/
Текст
ЛЮБИТ i 1 , I с
3 > И ГЛАВА» ЗАК0НИ ЗА ЕЛЕКТРИЧЕСТВОТО И ЕЛЕКТРИЧЕСКН ВЕРИГИ Електрическн и магнитим полета Когато нещо се случи в едиа точка на н'ространството, тъй като иещо друго се е случило в друга точна, при това без видима връэка между причината и ефекта, ние каэвайе, че двете явления са свърлани с поле. Полетата, с конто боравим в радио* техпиката, са електрическн и магнитим, а комбинацмята между тях се нарича електромагиитно иоле. Полето притежава две важни качества — ннтекзитет (сила) и посока. Полето упраж- нява сила върху предмета, попадиал в него, а тази сила представлява потенцналиа (готова за оползотворяване) еиергия, по- ряди което потенциалът на дадеио поле е мярка за неговия интенэнтет. Посоката на полето представлява посоката, н която би се придвижил предметът, върку който полето е упражнило сила. Когато даден обект, иосещ електрическн товар, попадие в електрнческо поле, върху него ще бъде упражнена сила, ксято ще се стреми да го придвижи в посока, опреде- тяща се от посоката иа полето. По същия начин един «агннт. поставен в магнитно поле, ща бъде подложен на въздействнето на сила. Всеки е виждал демонстрации иа магнитно поле с помощта иа джобен магнит, поради което понятията интен- зитет и посокв на дадеио поле не е трудно да се възприемат*. «Статично» е снова поле, което иито се придвижва, нито изменя своя ннтеизитет. Такова поле може да се образува от ста- ционарен електрическн товар (електри- м.ско поле) или от постоянен иагнит (магнитно поле). Ако обаче магнитно- го или електрическото поле се движи в пр^странството иди изменя своя интеи- ччет, движението или нзменението обузда- ем появата на другия тнп поле. Така изме- нящото се електрнческо поле поражда магнитно поле, а измен ящото се магнитно поле създвва електрнческо поле. Това взаимодействие между магнитннте и елек- трическите полета стон в основата на дей- ствието на електромагнита и електродвяга- теля. То обуславя също и действието иа електромагнитните вълни, с конто се пренасят радиосъобщеннята. тъй като тези вълни са просто движещн се полета, в конто енергията се предана от електри ческото в магнитного ноле и обратно. Силови линии Въпреки че все още никой ие може дв каже каквя са съставиите части иа полето, полезно еда се начертав неговата диатрема, която <це ни помогне да онагледнм силите и посоката. в иоято те действуват. Л едено поле може да бъде нзобразено като съставено от сияояи линии или линии иа енергийния поток. Теаи линии са чисто имагинернн и кричите, посредством конто те се изобразяват графически, представля- ват траекторйяте, но конто ще се придви- жн даден обект, върху който действуна силата иа полето Броят на лининте й иапречиия разрез иа даден сектор от по* лето е мерило за интензитета иа полето. В роят на лпнинте в единица площ на по* лето (квадратен сантиметър) се нарича гъстота на потока. Електричество к електрическн ток Всико физичесно тяло е построено от атоми, конто са толкова малки частица, чё не могат да бъдат видеии дори и през иай-мощния микроскоп. Атомът от сноя страна е съставеи от няколко различии вида още по-малки частник. Една от тях е електронът, който по существо. е мелка частица електрнчество. Количеството елек- тричество или елекгприческият товар, пред- старляван от електроиа, е в еыциост най- малкото количество електрнчество, което може да съществува. Ввдът иа.еяентрн- чеството, свъ рвано с електроиа, се нарича отрицатеяно. Един обикйовен атом се състои от цен- тралиа част, наречена ядро, около което циркулират един или новече електроиа подобно иа движението иа -Земята и друг гите плаиети около Слънцето. Ядрото има положителен електрическн товар, който колнчествено е равен иа сумата от отрица- тели ите електрическн товари иа електро- мнте, движещи се около ядрото.
в ЗАКОНИ ЗА ЕЛЕКТРКЧЕСТВОТО И ЕЛЕКТРНЧЕСКИ ВЕРИГИ Важно свойство на тез и два «противо- положия» вида електрнчески товари е, че те силно се привличат един към друг, Аокато електрическите товарн от един и сыци вид взаимно се отблъскват. Ето защо иоложятелно иатовареното ядро и отрица- телю натовареиият електрон се привли- чат взаимно, доиато две ядра или два елек- трон а нзаимме ще се атблъскват. В един нормален атом положнтелиият товар ня идрото е точно балаисиран от отрицателиите товарн на електроните. Во- преки това обаче въэможно е дадев атом да аагубн един от свонте електрони. Когато това се случи, атомы ще има по-малък отрицателен електрнчески товар от нор- малните атоми к в крайна сметка като цяло той ще бъде положително заредей. За такъв атом се казва, че той е йонизиран и а случая той ще предстаалява положителен йон. Ако дадеи втом, квито понякога става, включи в орбитата см един допълиителен електрон. той ще има в повече отрицателен електрнчески товар и затова се иарича отрицателен Дон. Един положителен Йон ще привлече към себе си всеки електрон, блуждаещ в съседство с него, включителио и допълнителння електрон, който евея- туално бн се намирал в орбитата на съсе- дем отрицателен Йен. По този начин става въэможно прядвижвамето на електроните от атом към атом; Движеяието на Йони или електрони представлива електрнчески ток, Амплатудата на тока (иеговата мнтен- Зивност нлн големииа) се определи от коли- чество™ електрнчески товарн, представ- лнаащи натрупване на електрони или йонн от един и същи вид. което преминава нрез дааеяз точка на веригата. ТъЙ като товары на едим единствен електрон или йри е к реЙно малък, бройката, необходима, ва да се образува трупа от тях, която да се придвкжи и да формира и най-малкия електрнчески ток, е изключителио голяма. Проводники и иэалаторя Атомите на ияиои материал и, предимно метали в ивееляик, отдвват лесио по един електрон, докат» аммите на други мате- риал и се разделят трудно с конто и да е от техяите електрони Даже к когато елек- трическата сила е изключителио голяма. Материалите, при конто електроните или Йоните могат Да се п рндвнжат отиосителио лесно, се маричат яроводници, докато теэи, при конто такова движение е невъЗ- можио, се иарвчат непроВоднмм или изо. латорн. Следващмят сяжък поиаэва как се дласнфнцярат някоя от обикновенкте материала: Проводница метали въглерод кисел нии Ияолатори сух въздух стькло дърво г ума порцелаи смола текстил Електроденжещб ианрежемНе Електрическата сила или потенциалы (нарнчана електродвижещо напрежение в съкратеио е. д. и.), която прнчниява про- тичането на електрическия ток, може да се получи по няколко начина. ВъздеЙ- ствието на някои химически рйзтвори вър- ху разноролн * гялни структура води до получаването на е, д. н Такава система зв получаване на е. д. н. се нарича елеМент, а от трупа такива елементм се формира електрнческа батерия. Количеством елек- тричество, което такива елемеити могат да отдадат. е ограничено и в пронес а на пораждането на електрическия ток еди- ният от мегалите се разяжда и изчезва. Количеством електрнческа енергия. което може да се получи от една батерия. следо- вателно е твърде малко. Когато е необхо- димо по-голямо количество енергня, тя обнкновено се доставя от електрнчески генератор, който създава е. д. и. посред- ством взаимно действие иа магимтни н механичии снли. Постоянен и ироменлив ток При изобразяване иа електрическия ток естествено се стига до представата за една постоянна сила, която Заставя електроните Да се движет. Под действием яа тази сила електроните се движат в едиа и съща по- сбка по връзкнте, съставенм от проводнн- ци и образу ващи яепрекъсиата верига. Такъв ток се иарича постоянен ток. Този вид електрнчество се получава от батериите и от някои генератор н. Въэможно е со.цо така да се създана е. д._ н„ което периодично се промеия. При този вид е д. и. е^фктрическнят ток протича най-напред в едната посока иа вермгата, а след това — в обратиата. Такова е. д я. се нарича променлмво, а токът се нарича ироменлив той. Циклич- нмте промени на посоката на електрическия ток могат да бъдат от порядъка на няколко в секунда до няколко бил иона в секунда. Две смени на посоката иа електрнчески и ток образуват един инкъл. В такъв един цикъл е. д. и. действува и ай-иа пред в едната посока, след това в обратна, след което отново възстановява първоначална- та си посока, за да зрпочне новнят инкъл. Б роят на циклите в една секунда се иарича честота на променлиния ток. Раэли ката между постояиния и промен- инвик ток е показана иа фнг. 1-1. В теэи
