Л. Сулима
По опыту прошлых лет мы знаем, что наша промышленность по целому ряду причин очень инертна. Пройдет не мало времени, пока радиолюбитель получит настоящую радиобатарею, которая будет работать минимум полгода; эта батарея должна быть так рационально сконструирована, что к концу работы в ней будет максимальный процент изношенности всех элементов и их частей. Пока же в радиобатареях обычно наблюдаются такие явления: батарея не работает — цинк в элементах израсходовался, причем по исследовании батареи оказывается, что агломераторы могли бы перенесть еще две-три смены цинка. Нередко бывает наоборот — в элементах толстый цинк, но скверные агломераторы, и из-за порчи последних батарея преждевременно выходит из строя, хотя цинки ее могли бы проработать еще долгое время. Надо сказать, что здесь указан наиболее «счастливый» случай; нередко батарея выходит из строя вовсе не работая, по причине коротких замыканий между цинковыми цилиндрами, высыхания электролита, разрушения соединительных проводников и медных шапочек на углях и т. п. причинам, которые имеют место в батареях только из-за несовершенства их конструкции.
Совершенные и свободные от указанных недостатков типы элементов и батарей существуют. И, конечно, наши производственники обратят в конце концов свое внимание на это слабое место фронта радиофикации и дадут нам хорошие и надежные радиобатареи.
Однако на это нужно время. Пока же любителям приходится пользоваться существующими типами элементов, и единственная рационализация, которую пока можно провести, это рационализация использования существующих типов элементов и батарей. В статье «Как пользоваться гальваническими элементами» 1) был выяснен основной момент в вопросе о правильной эксплоатации элементов, именно то обстоятельство, что элементы должны разряжаться токами малой силы, так как чем меньше сила разрядного тока, тем больше действительная емкость элемента. В настоящей статье сделаны практические выводы из этого основного положения.
Каждому известна такая истина, что чем больше ламп в приемнике, тем, соответственно числу ламп, большим током будет разряжаться батарея накала. Спрашивается, как же в таком случае практически использовать то обстоятельство, что элемент отдает в два раза большее количество электричества при разряде его током в 60 ма, чем при разряде током 180 ма? Ведь только при одноламповом приемнике (разумеется, речь все время идет только о накале торированных нитей, т. е. о лампах «Микро», «МДС») батарея будет разряжаться током порядка 60 ма. А как же быть при большем числе ламп — три, четыре лампы, — когда разрядные силы тока составляют 180 и 240 ма. Выход есть и выход довольно простой: последовательное включение нитей, при котором независимо от числа ламп батарея накала всегда будет разряжаться током около 60 ма.
При последовательном питании нитей мы разряжаем батарею током в 60 ма, а следовательно, как это было уже выяснено в предыдущей статье, мы выигрываем в емкости батареи и значит в сроке ее службы. Однако при последовательном питают соответственно числу ламп нужно увеличивать напряжение батареи накала, а следовательно и количество элементов. Может показаться на первый взгляд, что мы не получим вследствие этого никакого выигрыша. Но в действительности это не так. При последовательном питании, как будет показано ниже, затраты на батарею накала примерно вдвое ниже, чем при параллельном.
Далее, при последовательном питании (подробнее об этом см. ниже) нам не нужно тратиться на обычно применяемую батарейку от карманного фонаря для задавания отрицательного напряжения на сетки ламп, ибо в данном случае мы имеем возможность получить нужное нам смещающее напряжение от батареи накала. К тому же смещение от батареи накала представляет больше удобства в обращении и упрощает конструкцию приемника. И, наконец, третьим немаловажным преимуществом является то, что мы можем в некоторых случаях (например в передвижках) применять для накала маленькие элементы, которые совершенно не применимы при токах в два-три и т. д. раз больших. И, вообще говоря, всегда легче получить больше «вольт», чем «ампер», т. е. легче построить батарею на больший вольтаж при меньшем ампераже, чем батарею с большим амперажем при меньшем вольтаже (мощность легче увеличить за счет увеличения числа вольт). К тому же надо еще указать на то, что благодаря особой конструкции двойного потенциометра (см. ниже) мы при последовательном питании имеем возможность задавать на сетки ламп различные смещения; последнее очень важно для подбора наилучших условий работы ламп приемника.
