Б. П. Асеев.
Ламповые генераторы незатухающих колебаний, используемые для целей телефонирования и телеграфирования без проводов, питаются постоянным током высокого напряжения. Постоянный ток высокого напряжения может быть получен двояким способом; 1) от динамо-машины, аккумуляторов или 2) путем выпрямления переменного тока.
В то время, как высоковольтные машины и аккумуляторы для радиолюбителей совершенно недоступны, второй метод — выпрямление переменных токов, имеет самое широкое применение не только в передающих устройствах, но и в приемных, для питания ламповых приемников и усилителей. Сущность второго метода заключается в следующем: переменный ток (напр. от городской сети) подается к трансформатору, который повышает напряжение до требуемой величины; полученный на вторичных зажимах трансформатора переменный ток высокого напряжения выпрямляется специальными выпрямительными лампами — кенотронами и затем поступает в ламповый генератор.
Выпрямительные установки обладают гораздо более высоким коэффициентом полезного действия, нежели установки с динамо-машинами и, кроме того, весьма просты и дешевы в эксплоатации.
Как мы указали выше, выпрямление переменного тока производится кенотронами; кенотрон состоит из стеклянного баллона, в который впаяны два электрода: нить накала или катод и цилиндрический анод. Нить накала имеет два вывода (вниз), к которым присоединяются провода от батарей накала; выводной зажим от анода помещается обычно в верхней части баллона для того, чтобы получить хорошую изоляцию нити от анода.
Физические процессы кенотрона мало отличаются от таковых же в обыкновенной трехэлектродной лампе и мы на них останавливаться не будем.
Выясним зависимость между силой тока в кенотроне и напряжением, прикладываемым к его аноду; эта зависимость носит название характеристики кенотрона. Характеристику кенотрона можно получить практически, воспользовавшись схемой черт. 1, где: К — кенотрон, нить которого накаливается от батареи В1; для регулирования силы тока накала в цепь включен реостат; сила тока накала отмечается амперметром А, анод кенотрона находится под напряжением батареи В2; величину напряжения, подаваемого на анод, можно регулировать потенциометром Р, сила тока и напряжение в анодной цепи контролируются миллиамперметром МА и вольтметром.
Изменяя напряжение анода, мы получаем различные значения тока в цепи анода; строя графически зависимость тока анода от напряжения мы получаем кривую, носящую название "характеристики кенотрона". Характер кривой представлен на черт. 2. Из рассмотрения кривой черт. 2 следует, что при увеличении напряжения, приложенного к аноду, возрастает сила тока в его цепи, причем возрастание тока происходит до некоторой, определенной величины (в нашем случае 20 миллиампер), после чего увеличение анодного напряжения совершенно не сказывается на величине силы тока (кривая идет параллельно горизонтальной оси). Величина максимального тока в цепи анода кенотрона носит название тока насыщения. Физически ход кривой черт. 2 может быть об'яснен так: при каждом напряжении, сообщенном аноду, последний способен притянуть к себе определенное число электронов и, следовательно, для каждого напряжения анода имеется соответствующая сила тока в его цепи; повышая анодное напряжение, мы должны иметь возрастание тока, т.-к. при увеличении анодного напряжения повышается способность анода притягивать электроны. Идя в сторону увеличения анодного напряжения, мы достигаем, наконец, такой его величины, когда все отделяющиеся за единицу времени от нити электроны, притягиваются анодом; очевидно, сколько бы в данном случае мы не увеличивали напряжение, сила тока возрасти не может, т.-к. все электроны использованы для получения тока в кенотроне.
Теперь перейдем к схемам, практически использующим выпрямительное свойство кенотрона. Черт. 3 представляет собой схему однополупериодного выпрямления. Переменный ток от генератора Г поступает в трансформатор Т, вторичная обмотка которого через кенотрон К замкнута на нагрузочное сопротивление; под нагрузочным сопротивлением подразумевается ламповый генератор незатухающих колебаний. Рассмотрим работу выпрямителя: на зажимах вторичной обмотки трансформатора Т мы имеет переменную электродвижущую силу, т.-е. на анод кенотрона периодически подается то положительное, то отрицательное напряжение (черт. 4А); ранее мы убедились в том, что ток через кенотрон может проходить только при положительном потенциале на его аноде, следовательно, в нашем случае, ток через кенотрон и нагрузочное сопротивление будет протекать, как указано на черт. 4В. По черт. 4В можно заключить, что по нагрузочному сопротивлению протекает пульсирующий, постоянный по направлению ток; проследив направление тока в цепи (указано стрелками), можно определить знаки на зажимах АВ, к которым приключается нагрузка. Рассмотренная нами схема носит название однополупериодной потому, что используется только одна перемена тока (когда напряжении на аноде положительно).
