Выпрямители и другие источники питания

Наиболее распространенным типом питающих устройств для наземной стационарной радиоаппаратуры в настоящее время являются выпрямители. Известно много систем выпрямителей переменного тока: механические, электролитические, ионные, электронные и полупроводниковые. Практическое значение имеют лишь три последних типа, причем ионные применяются в основном там, где мощности велики (на трамвайных электроподстанциях, для питания мощных радиопередатчиков, трансляционных узлов и т. д.). Питание радиоприемников и усилителей производится чаще всего от двухполупериодных кенотронных выпрямителей.

На рис. 85 а изображена стандартная схема двухполупериодного выпрямителя, в которой используется двуханодный кенотрон прямого накала типа 5U4. Силовой трансформатор обычно имеет четыре обмотки: сетевую, повышающую, обмотку накала кенотрона и обмотку накала ламп радиоприемника или усилителя. 

Выпрямители и другие источники питания

Рис. 85. Схемы кенотронных выпрямителей.

Последняя обмотка непосредственного отношения к собственно выпрямителю не имеет. Для двухполу- периодного выпрямителя повышающую обмотку делают состоящей из двух секций с выводом средней точки, с которой всегда снимается "минус" выпрямленного напряжения.

Примем фазу подводимого к выпрямителю сетевого переменного напряжения такой, что на аноде I будет положительный знак повышенного трансформатором напряжения. Естественно, что на аноде II напряжение должно быть при этом отрицательным. Ток через кенотрон будет проходить на протяжении данного полупериода только от анода I к катоду, создавая на нем положительный заряд, воспринимаемый входным конденсатором фильтра C1, имеющим емкость порядка 10 мкф (конденсаторы фильтра C1 и С2 обычно берут электролитического типа). В следующий полупериод положительный потенциал будет уже на аноде II, ток к катоду пройдет только с этого анода, так как на аноде I напряжение будет отрицательным. Обе половины повышающей обмотки будут поочередно проталкивать через кенотрон порции положительного заряда для конденсатора С1, который из него может выходить только лишь направо, в сторону сопротивления нагрузки Rн, так как обратный путь через кенотрон для положительного заряда на его катоде вследствие односторонней проводимости кенотрона постоянно наглухо закрыт.

Большая емкость конденсатора С1 приводит к тому, что в промежутках между очередными пополнениями его заряда за каждый период переменного напряжения в сети он успевает разрядиться (отдавая ток в правую часть схемы) лишь незначительно. Правее конденсатора С1 имеются дроссель Др и конденсатор С2, параллельно которому подключено сопротивление нагрузки Rн. Роль этой нагрузки обычно выполняют параллельные анодные цепочки ламп радиоприемника или усилителя. Дроссель и конденсатор С2 в совокупности с конденсатором С1 образуют фильтр выпрямителя, сглаживающий пульсации выпрямленного переменного напряжения. На рис. 85 б приведены графики, иллюстрирующие постепенное изменение выпрямляемого напряжения и токов в обычном двухполупериодном выпрямителе. Чем больше потребление выпрямленного тока, тем большей должна быть емкость конденсаторов фильтра. В выпрямителях телевизионных приемников, например, она доходит до 30—40 мкф и более. Самоиндукцию дросселей, наоборот, для таких случаев можно несколько уменьшать. Фильтр выпрямителя может и вовсе не иметь дросселя, который заменяется омическим сопротивлением. Такая схема обеспечивает вполне удовлетворительное сглаживание, но потери в ней больше.

На рис. 85 в показана схема, известная под названием схемы Латура. Силовой трансформатор для этой схемы может не иметь средней точки в повышающей обмотке и не иметь повышающей обмотки вообще, так как в качестве выпрямляемого напряжения можно взять прямо напряжение сети. Для схемы Латура пригодны лишь такие кенотроны, у которых имеется два раздельных катода, изолированных от нити накала, либо могут быть применены два кенотрона, питаемых по накалу от отдельных понижающих обмоток силового трансформатора.

Как можно видеть, при положительном полупериоде на аноде II заряжается конденсатор Си а при отрицательном полупериоде на этом же аноде ток может проходить лишь от катода I к аноду I и заряжается при этом уже только конденсатор С2. Разность потенциалов на каждом из конденсаторов при малом токе в сопротивлении нагрузки будет близка к амплитуде выпрямляемого напряжения Е0, а так как соединены они последовательно, то напряжение на конденсаторе С3 будет равно 2 Е0.

