Вл. Доброжанский
Мы рассмотрим так называемый «реактивный фильтр низкой частоты», совершенно сглаживающий пульсации постоянного тока и дающий на выходе вполне постоянный ток. Условимся в дальнейших рассуждениях понимать под словом пульсирующий ток, сумму из двух слагающих — постоянной и переменной. Задача фильтра состоит в том, чтобы разделить эти слагающие.
Основная конструкция такого фильтра представляет собой одну ячейку, составленную из самоиндукции «L» и емкости «С» (рис. 1), которая включается между выходными концами выпрямителя и входными нагрузки, на которую работает последний. Принцип работы этой ячейки заключается в том, что включенная последовательно самоиндукция «L» представляет для постоянного тока небольшое омическое сопротивление, которым в правильно сконструированном дросселе можно пренебречь, тогда как ее сопротивление переменному току в силу высокого коэффициента самоиндукции очень велико. Емкость же «С», включенная параллельно, ведет себя как раз наоборот, т. е. постоянный ток только заряжает ее, после чего она служит для него бесконечным сопротивлением, а для переменного тока при достаточной величине представляет очень малое сопротивление. Мы говорим: «при достаточной величине», следовательно, нужно выяснить, каковы должны быть эти величины в каждом отдельном случае, и от чего они зависят. Оказывается, что эти величины сильно зависят от сопротивления цепи, на которую работает фильтр. Мы имеем право рассматривать самоиндукцию и емкость при прохождении через них переменного тока как сопротивления, подобные обычным омическим сопротивлениям. Изобразим схему ячейки фильтра (рис. 2), в которой дроссель заменим сопротивлением R1, емкость — сопротивлением R2, а сопротивление нагрузки — сопротивлением Z.
Еще раз повторяю, что эти сопротивления будут таковыми лишь для переменного тока. Из того, что сопротивление R1 включено последовательно с параллельно включенными сопротивлениями R2 и Z, причем R2 очень мало, ясно, что распределение напряжения на них будет зависеть от отношения их величин. Чем сопротивление R1 будет больше общего сопротивления Z и R2, тем большее напряжение будет на него приходиться, и при достаточно большом значении сопротивления R1 напряжением на зажимах сопротивления Z мы сможем пренебречь. Так как мы разбираем вопрос о прохождении переменного тока, то это и будет наивыгоднейшее положение, так как переменное напряжение на зажимах нагрузки Z практически будет отсутствовать. Распределение напряжения постоянного тока будет обратным, так как сопротивление R1 велико лишь для переменного тока, потому что это сопротивление индуктивное, а для постоянного тока оно будет лишь омическое и, как уже говорилось, в хорошем дросселе небольшое по отношению к сопротивлению Z (сопротивление R2 в этом случае очень велико). Следовательно, напряжение постоянного тока на концах сопротивления нагрузки Z будет велико.
Итак, если у нас нагрузка на фильтр не велика, т. е. сопротивление Z велико, в фильтр необходимо ставить большие дросселя и сравнительно небольшие емкости и наоборот, при большой нагрузке, т. е. при малом сопротивлении Z, самоиндукцию дросселей можно брать меньше, но емкость конденсатора увеличивать.
Теперь перейдем к конструкции фильтра. Практически оказалось выгоднее делать фильтр несколько сложнее, т. е. видоизменить расположение дросселей и емкостей в ячейки. Получили распространение два вида ячеек — так называемая «Т-система» (рис. 3) и «П-система» (рис. 4).
Принцип выбора данных этих ячеек остается тот же, только в первом случае самоиндукция разбивается на две одинаковых, в сумме равные L, а во втором соответственно делится на две части емкость. И последнее усовершенствование фильтра — это установка двух таких ячеек последовательно в один фильтр (рис. 5 и 6). Так как в фильтре рис. 5 дросселя «2» и «3» работают последовательно, то их можно слить в один в сумме равный L, а в схеме рис. 6 то же можно сделать с конденсаторами «2» и «3», работающими параллельно, и тогда в совершенно законченном виде фильтры примут вид, изображенный на рис. 7 и 8.
Интересно выяснить, какая же из этих систем лучше. Выгодность того или другого типа может выясниться лишь при установке их в работу. Так, для работы на приемник, усилитель или передатчик, модулированный на сетку, безусловно необходимо ставить «П-фильтр», так как его концы шунтированы конденсатором, а это делает работу их более спокойной. Для передатчика, модулированного по схеме Хиссинга, незаменим «Т-фильтр», так как последний дроссель в нем может выполнять роль модуляционного дросселя, а потому отпадает необходимость в специальной установки последнего.