Блектрическй й магнитим аодега Фиг. 1-1 — Три вида протичащ ток: А — постоянен ток; В — пулсыращ постояня ток; С — променлиа ток графики по хорнзонталната ос се измерва времето, което се увелнчава надясно от вертнкалната ос. Вертнкалната ос пред- ставлява скалата за силата на тока, като посоките кагоре и надолу от хоризонтал- иата ос са посохи на на ряст ване на тока,. Ако криватэ е над хоризонталиата ос, това означава, че токът във веригата про- тича в посоката, означавана със Знака «+». Ако кривата е под хоризонталиата ос, токът протмча в противополсжиата посока на веригата, означаваяй със знака «—>. На фиг. 1-1А се вижпа, че ако ние затворим токовата верига в момента, отбе- лязан с Л, с което се създавят условия за Протнчаие иа електрически ток. той вед- нага достига максималната си стойност, обозначена с височината А. При това положение токът продължава да протнча с едиа и сына сила независимо от продължи- телността иа времето. Такъв ток се иарича обнкновен постоянен ток. На фиг. 1-1В токът започва да тече в момента X с амплитуда А, тече със еъщата амплитуда до момента ¥, след което ввд- нага спира. След интервал YZ токът започва наново Дя протнча със сыднта ам- плитуда и продължителност, като този прсцеС може да се повтаря многократно. Този график изобразява пулсиращ иостоя- неи ток, който може да се получи в резул- тат на периодично включваие и изключва- ке на веригата. Той е обаче постоянен (по посока, бел. ред.), тъй като посоката му не се промеия, а на графика амплитуда* та му е винаги в 4- облает на коордннатна* та система, т. е. — иад хоризонталиата ос. Х*- На фиг. I-1C токът започва от нула, увелнчава с времето своята стойност, докато достнгне максималио значение (ам- плитуда) Ai, след което спада постепенно до иула, като през цялото време тече в + посока. В този момент, означен с X, токът започва да протнча в обратна по- сока, което се илюстрира с това, че следва- шата част на графика е под абсцисната ос. Успоредно с времето амплнтудата на про- тнчащия н обратна посока ток се увелнча- ва до достигането на амплнтудата А*, след това постепенно намалява, за да достигне яулевата точка, означена с У, и тук отново сменя посоката си. Това е променлив ток. Форма на тока Промеилявнят ток. показан на фиг. 1-1С, е известен като синусоидален ток» тъй като кривата, показваща измеиеиията му във функция от времето, има синусои- дална форма. Не венчки токове обаче се изменят по такъв плавен начин в не всичкн положителни и отрицателни половики са еднак- ви по големина и форма. Такива сложим токо- ве могат да представляват сума от два или повече еннусокдални токове, чиито честоти са Точно пълни (цяло число), кратки на никоя по-ниска честота. Най- ниската честота се нарнча основиа, а по-внеоките и произволиите честоти се иарнчат хармоничми. Фигура 1-2 покайба как едиа осиовна и епна втора хармопнчиа (два пъти по-висо- ка от основната) могат да се слеят и да образуват ток снс сложна форма. Чрез измен яйе на относителиите амплнтуди на двете хармонични, квкто и на иремето, в което те премннават през иулёвата св стойност, само с едка осиовиа и едиа втора кармон ична могат да се получат неогра- ничен брой различии по форма сложим токове. Още по-сложии по форма токове могат да се получат, ако се използуват повече кармоннчни честоти. Умиожаване иа честотата, т. е. генери- ране иа хармоничиа от втора, трете й по- висока степей, се получава, когато сину- соидален ток с осиовната честота премине през нелинейно устройство. В изиривенмя изходен сигнал се съдържат основната в хармоиичиите честоти. Дадена хармоиична може да бъде отделена с помощта на на- строени кръгове. Типични нелинейин устройства, изполэувани за умиожаване
10 ЗАКОН» ЗА ЕЛЕКТРМЧЕСТВОТО И ЕЛЕКТРИЧЕСКИ ВЕРИГИ Фиг. 1-2 — Ток със сложна форма. Су- мираието на моментните стойкости на основната (горе) н втората хармонична (в средата) дава резултантната сложна форма, показана долу. Когато двете съ- ставни в ладен момент имат един н същн поляритет, резултантната представ л ява обикновен сбор от двете. Когато те имат противоположен поляритет, резултантна- та представл ява разликата между двете. Ако компонентата с отрицателен поляритет е по-голямата от двете, резултантната е също отринателна на честотата, предстанляват изпрачите- лите и всички видове усилватели, конто изкривяват пропускании през тях сигнал. Електрически едииици Единипата за електродвнжещо йяпре- женне (е. д. и.) се нарнча волт (V). Един елемеит на батерийката за джобио фенерче дава е. д. н. от порндъка иа около 1,5 V. Електродвижещото напрежевие, изпол- зунано за домашни нуждн и осветление, е иай-често 220 V, промеилнво, с честота 50 херца (Hz). Големината на електрическия ток се измерва в амперн (А). Еднн ампер ток е еквивалеитен на преминаването на много билиони електропи през дадена точка на електрнческата вернга за едиа секунда. Йзползуваните в раднолюбителската апа- ратура постоянни токове обикновено не са голем и и затова иай-често се нзмерват в милиамперн (mA). Един милиампер е равен на едва хилядна от ампера. Едни ♦лостояипотоков ампер» е единица за измерване на постоянен ток, докато «промеиливотоиовият ампер» е единица за измерваие на ток, коЙто периодично се измеия по големина и посока. За да се приравият двете едипнци към една обща основа, е прнето един променлнвотокоа ампер да се дефинира като ток, койю имв идентичен топлинеи ефект _на тозй. полу- чаващ се в резултат на протнча нето иа еднн ампер постоянен ток. Засннусоид- ния промен л ив ток та? и ефентчма стой* ноет е равна иа максималната (или пнкова* та) стойност (Л1 или А. на фиг. 1-1С), умножена с 0,707. Моментната стойност е стойнсстта на тока или напреженнето в даден конкретен момент на цмкъла. Ако всички моментнн стойиоств на една енну- соидна вълна се усреднят за един полу- период, получевата цифра представлява средната стойност на тона. Тя е равна на 0,636 пъти максималната стойност. Честота и дължина на вълната Честотен спеутър Честотите, намираши се в пределите от около 15 до 15 000 цикъла в секунда (хер- ца или Hz), се варичат звуковн честоти, тъй като вибрациите на въздушните ча- стицн, конто нашите уши възпрнемат като звукове, се получават в този спектър. Токове със звукови честотн се нзползуват за задействунане на високоговорителите, конто от своя страна създават звуковите вълни. Честотите над 15 000 Hz се иаричат радиочестоти, тъй като се използуват в радиолредаваиията. За целите на радиото се използуват честотите до и над 10 000 000 000 Hz. В спектъра на радно- честотите е по-удобно да се използуват едниици, по-големи от херца. Две от тях, конто иай-често се използуват, са кило- херц, който е равен на 1000 херца и се изписна съкратено като kHz, и мегахерц, който е равен на 1 000 000 херца, или 1000 килохерца, и се изписва съкратено като MHz. Различите радиочестоти се класифи- цират по обхвати. Това класифнцнраие, дадено по-долу, обхвата честотнми свек- тър на радиовълните, използувани нена- стоящем за целите на радиото. Честота Класификация Сокращение (честоти) 10 до 30 kHz много ниски vlf 30 до 300 kHz ниски If 300 до 3000 kHz междинни mf 3 до 30 MHz високи hf 30 до 800 MHz много високи vbf 300 до 3000 MHz ултравиажи uhl 3000 до 30000 MHz свръхвнсоки shr
