Устройство предназначено для активной самообороны путем воздействия на нападающего высоковольтным разрядом электротока. Схема позволяет получить на выходных контактах напряжение порядком 80 000 вольт, что приводит к пробою воздуха и образованию электрической дуги между контактами электродами. Так как при касании электродов протирает ограниченный ток, угрозы для жизни человека данное устройство не представляет. А благодаря своим малым размерам может использоваться как индивидуальное средство безопасности или же работать в составе системы для активной защиты металлического объекта ( сейфа, металлической двери или дверного замка). Кроме того конструкция настолько проста, что для ее изготовления не потребуется применения промышленного оборудования - все легко выполнить в домашних условиях.
В схеме устройства (рис. 1) на транзисторе Т1 и трансформаторе Tr1 собран импульсный преобразователь напряжения. Автогенератор работает на частоте порядком 40 кГц, и во вторичной обмотки (1500Т) трансформатора Tr1 после выпрямления диодами на конденсаторе C3 выделяется постоянное напряжение около 800...1000 вольт. Второй трансформатор (Tr2) позволяет ещё больше повысить напряжение до нужной величины. Работает он в импульсном режиме. Это обеспечивается регулировкой зазора в разряднике F1 так, что бы пробой воздуха происходил при напряжение 800...1000 вольт. Как только напряжение на конденсаторе C3 (в процессе заряда) достигнет этой величины, разряд конденсатора произойдет через разрядник F1 и первичную обмотку трансформатора Tr2.
Рис. 1 Схема устройства.
Энергия накопленная на конденсаторе С1 ( передаваемая во вторичную обмотку трансформатора), определяется из выражения:
Где Uc - напряжение на конденсаторе в вольтах, С - ёмкость конденсатора С3 в фарадах.
Аналогичные устройства промышленного производства имеют примерно такую же энергию заряда или чуть меньше. питаться схема от двух аккумуляторов 18650 и потребляет ток не более 2 ампер.
Трансформаторы являются самодельными и намотка в них начинается со вторичной обмотки. Процесс изготовления потребует аккуратности и желательно соорудить какое нибудь намоточное приспособление. Трансформатор Tr1 выполнен на диэлектрическом каркасе, вставленном в броневой сердечник Б26 из феррита М2000НМ1 (рис. 2). В качестве сердечника трансформатора подойдёт так же ферритовый стержень с самодельным каркасом для намотки обмоток, сделанный из пластика или же из плотного картона. А так же каркасы трансформатора форм-фактора ЕЕ25 с ферритовым магнитопроводом.
Рис. 2 Трансформатор Tr1
Он содержит в обмотке коллектора 25 витков, в обмотке базы 35 витков эмаль-проводом диаметром 0,5 мм, во вторичной повышающей обмотки трансформатора 1500 витков проводом ПЭЛ диаметром 0,1 мм. Процесс намотки трансформатора начинается с высоковольтной обмотки (1500 витков). Обмотка мотается в навал, без межслойной изоляции. После намотки высоковольтной, вторичной обмотки изолируем ее двумя слоями тонкого прозрачного скотча, и мотаем виток к витку обмотку базы (35 витков). Обмотка мотается виток к витку. По окончанию намотки, фиксируем ее 1 слоем тонкого прозрачного скотча. Приступаем к намотки обмотки коллектора (25 витков). Мотаем ее так же аккуратно виток к витку. По завершению намотки фиксируем скотчем в 1 слой. После намотки катушки вставляем ее в ферритовые чашки и склеиваем стык ( предварительно убедившись, что она работает). Места выводов катушки, для надёжности можно залить разогретым парафином или воском.
При монтаже схемы необходимо соблюдать полярность фаз обмоток трансформатора, указанную на схеме точками. Условно говоря, точка это начало той или иной обмотки.
Высоковольтный трансформатор Tr2 выполнен на пластинах из трансформаторного железа, набранных в пакет (Рис. 3). В качестве сердечника трансформатора так же можно применить ферритовый стержень аналогичных размеров, обернутый пятью слоями фторопластовой ленты.
Рис. 3 Трансформатор Tr2.
