"Радио Всем", №2, январь 1929 год, стр. 54-56

Сухие выпрямители.

Я. К.

Конструкция выпрямителей.

В нашей прошлой статье¹) мы изложили вкратце процессы, происходящие в сухом выпрямителе. Этот последний мы рассматривали как несовершенный контакт двух проводников, из которых один — металл, а другой — окисное или сернистое соединение металла. Между металлом и сернистым или окисным соединением должна находиться изоляционная пленка на металле, образуемая чисто химическим или электро-химическим путем.

Рис. 1. а) алюминиевый кружок — 1 шт.; б) сернистой меди — 1 шт.; в) свинцовый — 1шт.; г) трубка изолятор. (эбонит) — 1 шт.; д) железный болт с двумя гайками — 1 шт.; е) латунные пластинки — 2 шт.; ж) железные шайбы — 2 шт.; з) слюдяные листки — 2шт.

Ниже мы опишем некоторые наиболее распространенные системы сухих выпрямителей.

I. Алюминий и сернистая медь.

Если взять 1 часть медного порошка или мелких медных опилок и 2 части (по весу) порошка серы, тщательно перемешать, засыпать смесь сверху слоем серы и накалить в фарфоровом котле с закрытой крышкой, то мы получим сернистую медь — грубо-пористую, губчатую, черную массу. Эту массу нужно измельчить и полученный таким образом черный порошок сильно спрессовать в плитку, толщиной в 1½—2 мм. Плитка сернистой меди имеет поверхность отливающую синевато-металлическим блеском. Полученную плитку из сернистой меди накладывают на алюминиевую слегка окисленную пластинку, а сверху на плитку кладут пластинку из свинца, и всю эту систему сильно зажимают (рис. 1). Сделанный таким образом элемент выпрямителя (алюминий—сернистая медь) пропускает ток в направлении от сернистой меди к алюминию в 5—10 раз более сильный, чем в обратном направлении. Конструкция деталей и сборка ясны из рисунка 1.

Рис. 2. Обозначения те же, что и на рис. 1.

Для одного элемента (указанных на рис. 1 размеров) нормальным напряжением является 2 вольта, и он может пропускать без повреждений до 1—1,2 амп. Так как элемент в процессе выпрямления нагревается, то латунные пластинки «е» сделаны больших размеров для целей отвода тепла и в то же время для припайки проводников от сети переменного тока. В радиолюбительской практике требуются обычно аккумуляторы накала в 4 вольта; для зарядки их необходимо собрать не менее трех вышеописанных элементов последовательно (рис. 2), чтобы иметь выпрямленных до 6 вольт (так как полностью заряженный аккумулятор дает до 4,4 вольта).

Рис. 3. а) Кривая переменного тока. б) Кривая выпрямления полуволны.

Эти последовательно соединенные элементы все же могут выпрямлять только одну полуволну (рис. 3), и для выпрямления обеих полуволн (рис. 4) можно применить схему Греца (рис. 5) или схему, показанную на рис. 6, требующую вывода средней точки вторичной обмотки трансформатора. При включении выпрямителя в сеть переменного тока необходимо понизить ее напряжение до 10—12 вольт включением соответствующего понижающего трансформатора (рис. 5 и 6 (1)).

Рис. 4. Кривая выпрямления обеих полуволн.

Этот выпрямитель требует относительно сухого помещения. Нельзя его также подвергать опасности быть облитым водой.

Рис. 5. Схема выпрямления обеих полуволн. 1 — понизительный трансформатор, а) 4 группы по три последовательно соединенных между собой выпрямительиых элементов. б) Заряжаемая батарея.

Характер выпрямления непостоянный. Кривая выпрямленного тока, снятая осциллографом, имеет вид, показанный на рис. 7.

Рис. 6. Схема выпрямления обеих полуволн. Обозначения те же, что и на рис. 5.

Выпрямитель не выносит перенапряжения и поэтому нельзя давать более 6—8 вольт на один выпрямительный элемент.

В иностранной литературе приведено описание другого оригинального способа изготовления выпрямительного элемента.

Рис. 7. Кривая выпрямленного тока.

Пластинка красной меди плотно прикладывается к такой же по форме пластинке алюминия. Эти обе пластинки погружаются на некоторый промежуток времени в раствор многосернистого аммония. При этом происходит следующее: алюминиевая пластинка покрывается слоем сернистого алюминия, который сейчас же под влиянием воды переходит в изоляционную пленку гидроокиси алюминия (процесс называется гидролитическим), а на красной меди образуется слой сернистой меди. Таким образом, вынув эти пластинки и высушив их, имеем сразу выпрямительный элемент. Приготовленный таким образом выпрямитель допускает, по литературным сведениям, плотность тока до 1 амп. на квадратный сантиметр.