1> Същкиикдеше Дължииа иа вълната Радиовълните се разпространяват а про* стрдиството със скоростта на светлината, т. е. с 300 000 000 метра к секунда. Те могат да се създават чрез протмчаието иа високочестотеи ток през дадеи кръг, тъй като бързб променящинт се ток предиз- виква сбразуването ня магнитно поле, което се изменя по същия начин, а проме- мящото се магнитно поле на свой ред пред- иэвнква образуването иа електрнческо поле. Така съэдадените две полета сепри- двнжват навън в п ростра нството около язточннка със скоростта па светлнната. Да предположим, че един ВЧ тон е с честота 3 000 000 Hz. Времето, което е необходимо да се мзвърши един пълен цм къл на полето.ще бъде равно на доэдqqqот секуидата. В същия период от време обра- зу валите се полета, т. е. вълната, ще се придвнжат на разстоянне, равно на 300 000 000/3 000 000 метра, т. е. иа 100 метра. През това ареме, докато вълната е изминала това разстоянне. е започиал следващият цнкъл к се е породила нова вълна. С другн думм, първата вълна е покрила разстоянне 100 ш пред и появата на следващата вълна. втората е покрила същото разстоянне пРеда пояката иа третата нт. и. Това разстоянне се иарича дължииа на ълната. Кол кото по-дълго е нремето за извършва- ието на един пълен цнкъл, толкова пр- ииска е честотата, толкова по-дълго е разстоянието. заемаио от одна вълна, » следователио толкова по-голяма е дължи- на та на вълната. Зависимостта между дължината на вълната и честотата се из- разява с формулата . 300000 Г~ ’ където X е дължината на вълната в пк / — честотата н kHz, . 300 нлн * “ f * където X е дължината на вълната в ш; f — честотата в MHz. Пример. Дълживатв на аълвата, отговаряща- на честота 3650 kHz, е | СЪ ПРОТИВЛЕНИЕ Когато през два проводника с едианви размер и и форма, но направени от раз- личии матер нал и под влияние на прило- жено™ е. д. н. тече ток, ще видим, че той варира в зависнмост от така иареченото съпротивление на материала, от който са направени проводи идите. При постоянна стойнссг на е. д. н. протичащият ток е толкова по-гол ям, колкого по-малко е съпротивлениеТо на проводника. Съпротивлението се нзмерва в омоне (Я). Едиа верига има съпротнвленне, равно иа 1D, когато под влияние на приложено е. д. й. от 1 V през веригата протнча ток 1 А. Специфичного съпротнвлеиые на даден материал, изразеио в Я, е съпротив- лението на куб със страна 1 ст, иЗработеи от същия материал. Един от иай-добрите проводниди е медта и много често за удоб- ство при изчнсляване на съпротивлението иа даден материал то се сравнява със съ- противлението на меден проводник със същите размерн н форма. Табл. 1-1 дава представа за относителиото съпротивление на някон прояоднини спрямо медта. Колкото по-дълъг е пътят, който трябва да измиие протичащият ток през даден проводниц толкова по-гол я мо е неговото Таблица 1-1 Относмтелмо съпротнвлетше иа металите Материал Сопротивление а сравнение с това на медта АлуминиЙ L6 Месинг 3.7—4,9 Кадмий 4,4 Хром 1,8 Мед (студено изтеглеяа) 1,03 Мед (горсшо нзтеглена) 1.00 Злато 1,4 Желязо (чисто) 6,68 Олово 12,8 Никел 6,1 Фоефорен бронз 2,8—5,4 Сребро 0.J4 Стомана 7,6—12,7 Калай 6,7 Цинк 3,4 съпротивление. За постояниия той н за нискочестотните промен л иви токове (до няколко хилиди херца) съпротнвлепието е- обратно пропорпионялно на иапречното-
ЗАКОНИ ЗА ЕЛЕКТРИЧЕСТВОТО И ЕЛЕКТРНЧЕСКИ ВЕРИГИ сечение иа пътя, през който премииавя Тояът. Това означава, че ако имаме два проводника с една и съща дължина, напра- веии от един и същн материал, но с раз- лично напречно сечение, по-малко съпро- тивление ще има този проводник, конто «ма по-голнмо напречно сечение. Сопротивление на жични проводниц» Проблемата, как да определим съпротив- лението на жични проводници с кръгло сечен не с определен диаметър и дължина или обратного — да намерим подходяща- та дебелина и дължина на проводника, за ;да получим определено съпротиаление, може да се разреши много лесно с помощта на таблица та за медните жични пр свод- ниц и, която е дадена в едиа от следващите глави. В таз и таблица са дадени давни за съпротнвленнето в омове при определена дължина на вснчки стандартни по размеры жични проводници. Когато се касае за проводник, който не с меден, даденото в таблицата сопротивле- ние трябва да се умножи с коефицнента за съответння вид метал, даден в табл. 1-1. Влияние иа темиературата Съпротнвлениетв на даден проводник се измени с изменеинето на неговата тем- пература. Въпреки че в любителската практика твърде рядко се налага да Се взема под внимание температурата, когато се изчнслява дадено съпротивление, тряб- ва да се знае, че съпротивлението иа почтя всичкн метални проводники се повишава с поввшаването на температурата им. При въглеиа обаче влиянието е обратно — ке- тового съпротивление намалява, когато температурата му се покачва. Влиянието иа температурата е много важно, когато се изнсква при вснчки условия да се нод- държа едн^ постоянно съпротивление. В Такива случаи за тазн цел се използуват специален материал и, чнетр съпротивле- ние не се измени или се измени в малки границ и при различии температуря. Резистори Елемент с определена стайност на съ- противлелието. ©формой като самостоя- тгелиа част, се нарича резистор. Резистори с едка и съща стой ноет на съпротивление- то могат да бъдат твърде различии по голе- мина к конструкция. Протичането на ток ирез проводник с определено съпротнвле- лие прнчннява загряване иа последняя. Т1рн това колкого по-голямо е съпротивле- нието и колкого по-голям е токът, който «гротича, толкова по-голнмо е количеството еоплина, което се отдели. Ето защо ре- Видове резистори, използувани в ррдиоапа- ратурите. На преден план с жични краища са графитнн с мощиост от 1/1Ш(крайиото вля- во) до 2 \¥(крайното вдясно). При по-големите резистори се използува съпротивителеи про- реводник, навит на керамична тръба; пока- заните раз мери варират от 5 до 100 W. Трите от тях са регулируеми, като иагла- сяаането на съпротнвленнето се извършвв с помощта на плъзгащ се контакт върху определена част иа съпротивителнвя про- водник зистсрите. предназнячеии за по-голям ток, трябва да бъдат с по-големи размери, за да се оенгури бързо излъчване във въздуха на отделящата се топлийа. Ако резисторът не може бързо да се освободи от натрупва- щата j се топлина, температурата му може да се повчшн до такава стелен, че да причини иеговото стопяване или изга- рине. Поиърхностеи ефект (скнн-ефект) Съпротивлението иа проводниците не е едно и също за променливия и постояииия ток. Когато през проводника протича про- менлив ,ток, в него се пораждат специфич- ни вътрешни нвлення, конто принуждават тока да протича предимяо по повърхност- та иа проводника Това иамалява ефектив- ното напречно сечение иа проводника, в резултат на което се увеличава неговото съпротивление. докато при ниските звукови чесТоТй увеличаването иа съпротнвленнето е ие- съществено, при радиочестотите тЪзи по- върхностеи ефект е толкова енлно йзразен, че на практика целнят ток протича през една незначителна част от сечениёто на проводника. По тази причина радио- честотното съпротивление е многократно по-голямо от съпротнвлеиието прн по- стоянная ток и се увеличава с увеличава- нето иа честотата. В областта на радио- честотите един проводник, направен от тънка тръба, ше има такова съпротнвлв-
