Выпрямление переменного тока является одним из весьма распространенных применений полупроводникового или вакуумного диода. Последние, предназначенные для этой цели, получили даже специальное название – кенотронов. В радиоаппаратуре с питанием от сетей переменного тока, и, в частности, в сетевых радиоприемниках или схемах выходных каскадов строчной развертки ламповых телевизоров применяют кенотронные выпрямители.
Однако кенотронный выпрямитель такого простого типа, как мы представляем классический вакуумный диод, лишь в сравнительных редких случаях пригоден для использования. Его недостаток состоит в том, что он дает пульсирующее напряжение. Чтобы разобраться в этом явлении, представим себе, что в цепь нашего выпрямителя включен какой-то потребитель тока – приемник, усилитель или какой-либо другой аппарат. В технике принято называть потребителей, пользующихся энергией из какой-нибудь цепи, нагрузкой. В соответствии с эти сопротивление R , олицетворяющее собой нагрузку, называется сопротивлением нагрузки, нагрузочным сопротивлением, а иногда для краткости и просто нагрузкой.
Простейшим фильтром является конденсатор С, присоединенный параллельно нагрузке R. Во время прохождения по цепи импульса выпрямленного тока конденсатор этот зарядится напряжением, равным по величине наибольшему падению напряжения на нагрузке. Когда ток в цепи начнет уменьшаться, падение напряжения на сопротивлении R должно было бы точно также уменьшаться. Но наличие конденсатора меняет картину. При уменьшении величины тока в цепи конденсатор начнет разряжаться через сопротивление нагрузки, поддерживая этим самым в нагрузке ток такого же направления. Поэтому при разряде конденсатора на сопротивлении нагрузки образуется падение напряжения такого же знака, как и при прохождении выпрямленного тока.
По мере разряда конденсатора напряжение на его обкладках будет постепенно уменьшаться и падение напряжения на сопротивлении нагрузки.
Такая компенсация уменьшения напряжения может быть показана графически. Хотя ток и остается пульсирующим, но характер пульсаций изменился. Периоды, когда ток отсутствует, исчезли, хотя величина тока все же уменьшается очень значительно. Заряд, накопленный на конденсаторе, позволил заполнить просветы между импульсами выпрямленного тока.
Чем больше емкость конденсатора, тем больше и его заряд и, следовательно, тем дольше он сможет поддерживать ток в нагрузке. Если емкость конденсатора достаточно велика, то он не успевает разрядится до нуля за время отрицательного полупериода переменного тока, и поэтому ток в нагрузке не прекратится, а лишь уменьшится. Если бы емкость конденсатора была бесконечно велика, то конденсатор вообще не успевал бы разрядиться и напряжение на нагрузке оставалось постоянным. Поэтому на практике всегда стремятся сколь возможно увеличить емкость конденсатора фильтра.
Дальнейшее улучшение сглаживающих свойств фильтра достигается путем введения в него дросселя L – катушки со стальным сердечником, обладающей большой индуктивностью, и второго конденсатора C2. Дроссель обладает свойством препятствовать нарастанию и убыванию тока в цепи и поэтому способствует сглаживанию пульсаций выпрямленного тока. Назначение второго конденсатора С2 такое же, как и первого С1. В результате действия такого фильтра на нагрузке получается постоянное напряжение практически лишенное пульсации. В фильтрах недорогих аппаратов, потребляющий небольшой ток, вместо дросселя иногда применяют сопротивления.
Как же будут в таких условиях работать кенотроны?
Пусть в некоторый начальный момент напряжение на конце обмотки Н1, а следовательно, и на аноде кенотрона Л1 положительно. Кенотрон Л1 будет пропускать ток, который пройдет по сопротивлению нагрузки R и создаст на нем падение напряжения, полярность которого показана на схеме. На аноде второго кенотрона в это время будет минус, и ток в его цепи не возникает.
В следующий полупериод картина изменится. Положительное напряжение появится на аноде лампы Л2. Ток через лампу Л1 прекратится, он потечет уже через лампу Л2. Но направление тока в нагрузке от этого не изменится. Как в первой, так и во второй половине периода ток будет «выходить» из одного из концов обмотки, проходить через тот или иной кенотрон и «возвращаться» через нагрузку в середину обмотки. Ток в нагрузке в течении обеих половин периода будет одинакового направления.
Такая схема выпрямления называется двухполупериодной в отличие от первой, рассмотренной нами, которую называют однополупериодной.
На схеме, которую мы только что рассматривали, показаны два диода – два одинаковых кенотрона. Нельзя ли упростить устройство и заменить две лампы одной?
Сделать это можно. Из схемы видно, что катоды обеих ламп соединяются вместе, значит, у этих ламп может быть один общий катод. Аноды у ламп должны быть отдельные, потому что они присоединены к двум различным точкам обмотки трансформатора. Следовательно, можно сделать лампу, у которой будет один катод и два анода, одна лампа заменит два отдельных анода.
Большинство кенотронов имеет два анода, почему их и называют двуханодными кенотронами. Такие кенотроны широко использовались в отечественных радиоприемниках. Наиболее были распространены кенотроны 5Ц4С, 6Ц5С, 6Ц4П. Но выпускались и одноанодные кенотроны. Например, в телевизорах для выпрямления очень высокого напряжения применялись одноанодные кенотроны 1Ц1С или 1Ц11П.
