacitor C1 attenuates AC noise, but at the same time slightly reduces sensitivity. The MPF102 field effect transistor and resistor R1 form a voltage divider. When the gate of the FET is grounded, the output of the voltage divider will be about 4.5 V, giving about half the reading on the scale of M1, a 200 µA microammeter. With a positively charged object (like glass rubbed against cotton), the instrument needle will deviate from the middle of the scale in the positive direction. A negatively charged object (such as a plastic comb) will give a negative arrow deflection). The entire circuit (including the 9V power supply) must be placed in a metal case.
Q—charge accumulator (a short piece of bare wire or a small metal ball).
*******************************
MPF102 Аналоги/Analogues
- BF256C Fairchild
- MPF102G ON Semiconductor
- MPF102 ON Semiconductor JFET
- 2SK3032 Panasonic
- J308-E3 Vishay Siliconix
- 2N4222 Central Semiconductor
Затвор полевого транзистора Q1, свободный от потенциала, связан только с гладким металлическим стержнем, на верхушке которого находится отполированный латунный шар. Этот стержень изолирован от корпуса шайбой из полистирола с большим отверстием.
Показание в измерительном приборе, вызванное статическим током стока полевого транзистора, если шар удален от оператора или другого объекта, устанавливается на ”0” с помощью потенциометра R2. Размах шкалы измерительного прибора пропорционален интенсивности заряда, накопленного каким-либо телом, если оно приближается к шару или удаляется от него. Электроскоп реагирует на заряженную бумагу или расческу.
***************************************************************
Рисунок 1 – Схема электронного электроскопа со световой индикацией
В получившемся приборе определение наличия и знака заряда осуществлялось разноцветными светодиодами.
Однако, после проведения ряда опытов стало ясно, что информативность данного прибора недостаточна. Электронный электроскоп со световой индикацией позволял определить только наличие и знак заряда: "положительный" или "отрицательный". Чувствительность прибора была низкой.
Было принято решение увеличить чувствительность прибора и заменить светодиоды стрелочным индикатором. Был изготовлен прибор по схеме, приведенной на рисунке 2:
Рисунок 2 – Схема электронного электроскопа со стрелочным индикатором
Основная идея приборов одинакова: в качестве чувствительного элемента (см. рисунок 3) к постоянному электрическому полю использован полевой транзистор с изолированным затвором и встроенным каналом, включенный в мост постоянного тока.
Рисунок 3 – Чувствительный элемент электронного электроскопа
Особенностью транзистора является то, что сопротивление канала зависит от действия электрических полей на затвор.
Если поднести такой чувствительный элемент к заряженному телу, то произойдет разбалансировка моста, плечами которого являются канал транзистора КП305Б и резисторы R1, R2, R3. Переменный резистор R1 служит для балансировки моста.
При изготовлении прибора была использована более современная элементная база (вместо транзисторов МП37 и МП41 (kусиления=10…50) была применена микросхема AD822N (kусиления=1млн), в схему включен переменный резистор (150к), позволяющий регулировать чувствительность прибора, вместо двух источников напряжения, использован один, но при этом, в схему включен конденсатор 4,7мкф, который убирает помехи и обеспечивает устойчивую работу моста постоянного тока).
Прибор из порогового превратился в аналоговый. Схемы порогового и аналогового сигналов приведены на рисунках 4, 5.
В аналоговом приборе ликвидирована зона нечувствительности (-1… +2), появилась возможность наблюдать уровень сигналов.
Таким образом, мы получили более информативный электронный электроскоп. Внешний вид прибора приведен на рисунке 6.
Рисунок 6 – Внешний вид электронного электроскопа
Электронный электроскоп очень легок в обращении. Ниже приведен порядок работы с прибором.
Порядок работы
1. Повернуть регулятор чувствительности против часовой стрелки почти до упора. (Выставляем минимальную чувствительность).
2. Подключить электроскоп к источнику питания.
3. Выставить "0" на стрелочном индикаторе регуляторами точной и, при необходимости, грубой настройки.
Чувствительность прибора очень высока, поэтому установка "0" производится при закрытом фольгой чувствительном элементе прибора (экранирование) (см. рисунок 7).
Рисунок 7 – Установка "0"
4. Провести измерения.
5. По окончании проведения измерений, отключить электронный электроскоп от источника питания.