£ъяротнвлеиие . I» рне, каквото н един нлътен проводник със ръщия диаметър, тъй като през материала, който не е на повърхността, практически не протнча ток. Проводимост Реципрочиата стойност на съпротивле- нието, т. е. 1/7?, се нарича проводимост. Тя обмкновено се бел еж и със символа G. Верига, която има гол яма проводимост, има мал ко съпротивленне и обратно. В областта на радиото терминът проводи- мост се използува главно във връзка с характеристнките на радиолампите. Еди- ннната за проводимост е сименс (S). Со- противление един ом нма проводимост еднн сименс, а съпротивленне 1000 И има проводимост 0,001 S и т. н. Една единица, язползувана место в характеристнките на лампнте, е pS. или една милмонна от S. Това е проводимостта при съпротивле- мие 1 МЙ. Закон иа Ом Най-простата форма на електричесиа вернга са една батеркя и одно съпротнвле- нне. свързанн така, както е показано със символ н на фиг. 1-3. Затворен ата електри- ческа верига трябва да оснгурява непре- къснат токов път, така че токът, изтичащ от батерията, да преминава през свързання във вернгата уред (консуматор) н да се влнва отново в батерията. Веригата е разкъсаиа или отворена, когато в някон точка връэката е нарушена. Изключвател (комутатор) се нарича уредът, с чнято помещ се прекъева нли въэстановява връэквта в дадена верига, а ©ттам — и спирането или протнча нет о иа електри- ческия ток във веригата. СтоЙностнте иа тока, напрежеиието и съпротивленнето в дадена вернга са за- висима една от друга. Взаимната нм връз- ка е известна като закон на Ом. Той може да бъде формулиран така: токът, протичащ ирез дадена вернга, е право пропорциона- лен иа приложеното електродвижещо на- прежение и обратно пропорционален на съпротивленнето. Изразен като уравне- ние, той изглежда така: ,. . Е (волтове) I (ампери) • ' r * R (омове) Горното уравнение дава стойността на тока, когато са известии напрежеиието н «= Батврия И! Фиг. 1-3 — Проста ве- рига, съставена от ба- терия и резистор съ и р отнял ей кета. -Това уравнение меже да бъде преобразунаио така, че да дав» въэможност да ее иамира всяка една от трите величин и, когато. остаиалите две са известии: : E~IR, което означава, че действуващото напре- жепие е равно иа тока, изразен в ампери, умножен по еъпротивлението, изразено » омове, и R“T’ което означава, че съпротнвлението въа. веригата е равно на напрежеиието, разде- лено на тока. И трите форми на това уравнение се използуват почти постоянно в електро- и радиотехниката. Трябва да припомним обаче, че дименсиите на единиците, конто се използуват в у равней вето, са волт, о» и ежлер; когато се налага да се рабств о други едвнипн, те трябва лредварително да се трансформират. Така например, ако интересуиащнят ни ток е а милиампе- рн, стойността му трябва да се въведе .в» у равней нет© трансформ нрана и части 6г ампера. Табл. 1-2 локаэва каксе трансформират единиците и техните производин, използу- вани най-често в пр акт», ката. Префиксы*, поставен пред иаимеиованието на основ- ната единица, показва естеството иа ио- вообразуваната единица. Тези префикс» са: микро — адна милионна (съкратено р); мяли — една хилядна (съкратено т); кило — хил яда (съкратено к); мега — м илион (съкратено М). Например един микроволт е равен нв> една мнлнониа част от волта, а един мега- ом е равен на 1 000 000 ома. Следователно в един волт има 1 000 000 микроволта, а > един ом има 0,000001 мегаома. Следващите яяколко примера покаагат как. ив. практика се прилага эаконът на Ом. Токът, протичащ при съпротипление 20 000 Q, а 1БЯ* mA. Какао е напрежеиието? Тъй като • случая е неизвестно напрежеиието, ще нэполЗу- ваме уравнение™ E^i.R. Пре ди това обаче токът трябва да бъде трансформируя от мялиам- перм в ампери От .табл. 1-2 се нижда, че милн- амперита се превмкдат а ампери, като гн разде- лим на 1000. Следователно уравяеныето ще бъде- £“йию xMae“3000v‘ Кстати иапртженнето 160 V е прилежено към. верига, а нея протича ток 2,5 А. Какво е съпре- тивленнего на веригата? Тъй като в- случая не известно еъпротивлевнего. ще използуване урам- веннет»
14 ЗАКОНИ ЗА ЕЛЕКТРИЧЕСТВОТО И ЕЛЕКТРИЧЕСКН ВЕРИГИ Т а блица 1-2 Коефвирияти за прецрыцанв на единица Изменение от Превръща се във: Разделено на: Умножено със: Единици Микроединицн Милиединици Килоединици Мегаединици 1000 1000000 1000000 1000 Микроеднннци Милиединици Единици 1000 1000000 Милиединици Микроединици Единици 1000 1000 Килоединици Единици Мегаединвди 1000 1000 Мегаединвди Единици 1000000 Килоединици 1000 В случая не се налага трансформнране на едн- -яяците, тъй като задание?© те са даденн яъа -волтове и амперк. Какъв ток ще протече при съпротивяеане 6000 Q и напрежение 2S0 V? Тъй като е неизвестен токът. щ* наползуване уравнение?© . А.Д50 А ' Я 6000 "0,°б ' В "случая израаяаенето не тока е по-удобяо да стане в мнлкампери: 0.05Ах 1000—60m А. Серлйнн и паралелни съпротивления В практнката твърде малко действуващн електрическн вериги са така прости по устройство, както тази, която бе млюстри- .раиа^ в предшествуващата част. Обикно- яеио_съпротивленмята са свързани в тях Източник Лоые&А' на е.ан. телке -Фнг.г1-4 — Резистори, свързани последо- •вателио (в серия) и успоредмо (и паралел) по най-различи и начиии. Двата осиовин начина на евързване иа съпротивления са показан» на фиг. 1-4. Б горната схема токът протяча от източннка иа е. д. н. в посока- та, показана със стрел ките — през пър- вото съпротивление (Rj), след това през второго (Ri) и обратно в токоизточиика. Съпротивленията са свързани иоследоаа- телно (в серин). Навсякъде във веригата токът нма една и съща стойиост. В долната схема токът протича до обща- га точка на евързаане иа горните кранща на двата резистора, след което се раздел» на две, като част от него протича през Ri, а друга част — през Rf. В долната точка на евързване на двата резистора двата потока се събират и в останалата част на схемата протича същият ток. който е протичал до гориата точка на евързване на двата резистора. В този случай двата резистора са саързани в парвлел (успо- редно). Резистори и серия Когато в една верига са налице няколко резистора, свързани в серия, общото съ- противление на веригата ще бъде равно на сумата от отделимте съпротивления. Ако те са обозначен и като Ri, R*, R3, R*. . . и т. н., тогава R (сумарно) =Rl+R1+ +R3+R4- • . като точките озиачават, че могат да се добавят толкова съпротнвле- ния, колкого са необходим». Пример. Да предположим, че 3 резистора с* евъраанн в серия към маточнике иа е. д. н. тека, както е показано на фиг. 1-6. Напрежението е 260 V. Ri е 6000 В , R4 е 20 000 Q. a R, е 0000 О. Общото съпротивление на веригата ще бъде R R, + R» + R. — 6000 + 20 000 + 6000 — 33 000 Q. Токът, протячдщ през веригата, ще бъде
