Е. М. Красовский.
Применение переменного тока для питания радиолюбительских передающе-приемных устройств позволяет чрезвычайно просто разрешить одну из наиболее трудных задач — вопрос о питании. К настоящему моменту техника разработала целый ряд выпрямляющих устройств, отличающихся как по способу самого выпрямления, так и областью их применения.
Все существующие выпрямители могут быть разбиты в основном на два типа.
1) Высоковольтные или анодные выпрямители, допускающие в широких пределах изменение напряжения при небольших нагрузочных токах.
2) Низковольтные выпрямители, предназначающиеся для непосредственного питания накала ламп приемника или зарядки аккумуляторов.
Наконец, существует третий промежуточный тип, который может быть применен для питания анодов и накала одновременно.
Что касается конструкций самого выпрямляющего элемента, то их возможно отнести к следующим категориям:
1) Выпрямители электронные с горячим катодом (с накаленной нитью).
2) То же с холодным катодом (неоновые).
3) Электролитические выпрямители.
4) Механические выпрямители.
5) Контактные выпрямители.
Настоящая статья ставит своей задачей познакомить читателя с типами выпрямителей, наиболее оправдавшими себя с практической стороны, и теми новинками, которые имеются к настоящему моменту.
Каждый из перечисленных выпрямительных элементов может быть включен в специальную выпрямительную схему, которая в целом, наряду с самым процессом выпрямления, обеспечивает сглаживание отдельных пульсаций (фильтром). Существует две схемы выпрямления, из которых простейшей является однополупериодное выпрямление.
Схема такого выпрямителя дана на рис. 1, где выпрямительный элемент показан условно, — стрелка показывает направление, в котором возможно прохождение тока. Предполагается, что в противоположном направлении сопротивление его равно бесконечности и, следовательно, прохождение тока, невозможно. Рис. 2 дает представление процесса выпрямления.
График 1 представляет переменное напряжение вторичной обмотки повышающего или понижающего трансформатора. Прохождение тока возможно в том случае, когда к электроду «а» приложена положительная полуволна. Полученный таким образом пульсирующий ток (график 2 — рис. 2) остается сгладить, т. е. заполнить все промежутки между отдельными полуволнами (заштриховано). Эту работу берет на себя целиком фильтр. В основном фильтр состоит из большой катушки самоиндукции с железом (дроссель) L и большой постоянной емкости в несколько микрофарад С. Работа фильтра иллюстрируется графиком 3, где свойство самоиндукции задерживать нарастание тока, и поддерживать его в момент исчезновения за счет противодействующей или попутной ЭДС самоиндукции вызывает раздвигание ветвей (жирная линия 1, график 3) отдельных пульсации тока. Что касается емкости, то после того, как амплитуда тока, достигнув своего максимума, начнет убывать, последняя начинает разряжаться и ее ток достигает максимума, когда ток через выпрямляющий элемент равен нулю (тонкая кривая 2). В конечном итоге на выходе можно получить совершенно постоянный ток, характеризуемый графиком 4 (рис. 2).
Фильтр может состоять из нескольких звеньев, дросселей и емкостей, как указано на рис. 3, причем, как правило, сглаживающий конденсатор С2 должен быть включен параллельно выходным зажимам для одновременного шунтирования высокочастотной слагающей, при включении его в схему приемника.
К недостатку описываемой схемы выпрямления относится неиспользование одного из полупериодов, что чрезвычайно затрудняет процесс сглаживания. Более совершенной является двутактная схема, изображенная на рис. 4.
Вторичная обмотка трансформатора разбита на 2 части с выводом от середины (каждая половина рассчитана на требуемое напряжение). Оба выпрямляющих элемента включены в одну и ту же сторону. При работе выпрямителя полярность на концах обмотки меняется, соответственно чему работает тот или иной элемент поочереди.
График, приведенный иа рис. 5, в общем аналогичен рис. 2, а потому не требует дополнительных пояснений. Легко видеть, что в цепи С—в ток сохраняет одно и то же направление втечение обоих полупериодов.
Однополупериодное выпрямление находит себе, главным образом, применение для зарядки аккумуляторов. Благодаря своей простоте оно может быть применено также для питания анодов приемника. Но следует иметь в виду, что применимость ее для последней цели весьма ограничена. Для приемников с числом ламп больше двух она оказывается уже непрактичной как по стоимости, так и громоздкости. Конденсаторы фильтра являются весьма дорогой деталью и увеличение их числа окажется необходимым для устранения шума пульсаций, которые будут делаться все более и более заметными с увеличением числа каскадов приемника.
Двухполупериодная (двухтактная) схема универсальна и незаменима для многоламповых приемников.
В качестве выпрямительного элемента здесь служит обычная электронная лампа, но без сетки (диод). Для этой цели. может служить обычная усилительная лампа типа «микро» или Р—5; при включении в схему сетка и анод замыкаются накоротко (рис. 6).
Практически применение таких ламп представляет то неудобство, что внутреннее их сопротивление значительно, почему в самой лампе «падает» довольно значительная доля напряжения. Обычно практикуется некоторый перекал нитей ламп, благодаря чему внутреннее сопротивление уменьшается, но это в конечном итоге приводит к потере эмиссии и крайней недолговечности (Р—5). С выпуском на рыиок специальных выпрямительных ламп (кенотронов) типа К2Т упомянутое затруднение устранено. Устройство его показано на рис. 7.
Он имеет 2 анода и одну общую нить. Как можно видеть из его характеристики (рис. 8), кенотрон допускает нагрузку весьма большим током до 60 м/а на каждый анод. В таком виде он может быть непосредственно использован в двухтактной схеме.
На рис. 9 и 9а приведены схема и внешний вид кенотронного выпрямителя типа ЛВ треста «Электросвязь». Трансформатор имеет дополнительную обмотку для питания накала со средним выводом, который подводится к выходному зажиму вместо обычного присоединения к одному из концов обмотки. Это оправдывается тем, что потенциал анода не получает дополнительного переменного напряжения со стороны нити.
При очень близком расположении анодов к нити и несоответствии в фазах, изменение напряжения на аноде и нити может привести к ухудшению формы выпрямленного тока. На рис. 10 можно видеть, что падение вольт в нити меняется при изменении направления тока. Если бы анод был присоединен к точке «а», то и потенциал, меняясь беспрерывно, сообщал бы аноду дополнительное напряжение. В точке в, соответствуйщей середине нити, график напряжения остается постоянным. Аналогичная картина падения напряжения наблюдается в обмотке трансформатора (I вариант) и в параллельно соединенном сопротивлении (II вариант). Вывести среднюю точку в двух последних вариантах не представляет особого труда и ее потенциал приэтом остается постоянным.
В практике находят применение оба варианта. Сопротивление R должно быть рассчитано так, чтобы ток через него не превышал примерно 20% общего потребляемого тока. График на рис. 11 показывает, какое влияние имеет дополнительное напряжение при несовпадении в фазах на конечную форму выпрямленного тока.
Кенотрон К2Т может быть применен для однополупериодного выпрямления, и тогда оба анода соединяются параллельно, причем полный анодный ток может быть увеличен вдвое.
Как показал опыт, кенотрон может быть форсирован для напряжения до 600 вольт и даже выше. Необходимо отметить, что напряжение на выходе может регулироваться путем изменения накала лампы, для чего в схему введен реостат. С уменьшением накала увеличивается внутреннее сопротивление и напряжение на выходе уменьшается.
К рассмотрению других типов выпрямителей мы перейдем в следующей статье.
