Комментарии к пятнадцатой беседе
Комментарии к пятнадцатой беседе
Проблема питания
Для питания приемника требуются два источника тока: источник высокого напряжения, дающий анодный ток, и источник низкого напряжения, дающий ток накала. Первый должен иметь постоянное напряженке 100–250 в. Накал, за исключением специальных ламп для батарейных приемников, может осуществляться как постоянным, так и переменным током.
Для смещения, как мы уже видели, не требуется самостоятельного источника питания, так как необходимое для этого напряжение получают из анодной цепи за счет падении напряжения на сопротивлении, включенном в цепь катода.
Оставим в стороне батарейные приемники, где батареи или аккумуляторы дают все необходимые напряжения и где используются лампы прямого накала, потребляющие очень малый ток при напряжении порядка 2 или 1,5 в.
Питание от сети переменного тока
Наиболее распространены приемники с питанием от сети переменного тока.
Провод с вилкой служит для подведения напряжения от штепсельной розетки через выключатель, служащий для включения приемника, к трансформатору электропитания. Из вполне разумной предосторожности в этой цепи следует установить плавкий предохранитель, который при случайном коротком замыкании перегорает и отключает электросеть.
Первичная обмотка трансформатора может иметь отводы, рассчитанные на различные напряжения сети (127 или 220 в). Обычно трансформатор электропитания имеет три вторичные обмотки: для накала ламп, накала кенотрона и для высокого напряжения. Все три обмотки очень часто снабжаются выводами от средней точки.
В большинстве случаев применяются двуханодные кенотроны; при желании выпрямлять только один полупериод всегда можно соединить оба анода, превратив их в общий анод. Накал кенотронов раньше был 4 в (европейские лампы) или 2,5 в (американские лампы). В настоящее время напряжение накала большинства кенотронов 6,3 в. Все более широкое применение находят кенотроны с подогревным катодом, что позволяет снимать высокое напряжение непосредственно с катода (а не со средней точки обмотки накала кенотрона).
Выводы концов вторичной обмотки высокого напряжения, дающей анодным ток, соединены с анодами кенотрона, а средняя точка этой обмотки представляет собой отрицательный полюс высокого напряжения. Не следует упускать из виду, что напряжение, попеременно подаваемое на аноды кенотрона, снимается только с половины, а не со всей обмотки. Так, при общем напряжении вторичной обмотки 600 в в каждый данный момент выпрямляется напряжение 300 в; поэтому не следует пытаться искать выпрямленное напряжение 600 в.
Изготовители трансформаторов электропитания имеют хорошую привычку указывать не только напряжения на вторичных обмотках, но и величины токов. Не следует ошибаться в истолковании последних значений: это не величина тока, которую обмотки будут давать во всех случаях, а только значения, которые не нужно превышать, чтобы не вызвать ненормального нагрева трансформатора. Чем толще проволока, из которой сделана обмотка, и, следовательно, чем меньше ее сопротивление, тем больший ток может быть получен без значительного нагрева. Чтобы узнать ток каждой обмотки, достаточно подсчитать общее сопротивление подключенной к ней цепи и применить закон Ома.
Фильтр
Полученный после выпрямления ток имеет одно направление, но он еще не постоянный в полном смысле этого слова. Перед использованием его следует предварительно сгладить фильтром. Ток до выпрямления можно рассматривать как состоящий из суммы двух токов — постоянного и переменного. В этом случае проблема сглаживания фильтром сводится к тому, чтобы пропустить постоянную составляющую и полностью задержать переменную составляющую.
В цепях развязки нам уже приходилось сталкиваться с решением аналогичной проблемы. Оно заключается в создании для переменном составляющей удобного пути через конденсатор и преграждении пути в другом направлении с помощью индуктивного сопротивления, пропускающего постоянную составляющую. В качестве такого сопротивления берут дроссель с относительно небольшим активным сопротивлением, который устанавливают на пути тока (в наиболее простых приемниках используют активное сопротивление — резистор). Конденсатор, служащий для отвода переменной составляющей, включается параллельно выходу выпрямителя. И, наконец, изготовление фильтра завершается установкой на выходе фильтрующей ячейки второго конденсатора, предназначенного для подавления остатков переменной составляющей, которые могли пройти через дроссель (рис. 89).