Съ^опшленне 16 -=*«011 ; Фиг. 1-5—Пример за свързване ha ре- зисте рн в сер ня. Из- числяването на общо- то съпротивление е дадено в текста lj^5=O,OOTST A-7.S’m*. В практическнте начисления обнкковеяо ие е необходима по-голяыа точност от тазн, начислена до третия знак, тьй като н точяосгта на намери* телните уреди рядке е по-добра от.ияколко про* пента. Пал на напрежеиието Законът ня Ом е приложим както за вернгата като цяло, така и за всяка ней ня отделка част. Въпреки че в примера, из- ползуваи по-горе, токът е един м същ и през трите съпротивления. общего ка- преженне се разделя между тях. Напреже- нвето върху всяко едко съпротивление или падът на напрежеиието може да бъде намерен с помощта на закона на Ом. Припер. Ако напрежеиието върху Rt (фиг. I-S) означим е Е», това върху R4 — с Еа и това върху R> — с Es, тогааа: Е,—I.Rt-.O.00757X6000 — 37.fi V: Е,—I.R,-0.00767 X 20 000— 16 1.4 V; E»—1.R,—0.007Б7 X 0000—00,6 V. Приложено™ напрежение трябва да бъде равно на сумата от отделяйте падове на иапрежение: E=E1+Et+E>«37,94-151,4+60,6e249,9 V Отговорът би могъл да бъде още по- точен, ако токът бе пресметнат с повече знаки след десеткчната точка, но как-то беше обяснено по*горе, много внсока сте- пей на точност не е необходима. При задачи като тази значително врем< и трудности могат да се спестнт, когато токът е достатъчио малък, за да бъде изра- зен в милнампери и вместо в омове съпро- тнвленнето се нэрази в килооми. Когато съпротивлението, нзразено в килооми, бъде заместено директно в закона иа Ом, токът ще бъде в милнампери, ако електродвиже- щото напрежение е нзразено във волтове. Резистори наралел При схема с паралелно свързване иа резисторите общего сопротивление е по- малко от стойността на най-малкото съ- противление, участвуващо в схемата. Това е така, аащото общият ток е аинаги по- голям от тока, протичащ през всекн отде-. лен резистор. Формулата за наммраяе н* общего съпротивление прн паралелно свър- зване на резистори е R ___________________ ± Lj_ 1 . 1 Ri R> Ra R< където точките отиово показват, че по този начин могат да бъдат комбинирани произволен брой резистори. Когато се касае само за два резистора, евързани в паралел (един много често срещан слу- чаи), формулата за начисление на общото съпротивление е R = Ri-Ra R, + R. * Пример. Ако резистор 600 Q в евързам успоредно е резистор 1200 Q, общото съпротивление ще бъде равно на о _ R«R« » 500 X 1200 б^ппо R»+Ri 600Ti230 iivu ы’ За решаване иа практически задачи оче- видно по-лесно ще бъде да се използуват други методи за изчисляване на общото съпротивление, откол кото сложи ите пре* смятания на рекипрочните стойкости. Нека предположим, че трите резистора от пре- дишннн пример са евързани успоредно, така както е показано иа фиг. 1-6. Към тях е приложено същото напрежение от 250 V. Токът, протичащ през всяко съпротивле- ние, може да бъде намерен с помощта на закона на Ом, така както е показано по* долу, като обозначим, че lj ще бъде токът, протйчащ през резистора R 1( 1g — токът, протичащ през Rg, и Is — токът, протичащ през R,. Р За удобство съпротивлението ще нэрази м в килооми, така че токът ще бъде в милнампери: -* Е 250 mA. Общият ток ще бъде 1 —В0-4-12,64- 4-31,26 —93.75 mA. Общото съпротивление на трите резистора тогааа ще^бъде R=«-р-^°^-2.66 kA (=>2650 О). Фиг. 1-6 — Пример за свързване иа ре- зистор и в паралел. Изчисляването иа общо- то съпротивление е дадеио в текста
16 ЗАКОНИ ЗА ЕЛЕКТРИЧЕСТВОТО И ЕЛЕКТРИЧЕСКИ ВЕРИГИ Фиг. 1-7 — Пример за снесено свързяане на резистори. Еквивадентната вернга е дадена вдясно, а изчисляването — в текста Резисторн в серия н паралел (смесеио свързване) В една действителна схема може да има резистори, свързанн както в паралел. така и в серин. За да илюстрнраме това, ине ше иэползуваме наново същите три резистора, но сега вече свързанн така, както е показано на фнг. 1*7. Методът за иэчисляване на съпротнвленнето в схема като тази, показана на фнг. 1-7, е следннят. Прнемаме, че резисторите R8 н Ra, конто са свързанн успоредно, представляват едно съпротивленне. Намерете еквнвалентната км стойност. При това положение намере- ното общо съпротивленне на двата пара- дел но свързанн резистора ще представ л явв съпротивленне, свързано в серия с Rt, така както е показано в дясната част на фиг. I -7. Пример за пресмятане е даден по- долу. Използувайкн същнте прининпн и като оставаме в граннната на практически въз- ожните решения, можем да намерим стойност за резистора R», прн която ще получим желан пад на напреженне върху R, илн зададен тон през резистора RP Изч ис лен ня та се нзвършват с помощта на елементарна алгебра. Пример. Пържо трябва да намерим еквмвалеятне- то съпротивленне не ревистпрчте Ra и RB От фор* мулата ва изчмсляване на съпротивленнето два резистора. свързанн в паралел: И — К* ‘ — 80 * В — -60- — 6,71 kfl. R “20 + 8 28 0,11 Тогавв общего съпрстиялеиие а схемата ще бъде R - R. + R<ia - 6 + 6,71 - 10,71 kQ. Токът ще бъде: . Е 250 №10,71 -=23,3 mA. Падовете ва папрежение върху R. ж Кекв ща бъдет Е, —I .й, —23,3x6—117 V « Е, — 1. R, — 23,8 X 6,71 — 183 ▼» което е с достатъчна точност. Приложеисто ва- арежевке от 260V трябва Да се има вред вид жрв иресмятанкята, тъй като суыата от педовете ни напрежеиието трябва да бъде равна на прндожа- ното такова. И тъ8 каров случая Е, се явява върху R, я Я»: «в 8 където 1, е токът. протнчащ прея резистора R„ а 1. е токът. лротичащ през резистора ка. Общнят ток е 23.2В mA, което а с «кмцмалма ряз- анка равно на протнчащмя през цялатн схема ток от 23.3 щА. f Мощноет и енергия Мощността — оценката на иэнършвана- та работа — е равна на напрежеиието, умножено по нротичащия ток. Едннниата за елент.ричесна мощност се нарича ват н тн е равна ва един волт, умножен по един ампер. Его защо математического израз аа мощноет е Р~Е1, където Р е мощността във ватове (W); Е — електродвижещото напреже- ине (V); 7 — протнчащнят ток (А). Най-често нзиолзуваните подразделе- ния на вата са мнлпват — една хнлпдна от вата, и жиловат, равняващ се на хил яда вата. Пример. одного напреженне на една предава- теляе рнднолвмпа е 2000 V.a янпдният ток е 3W mA. (Предн да се замести във формуляга, токът трябва да се преаърке в ампери. т. е. той е 0,35 А.) Тогава Е — Е/—2000 X (ДО —700 W. При замеетване на Е н 1 в закона на' Ом • техните еквнвалентнн изрази могат да се получат следннте формул и за нзчисля ване на мощноет; P = /«R Тези формули са полезни за изчнсляваие на мощността. когато са взвестнн съпротив- леннето в напреженнето илн съпротивле- ннето и нротнчащнят ток. Пример. Какаа ще бъде мощността, раэвиввия в един резкетор <ОМГО » ако върху него е прмложе о ывпреженме 200 V? От формулята Акв предположим, ча през един резистор 300 О ротмиа тем 20 mA: А_ jaR— (9,021’ X 300 — 0,0004 X 300 — 0,12 W.