Таким образом, выпрямленное напряжение в схеме Латура по величине получается близким к удвоенному выпрямляемому, причем удвоения достигают без повышающего трансформатора. Схема Латура находит себе применение в сетевых радиоприемниках с так называемыми бестрансформаторными выпрямителями, причем для этого используются кенотроны типа 30Ц6С. Данные остальных деталей этого выпрямителя приведены на рисунке.

Среди многих выпрямительных устройств, используемых для питания радиоаппаратуры и зарядки аккумуляторов, большое практическое значение имеют селеновые выпрямители. Чаще всего применяются двухполупериодные схемы выпрямления. 

Выпрямители и другие источники питания

Рис. 86. Селеновые выпрямители, собранные по схемам Латура, Греца и одиополупериодной.

На рис. 86 приведены: а — схема селенового выпрямителя питания анодных цепей радиоприемника, выполненная в варианте схемы Латура; б — однополупериодный высоковольтный выпрямитель питания анода электронно-лучевой трубки, фильтром которого из-за малой величины потребляемого тока (порядка нескольких микроампер) может служить один единственный конденсатор; в —так называемая схема Гретца. Путь тока при положительном полупериоде на входном зажиме А показан сплошными стрелками, а когда полу- период отрицателен — пунктирными. Как можно видеть, между выходными зажимами В—Г ток проходит только в одном направлении, если на А—Б подается переменное напряжение.

Схема Гретца широко применяется в выпрямителях для зарядки аккумуляторов. Селеновые элементы (шайбы) собирают для этого в „столбик", стягиваемый единственным изолированным центральным болтом, выступающая нарезанная часть которого используется для крепления столбика на шасси или в ящике при монтаже. На рис. 86 г приведена схема монтажных соединений между 4 группами насаженных на общем; стержне выпрямительных элементов (шайб), соответствующая  принципиальной схеме в.

Селеновые шайбы допускают подачу выпрямляемого напряжения до 20 в на 1 элемент (амплитудное напряжение), причем плотность среднего выпрямленного тока может доходить до 50 ма/см2.

Нашей промышленностью выпускаются селеновые шайбы нескольких размеров, применяемые в соответствии с требующейся величиной выпрямленного тока. В табл. 11 приведены величины максимальных токов при двухполупериодном выпрямлении. Для однополупериодного выпрямления эти значения вдвое меньше.

Для питания радиоаппаратуры в экспедиционных условиях и в условиях отсутствия промышленных видов электротока применяются вибропреобразователи, умформеры и термогенераторы.

Вибропреобразователи иногда применяются и для питания анодных цепей передатчиков радиозондов. Схема устройства вибропреобразователя с синхронными выпрямляющими контактами приведена на рис. 87 а и с последующим кенотронным, выпрямлением (схема б). На рис. 87 в показана схема передатчика „коммутаторного“ радиозонда, питающегося от упрощенного вибропреобразователя без выпрямления создаваемого высокого переменного напряжения.

Основой каждого вибропреобразователя является силовой трансформатор с низковольтной и повышающей обмотками, а также прерывательное устройство (вибратор). Колебания якоря вибратора создают прерывистый ток в низковольтной обмотке, причем индуктируется переменное напряжение в повышающей обмотке. На схеме а (рис. 87) якорь поочередно питает половины низковольтной обмотки силового трансформатора и одновременно подключает через фильтр к выводным клеммам высокого напряжения то одну, то другую половину повышающей обмотки, вследствие чего высокое напряжение получается уже в выпрямленном виде.

На схеме б, действующей более устойчиво, выпрямление производится с помощью кенотрона. Примитивный вибропреобразователь, показанный на схеме в, известен под названием „зуммер-трансформатор", так как в нем вибрирующий язычок прерывателя устанавливается прямо на трансформаторе, в железном ярме которого для этой цели предусматривается специальный пропил.

