Рудольф Сворень - Шаг за шагом. От детекторного приемника до супергетеродина
Рис. 79. Пустив постоянный и переменный ток в общую цепь, получим в ней пульсирующий ток. Можно решить и обратную задачу — с помощью фильтров разделить пульсирующий ток на постоянную и переменную составляющие.
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 (рис. 79, лист 124).
Простейший фильтр может состоять из конденсаторов Сф и сопротивления Rф, 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 хс было бы во много раз меньше чем Rф (см. стр. 110). 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).
Рис. 80. Сопротивление конденсатора и катушки, включенных в цепь переменного тока, зависит от частоты тока: чем больше частота, тем меньше емкостное сопротивление и больше индуктивное.
Рис. 81. Аналогично при увеличении емкости конденсатора его емкостное сопротивление уменьшается, а при увеличении индуктивности катушки ее индуктивное сопротивление растет.
Так, на высоких частотах малое хс 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 хс 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 xL. Как следует из сказанного выше, индуктивное сопротивление катушки xL 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 xL, так же, как и емкостное сопротивление конденсатора, зависит от частоты, но с увеличением частоты xL растет, в то время как хс 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 Rф (лист 124). Если xL будет намного больше Rф, 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 xL 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 Rф или дросселя Дрф и двух электролитических конденсаторов Сф1 и Сф2 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.
Рис. 82. В фильтре выпрямителя сопротивление Rф или дроссель Дрф не пропускает к нагрузке переменную составляющую пульсирующего тока, а конденсаторы Сф1 и Сф2 замыкают ее накоротко. В результате по нагрузке течет постоянный ток, и на ней действует постоянное напряжение.
Основная часть переменной составляющей пульсирующего тока замыкается через первый, считая от вентиля, конденсатор Сф1, а окончательная фильтрация осуществляется вторым конденсатором Сф2. С точки зрения фильтрации желательно, чтобы сопротивление Rф было как можно больше (3–5 ком). Однако, как правило, Rф 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 (Uф). 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 Rф, тем меньше то напряжение, которое фактически действует на выходе выпрямителя (лист 125).