Съпротивление 17 Забележете, че токът бете превърнат в амперы, пре ди да бъде за места» във фор мулата. Електрическата мощност в дадено съ- протнвленне се превръща в топлнна. Кол- кото е по-голяма мощността, толкова по- бързо започва да се отдели топлнна. Ре- знсторите за радиоапаратуркте се произ- в еж дат в различии размеры, като най- малкнят е начислен да разсейва (или да нздържа безопасно) около — от вата. Най- големите резистори» използуванн в радно- любнтелските апаратурн, разсейват около 100 W. Обобщена дефиниция за съяротивление Електрическата мощност не вннаги се превръща в топлина. Мощността в един работещ електродвигател например се пре- връща в механично движение. Мощността, въвеждана в раднопредавателите, се пре- връща до голям а степей в радновълни. Мощността, приложена към един внсомого- ворител, се превръща в звук он н вълнн. Във венчик случаи от тозн род обаче мощ- ността се разходва нзцяло н не може да се възстановн. Също така за правнлното фун- кцией нране на дадено устройство е необ- ходимо мощността да се подава при спа- зване на определено съотношенне между напреженнето и тока. Тезн две неща пред- ставляват характеристика на съпротивле- ннето, поради което може да се каже, че всяко устройство, което разсейва мощност, нма определено съпротивление. Тазн фор- мулировка за съпротивление като нещо, което абсорбнра мощност прн определено съотношенне на напреженнето спрямо то- ка, е много полезна, тъй като позволява прн необходнмост товарът или частта от устройството, консумнраща мощност. да се замества с едно обнкновено съпротивле- нке и с това значнтелно да се опростяват начисленнята. Разбнра се, всяко електрн- ческо устройство нма свое собствено съ- протнвленне в теення смнсъл на думата, поради което част от мощността, която е приложена към него, се разсейва в това съпротивление и се превръща в топлнна даже и в случайте, когато по-голямата част от мощността се превръща в друга форма. Коефнцнент на полезно действие (к. и. д.) В такнва устройства като електродвн- гателите н радиолам пите целта е да се получи мощност не във вид на топлина, а в друг вид. Следователно в тезн случаи мощността, разходвана за загрнване, се счита за загуба, тъй като не е полезна мощност. ЕсЬектнвността на дадеио у стр ой- 2 Наръчник на радиолюбителе ство, нзразяваща се с т. нар. коефнцнент на полезно действие, се определя от отно- шеннето между полезната изходна мощ- ност (в преобразуваната форма) н входна- та мощност на устройството. Така например в един лампов раднопредавател целта е да превърнем мощността, подавана от един постояннотоков нзточннк. в променлнвото- кова мощност с определена радночестота. Съотношеннето между внсокочестотната мощяост на нзхода и входната постоянното- кова мощност представлява к. п. д. на раднолампата. Той се нзразява с форму лата където П е коефнциентът на полезно дей- ствие; Р9 — нзходната мощност; Р/ — входната мощност. Пример. Ако постовннотоковата входиа мощное* на една лампа е 100 W, а нзходната высокочастот- на мощност е 60 W, к. п. д. ще бъде 60 100 М. К. п. д. обнкновено се изразява в процеитн, т. а. какъв процент от подадената входи а мощное» ще се получи като полезна изходна мощност. В горный пример к. п. д. е 60%. Енергня В наш ня бит ежемесечните сметки, кон- то получаваме за употребення ток, пред- ставляват стойността на продадената ин електрическа енергня, а не на електрн- ческата мощност. Това, за което в същност ине заплащаме, е работата, която електрн- чгството е из въ pin ил о вместо нас, но не и за интснзнвността, с която тя е нзвършена. Електрическата работа е равна на мощ- ността, умножена по времето. Най-често използунаната единица за нзмерване е ватчас, което означава, че мощност от един ват е нзползувана в продълженне на един час, т. е. W = PT, където W е енергня във ватчасове; Р — мощността във ватове: Т — времето в часове. Други нзмервателнн единици за енер- гнята са киловатчас и ватсекунда. Техните наименования сами обясняват същността нм. Измернтелните единици за енергня се използуват рядко в раднолюбителската практика. Не трябва обаче да се забравя.
18 ЗАКОНИ ЗА ЕЛЕКТРИЧЕСТВОТО И ЕЛЕКТРНЧЕСКИ ВЕРИГИ че малка мощност, консумнрана продъл- жнтелно време, може да нн «поднесе» чрез инкасатора достатьчно голяма сметка, точ- но толкова голяма, колкото ако бихме ползували много голяма мощност за кратко време. Капацитет Да предположим, че две плоски металнн плочи са поставени близко една до друга (но без да се on крат) и са евързани с бате- рия през ключ, така както е показано на фиг. 1-8. В момента, когато ключътсеза- творк, електрони ще започнат да се прн- вличат от горната плоча към положител- ния полюс на батернята, а същият брой електрони ще се отблъснат от отрицател- ння полюс на батерията към долната плоча. В този момент в системата се двнжн достатьчно количество електрони в посо- ка към едната плоча нлн от другата плоча, така че между тях се поддържа е. д. и., еднакво с това иа батерията. Ако разеднним ключа, след като плочите са се натоварнли, горната плоча ще остане с недоимък на електрони, а долната ще нма такива в излншък. Две- те плочи остават натоваренн независимо от факта, че връзката км с батернята е прекъсната. Ако обаче докоснем с про- водник одновременно двете плочи (т. е. да направим между тях късо съедннение), язлншннте електрони от долната плоча ще се придвнжат по този проводник към гор- ната плоча, с което ще се възстанови не- утралното нм електрическо състояние, т. е. двете плочи ще се разтоварят от електрн- ческите си заряди. случая двете металнн плочн пред- ставливат един електричеекк конденза- тор. Кондензаторът притежава свойството да - съхранява електричество (в същност енергнята се съхранява в електрическото поле * между двете плочи). В периода, когато в системата се двнжат електроните, т. е. по времето, когато кондензаторът се зарежда и разрежда, в системата протича известен ток, въпреки че веригата е ₽пре- късната» от межднната между плочите. Все пак токът протича само по време на Фиг. 1-8 — Прост кондензатор Таблица 1-3 Дислектрични констаити и пробивни напре- жеиия Материал Диелек- трична констан- та* Пробивно напрежение IVJ** Въздух 1.0 Алсимаг 196 5.7 240 Бакелит 4.4—5.4 300 Бакелит със слюда 4.7 325— 375 Целулозен ацетат 3.3—3.9 250— 600 Фнбър 5—7,5 150— 180 Формика 4.6—4,9 450 Стъкло— прозрачно 7.5-8 200— 250 Стъкло Пирекс 4.8 335 Слюда червена 5.4 3800—5600 Микалекс 7.4 250 Хартия 3.0 200 Плексиглас 2.8 990 Полиетнлен 2.3 1200 Полнстирен 2,6 500— 700 Порцелан 5.1—5,9 40— 100 Кварц фнкенран 3.8 1000 Стеатит с малки за- губи 5.8 150— 315 Тефлон 2,1 1000-2000 * При 1 MHz. ** При дебелина на изоляционная слой 0,025 mm. зареждането на кондензатора, а това време обикновено е съвсем кратко. През конден- затора не може да протича постоянен ток, докато променливнят ток, ако честотата му е достатьчно висока, може лесно да пре- мнне през него. Товарът или колнчеството електриче- ство, което може да се вмести в един кон- дензатор, е пропорционално на приложе- но™ напрежение и на капацитета на кон- дензатора. Колкото е по-голяма площта на плочите на кондензатора и колкото по- малко е разстоянието между тях, толкова по-голям е и неговнят капацнтет. Капацн- тетът зависн също така и от характера на мзолационнкя материал между плочите иа кондензатора Най-малък е капацнтетьт, когато изолацията е въздух; нзползува- нето на други изолацнонни матер нал и води до неколкократно повншаване на капацитета. Съотношеннето между’ капа- цитета на един и същи кондензатор, когато нзолаторът между плочите му е въздух и когато е друг изолацнонен материал, се нарича диелектрична константа на този изолационен материал. Самият материал се нарича диеяектрик. Днелектрнчните константн на някон най-често употреби-