В случае необходимости особо тщательно сгладить ток можно включить последовательно две фильтрующие ячейки; два находящихся в середине конденсатора могут быть заменены одним общим для обеих ячеек (емкость этого конденсатора должна быть вдвое больше емкости каждого из внешних конденсаторов).
Так как частота изменений очень мала (при сети 50 гц частота составляет 100 гц, потому что при выпрямлении вместо каждого периода мы получаем два изменения тока по числу полупериодов), индуктивности и емкости должны иметь относительно большие величины. Индуктивности в несколько десятков генри выполняются в виде обмоток на стальных сердечниках. Емкость конденсаторов составляет несколько микрофарад, и от применения конденсаторов с твердым диэлектриком, как, например, парафинированная бумага, пришлось отказаться из-за их недопустимо больших размеров. В этом случае используются конденсаторы специального типа, получившие название электролитических конденсаторов.
Электролитические конденсаторы
Конденсаторы этого типа содержат жидкость или тестообразную массу, носящую название электролита. В электролит погружена обкладка из алюминия, имеющая относительно большую площадь.
При приложении напряжении между электролитом и алюминием (последний подключается к положительному полюсу) сразу же начинается разложение электролита, в результате чего алюминий покрывается пленкой (являющейся диэлектриком) и ток прекращается. Толщина этой пленки ничтожна (порядка тысячной доли миллиметра), и понятно, как велика емкость такого конденсатора, обкладками которого являются алюминий и электролит.
Отметим, что в отличие от конденсаторов, которые мы до сих пор разбирали, электролитический конденсатор имеет определенную полярность: алюминиевую обкладку обязательно нужно подключать к положительному полюсу.
При изменении полярности рискуют испортить конденсатор. Следовательно, не следует включать такой конденсатор на переменное напряжение (если только на него не наложено постоянное напряжение большей величины и соответствующем полярности).
Каждый тип конденсатора рассчитан на определенное рабочее напряжение, указываемое заводом-изготовителем, которое не следует превышать. Емкость конденсатора в известной мере зависит от напряжения на обкладках и при повышении напряжения несколько уменьшается.
Пробой электролитического конденсатора под воздействием мгновенного перенапряжения (когда между его обкладками проскакивает искра) — не очень большая беда, потому что слой окиси алюминия может сразу же восстановиться.
Этого нельзя сказать о бумажном конденсаторе; от искры бумага обугливается и тем самым теряет свойства изолятора, в результате чего между обкладками образуется более или менее явное короткое замыкание.
Электролитические конденсаторы обычно выпускаются в металлических корпусах, которые образуют контакт с электролитом и служат для подключения отрицательного полюса. Наиболее распространены электролитические конденсаторы емкостью в десятки микрофарад. Их используют не только в фильтрах, но и для развязки в цепях низкой частоты я особенно для развязки сопротивлений смещения. В связи с этим отметим, что современные оконечные лампы (в последнем каскаде низкой частоты) обычно бывают с подогревным катодом и поэтому напряжение смещения также снимается с сопротивления в цепи катода.
Нагревание нитей накала
Если раньше в Европе было повсеместно принято единое напряжение накала 4 в (а в Америке 2,5 в), то теперь оба континента пришли к соглашению, приняв в качестве единого стандарта для накала переменным током напряжение 6,3 в. Это не исключает существования большого количества типов ламп с разными напряжениями накала вплоть до 110 в (что устраняет необходимость в понижающем трансформаторе накала).
В приемниках, работающих от сети переменного тока, нити накала подключаются непосредственно к накальной обмотке трансформатора (рис. 90).
