Шаг за шагом

Для того чтобы от сети питать анодные цепи ламп, переменное напряжение нужно выпрямить, то есть превратить его в постоянное напряжение. С помощью вентиля (рис. 77) напряжение превращают в пульсирующее, а затем из пульсирующего напряжения с помощью фильтра получают постоянное напряжение.

В качестве вентиля может быть использован плоскостной полупроводниковый диод, селеновый столбик или двухэлектродная лампа, предназначенная для работы в выпрямителе. Такая лампа называется кенотрон.

Мы уже знакомы с полупроводниковым диодом, с его способностью пропускать ток только в одну сторону и таким образом преобразовывать переменный ток в пульсирующий. Для работы в выпрямителях выпускаются специальные, так называемые плоскостные диоды (лист 121). Точечные диоды, которые мы использовали для детектирования, в анодном выпрямителе работать не могут. Прежде всего это связано с очень маленькой площадью рn-перехода, который образуется точечными контактами. Из-за этого точечный диод может безболезненно выпрямлять очень маленький ток, обычно 5-20 ма. При больших токах диод начинает нагреваться и в результате этого выходит из строя.

Для распространенных типов плоскостных диодов допустимый выпрямленный ток I_вып составляет 100-300 ма (лист 121), и этого более чем достаточно для питания многолампового радиоприемника.

Наряду с допустимой величиной выпрямленного тока важной характеристикой полупроводникового диода (да и любого другого вентиля!) является допустимое обратное напряжение U_об , которое ограничивает величину выпрямленного напряжения U_в. Обычно U_в должно быть в полтора-три раза меньше, чем допустимое обратное напряжение примененного диода. В противном случае может произойти электрический пробой диода, рn-переход будет разрушен, и диод будет одинаково хорошо пропускать ток в обоих направлениях, то есть потеряет свойства вентиля.

Селеновый вентиль - это тоже своего рода полупроводниковый диод, хорошо пропускающий ток только в одну сторону. Промышленностью выпускается много типов селеновых вентилей, и некоторые из них могут быть использованы в нашем приемнике.

Что касается электронной лампы-кенотрона, то возможность ее использования в качестве вентиля основана на том, что электроны будут двигаться к аноду только в том случае, когда на него подано положительное (относительно катода) напряжение. Поэтому если между анодом и катодом лампы будет действовать переменное напряжение, то ток через лампу будет протекать только в те полупериоды, когда на аноде будет «плюс» относительно катода (рис. 77). Однако с помощью одного лишь вентиля питать анодные цепи ламп нельзя, так как из-за пульсации анодного напряжения в громкоговорителе будет слышен сильный фон переменного тока (рис. 78).

Для борьбы с этим явлением в анодный выпрямитель обязательно вводится фильтр. Прежде чем рассматривать работу фильтра, необходимо сказать несколько слов о том, что такое пульсирующий ток, который мы получаем с помощью вентиля.

Пульсирующий ток может появиться в цепи, в которой одновременно работают два генератора и один из них дает постоянное напряжение (например, батарея), а другой - переменное (рис. 79). Общий ток в такой цепи можно рассматривать как сумму постоянной и переменной составляющей, то есть постоянного и переменного токов, каждый из которых создается соответствующим генератором. Если поочередно выключать каждый из генераторов, то в общей цепи будет протекать то постоянный, то переменный ток. И лишь при одновременной работе генераторов, то есть тогда, когда постоянный ток будет суммироваться с переменным, ток в общей цепи будет пульсирующим. Постоянную и переменную составляющую можно обнаружить в любом пульсирующем токе, независимо от того, каким путем этот ток был получен.

В случае необходимости можно разделить постоянную и переменную составляющие пульсирующего тока с помощью специальных электрических цепей получивших название фильтров (лист 124).

Простейший фильтр может состоять из конденсаторов С_ф и сопротивления R_ф, соединенных параллельно. Конденсатор, как известно, постоянного тока не пропускает, и поэтому постоянная составляющая пульсирующего тока пойдет только через сопротивление.

Переменная составляющая может пойти как через сопротивление, так и через конденсатор, а поскольку мы хотим отделить ее от постоянной составляющей, то нужно так подобрать емкость конденсатора, чтобы его емкостное сопротивление x_с было бы во много раз меньше чем R_ф. В этом случае переменная составляющая пульсирующего тока практически пройдет только через конденсатор (по пути наименьшего сопротивления). При выборе емкости конденсатора необходимо учитывать частоту переменной составляющей (рис. 80, 81). Так, на высоких частотах малое x_с можно получить при сравнительно небольшой емкости конденсатора С (сотни, тысячи пикофарад), в то время как на низких частотах и в том числе на частоте 50 гц для получения малого x_с приходится брать конденсаторы сравнительно большой емкости (от десятков, сотен тысяч пикофарад до нескольких сот микрофарад).

Такую большую емкость легче всего получить в так называемых электролитических конденсаторах (КЭ), где для накопления зарядов на обкладках используются электрохимические процессы. По внешнему виду электролитические конденсаторы представляют собой небольшой алюминиевый цилиндр, который является выводом одной из обкладок (лист 72). На корпусе конденсатора всегда указывают его основные данные: емкость и рабочее напряжение, то есть напряжение, которое можно подвести к конденсатору, не опасаясь его пробоя.

