Электронные выпрямители

ЭЛЕКТРОННЫЕ ВЫПРЯМИТЕЛИ МАЛОЙ МОЩНОСТИ ФИЛЬТРЫ

Электронные выпрямителиЭлектронная двухэлектродная лампа — диод — представляет собой металлический, керамический или стеклянный баллон с двумя металлическими электродами — анодом и катодом К (рис. 13-1).

В баллоне создан вакуум, не обладающий проводимостью. Необходимые для электропроводимости лампы электроны получаются от катода при нагревании его до высокой температуры (700—2 400° С) при пропускании по нему тока от батареи накала или от трансформатора накала.

Для того чтобы покинуть металлический катод, свободные электроны, находящиеся в поверхностном слое его, должны преодолеть силы, действующие на них со стороны положительных ионов металла, т. е. электроны должны совершить некоторую работу, называемую работой выходаW0. Эта работа равна произведению заряда электрона е0 и потенциала выхода φ т. е.

Wе0φ

Рис. 13-1. Устройство и условное обозначение двухэлектродной электронной, лампы.

Величина φ постоянна для каждого металла, следовательно, постоянна для каждого металла и работа выхода W0.

Эта работа измеряется в электронвольтах (эв) и составляет обычно 1—6 эв.

При нормальной температуре кинетическая энергия свободных электронов катода недостаточна для того, чтобы покинуть катод. При повышении температуры катода скорости движения свободных электронов возрастают, часть их приобретает кинетическую энергию mυ2/2, достаточную для совершения работы выхода W0, и они покидают катод. Процесс выхода электронов из нагретого металла носит название термоэлектронной эмиссии.

Вольт-амперная характеристика диода

Часто применяются вольфрамовые катоды, покрытые для снижения рабочей температуры и увеличения эмиссии тонкой пленкой окислов металлов — кальция, стронция, бария, имеющих меньший потенциал выхода, чем вольфрам.

Рис. 13-2. Вольт-амперная характеристика диода.

Соединив катод лампы с отрицательным зажимом, а анод — с положительным зажимом источника питания, т. е. подведя к лампе напряжение иа, называемое анодным, между электродами лампы получим электрическое поле, под действием которого электроны будут перемещаться от катода к аноду, образуя ток iа, называемый анодным. Направление этого тока, как и в проводниках, противоположно направлению движения электронов.

Выпрямление переменного тока электронной лампой

На электроны, расположенные вблизи катода, кроме сил поля, созданного анодным напряжением, действуют силы обратного направления, созданные электронами, находящимися ближе к аноду. Вследствие этого электроны вблизи катода тормозятся, скапливаются, создавая объемный отрицательный заряд, который противодействует вылету электронов из катода и движению их к аноду.

Рис. 13-3. Выпрямление переменного тока электронной лампой.

Увеличение анодного напряжения иa вызывает увеличение анодного тока ia только до определенной величины — токанасыщения (рис. 13-2). При этом все эмиттированные при данной температуре катода электроны достигают анода, следовательно, за каждую единицу времени число электронов, покидающих катод, равно числу электронов, приходящих к аноду.

Однополупериодное выпрямление Однополупериодное выпрямление

Соединив катод лампы с полюсом источника питания, а анод лампы с минусом, получим между электродами электрическое поле, под действием которого электроны, вылетевшие из катода, возвратятся обратно, т. е. ток через лампу проходить не будет. Следовательно, лампа пропускает ток только в одном направлении или, что то же — лампа обладает односторонней проводимостью. Приборы, обладающие таким свойством, называются электрическими вентилями.

Рис. 13-4. Однополупериодное выпрямление.

Двухэлектродные лампы часто используются для выпрямления переменного тока. Лампа, применяемая для выпрямления тока промышленной частоты, называется кенотроном.

Схема однополупериодного выпрямления переменного тока дана на рис. 13-3.

