А. С. Грамматчиков
В предыдущих номерах журнала мы подробно рассмотрели основные принципы действия ламповых передатчиков, причем выяснили, что колебания в антенне могут быть получены с помощью различных схем. Рассматривая любую из этих схем, мы видим, что в передатчиках для питания анодов ламп необходимо иметь источник постоянного тока. За счет энергии этого источника постоянного тока передатчик и работает; лампа же служит для того, чтобы энергию постоянного тока превратить в энергию колебаний высокой частоты.
До тех пор, пока мощность нашего передатчика невелика, пока для передачи мы пользуемся обыкновенными усилительными лампами, получение напряжения постоянного тока 80—100 вольт не связано с особыми затруднениями. Действительно, для этой цели мы можем пользоваться либо сухими элементами, либо аккумуляторными батареями, либо обыкновенными динамо-машинами постоянного тока, служащими для целей освещения. Но лишь только мы захотим работать большой мощностью, нам немедленно понадобится более высокое напряжение. Постройка динамо-машины постоянного тока на высокое напряжение связана с столь большими затруднениями, что от нее отказываются и переходят на питание анодов ламп от источника переменного тока, превращая переменный ток в постоянный, или, как говорят, выпрямляя переменный ток.
Что касается радиолюбителей, то совершенно естественным является их желание пользоваться для питания анодов ламп переменным током от осветительной сети. Таким образом они избавляются от необходимости возиться с зарядкой аккумуляторов или с батареями сухих элементов, так быстро приходящими в полную негодность.
При питании передатчика переменным током накал нити ламп мы можем производить от той же сети переменного тока. Накал переменным током имеет некоторое преимущество перед накалом нити постоянным током. При этом способе питания срок службы лампы увеличивается примерно в 1½ раза. Это происходит потому, что при питании лампы постоянным током напряжение на ее аноде по отношению к одному из концов нити больше, чем напряжение на другом конце нити. Поэтому излучение электронов с одного конца нити происходит более интенсивно, чем с другого и этот конец быстрее разрушается. Наоборот, при накале переменным током то один, то другой конец нити находится под большим напряжением и разрушение нити идет равномерно.
Для питания передатчика необходимы, прежде всего, повышающие напряжение трансформаторы для питания анодов ламп и понижающие для накала нитей. Но одних трансформаторов еще недостаточно.
Действительно, вспоминая явления, сопровождающие прохождение тока через лампу, мы видим, что необходимым условием для этого, является сообщение аноду некоторого положительного напряжения. При питании передатчика переменным током, мы на аноде будем иметь то положительное, то отрицательное напряжение, соответственно чему через лампу ток то будет проходить (при положительном напряжении на аноде), то не будет (при отрицательном). Соответственно этому колебания в антенне будут то появляться, то исчезать. Для того, чтобы избавиться от этих перерывов в прохождении тока, применяют выпрямительные устройства. Обыкновенная выпрямительная установка состоит из выпрямителя, т.-е. прибора, могущего пропускать через себя ток только в одном направлении, и из системы фильтров. Фильтры состоят обычно из дроссельной катушки с большой самоиндукцией и конденсатора значительной емкости, включенного параллельно выпрямителю. Назначение этого фильтра — сглаживать пульсации выпрямленного тока.
Черт. 1.
Если на черт. 1 кривая I изображает собой переменный ток, подводимый к зажимам выпрямителя, а кривая II — выпрямленный ток, то, как видно из кривой I (черт. 1), в промежутки времени BC и DE ток через выпрямитель проходить не будет и, следовательно, напряжение на аноде лампы-генератора будет равно нулю. В промежутки же времени AB и CD ток, проходящий через выпрямитель, сообщит аноду генераторной лампы некоторое положительное напряжение, величина которого однако будет весьма непостоянной.
Черт. 2.
Для того, чтобы уменьшить промежуток времени BC, в течение которого ток через выпрямитель не проходит, и увеличить постоянство силы тока в выпрямителе и напряжения на аноде генераторной лампы, включают, вместо одного, два выпрямителя К1, К2, как показано на черт. 21), или применяют выпрямитель с двумя анодами А1 и А2, как на черт. 3. Оба анода присоединяются к концам A и B вторичной обмотки трансформатора Т1, средняя точка С этой обмотки соединяется со средней точкой O вторичной обмотки трансформатора Т3 накала нити лампы генератора колебаний. Предположим, что при одном полупериоде положительным будет конец A вторичной обмотки трансформатора Т1 (черт. 3). В этом случае ток пройдет через анод А1 выпрямителя K, нить его накала, через дроссельные катушки D и D2 и попадет на анод генераторной лампы; от нити накала генераторной лампы через среднюю точку O трансформатора Т3 — накала ток пройдет к средней точке C вторичной обмотки трансформатора Т1. При следующем полупериоде положительным окажется конец B вторичной обмотки трансформатора Т1.
Черт. 3.