При последовательном питании нити ламп приемника включены последовательно в общую цепь с батареей и одним реостатом (схемы рис. 1 и 2). Таким образом мы этим общим для всех ламп реостатом имеем возможность в той или иной степени одновременно повышать или понижать напряжение, одновременно на всех нитях (а вместе с тем и силу тока накала), причем напряжение будет довольно равномерно распределяться между всеми нитями. При этом мы лишены, конечно, возможности поворотом ручки реостата повысить или понизить напряжение отдельно на той или иной лампе. Реостат в этом случае должен быть взят высокоомный (около 50 ом).
Если бы в процессе работы оказалось, что необходимо выделить для отдельной регулировки, скажем, накал детекторной лампы, то для этого можно прибегнуть к обычному потенциометру, включенному параллельно лампе (рис. 3), накал которой хотят регулировать отдельно (в данном случае детекторной). При таком включении общий ток накала, правда, повысится на величину тока протекающего через потенциометр (очень незначительный). Вообще же, эта схема дана только в форме рецепта на всякий случай. Практически детекторная лампа будет работать и при 3-х, и при 3,6 вольтах на накале, так что любитель может обойтись прекрасно только с одним общим реостатом (как и в большинстве обычных схем с параллельным питанием ламп).
Как известно, говоря о каких-либо напряжениях на сетке лампы, мы подразумеваем величины напряжения на сетке относительно величин напряжений на нити той же лампы.
Как при параллельном, так и при последовательном соединении на нити каждой лампы должно быть напряжение порядка 3,5 вольта (в противном случае в нити не будет протекать ток порядка 60 ма). Но при параллельном соединении нитей ламп (независимо от их числа) на сетке любой лампы может быть либо нуль напряжения (случай присоединения сетки непосредственно к отрицательному концу нити), либо напряжение, величина которого равна величине падения напряжения на реостате (случай при соединении сетки к зажиму батареи накала), которое даже при свежей батарее накала не превышает порядка 0,8—1 вольта. Таким образом при параллельном соединении нитей напряжение на сетке может быть варьировано в небольших пределах, определяющихся главным образом свежестью батареи накала. Поэтому для задавания смещающего напряжения на сетки обычно не пользуются указанным способом, а прибегают к специальной батарее сетки.
Иная картина получается при включении нитей последовательно. Хотя и в этом случае, как уже указывалось, на каждой нити лампы напряжение будет порядка 3,6 вольта, но здесь мы уже на сетку лампы можем подвести напряжение, приходящееся на нить предыдущей лампы.
На рис. 4 приведена пояснительная схема, в которой нити двух ламп соединены последовательно. Как видно из приводимой схемы, существует несколько точек, к которым мы можем присоединить сетки наших ламп. Например: присоединив сетку лампы «Л2» к точке «Г», мы получим на сетке нуль напряжения, присоединив ту же сетку к точке «А», получим напряжение на сетке, равное падению напряжения на нити лампы Л1, т. е. —3,5 вольта.
Так как нас должны интересовать смещающие напряжения на сетке второй лампы «Л2», усиливающей низкую частоту, то батарею накала надо присоединять именно так, как указано на рис. 4, т. е. положительным полюсом к нити лампы Л2 и отрицательным к нити лампы Л1.
Приключив параллельно батарее накала потенциометр (пот. на рис. 1), мы сможем, присоединив сетку к движку потенциометра (указано пунктиром), по своему усмотрению изменять смещающее напряжение на сетке лампы в пределах от 0 до 4 вольт.
Таким образом при последовательном соединении мы имеем возможность получать на сетку смещающее напряжение, величина которого равняется величине падения напряжения на предыдущей лампе (или лампах) плюс величина падения напряжения на реостате.
На рис. 5 дана схема соединения ламп трехлампового приемника с последовательно включенными нитями, в котором применен двойной потенциометр, то есть сопротивление, вдоль которого передвигаются (независимо друг от друга) два контактных движка «Д1» и «Д2», причем движки могут быть поставлены в любую точку сопротивления и одновременно оба находиться на одной и той же точке (о том, как это осуществляется практически см. ниже); благодаря этому мы можем подбирать различные смещающие напряжения на сетки ламп. Для сетки лампы «Л2» мы сможем при помощи движка «Д1» изменением его положения получать смещающие напряжения в пределах от 0 до —5 вольт, а для сетки лампы «Л3» на том же потенциометре, но уже при помощи движка «Д2» мы сможем получать смещающее напряжение в пределах от 0 до —8,5 вольт. Это большое смещение окажется очень полезным для последней лампы усиления низкой частоты при повышенном (до 120—150 вольт) анодном напряжении, что даст возможность получить на выходе повышенную мощность.