Схема двухполупериодного выпрямления при помощи кенотронов

Один зажим вторичной обмотки трансформатора соединен с анодом лампы, второй зажим той же обмотки через приемник энергии соединен со средней точкой О вторичной обмотки трансформатора накала.

Рис. 13-5. Схема двухполупериодного выпрямления при помощи кенотронов.

Так как лампа обладает односторонней проводимостью, то ток в цепи

А КО + — хаА проходит в течение только того полупериода вторичного напряжения трансформатора иах, в течение которого анод лампы имеет положительный потенциал относительно катода. Следовательно, в цепи приемника в течение периода проходит одна полуволна тока (рис. 13-4, а).

Для уменьшения пульсаций тока параллельно приемнику включают конденсатор С. В этом случае, в течение первой четверти периода, при нарастании от нуля до максимума вторичного напряжения трансформатора происходит зарядка конденсатора. В течение остальной части периода происходит разрядка конденсатора через приемник. Таким образом, ток iп в приемнике будет проходить в течение всего периода (рис. 13-4, б).

Кривые тока при двухполупериодном выпрямлении без фильтра

Рис 13-6. Кривые тока при двухполупериодном выпрямлении без фильтра.

Для уменьшения пульсаций тока применяют также реактивную катушку (дроссель), включая ее последовательно с приемником энергии. При нарастании тока в магнитном поле катушки запасается энергия. При уменьшении тока э. д. с. самоиндукции поддерживает ток того же направления.

При необходимости получить ток с наименьшими пульсациями применяют сглаживающий фильтр, состоящий из катушки и конденсатора или из катушки и двух конденсаторов (рис. 13-5). В схеме двухполупериодного выпрямления двумя кенотронами (рис, 13-5), которые можно заменить одним кенотроном с двумя анодами аноды соединены с зажимами вторичной обмотки трансформатора, средняя точка которой служит минусом цепи. Плюсом цепи является средняя точка обмотки накала, питающая катоды кенотронов. В течение одного полупериода напряжения иах ток идет до пути аА1, К1, О1фильтру приемник энергии, О, а, т. е. через один кенотрон. В течение второго полупериода — по пути х, А2, К201, фильтр, приемник энергии, О, х, т. е. ток идет через второй кенотрон. Кривая тока iп приемника при двухполупериодном выпрямлении без применения фильтра показана на рис. 13-6. Применение фильтра дает возможность получить в приемнике ток с ничтожными пульсациями.

Схема трехфазного выпрямителя

В трехфазном выпрямителе (рис. 13-7) через каждый кенотрон ток проходит только в течение 1/3 части периода

Рис. 13-7. Схема трехфазного выпрямителя.

(рис. 13-8), так как соединенные между собой катоды кенотронов имеют один потенциал, а ток проходит только через тот кенотрон, анод которого имеет более высокий потенциал (рис. 13-8). Выпрямленный ток трехфазного выпрямителя имеет значительно меньшие пульсации, чем при двухполупериодном выпрямлении переменного тока — это большое преимущество трехфазного выпрямителя.

Для всякого двухполупериодного выпрямителя без фильтра (пренебрегая падением напряжения в нем) выпрямленное напряжение является средним за полупериод значением переменного напряжения.

Кривые напряжений и токов в цепи

Рис. 13-8. Кривые напряжений и токов в цепи на рис. 13-7.

При амплитуде анодного напряжения UM = 1/2Uм.ах(рис.13-5) среднее значение.

Действующее значение выпрямленного напряжения такое же, как у синусоидального:

U = Uм/√2 = 0,707Uм

Таким образом, для двухполупериодного выпрямителя

Uпост/U = Uср/U = 0,637Uм/0,707Uм = 1/1,11= 0,9;

для трехфазного выпрямителя

Uпост/Uфазн = 1,17

где Uфазн — действующее значение фазного напряжения трансформатора (рис. 13-7).

 

Статья на тему Электронные выпрямители