Таблица 11

Выпрямители и другие источники питания

Умформеры, или одноякорные вращающиеся преобразователи, представляют собой сочетание электродвигателя с генератором постоянного тока. У них имеется общий статор с общими обмотками возбуждения и общее тело якоря с раздельными обмотками низкого и высокого напряжения, выведенными к разным коллекторам, имеющим свои пары щеток. При подведении питающего напряжения к низковольтной обмотке якорь вращается и в обмотке с большим числом витков возникает повышенное напряжение, снимаемое с другого коллектора. 

Выпрямители и другие источники питания

Рис. 87, Схемы вибропреобразователей и зуммер-трансформатора.

Пропущенное через сглаживающий фильтр это напряжение может быть использовано для питания радиоустройств.

Термобатареи (термогенераторы) для питания радиоприемников используются сравнительно недавно. Промышленностью выпускаются термогенераторы ТГК-3 для питания радиоприемников и вообще радиоаппаратуры в сельской местности, состоящие из батареи мощных термоэлементов, конструктивно оформленных в виде цилиндра так, чтобы нагревание их „горячих" спаев было удобно производить с помощью струи нагретого воздуха, выходящего из стекла обычной керосиновой лампы. Цепь накала питается непосредственно от термоэлементов, а для питания анодной цепи применяется вибропреобразователь, повышающий напряжение термогенератора до нужной величины.

Из источников питания радиоустройств, имеющих перспективы на применение в будущем, следует указать атомные батареи, разработка которых в настоящее время только начинается. В связи с тем, что при медленном распаде искусственных радиоактивных элементов имеет место и испускание свободных электронов (так называемый „бета-распад”), а также вследствие наличия огромных ресурсов энергии внутри самого вещества, имеется принципиальная возможность построить „вечные” источники питания, продолжительность действия которых измерялась бы многими десятилетиями и более. Подобные устройства, пока еще, правда, создающие очень слабые токи и поэтому имеющие малое практическое значение, уже существуют.

Выпрямители и другие источники питания

Рнс. 83. Устройство первых атомных элементов:

а — высоковольтный элемент, 1 — изолятор, б — низковольтный элемент, 2—слой стронция, 3 — коллектор, 4—лавина электронов.

 

Схема „атомного элемента” показана на рис. 88 а. Внутри пустотелого металлического шара помещено некоторое количество искусственного радиоактивного вещества А. Кронштейн, удерживающий его в центре шара, через проходной изолятор выведен наружу и является положительным полюсом элемента. Отрицательным полюсом служит сам шар.

В зависимости от количества и вида вещества А такой элемент способен накапливать на своих зажимах разность потенциалов, измеряемую тысячами и даже десятками тысяч вольт, однако сила тока, которая может быть при этом получена, пока еще очень мала и измеряется в долях микроампера. Так, например, если в качестве вещества А применить радиоактивный изотоп стронция с атомным весом 90, период полураспада которого равен приблизительно 20 годам, удается получить ток порядка 1 мка при напряжении 5000 в. Через 20 лет такой элемент будет создавать то же самое напряжение, однако ток уменьшится вдвое. Пока атомные элементы находят себе применение лишь в измерительной технике, в особых случаях, когда по условиям эксперимента источник электроэнергии должен находиться в среде с чрезвычайно низкой температурой и поддерживать постоянным потенциал какой-нибудь детали (например, ножа электрометра) неограниченно долгое время. Никакими другими видами источников питания такая задача решена быть не может. На рис. 88 б показано устройство низковольтного „атомного" элемента с использованием полупроводящей массы. Радиоактивное вещество (например, тот же ,,стронций-90“) наносится тонким слоем на одну грань кубика, сделанного из полупроводника, например из германия или кремния. В противоположную грань вделан металлический коллектор (электрод). Испускаемые радиоактивным стронцием быстрые электроны проникают в полупроводник и выбивают из его атомов в среднем по 200000 электронов каждый. Вследствие односторонней проводимости полупроводника между его объемом и коллектором возникает электродвижущая сила порядка 0,2 в, обеспечивающая прохождение постоянного тока около 5 мка при стороне кубика 30 мм. Разумеется, эта конструкция пока почти не имеет практического значения, однако принцип замедления электронов в полупроводниках и лавинообразного увеличения при этом их общего количества, несомненно, может быть использован в дальнейшем для создания мощных источников электропитания атомного типа.

Смотрите также