Капацитет 19 Фнг. 1-9 — Многоплочков кондензатор. Плочките през една са свързани заедно вани матерналн в качеството на ди- електрнци в кондензаторите са даденн в таблица 1-3. Оттам се вижда, че ако вместо нъздух за диелектрнк на даден конденза- тор се използува например полнстнрен, капаципетът на тозн кондензатор ще се увеличн 2.6 пътн. Единици Основната единица за нзмерване на капацитет е фарадът, но тя е твърде голя- ма за практнческата работа. Капаците- тьт обикновено се измерва в микрофаради {съкратено p,F) или пикофаради (pF). Микрофарадът представлява една мнлнонна част от фарада, а пикофарадът (по-рано нарнчан микромнкрофарад) е една мнлнон- на част от микрофарада. Почти винагн кондецзаторите нмат повече от две плочн, като различайте плочн са свързани по- между си и образуват две секции, така както е показано иа фиг. 1-9. Това дава възможност да се постигне значителен ка- пацитет прн малък обем на кондезатора, тъй като няколко плочкн с по-малък раз- мер се скачват така, че се получава капа- цитет, който да е равен на тозн, получа- ван прн кондензатор с две плочн, по- връхнината на конто е равна на сборния размер на малките плочн. Нещо повече, прн пакетнрането нм вснчкн плочкн, с нзключенне на двете крайни, създават до- пълнителен капацитет със съседните сн плочкн (от двете страаи), в резултат на което ефектнвното увелнчаване на капа- цитета е двойно. Формулата за нзчнслява- не на капацитета е С = 0,009-^— (л - 1), където С е капацитетът, pF; К — днелектричната константа на днелектрнка; А — площта иа едната повърхност иа една плоча, mm2; d — разстояннето между повърх- ност ите на отделните плочн, mm; л — броят на плочите. Ако плочките в едната трупа не са с една- иъв размер с плочките от другата трупа, в начисленнето се използува площта на по- малкнте плочки. Кондензаторн в раднотехниката Тнповете кондензаторн. нзползуванн в раднотехниката, се разлнчават зчачителио по физическнте сн размерн, конструкцията н капацитета сн. Никои представителнн типове от тях са показана на снимката, поместена по-долу. В променливите кон- дензатори, прн конто за днслектрик най- често служи въздухът, едната секция от плочкн е подвижна по отношение на дру- гата секция и по такъв начни може да се измени капапнтетът. Постоя н ните конден- заторн представляват блок с неизменяем капацитет, който също може да бъде на- правен от металнн пластннн с въздушен диелектрнк, но най-често се нзпълняват като плочкн от тънко фолко с тънък твърд нлн течен диелектрнк между плочките, като по тозн начин се постнга относително голям капацитет прн малък размер на Постоянин н променлнвн кондензаторн. Го- лемнят вляво е прэменлнв кондензатор за ви- сокочестотно крайно стъпало (предавателен тип) Вдясно от него са показами други про- менлнвн кондензаторн с въздушен диелек- трнк н различии размерн, като се започне от мнннатюрните въздушнн трнмери до средне- мошннят кондензатор за крайно стъпало, показан в центъра — горе. Капсуловани- те кондензаторн на горния ред са за токо- изправителнн фнлтрн, като цнлнндричният е електролитен, а правоъгълннят е конден- затор с книжна изолация. На преден план са различии видове слюденн, керамнчнк н кондензаторн с книжен диелектрнк
20 ЗАКОНИ ЗА ЕЛЕКТРИЧЕСТВОТО И ЕЛЕКТРНЧЕСКИ ВЕРИГИ кондензатора. Използуваните твърдн дв- електринн са най-често слюда, хартня илн спецналнн керамики. Пример за течен днелектрик е мннералното масло. В елек- тролнтните кондензаторн се нзползуват плочкн от алумнниево фолно, между конто има полутечно провеждащо хнмическо съе- динеине; действуващнят днелектрик при тях е много тънък фнлм от изолацнонен материал, който се формнра върху повърх- ността на еднння комплект плочи в резул- тат на електрохимична реакция на прило- жения постоянен ток. В сравнение с кон- дензаторите, при конто се нзползува друг днелектрик, при електролитните конден- заторн се получава от единица площ на плочите значително по-голям капацитет, тъй като слоят на образуващня се прн тях днелектрик е много по-тънък - от въэможно най-тънкня твърд днелектрик. Електролитните и запълиените с мнне- рално масло кондензаторн се използуват във фнлтрите на токоизправителнте н в ннско- честотните уснлвателн. Слюдените н кера- мнчните кондензаторн се нзползуват в целня честотен спектър от звукови често- ’н до няколкостотнн мегахерца. Пробнвно напрежение Koi ат о към плочите на един конден- затор се приложи внсоко напрежение, върху електроните н ядрата на днелектрн- ка се упражнява значителна сила. Тъй като днелектрнкът представ л я ва нзолатор, от неговнте атомн не могат да се отделят елек- трони, така както това става прн провод- ниците. Въпрекн това обаче, ако прилсже- ната сила е достатьчно голяма, в днелек- трнка може да настъпн пробив; обикно- вено това е точковиден пробив, който може да се овъглн (при твърднте днелек- трицн) н да създаде токопроводнм уча- стью Пробнвното напрежение завися от вида н дебелнната на днелектрнка н за някон матернали е дадено в табл. 1-3. Между пробивного напрежение н дебелн- ната на днелектрнка няма право пропор- цнонална эавнснмост; ето защо удвоява- нето на дебелнната на днелектрнка не водн до удвояване на пробнвното напреже- нне. Ако днелектрнкът е въздух нлн ня- какъв друг газ, пробнвът се внжда като прескачаща искра нлн волтова дъга между плочнте. Прн нзключване на напреже- ннето обаче тезн явления изчезват н кон- дензаторът е отново годен за работа. При по-ннскн напреження пробив се получава по-често прн назъбенн н с остри краища овърхности, откол кото прн заобленн н поли- рани повърхностн на пластнните. Ето защо прн кондензаторн с въздушен днелектрик пробивного напрежение на кондензатора може да се увелнчи, ако се загладят ръбо- вете на металните пластннн. Порадн това, че за да се увеличн про- бнвното напрежение на даден кондензатор се увеличава дебелнната на днелектрнка, а това в'одн до намаляване на капацитета му прн постоянен размер на плочите, кондензаторите с голямо пробнвно напре- женне трябва да имат по-голяма повърх- ност от ннсковолтовите. такнва прн един н същи капацитет. Високоволтовнте н с голям капацитет кондензаторн нмат голе- мн размер и. Кондензаторн в серия и в паралел Термнннте «паралелно» н «сернйно» свър- зване, прилагавн по отношение на конден- заторите, нмат същото значение, както при съпротнвленнята. Когато даден брой кондензаторк са евързани в паралел, така иакто е показано на фнг. 1-10, об- щият капацитет на групата е равен на сбора от отделяйте капацитетн на евърза- ните кондензаторн, нлн С (общ) = Ci + Са + Са + С4... Ако обаче два нлн повече кондензатор» са евързанн последователно (в серия}, така както е показано на вторкя чертеж, общнят капацитет е по-малък от най-мал- кия капацитет, участвуващ в групата. Праввлото за намнране на общин капа- цитет на сернйно евързанн кондензаторн е същото, което се нзползува при намнране на общото съпротнвление при паралелно евързани резнсторн. Това означава, че Паралелно г~ Изтпочник на в.б.н. t____ ЛослеВо- Вателно Фнг. 1-10 — Кондензаторн в паралел и я серия
Самоиндукция 21 а само за два кондензатора, свързанн в серия: С С 'С (общ) = ' При пресмятаннята през цялото време трябва да се използуват еднн и същн едн- ниин аа нзмерване, т. е. всички капаци- тетн трябва да бъдат изразенн в мнкро- фарадн или в пнкофарадн, но не и смесе- но. Кондензаторите се свързват в паралел, за да се получи по-голям капацитет от този, който има отделинят кондензатор. Най-голямото напреженне, което може да се приложи безопасно при трупа кон- дензаторн, свързанн паралелно, е най- н иск от о работно напреженне на даден кондензатор, участвуващ в групата. Когато кондензаторите са свързанн в серия, прнложеното напреженне се раз- пределя между тях н се получава почти същото положение, както прн серийно свързанн резнсторн, т. е. получава се пад «а напреженнето върху всеки еднн от тях. Трябва да се нма пред вид обаче, че напреженнето, което пада върху всекн кондензатор, участвуващ в групата се- рийно свързани кондензатор и, е обратно вропорцнонално на неговня капацитет, сравнен с капацитета на цялата трупа- Ярижер. Конденаатори с капацитет респ. 1, 2 в 4 цР са свъраани в серия, така както е показано иа фиг. I-11. Общнят капацитет ще бъде равен на Фиг. Ы1 — Един пример за свързване иа кондензатори в серия- Изчнслнването на общня капацитет е дадено в текста Напреженнето върху всекн конденаатор • про- порциона л но на общня капацитет, разделен на капацнтета на кондензатора, за който се интере- су ааме. Така например напреженнето върху Cg ще бъде Е,--р‘ КИОО-1Н2 V. Аналогично напреженнето върху С, в С, 1ще бъде Eg «=—^х 2000 «671 Vs Е, = !^ х 2000 = 286 V. Сборът от нвпреженията върху отделните кондев- автори е почти равен на 2000, т. е. толкова, код- кото е прнложеното напреженне. Често пътн кондензаторите са свързанн в серия, за да се осигурн възможност като трупа да нздържат на по-ввсоко напреже- ние (за сметка на намаляване на общня ка- пай нтет), откол кото бн нздържал всекн кондензатор, взет пост дел но. Както бе показано обаче в предншння пример, при- ложеното иапрежение не се разделя по равнн части върху всекн кондензатор (освен когато капав итетите нм са еднакви), порадн което в такива случаи трябва да се вннмава да не се превншава работното напреженне на всекн кондензатор, уча- ствуващ в групата. САМОИНДУКЦИЯ С много прнмерн може да се покаже, че нротнчането на електрически ток през даден проводник е.прндружено от Магнит- ки явления. Така например, ако прибли- жнм компас в блнзост до проводник, ще видим, че при протичането на ток стрел- ката на компаса се отклонява от нормал- ното сн положение север — юг. С apvrn ду’мн, протичащият ток създава магнитно поле Преобразтването на енергня в магнит- но поле представлява работа, нЗвършвана от нзточннка на е. д. и. За да се извърши работа, е необходима мощност и тъй като мощността е равна на тока, умножен по напреженнето, трябва да съществува пад на напрежеиието във веригата за времето, когато енергията е бнла натрупваиа в полето. Този «пад» на напреженне (който няма нищо общо с пада, получаващ се в активнитг сопротивления във веригата) е резултат от въздействнето на обратно напреженне, «индуктнрано» във вернгатв през времето, когато полето се нзменя, за да достигне свонта к рай и а стойност. Щом полето престане да се взменн, нндуктнра- ыото е.д.н. или обратного е. д. н. нзчезвж.