Иное дело при работе приемника от сети постоянного тока. В связи с тем, что в этом случае нельзя применять трансформатор, снижающий напряжение сети до любой заданной величины, нити накала ламп соединяют последовательно (разумеется, необходимо, чтобы все лампы могли исправно работать при одном и том же токе накала). При этом используют лампы не только с напряжением накала 6,3 в, но также и с более высоким напряжением, особенно в оконечном каскаде. Если суммарное напряжение окажется меньше напряжения сети, то избыток нужно погасить с помощью резистора.
Так, например, приемник, имеющий пять ламп, из которых четыре с напряжением накала 6,3 в и одна 25 в, требует для последовательно соединенных нитей накала 6,3·4 + 25 = 50,2 в. При напряжении сети 110 в нужно погасить с помощью резистора около 60 в. При токе накала 0,3 а по закону Ома потребуется резистор сопротивлением 60:0,3 = 200 ом.
Разумеется, при этом более половины энергии рассеивается в виде тепла на резисторе и система оказывается мало экономичной. Однако это единственный способ, оправдываемый недостаточной гибкостью постоянного тока. Гасящее сопротивление иногда размещается в шнуре для включения приемника в сеть.
Питание приемника от сети постоянного тока
Для анодного питания приемников, работающих от сети постоянного тока, не возникает (и не без основания) необходимости в выпрямлении тока, однако сглаживание фильтром и здесь не менее необходимо, так как постоянный ток сети имеет небольшие пульсации, легко снимаемые хорошим фильтром.
Так как повысить напряжение сети постоянного тока с помощью трансформатора невозможно, следует максимально уменьшить падение напряжения в индуктивности фильтра, чтобы напряжение, подаваемое на аноды ламп, не оказалось слишком низким. Поэтому в случае фильтрации пульсаций сети постоянного тока катушки фильтра изготавливают из относительно толстой проволоки (чтобы снизить активное сопротивление), уменьшают количество витков и компенсируют уменьшение индуктивности с помощью конденсаторов большой емкости. К счастью, для рабочих напряжений порядка 110 в имеются электролитические конденсаторы емкостью более 100 мкф.
Приемники с универсальным питанием
Мы сочли целесообразным довольно подробно рассмотреть устройство приемников с питанием от сети постоянного тока не по причине их широкого распространения. Такие приемники выпускаются очень редко, но имеется большое количество приемников с универсальным питанием, которые могут включаться в сеть как переменного, так и постоянного тока. Устройство таких приемников мало чем отличается от устройства приемников с питанием от сети постоянного тока.
В приемниках с универсальным питанием нити накала также соединяются последовательно, причем в цепь включается гасящее сопротивление.
В цепи высокого напряжения (рис. 149) перед фильтрацией ток сети проходит через одноанодный кенотрон (пли двуханодный с соединенными анодами).
Рис. 149. Схема питания приемника с универсальным питанием.
1 — электросеть; 2 — нити накала ламп; 3 — фильтр; 4 — выпрямленное анодное напряжение.
При включении приемника в сеть переменного тока выпрямляется один полупериод, все же остальное происходит, как в нормальной схеме питания при работе от сети переменного тока. При постоянном токе в сети могут иметь место два случая. Если включить шнур приемника в штепсельную розетку так, что катод кенотрона окажется соединенным с положительным полюсом, то ток не сможет пройти и приемник будет молчать. При правильном же включении ток свободно пройдет через кенотрон и, хотя он не требует выпрямления, тем не менее разделит участь переменного тока.
Отметим также, что приемники на постоянном токе и приемники с универсальным питанием включаются непосредственно в сеть, так как обычное промежуточное звено — трансформатор — в них отсутствует. Однако сеть может иметь достаточно высокий потенциал по отношению к земле. Поэтому такие приемники можно заземлять только через маленькую емкость, которая, свободно пропустив высокочастотные колебания из антенны, окажется препятствием для опасного замыкания сети на землю.