На рис. 1 приведена нормальная схема двухлампового приемника — регенератор и одна низкая. Входящие в нее части обычные, за исключением батареи накала, которая составляется из пяти элементов и дает 7,5 вольта. Реостат порядка 25 ом. Потенциометр одинарный порядка 400 ом (вообще говоря, здесь желательно применять потенциометры с возможно большим сопротивлением, дабы меньше расходовалась батарея). В приемник нужно поставить специальный выключатель, который бы разрывал цепь батареи накала и потенциометра на то время, когда, приемник не работает.
При двухламповом приемнике, как уже упоминалось, мы сможем с помощью потенциометра получить на усилительной лампе смещающее сеточное напряжение в пределах от 0 до 4 вольт.
На рис. 2 приведена схема трехлампового приемника с двумя ступенями усиления низкой частоты. Все части, за исключением батареи накала и двойного потенциометра, обычные. Батарея накала при трехламповом приемнике составляется из восьми элементов (12 вольт).
Применяющийся здесь потенциометр с двумя ползунками позволяет подбирать на сетки усилительных ламп различные смещающие напряжения.
Так же, как и в первом случае, нужно иметь какое-либо приспособление для размыкания цепи потенциометра, отсутствие которого поведет к бесполезному расходованию элементов.
Разумеется, все общие положения, касающиеся выбора деталей, работы самой схемы и монтажа приемника, остаются в силе и при последовательном питании нитей.
В основном двойной потенциометр представляет собой обычный потенциометр с той лишь разницей, что в нем имеются два снимающих напряжение движка, которые изолированы друг от друга.
Проще всего построить двойной потенциометр, переделав для этой цели имеющийся в продаже реостат тульского ОДР с точной регулировкой величины сопротивления. Однако при наличии некоторого навыка в подобных работах можно построить новый потенциометр, изготовив для этого все нужные части.
В реостате тульского ОДР (рис. 6), как известно, помимо обычно имеющихся в каждом реостате оси «А» и большой вращающейся ручки «Рб», есть еще добавочная тонкая ось «в» с насаженной на нее обмоткой, помещенная внутри толстой оси «А» и вращающая ее маленькая ручка «Рм». При переделке, как видно из приводимого рисунка, маленькая «точная» обмотка совершенно удаляется и на ее место ставится второй движок «2» (в качестве первого движка используется ползунок «1» реостата), который делается из полоски тонкой латуни и должен быть мягким и хорошо пружинить.
Первый движок ходит по обмотке, нажимая на нее по кромке фибрового каркаса (как в обычных потенциометрах). Второй ползунок ходит по зачищенной для этой цели дорожке в средней части каркаса.
Конечно, проволоку реостата удаляют и на ее место аккуратно виток к витку наматывают тонкую изолированную проволоку с большим сопротивлением. На каркас реостата укладывается около 10 м проволоки диаметром 0,1 мм, что при никилине даст сопротивление около 550 ом. Но, повторяем, что желательно иметь потенциометр с возможно большим сопротивлением. Увеличить сопротивление можно применением проволоки с большим сопротивлением или за неимением последней, взяв, скажем, в два раза более широкую чем на реостате полоску, благодаря чему на ней уложится в два раза больше проволоки.
В реостате обе оси металлические, их нужно изолировать друг от друга, для чего можно воспользоваться хотя бы пергаментной бумагой, из которой сворачивают соответствующей толщины трубку — прокладку, которая, находясь между двумя осями, будет их изолировать. Остальные детали потенциометра ясны из приводимого рисунка.
Для примера стоимости питания накала возьмем трехламповый приемник. Считая, что лампа «Микро» будет нормально работать еще при понижении напряжения на нити до 3,3 вольта (взято с значительным запасом: в нормах сказано, что «Микро» работает при напряжениях в пределах 3,6—2,8 вольта), мы, помножив эту величину на число ламп, получим минимальное напряжение батареи накала; для данного случая оно будет равняться 9,9 вольта, округляем до 10 вольт.
