Рис. 117. Сетевой высоковольтный выпрямитель с одноанодным кенотроном.
Н. — Фильтр на твоей схеме выглядит весьма примитивным: один конденсатор и два резистора.
Л. — В действительности достаточно и одного конденсатора. Заряжаемый 50 раз в секунду, он так мало разряжается между двумя последовательными зарядами, что напряжение на его обкладках практически остается постоянным и почти равным амплитуде напряжения на высоковольтной вторичной обмотке трансформатора. Конденсатора емкостью 0,1–0,25 мкф вполне достаточно.
Н. — Такого маленького конденсатора?
Л. — Маленького по емкости, но отнюдь не по объему, так как он должен быть прекрасно изолирован, чтобы без пробоя выдерживать тысячи вольт между обкладками. Это возможно при достаточной толщине диэлектрика и, следовательно, довольно больших габаритах.
Н. — Мне, кажется, что резистор R эффективно дополняет фильтрующее действие конденсатора.
Л. — Нет, оно имеет иное назначение. Этот резистор сопротивлением 50—100 ком служит для защиты кенотрона и трансформатора путем ограничения тока в случае неожиданного короткого замыкания в высоковольтной цепи.
Н. — А для чего служит резистор R1, параллельный конденсатору С?
Л. — Еще одна мера безопасности, но на этот раз — чтобы защитить техника. Этот резистор с большим сопротивлением (порядка 20 Мом) служит для разряда конденсатора С после выключения приемника. В сухое время года конденсатор может часами сохранять заряд. Соприкосновение с зажимами конденсатора 0,25 мкф, заряженного до 12 000 в, может вызвать смерть или в лучшем случае серьезный шок. Ремонтные техники, которые шутки ради дают тебе в руки конденсатор, заряженный выпрямителем приемника до напряжения около 300 в, совершают ошибку, допуская такие глупые шутки. Напряжение же, в 40 раз более высокое, ничего приятного не обещает, поверь моему личному опыту…
Н. — Однако с разрядным резистором R1 не грозит никакая опасность.
Л. — Один добрый совет, Незнайкин: никогда не прикасайся к включенному высоковольтному источнику. И, даже выключив ток, не доверяй защитному резистору R1, так как он всегда может отсоединиться. Начинай с того, что накоротко замкни зажимы конденсатора С лезвием отвертки, которую ты, конечно, будешь держать за изолирующую рукоятку. И если ты услышишь треск разряда большой искры, пошли мысленно благодарность твоему доброму другу, Любознайкину, а также… позаботься о другом конденсаторе. Потому что бывают случаи, когда внезапный разряд разрушает его, хотя он и не так хрупок, как человеческий организм…
Н. — Спасибо, Любознайкин, что ты предупредил меня о смертельных опасностях, таящихся в чреве телевизора…
МНОЖЕСТВО ОПАСНОСТЕЙ В ВЫСОКОВОЛЬТНОМ ВЫПРЯМИТЕЛЕ
Л. — Есть и другие опасности, угрожающие его собственным элементам. Так, кенотрон и высоковольтный трансформатор должны выдерживать такие напряжения, которые подвергают их жестоким испытаниям.
Н. — Ну, конечно, амплитуда напряжения на высоковольтной вторичной обмотке очень велика.
Л. — Скажи лучше удвоенная величина этого напряжения.
Н. — Я тебя опять перестаю понимать. Почему удвоенная величина?
Л. — Чтобы тебе было яснее, я вновь начерчу схему выпрямителя, но менее ортодоксальным образом (рис. 118).
Рис. 118. Схема, аналогичная схеме на рис. 117, поясняющая процесс возникновения удвоенного обратного напряжения.
Н. — Изображенная таким образом схема напоминает мне немного схемы разверток: слева видна зарядная цепь, где напряжение вторичной обмотки создает ток, который после выпрямления кенотроном заряжает конденсатор С; последний разряжается затем по цепи, расположенной справа.
Л. — Такое толкование не лишено интереса и может, в частности, помочь тебе лучше разобраться в механизме фильтрации. Но пока что я хотел бы осветить некоторые другие явления. Для этого будем действовать нашим обычным методом.
