СВЕТОДИОДНЫЕ ИНДИКАТОРЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ
М.ШУСТОВ, г.Томск.
Для индикации опасных уровней электрического поля зачастую используют простейшие индикаторы. Описываемые в статье конструкции могут быть использованы для определения наличия электростатических потенциалов. Эти потенциалы опасны для многих полупроводниковых приборов (микросхем, полевых транзисторов), их наличие может вызвать взрыв пылевого или аэрозольного облака. Индикаторы также могут быть использованы для дистанционного определения наличия электрических полей высокой напряженности (от высоковольтных и высокочастотных установок, электросилового высоковольтного оборудования). В качестве чувствительного элемента всех конструкций использованы полупроводниковые элементы (полевые транзисторы), электрическое сопротивление которых зависит от напряжения на их управляющем электроде - затворе. При наведении электрического сигнала на управляющий электрод полевого транзистора электрическое сопротивление сток-исток последнего заметно изменяется. Соответственно, изменяется и величина электрического тока, протекающего через полевой транзистор. Для индикации изменения тока использованы светодиоды. Простейший индикатор (рис.1) содержит три детали: полевой транзистор VT1 - датчик внешнего электрического поля, светодиод HL1 - индикатор тока, стабилитрон VD1 - элемент защиты полевого транзистора. В качестве антенны использован отрезок толстого изолированного провода длиной 10...15 см. Чем больше длина антенны - тем выше чувствительность устройства.
Puc.1
Индикатор на рис.2 отличается от предыдущего наличием регулируемого источника смещения на управляющем электроде полевого транзистора. Такая добавка объясняется тем, что ток через полевой транзистор зависит от начального смещения на его затворе. Для транзисторов даже одной партии изготовления, а тем более, для транзисторов разных типов, величина начального смещения для обеспечения равного тока через нагрузку заметно отличается. Следовательно, регулируя начальное смещение на затворе транзистора, можно задавать как начальный ток через сопротивление нагрузки (светодиод), так и управлять чувствительностью устройства.
Puc.2
Начальный ток через светодиод рассмотренных схем составляет 2...3 мА. Следующий индикатор (рис.3) использует для индикации три разноцветных светодиода. В исходном состоянии (при отсутствии электрического поля) сопротивление канала исток-сток полевого транзистора невелико. Ток протекает преимущественно через индикатор включенного состояния устройства - светодиод HL1 зеленого цвета.
Puc.3
Этот светодиод шунтирует цепочку последовательно соединенных светодиодов HL2 и HL3. При наличии внешнего надпорогового электрического поля сопротивление канала исток-сток полевого транзистора возрастает. Происходит плавное или мгновенное отключение светодиода HL1. Ток от источника питания через ограничивающий резистор R1 начинает протекать через последовательно включенные светодиоды HL2 и HL3 красного свечения. Эти светодиоды могут быть установлены слева и справа относительно HL1. Индикаторы электрического поля повышенной чувствительности с использованием составных транзисторов показаны на рис.4 и 5. Принцип их работы соответствует ранее описанным конструкциям. Максимальный ток через светодиоды не должен превышать 20 мА.
Puc.4
Вместо указанных на схемах полевых транзисторов могут быть использованы другие полевые транзисторы (особенно в схемах с регулировкой начального смещения на затворе). Стабилитрон защиты можно использовать другого типа с максимальным напряжением стабилизации 10 В, желательно симметричный. В ряде схем (рис.1, 3, 4) стабилитрон, в ущерб надежности, может быть исключен из схемы. В этом случае во избежание повреждения полевого транзистора не допускается касания антенной заряженного предмета, сама антенна должна быть хорошо изолирована. При этом чувствительность индикатора заметно возрастает. Стабилитрон во всех схемах можно также заменить сопротивлением 10...30 МОм.
Puc.5
Радиомир 9/2001.