Что касается емкости электролитического конденсатора, то величина ее зависит от того, в какую цепь включен этот конденсатор. Номинальной, то есть указанной на корпусе, емкостью электролитический конденсатор будет обладать лишь в том случае, если к нему приложить постоянное напряжение, причем обязательно «минусом» к корпусу конденсатора (лист 123). Только под действием постоянного напряжения в конденсаторе возникают те электрохимические процессы, которые позволяют получить большую емкость при сравнительно небольших габаритах. На схемах электролитические конденсаторы всегда обводят пунктирным кругом, знаками «плюс» и «минус» указывают полярность подключения к источнику постоянного напряжения, а рядом с величиной емкости приводят рабочее напряжение. Совершенно очевидно, что в случае необходимости можно использовать конденсатор с большим рабочим напряжением, чем это указано на схеме.

На заряженном электролитическом конденсаторе довольно долго сохраняется напряжение, и прежде чем делать какие-либо опыты с конденсатором, его лучше сразу же разрядить, осторожно замкнув выводы (лепесток «плюс» и корпус) накоротко.

Для разделения постоянной и переменной составляющих пульсирующего тока можно использовать катушку индуктивности. Катушка сравнительно легко пропускает постоянный ток, но оказывает большое сопротивление переменному току. Это связано с тем, что при изменениях тока возникает переменное магнитное поле катушки, которое... препятствует изменению тока в цепи. Чем быстрее меняется ток и чем больше индуктивность катушки, тем сильнее «мешающее» действие магнитного поля, тем слабее ток в цепи.

Сопротивление, которое катушка оказывает переменному току, называется ее индуктивным сопротивлением и обозначается х_L. Как следует из сказанного выше, индуктивное сопротивление катушки х_L будет тем больше, чем больше ее индуктивность и чем выше частота переменного тока f (чем выше частота переменного тока, тем быстрее он меняется).

Индуктивное сопротивление катушки х_L так же, как и емкостное сопротивление конденсатора, зависит от частоты, но с увеличением частоты х_L растет, в то время как х_с уменьшается (рис. 80, 81, лист 126). В фильтрах катушку используют в тех цепях, куда нужно сравнительно легко пропустить постоянный ток и не пропустить переменный ток. Катушку, используемую для этих целей, обычно называют дросселем (листы 124, 125).

Для разделения составляющих пульсирующего тока можно собрать фильтр из дросселя и сопротивления R_ф (лист 124). Если х_L будет намного больше R_ф, то переменная составляющая пульсирующего тока в основном пройдет через сопротивление, а постоянная - через дроссель. Иными словами, фильтр из дросселя и сопротивления может выполнять те же функции, что и RC фильтр. Для того чтобы х_L было достаточно большим, дроссели, применяемые на низких частотах, должны иметь большую индуктивность - от единиц до нескольких десятков генри. Такие дроссели содержат до нескольких тысяч витков и выполняются на стальных, собранных «встык» (лист 115) сердечниках, похожих на сердечники силовых трансформаторов.

Высокочастотные дроссели, то есть дроссели, которые должны обладать большим сопротивлением на высоких частотах, обычно имеют индуктивность несколько миллигенри. Они содержат несколько десятков витков, размещенных на каркасе, который иногда снабжен сердечником из магнитодиэлектрика. Поскольку дроссель, особенно низкочастотный, является довольно дорогой деталью, то там, где это возможно, стараются использовать фильтры, состоящие из сопротивлений и конденсаторов.

Фильтр анодного выпрямителя (рис. 82, лист 125) обычно состоит из сопротивления R_ф или дросселя Др_ф и двух электролитических конденсаторов С_ф1 и С_ф2 большой емкости (10-40 мкф). Еще раз напоминаем, что электролитические конденсаторы можно включать только в определенной полярности: алюминиевый корпус соединяется с «минусом» источника тока, к которому подключается конденсатор, а «плюс» этого источника соединяется с имеющимся на конденсаторе изолированным лепестком. При выборе конденсаторов, особенно для высоковольтных цепей, желательно иметь некоторый запас по напряжению. Так, если на конденсаторе указано, что его рабочее напряжение составляет 300 в, то желательно, чтобы напряжение, которое будет приложено к этому конденсатору, не превышало 200 - 250 в.

Основная часть переменной составляющей пульсирующего тока замыкается через первый, считая от вентиля, конденсатор С_ф1, а окончательная фильтрация осуществляется вторым конденсатором С_ф2. С точки зрения фильтрации желательно, чтобы сопротивление R_ф было как можно больше (3-5 ком). Однако, как правило, R_ф не превышает 1,5-2 ком. Дело в том, что по этому сопротивлению проходит весь выпрямленный (анодный и экранный) ток и на нем теряется часть выпрямленного напряжения. Чем больше ламп питается от выпрямителя и чем больший анодный и экранный ток у каждой из них, тем больше и общий ток, который проходит через R_ф, тем меньше то напряжение, которое фактически действует на выходе выпрямителя (лист 125).

В многоламповых приемниках, а также в выпрямителях, где нужно получить особо хорошую фильтрацию, вместо R_ф обычно применяют низкочастотный дроссель, который для постоянного тока обладает сопротивлением 300-600 ом и в то же время создает очень большое сопротивление (несколько килоом) для переменной составляющей выпрямленного тока. Так, например, дроссель с индуктивностью 10 гн на частоте 50 гц имеет сопротивление более 3 ком.