Таким образом напряжение батареи накала при питании нитей трех ламп, включенных последовательно, не должно падать ниже 10 вольт. В качестве батареи мы берем 8 штук элементов НТ, дающих в сумме 12 вольт. Пользуясь графиками емкостей и падения напряжения, приведенными в № 3 «Радио всем», и, принимая во внимание, что мы условились оставлять в батарее элементы, напряжение которых пало не ниже 0,8 вольта, причем к этому моменту элемент «НТ» (см. график) отдает 21 000 ма/часов, легко получить следующий результат. Указанные восемь элементов, при последующем постепенном добавления к ним еще (разумеется, последовательно) трех элементов, проработают на накале около четырех месяцев (120 дней), считая по три часа работы в день. К концу этого срока ваша батарея будет состоять из 11 штук элементов, причем первые восемь элементов отдадут 21 000 ма/часов и напряжение каждого нз них падет до 0,8 вольта, так что согласно нашему условию их нужно изъять из употребления, заменив новыми.
Для ориентировки приводим практические указания относительно добавления к батарее элементов. Первый элемент добавляется примерно через 18—20 дней работы, второй через 23—25 дней, а третий через 50—60 дней. Подобная разница в сроках получается до той причине, что, как это ясно видно из приводимых графиков (см. № 3), напряжение свежих элементов, а следовательно и у всей батареи вначале примерно до 1,20 вольта, очень быстро спадает, а дальше этот процесс происходит куда медленнее.
Удалив отработанные восемь элементов, мы снова составим батареи из восьми элементов, но в нее войдут новых только пять элементов, а остальные три перейдут из прежней батареи (наиболее свежие из элементов). Далее со второй батареей поступают так же, как с первой, добавляя в ней по мере израсходования свежие батареи. Причем во второй группе придется добавить уже не три, а четыре элемента. К третьей же группе (в основном под группой мы подразумеваем восемь элементов) добавляется всего пять элементов. Так что сменив за год три группы элементов, мы всего купим 25 штук элементов.
Таким образом при непрерывном добавлении новых элементов мы максимально используем емкости уже работающих в группе элементов. Надо указать еще на то, что по прошествии года, когда у нас отработается последняя третья группа, мы еще будем иметь в ней пять элементов (последнее добавление), не отработавших своей нормы, и потому мы можем их использовать в следующей батарее накала или для каких-либо других целей.
Приводим примерную схему распределения элементов в группах:
I. — (8) + 3
II. — (3 + 5) + 4
III. —(5 + 4) + 5
На схеме в скобки заключены основные группы, составляемые в первые дни (считая с начала года), первого, пятого и девятого месяцев, далее указано число постепенно прибавляемых к ним элементов. Причем в третьей, например, группе не обязательно непременное добавление всех пяти элементов и присутствие в батарее указанных в схеме 14 штук, ибо практически (ввиду того, что нами все взято с запасом) для накала ламп может хватить и меньшего числа.
Итак, при последовательном питании нитей (исходя из расчета стоимости элемента НТ — 1 рубль) час работы трехлампового приемника стоит всего лишь 2,5 коп. В то же время час работы трехлампового приемника при параллельном питании стоит 6 копеек. Годичная эксплоатация трехлампового приемника при последовательном методе обойдется примерно в 25 рублей, а при параллельном, даже не при обычной батарее накала, состоящей из трех элементов, а при добавлении к ним по мере их израсходования свежих элементов, стоимость питания накала в течение года выразится в 60 руб.
Таким образом стоимость эксплоатации приемника уменьшается более чем в два раза. В то же время в емкости элемента мы выигрываем только в два раза (при токе в 180 ма емкость 10 000 ма/час, а при токе в 60 ма емкость равна 20 000); добавочный выигрыш получается по той причине, что при последовательном питании мы помимо большей емкости элемента, имеем еще меньший процент затрат энергии в реостате.
В заключение укажем, что любой приемник путем несложного переключения в цепи накала можно перевести с параллельного на последовательное питание. Как это сделать, ясно видно из рис. 7, на котором приведена цепь накала двухлампового приемника, у которого пунктиром произведено параллельное включение нитей, а сплошными линиями — последовательное.
1) См. № 3 «Радио Всем» за 1930 год.
(стр. 217.)