На черт. 3 показан накал нити от батареи аккумуляторов; на практике более удобно и практично накаливать нить переменным током, для чего на раму трансформатора Т навивается еще одна вторичная обмотка (черт. 5), в которой вырабатывается ток низкого напряжения для накаливания нити. Накаливание нити переменным током, помимо удобства и практичности, влияет также на долговечность катода, которая значительно повышается. Черт. 6 показывает присоединение проводника от зажима А (черт. 3) к отрицательному и положительному зажиму батареи накала; при соединении с отрицательным зажимом, имеет место следующее явление: в правой ветви накала протекает только ток, накаливающий нить, а в левой на ток накала накладывается еще анодный ток и, т. к. эти токи одинакового направления, результирующий ток в левой ветви будет равен сумме токов накала и анода.
Включая амперметры в обе ветви цепи накала, не трудно убедиться практически в неравенстве сил токов в ветвях. Неравномерная сила тока в нити вызывает неодинаковую температуру ее накала, именно, в нашем случае, температура нити будет повышаться по мере приближения к ее левому концу. Благодаря тому, что левый конец нити накален сильнее правого, разрушение его происходит интенсивнее; нить, разрушаясь, уменьшает свое сечение, что влечет за собой еще большее повышение температуры и нить перегорает. Присоединяя проводник А к положительному зажиму батареи накала, в левой ветви накала будет только ток накала, а в правой ветви оба тока, причем сейчас эти токи направлены навстречу друг другу и общий ток, в правой ветви будет равен разности токов накала и анода. Итак, в случае присоединения проводника А к положительному зажиму батареи накала, опять левый конец нити будет накаляться сильнее, что приведет к более быстрому его разрушению.
При накаливании нити переменным током, знаки на зажимах нити меняются и является возможность равномерно нагрузить нить анодным током. Проводник от зажима А присоединяется к середине сопротивления, включенного параллельно нити накала (черт. 7), при этом правая и левая ветви нити накала нагружаются периодически и, благодаря тепловой инерции, температура нити может быть принята одинаковой на обоих ее концах, вследствие чего нить изнашивается равномерно и срок ее службы повышается.
Применение однополупериодного выпрямления встречает следующие затруднения: ток, полученный в нагрузочном сопротивлении (черт. 4), весьма сильно пульсирует, и питать таким током передающие установки, в особенности радиотелефонные, невозможно, т. к. на некоторые моменты времени (ав черт. 4) колебания в антенне прекращались бы, потому что в эти моменты времени выпрямитель не пропускает тока. Ниже будут указаны приспособления, позволяющие уменьшить глубину пульсаций и, тем самым, приблизить выпрямленный ток к постоянному, но эти приспособления для однополупериодного выпрямителя весьма громоздки и дороги.
Стремление получить выпрямительный ток возможно более постоянным, логически вызывает мысль об использовании обеих перемен тока. На черт. 8 дана схема выпрямителя, использующего обе перемены тока, так наз. схема двухполупериодного выпрямления.
Вторичная обмотка трансформатора Т (высокого напряжения) разбита на две равные части; концы обмотки присоединены к анодам кенотронов, волоски которых, как и в предыдущем типе выпрямителя, накаливаются переменным током; сила тока накала регулируется реостатом. Провод от середины обмотки является минусом выпрямленного тока, плюсовой провод берется от уравнительного сопротивления R1. Кенотроны работают поочередно, именно, когда правый зажим вторичной обмотки трансформатора имеет положительный потенциал, ток проходит через кенотрон K1, в это время K2 не пропускает ток, т. к. напряжение на его аноде отрицательное. При перемене знаков на зажимах трансформатора, ток пойдет через кенотрон K2, кенотрон же K1 будет бездействовать. В результате попеременной работы кенотронов, ток в нагрузочном сопротивлении проходит при обеих переменах тока и, изменяясь от нуля до максимума, не прекращается однако совершенно, как это имело место при однополупериодном выпрямлении.
Графически произведенное нами рассуждение показано на черт. 9.