II. Выпрямитель Рубена.

В Америке широко применяется выпрямитель «Рубена». Он состоит из пластинки магния, слегка окисленной, в сложной смеси из сернистых и селеновых металлов.

Для того чтобы приготовить эту сложную смесь, можно поступать следующим образом. Берут пластинку латуни (состава: меди 85% и цинка 15%), амальгамируют ее, натерев ее ртутью, а затем подвергают ее действию паров, выделяющихся из нагретой смеси селена и серы (смесь состава: 20% серы и 80% селена). Операция воздействия паров должна происходить в фарфоровой трубе при 800° Цельсия и без доступа воздуха.

Затем поверхность этой пластинки изолируют.

Пластинку магния сжимают с обработанной вышеописанным способом латунной пластинкой (можно воспользоваться схемой конструкции рис. 1 или рис. 8).

Выпрямитель «Рубен» отличается долговечностью: имеются указания об эксплоатации в течение 6 000 часов. Однако изготовить пластинки этого выпрямителя — задача, как видит читатель, не легкая, в любительских условиях.

III. Оксидированный цинк и перекись свинца.

Плитку из спрессованного при сильном давлении — в 50 кг на кв. см — порошка перекиси свинца зажимают (рис. 8) между пластинкой из оксидированного цинка и пластинкой свинца.

Рис. 8. 1) Цинковая пластинка. 2) Свинцовая пластинка. 3) Перекись свинца. 4) Изоляционное кольцо (картон). 5) Железные толстые пластины. 6) Листки слюды.

Собранный выпрямительный элемент при испытании сначала показывает лишь слабую несимметрию проводимости в двух направлениях, именно: несколько лучшую проводимость в направлении от перекиси свинца к цинку, чем в обратном. Но после «тренировки», заключающейся в последовательной смене направления прохождения тока через выпрямитель, проводимость в направлении от перекиси свинца к цинку усиливается, а в обратном — падает. Эта «тренировка» легко может быть проведена на переменном токе в 4—5 вольт и большой (до 15—20 амп.) силы. Допускаемая плотность выпрямленного тока доходит до 0,3 амп. на кв. см. На рис. 9 (кривая 1) приведена рабочая характеристика этого выпрямителя.

Рис. 9.

Рассматривая эту кривую, мы видим, что заметный выпрямленный ток начинается только от напряжения в 1,4 вольта, что указывает на как бы противодействующую электродвижущую силу. Но так как и после долговременного действия этого выпрямителя при токе в 1 амп. не наблюдается видимых следов разложения перекиси свинца, то мы полагаем, что это явление вызвано не противоэлектродвижущей силой — как бывает при электролизе, — а как бы некоторым порогом напряжения, который нужно перейти, чтобы электроны могли пройти через изоляционную пленку на цинке, и который именно обусловливает выпрямительный эффект. Действительно, если мы хорошо очистим цинковую пластинку и затем соберем выпрямитель, то, во-первых, выпрямляющее действие изчезнет, а, вовторых, кривая тока пойдет от начала координат (рис. 9 кривая 2).

Рис. 10.

Рисунок 10 показывает участок кривой 1-й рис. 9-го, близкий к оси абсцисс (т. е. в данном случае к напряжению в 1,4 вольта), в увеличенном масштабе, а также отношение токов, направленных в одну и другую сторону.

IV. Силиций и графит.

Упомянем еще об одной выпрямительной системе, появившейся во Франции.

Рис. 11.

Возьмем небольшую палочку даже не химически чистого силиция и опустим ее, присоединив к плюсу батареи, в электролитическую ванну из слабой серной кислоты, в которую опущен второй, отрицательный, полюс батареи. Поверхность взятого нами силиция оксидируется. Затем спрессуем, под сильным давлением, порошок графита в пластинку, и плитку сильно зажмем между обработанной палочкой силиция и пластинкой свинца. Эта система покажет несимметричную проводимость, причем лучшая проводимость будет в направлении от силиция к графиту (рис. 11). Отношение проводимости сравнительно невелико, 1:2 или 3.

Мы изложили в общих чертах устройство нескольких типов сухих выпрямителей. В следующей статье мы опишем устройство одного весьма надежного и совершенного контактного выпрямителя, который получил наиболее широкое распространение среди зарубежных радиолюбителей.