Токоизправители с умножител на напрежение
Сред различните схеми на токоизправителни устройства специална група се състои от вериги, в които посредством подходящото свързване на токоизправителни елементи и кондензатори се извършва не само корекция, но в същото време умножаването на коригираното напрежение.
Предимството на такива вериги е възможността за изграждане на високо напрежение без трансформатори и токоизправители с трансформатори, само за захранване на отоплителните вериги на кенотроните. Липсата на повишаваща намотка в силовия трансформатор значително улеснява неговото производство и подобрява работата на токоизправителя. Недостатъците на тези вериги включват относително силната зависимост на изправеното напрежение от тока в товара и относителната трудност при получаване на големи мощности.
Изправителните вериги с умножение на напрежението са най-широко използвани в рентгеновото оборудване. В радиотехническата практика те се използват главно за захранване на оборудване с ниска мощност, което консумира не повече от 50-70 mA при напрежение около 200 V. Въпреки това и тук обхватът на тяхното приложение може да бъде значително разширен чрез изграждане, например, съгласно схема с утрояване или четворно увеличаване на напрежението, достатъчно мощни безтрансформаторни токоизправители. Изправители от този вид с напрежение на променлив ток 110, 127 или 220 V позволяват да се получи постоянно напрежение от 300-400 V при ток до 100-150 mA, което осигурява захранване на анодните вериги на приемници, нискочестотни усилватели със средна мощност.
Характеристика на работата на токоизправителите с умножение на напрежението е използването на свойствата на кондензаторите да акумулират и съхраняват електрическа енергия за известно време. Когато токоизправителят работи от конвенционална 50-периодна мрежа с променлив ток, времето, през което кондензаторът трябва да поддържа заряда си, не надвишава 0,02 сек. Колкото по-голям е капацитетът (включен в схемата на кондензаторите, толкова по-голямо е количеството електрическа енергия, която те съхраняват, и толкова по-голямо е изправеното напрежение при едно и също натоварване. Следователно в такива токоизправители е най-удобно да се използват електролитни кондензатори, които, имащи малки размери, имат значителен капацитет!.
Редица практически изправителни вериги с умножение на напрежението са описани по-долу и за повечето от тях са дадени характеристиките на натоварване, взети при различни мощности на кондензаторите за съхранение. Такива характеристики позволяват сравнително пълно преценяване на възможните области на приложение на определена верига, както и избиране на токоизправителна верига за дадения изправен ток, изправено напрежение и захранващо напрежение и определяне на основните данни на неговите части.
СХЕМИ НА ИЗПРАВИТЕЛИ С УМНОЖЕНИЕ НА НАПРЕЖЕНИЕ
Вериги за удвояване на напрежението. Токоизправителните вериги с удвояване на напрежението, които са най-широко използвани в радиолюбителската практика, са показани на фиг. един.
Фиг. 1. Схематични диаграми на токоизправители за удвояване на напрежението.
а - изправителна верига с пълна вълна; b - полувълнова токоизправителна верига.
За да бъде възможно пълно сравнение и оценка на предимствата и недостатъците на двете схеми, на фиг. 2 показва характеристиките им на натоварване. Характеристиките са взети при различен капацитет на кондензатори C1 и C2. Изправителите са използвали селенови колони B1 и B2, всяка сглобена от 13 шайби с диаметър 45 mm. Захранващото напрежение се поддържа на 120 V. За да се ограничи пусковият ток, който поради капацитивния характер на товара може да достигне значителни стойности, последователно към силовата верига беше свързано съпротивление R, равно на 20 ома. Това създаде по-благоприятни условия за работата на токоизправителите.
Фиг. 2. Характеристики на натоварване на токоизправители с удвояване на напрежението (взети с захранващо напрежение 120 V).
а - характеристики на изправител с пълна вълна; b - характеристики на полувълнов токоизправител.
Сравнявайки характеристиките на натоварване на двата токоизправителя, взети при едни и същи стойности на капацитета на кондензаторите C1 и C2, може да се види, че за изправителна верига с пълна вълна те лежат значително по-високо, отколкото за полувълнова верига. Следователно, изправеното напрежение върху товара при същия ток се оказва голямо за първата схема (фиг. 1, а), отколкото за втората (фиг. 1, б).
Горните характеристики също позволяват да се прецени реалното работно напрежение, при което кондензаторите на веригата работят.
Поради факта, че честотата на пулсациите с пълновълново коригиране е два пъти по-висока, отколкото при полувълновото коригиране, за първата верига (фиг. 1, а) допълнителното филтриране на изправеното напрежение е значително улеснено и в допълнение коефициентът на пулсации, показващ каква част от изправеното напрежение на изходния токоизправител е амплитудата на променливия компонент на това напрежение) за същия товар и същите стойности на капацитета на кондензаторите C1 и C2 се оказва малко по-малък. Така например, при съпротивление на натоварване от 2000 ома и капацитет на кондензатори C1 и C2 от 48 μF всеки, коефициентът на пулсации за първата верига е 6.5%, а за втората - 7.6% (въпреки факта, че в първа верига общият капацитет на изходния токоизправител е наполовина по-малък от втория).
Трябва също така да се отбележи, че работните напрежения в кондензаторите в първата верига са еднакви и равни на половината от изправеното напрежение, тоест те не надвишават 150 V (освен ако токоизправителят не работи без товар), докато във втората верига, само кондензатор C1 a работи под това напрежение кондензатор C2 е с пълно изправено напрежение и следователно трябва да бъде номинално за работно напрежение от поне 300 V.
Когато токоизправителите работят с удвояване на напрежението без товар, т.е. на празен ход, изправеното напрежение е приблизително равно на удвоената пикова стойност на мрежовото напрежение и следователно може да надвишава 350 V (ако ефективното мрежово напрежение е 127 V). Това увеличаване на напрежението може да доведе до повреда на кондензатори, селенови шайби или изолация между нажежаемата жичка и катода в кенотроните. Следователно, ако според техническите условия токоизправителят трябва да работи без товар или при много високо съпротивление, тогава използваните в него части трябва да бъдат проектирани за подходящото работно напрежение. Последното условие се отнася и за диаграмите, дадени в следващите раздели на брошурата.