Тогда ток пойдет через другой анод (А2) выпрямителя K и затем, подобно предыдущему, через генераторную лампу. Таким образом, напряжение на аноде генераторной лампы и сила ее анодного тока будут изменяться так, как показано на кривой III, черт. 1. Из этой кривой мы видим, что сила тока в генераторной лампе будет то уменьшаться до нуля, то достигать некоторой наибольшей величины. Соответственно этому колебания в антенне будут то усиливаться, то ослабляться. Для того, чтобы получить еще большее постоянство амплитуды колебаний в антенне, как мы знаем, необходимо иметь возможно более постоянное напряжение на аноде. Для этой цели в схему включаются дроссельная катушка D и конденсатор С (черт. 2 и 3). Ток, питающий анод генераторной лампы, проходя через дроссельную катушку D, зарядит конденсатор С. Предположим, что кривая III (черт. 1) представляет напряжение на аноде генераторной лампы. (черт. 3). Пусть пунктирная линия представляет собой среднюю величину напряжения, которое должно быть приложено к аноду генераторной лампы. Практически мы такого постоянства напряжения на аноде получить, конечно, не сможем и фактически будем иметь напряжение, не вполне постоянное, но изменяющееся так, как показывает линия КLMNOPQRS. Действительно, рассматривая кривую III, мы видим, что в момент времени t1 конденсатор С начнет заряжаться, так как напряжение V1, даваемое выпрямителем K и появляющееся на аноде генераторной лампы будет больше напряжения, имеющегося на обкладках конденсатора. По мере зарядки конденсатора напряжение на его зажимах начнет постепенно возрастать и достигнет своей наибольшей величины v2 в некоторый момент t2, когда оно будет равно напряжению, даваемому в этот момент выпрямителем. Затем оно начнет убывать до нуля и, убывая, сделается меньше, чем напряжение на обкладках конденсатора С. Конденсатор начнет разряжаться. Разряд этот будет продолжаться от момента t2 до момента t3, когда напряжение на обкладках конденсатора упадет до некоторого значения v3, равного напряжению, даваемому в этот момент другим выпрямителем. После этого конденсатор начнет заряжаться вновь до момента t4, после чего будет вновь разряжаться. Кроме конденсаторов С, в схему введена еще дроссельная катушка D, служащая для того, чтобы еще больше сгладить колебания напряжения на аноде генераторной лампы.
Благодаря присутствию катушки D, в тот момент, когда напряжение, даваемое выпрямителем, начнет убывать, сила тока не сможет сразу упасть до O, так как магнитное поле катушки D, исчезая в течение промежутка времени t2B, стремится поддержать ток на том же уровне, как и в течение промежутка времени t1B.
В результате напряжение на аноде генераторной лампы будет таким, как показано на кривой III ломаной линией. Само собой разумеется, емкость конденсатора С и самоиндукция дроссельных катушек D должны быть рассчитаны соответствующим образом.
Ламповые выпрямители представляют из себя обычно катодные лампы специального типа с двумя электродами — нитью и анодом. Этот тип выпрямителей носит название — кенотрон. В качестве выпрямителя часто берут обыкновенную трехэлектродную лампу, в которой сетка и анод соединены вместе снаружи лампы и представляют один электрод, часто применяются ртутные выпрямители, в которых выпрямление происходит благодаря способности паров ртути пропускать ток только в одном определенном направлении. Наконец, в радиолюбительской практике находят применение электролитические выпрямители.
В схеме черт. 3 дроссельная катушка высокой частоты D2 служит для того, чтобы генерированные лампой колебания высокой частоты не могли попасть в выпрямительную часть передатчика и повредить ее. Амперметр MA дает возможность измерить силу анодного тока, а вольтметр V служит для измерения напряжения на аноде. Передатчик имеет колебательный контур С2L2 в анодной цепи лампы. Действие всех частей прибора разобрано в № 5 "Р. В."
Черт. 4.
Схема на черт. 4. отличается тем, что в ней имеются электролитические выпрямители. Электроды этих выпрямителей могут быть сделаны из алюминия и свинца или из алюминия и железа. В качестве электролита применен раствор аммониум-фосфата в количестве 120 гр. в одном литре воды. Сверху жидкость покрыта слоем парафинового масла.
Каждый такой электролит. выпрямитель может работать при напряжении не более 50 вольт; при этом для получения хорошего выпрямления температура жидкости должна быть не выше 45° С.
Размеры пластин и количество электролита всецело зависит от размера ламп, которыми мы работаем. Например, при работе лампами мощностью 50 ватт, размеры пластин должны быть не менее 2 х 7,5 см, а количество электролита не менее 500 кб. см. Так как каждый из выпрямителей может работать под напряжением не выше 50 вольт, то для выпрямления 500 вольт необходимо включать не менее 10 выпрямителей последовательно.
Эти электролитические выпрямители могут быть построены самими радиолюбителями. Пластины, прежде чем они будут опущены в жидкость, должны быть надлежащим способом обработаны. Прежде всего их погружают в раствор натрия, где алюминиевые пластины очищаются от всякой грязи и т. п. Очищенные пластины прополаскивают и сушат, а затем на пять минут помещают в концентрированный раствор соды. После этого пластины еще раз тщательно прополаскиваются и просушиваются. Включение электролитических выпрямителей производится совершенно так же, как кенотронов или ртутных выпрямителей (черт. 4).
Подобный выпрямитель был уже описан в нашем журнале (№ 4 "Радио Всем", стр. 17).
1) На черт. 2 ошибочно показаны сетки в выпрямителях К1 и К2.