Теперь перейдем к конструкции дросселей. Я не говорю о конденсаторах, так как делать самому конденсаторы емкостью по 1—2 мф — занятие более чем бессмысленное. Их придется купить готовыми. Необходимо при покупке не только обращать внимание на их изоляцию и то, что они не пробиты, но и на их пробивное напряжение. В фильтре их придется поставить под напряжение минимум на 30% меньше указанного на марке, ввиду того, что, находясь длительное время под нагрузкой, диэлектрик конденсатора прогревается, пробивное напряжение его от этого падает, и конденсатор, проработав 1½—2 часа, может пробиться. Особое внимание на это надо обратить в фильтрах, работающих на телефонных передатчиках, и вообще когда ожидается беспрерывная работа его долгое время.
На дросселя особое внимание следует обратить при установке их в сравнительно мощные выпрямители для питания передатчиков. Дросселя должны иметь наименьшее омическое сопротивление, особенно при средних напряжениях (порядка 500 вольт), иначе тон передатчика будет «плавать». Происходить это будет оттого, что при нажатии ключа будут заряжаться конденсаторы, не успевая подзарядиться, ввиду большого сопротивления дросселя. Сердечник должен иметь не совсем замкнутую форму, а должен иметь воздушный зазор, тем больший, чем большая нагрузка на него постоянным током. Так, при средней самоиндукции дросселя в 50 генри и колебаниях тока в пределах от 50 до 500 МА, воздушный зазор будет принимать размеры от 2 до 18 мм. Несоблюдение этого условия может сильно отразиться на величине самоиндукции дросселя при нагрузке его постоянным током, так как без воздушного зазора здесь будет иметь место насыщение железа сердечника, при сильном токе. Нужная величина зазора при данной нагрузке устанавливается опытом. Поэтому конструкция сердечника должна позволять плавное изменение воздушного зазора. На рис. 10 указана наиболее оправдавшая себя на практике конструкция в смысле легкости самостоятельной сборки.
Каждая половина сердечника собирается в виде буквы «Г» (форма, и размеры их приведены на рис. 9 и в таблице) из отдельных листов железа не толще 0,35—0,4 мм, причем одна сторона каждого листа должна быть оклеена тонкой папиросной бумагой или покрыта лаком. После намотки катушек и сборки в них железа изготовляются поперечные медные планки (2—3 мм толщиной), с одной стороны, имеющие отверстия по диаметру стягивающих болтов, а с другой — продольные прорезы (см. рис. 10). Эти планки укладываются с обеих сторон сердечника на каждой стороне дросселя, после чего болты «2» и «3» зажимаются наглухо. Болты «1» и «4» затягиваются лишь после того, как будет установлен нужный зазор. При больших напряжениях лучше делать катушки секционированными, дабы между соседними витками не иметь больших напряжений. Так как в рамки этой статьи не входит расчет дросселей, которым будет посвящена отдельная статья, я ограничусь несколькими ориентировочными данными.
| Нагрузка дросселя в амперах |
Диам. пров. |
Число витков |
Сечение железа |
Воздушн. зазор с двух сторон |
Размеры сердечн. | |
| a × b | C | d | ||||
| Таблица данных для дросселя в 50 генри. | ||||||
| 0,05 | 0,25 | 11 500 | 25 × 25 мм | 2,6 мм | 30 мм | 75 мм |
| 0,10 | 0,30 | 5 600 | 50 × 50 » | 2,6 » | 35 » | 90 » |
| 0,25 | 0,45 | 5 000 | 75 × 75 » | 8,0 » | 50 » | 100 » |
| Таблица данных для дросселя в 100 генри. | ||||||
| 0,05 | 0,25 | 9 500 | 50 × 50 мм | 6,0 мм | 30 мм | 75 мм |
| 0,10 | 0,30 | 9 500 | 50 × 50 » | 6,0 » | 40 » | 95 » |
| 0,25 | 0,45 | 8 500 | 75 × 75 » | 15,0 » | 60 » | 110 » |
Значения «С» и «d» могут заметно колебаться в зависимости от толщины изоляции взятой проволоки. В частности в таблице взяты наибольшие величины. Если любителю удастся достать хорошую проволоку марки ПЭ, то он может несколько уменьшить как «С», так и «d», чтобы после укладки проволоки не осталось лишнего места. Повторяю — хорошей, так как имеющаяся на рынке проволока ПЭ в большинстве случаев бракованная, которую ни в коем случае нельзя употреблять для намотки.
Из того, что было сказано в начале статьи, ясно, почему небольшие изменения в режиме генератора влекут за собой сильные изменения тона и почему при установке гридлика тон иногда улучшается. Между тем гридлик, как таковой, здесь не причем, а происходит это из-за изменения силы анодного тока. Так что на данные фильтра надо обращать сугубое внимание при установке его в работу и при изменении режима работы генератора.