Н. — Ты хочешь рассмотреть, что происходит за каждый полупериод? Это нетрудно. Возьмем прежде тот, когда ток проходит через кенотрон. Это полупериод, когда электроны выталкиваются к верху вторичной обмотки, т. е. когда из-за наличия электродвижущей силы верхний конец вторичной обмотки становится отрицательным по отношению к нижнему.
Л. — Прекрасно, Незнайкин. Можно подумать, что ты угадываешь, как я поведу рассуждение.
Н. — По правде говоря, нет. Но я вижу, что электроны свободно проходят от катода к аноду кенотрона и заряжают конденсатор до амплитудного значения напряжения С, развиваемого вторичной обмоткой, причем потенциал нижней обкладки отрицателен по отношению к верхней.
Л. — Посмотри теперь, что произойдет во время следующего полупериода, изобразив это на схеме.
Н. — По моему мнению, не произойдет ничего, потому что теперь электродвижущая сила на вторичной обмотке изменила полярность и разность потенциалов между верхним и нижним концами положительна и равна U. Поэтому электроны не могут идти от анода к катоду. Значит, ток в цепи будет отсутствовать.
Л. — Очевидно. Но что происходит в это время на конденсаторе С?
Н. — Он очень медленно разряжается через нагрузку. Практически же напряжение на его обкладках продолжает оставаться равным U.
Л. — Ну, что же, посмотри, как это все выглядит на схеме. Ты имеешь два напряжения U, включенных последовательно: на конденсаторе и на вторичной высоковольтной обмотке. Таким образом, «максимальное обратное напряжение» — его так называют, приложенное между катодом и анодом кенотрона, равно 2U. При напряжении 12 000 в это составляет во время не пропускаемых кенотроном полупериодов максимумы 24 000 в. Чтобы внутри кенотрона не возникало искр или даже дуги, это должна быть специальная лампа, выдерживающая такие напряжения между электродами. Кроме того, должна быть предусмотрена специальная изоляция в монтаже и трансформаторе. Ты можешь, в частности, заметить, что обратное напряжение полностью прикладывается между накальной обмоткой и магнитным сердечником, соединенным с шасси.
Н. — В общем наше устройство так же опасно для людей, как и для оборудования. Что же делать?
Л. — Можно несколько улучшить это положение, применяя полупроводниковые выпрямители (селеновые или даже германиевые). Так как катод отсутствует, можно использовать схему (рис. 119), которую я опять-таки изображаю не вполне ортодоксально. Выпрямитель изображается в виде стрелы, острие которой указывает направление прохождения электронов.
Рис. 119. Схема полупроводникового выпрямителя позволяет вдвое уменьшить напряжение между обмоткой и сердечником трансформатора.
Выпрямитель и в этой схеме должен выдерживать обратное пиковое напряжение 2U. Но между концом вторичной обмотки и сердечником максимальное напряжение не превышает U.
Н. — Все это далеко не утешительно. Когда речь идет о таких высоких напряжениях, должны возникнуть настоящие китайские головоломки в отношении изоляции!
Л. — Тогда предпочтительнее прибегнуть к умножителю напряжения.
Н. — Это еще что такое? Ты мне никогда о нем не говорил.
Л. — Принцип работы удвоителя напряжения понять нетрудно (рис. 120). Я тебе предоставляю возможность рассуждений, как мы это обычно делаем, по нашему методу.
Рис. 120. Схема удвоителя напряжения, изображенная не совсем обычным образом с целью пояснения принципа ее работы.
Н. — Спасибо за честь! Я полагаю, что, например, во время первого полупериода электроны во вторичной обмотке выталкиваются слева направо. Они смогут тогда пройти через верхний выпрямитель и зарядят до напряжения U верхний конденсатор, через нижний же выпрямитель им вход воспрещен.
В следующий полупериод электроны во вторичной обмотке выталкиваются справа налево. Теперь им прегражден путь через верхний выпрямитель. Они смогут тогда пройти через нижний выпрямитель и будут заряжать до напряжения U нижний конденсатор. Но, честное слово, Любознайкин, ты прав! Напряжения обоих конденсаторов складываются, и на выходе получается напряжение 2U. Это поистине гениально!