Так как магнитное поле в катушке не замкнутое, конструкция позволяет исключить намагничивание сердечника. Намотка выполняется виток к витку (сначало наматывают вторичную обмотку) 1000...1800 витков проводом ПЭЛ диаметром 0,1...0,12 мм ( в пять, семь слоёв), первичная обмотка - 40 витков диаметром 0,5 мм. В начале мотаем высоковольтную обмотку (1000...1800 витков) а потом первичную обмотку. Межслойную изоляцию лучше выполнять из трёх витков тонкой (0,1 мм) фторопластовой ленты, но подойдёт так же и конденсаторная бумага - ее можно достать из высоковольтных неполярных конденсаторов. После намотки обмоток трансформатор заливается эпоксидным клеем. При этом в заливочной массе клея не должно быть пузырьков воздуха. А для удобства заливки потребуется изготовить картонный каркас (размерами 55х23х20 мм) по габаритам трансформатора, где и выполняется его герметизация.
Изготовленный таким образом трансформатор обеспечивает во вторичной обмотке амплитуду напряжения более 80 000 вольт, но включать его без защитного разрядника F2 не рекомендуется, так как при таком напряжении возможен риск пробоя внутри катушки. Защитный разрядник выполняться из двух оголённых проводов, расположенных на расстоянии 20...25 мм. Конструкция электродов Х2, Х3 и разрядника F2 показанна на рисунке 4.
Рис. 4 Конструкция электродов.
Элементы конструкции крепятся на боковых пластинах из оргстекла толщиной 5...6 мм. В качестве электродов Х2 и Х3 можно использовать стержни от разъемов на большой ток, например от практически любой сетивой вилки ампер на 10.
Ниже приведен внешний вид конструкции разрядника F1 (рис. 5)
Рис. 5 Вид конструкции разрядника.
В качестве материала лучше взять медные пластины с никелированным покрытием (этим обеспечивается более высокая стойкость разрядника к разрушению дугой). Толщина пластин может быть любой. Пробой напряжением воздуха примерно 3 000 вольт на мм (зависит от влажности воздуха, его температуры и атмосферного давления), поэтому зазор разрядника F1 будет примерно 0,1...0,2 мм (регулируется при настройки).
Все детали схемы, кроме выключателя S1, размещены на односторонней печатной плате (рис. 6) из стеклотекстолита толщиной 1... 1,5 мм (размером 130х55 мм). Таких же размеров плата используется как крышка на которой закрепляется кнопка включения (S1), а так же прижимает аккумуляторы.
Рис. 6 Печатная плата.
Детали припаиваются со стороны печатных проводников, что позволяет уменьшить толщину корпуса устройства. Трансформаторы Тr 1 и Tr2 приклеиваются к плате эпоксидным клеем.
На каркасе, образованном из двух плат, закреплённых четырьмя винтами (с потайной шляпкой), обматывается и склеивается кожух из картона. В кожухе делаться отверстия под кнопку и зарядку электрошокера. После картон пропитывается эпоксидным клеем для придания прочности.
Схема не нуждается в настройки. И при правильной сборки должна заработать сразу. При первом включении схемы лучше использовать блок питания в режиме ограничения тока 2 Ампера - это предотвратит повреждение Т1 в случаи ошибочного подключения фазы первичной обмотки Tr1 или же отсутствия режима автогенерации по другой причине. После этого с помощью осциллографа с делителем замеряет напряжение на конденсаторе С3 и подбираем величину зазора в разряднике F1 так, что бы оно не превышало уровень 800...1000 вольт. а с помощью резистора R3 можно регулировать выходную мощность электрошокера. Чем меньше его сопротивление, тем выше мощность. И наоборот чем выше сопротивление резистора, тем меньше мощность. Его сопротивление может быть от 5 до 100 Ом.
Теперь несколько слов об эксплуатации устройства. Не рекомендуется включать устройство в условиях повышенной влажности, что бы самому не попасть под напряжение дугового разряда. Кроме того, так как для транзистора Т1 не установлен теплоотводящий радиатор (нет свободного места в корпусе), крайне не рекомендую включать устройство на непрерывную работу более чем на 1 минуту (обычно в этом нет необходимости). Следует так же знать, что обычная одежда не является препятствием для проникновения дуги.
Хотелось бы отметить то, что взамен высоковольтного конденсатора на 100nF 1000V можно применить конденсатор с маркировкой МКР - Х2 0,1mF ~275V. Такие конденсаторы по постоянному напряжению могут выдерживать до 2000 вольт. А обнаружить их можно в помехоподавляющих цепях. Например практически в любом импульсном блоке питания.