22 ЗАКОНЫ ЗА ЕЛЕКТРИЧЕСТВОТО И ЕЛЕКТРИЧЕСКИ ВЕРИГИ яонеже по-нататъшното'’ натрупване на енергня е преустановено. Тъй като нндуктираното е. д. н. протнво- действува на е. д. н. на нзточннка, то действу ва възпиращо н предпазва от бързото нарастване на тока прн затваряне на веригата. Ам плиту дата на нндуктнра- ното е. д. н. е пропорцнонална на степен- та на измененнята на тока н на една кон- станта, характерна за веригата, нарн- чаща се индуктивност на веригата Индуктивността зависи от физическите характеристики на проводника. Ако про- води икът е под формата на бобина напри- мер, неговата нндуктнвнсст се повишава. Една бобина с повече навнвкн ще има по- голяма нндуктнвност, отколкото друга, която е с по-малко навнвкн, въпреки че н двете могат да са с едиакви размерн. Също така, ако бобнната е навита върху желязна сърцевина, нейната нндуктнвност ще бъде по-голяма от тазн на бобина без магнитна сърцевнна. Поляритетът на нндуктираното е. д. н. е такъв, че то вина г н протнводействува на каквото н да е изменение на тока, про- тнчащ през веригата. Това означава, че когато във веригата протичащият ток се увеличава, се нзвършва работа срещу ин- дуктнраното е. д. н. чрез натрупване на енергня в магнитного поле. Ако токът за- почне да намалява, натрупаната енергня Бобинн за токонзправнтелн н за радиочесто- тн. Двете бобин и с желязна сърцевнна—влн во, са дроселнзатоконзправителнифилтрн. В центъра горе са настрсйваемн боб инн с «въздушна сърцевкна»,конто се използуват в предавателнн веригк. Бобнните с кръсто- сана плетка, показан и вляво и отпред, са внгикочестотнк дроселн. Останалите са тиничнн бобнн и, нзползуванн във внсоко- честотните настроени кръгове, като тезн с по-големи размерн се използуват главно в предавателите. В нашата литература се използува термины е. д. н. на самоиндукцията» (бел. ред.). в магнитного поле се връща във веригата н се прибавя към енергията, доставяна от нзточннка на електродвнжещо напре- женне. Това създава условия да се поддър- жа протичането на ток даже ако прило- женото е. д. н. е намалялонлие изключено нзпяло. Еднницата за нзмерване на нндуктнв- ността се нарнча хенри (Н). Стойностите на нндуктивиостите, нзползуванн в радио- апаратурите, варират в широки граннцн. Индуктивности от порядъка на няколко хенрн се използуват в токоизправител- ннте групн (вж. главата «Токоизправи- телн»). За да се получат индуктивности с тгкнва голем и стойностн, е необходимо бобнните да надат голям брой навивки и да са навита върху желязна сърцевнна В сферата на радночестотите и по-специално в областта на по-ниските честоти индук- тивностите, конто се използуват. се измер- ват в мылихенри (mH), т- е в хилядни от един хенри. докато в областта насредните н високите честотн изпопвуваните индук- тивности се измерват в микрохенри (pH), т. е. в милноннн от един хенри. Вгпреки че бобнните за радночестотите могат да бъдат навивани върху специалнн железни сърцевнни (обикновеното желязо е непод- ходяще), повечето от високочестотните бобнни, изготвянн и използувани от рално- любителите, са навитн върху «въздушна сърцевина», т. е. навивките са навити н закрепени върху нзолацноннн опори от немагнитен материал. Всекн проводник нма своя нндуитнв- ност даже н когато не е навит под формата на бобина. Индуктивността на една къса н права жнца е малка, но тя трябва да се нма пред вид, ако протичащият през нея ток измени интензитета си достатъчно бър- зо, за да създава забележимо нндуктирано нап режен не. Такъв случай имаме напри- мер, когато по проводник с дължииа само няколко сантиметра протича ток с честотв 100 MHz и нагоре. При значително по- малкн честоти обаче индуктивността на един такъв проводник може да се игнорира, защото нндуктираното напреженне е твър- де инско. Изчнслкване на индуктивността Приблнзителната нндуктнвност на една еднослойна бобина с въздушна кзолация може да бъде начислена по следната опро- стена формула: - . Г2. п2 L®*Н) — 4ЬО+ 100* ’ където L е индуктивността, |тН; D — диаметърьт на бобнната, ст;
Самоиндукция 23 Фнг 1-12 — Разме- рите, конто влизат във формулата ъа из- числяване нндуктив- ността на една боби- на. Днаметърът на проводника не севзе- ма под внимание Ь — дължнната на бсбнната, ст; п — брей на навнвките. Допълнителните об ясней ия са даден и в текста към фиг. 1-12. Тази формула е валидна с най-голямо приближение за бобин я с дължина, равна нлн по-голяма от 0,4 D. Пример. Нека вземем бобина, която има 48 на- вивки, навитн с гъстота 12,5 нав/cm, а днаметърът на бобниата е 2 сгп. При това положение: £)=2; 5=48:12,5=3,84; п=48. Като заместим във формулата. получаваые г2*. 48" *• “ 45.2+1И. ЗЛ4 “ 19,5 иН’ За нзчнеляване броя иа навнвките на една еднослсйна бобина прн зададена стой- ност на нндуктивността се нзползува фор- мулата л/Н45В+ 1006) " =--------D Пример. Да предположим, че задядената впдук- тивнлет е 10 ЦН. Тялото. въпху което ще се на- вила бобинатя, е с диаметър 25 mm. а дължнната му позволява да се на вне бобина с дължина 30 mm. При тези даини Г=2,5: 5=3; £=10. Заместваме във формулата и получаваме стъпка 3 навнвки на ст. В отчитаната стой- ност са включенн н двата края на бобината с дължина всекн по 13 mm честотн, ннтерфернращн с телевизнята), тъй като в такива случаи дебелнната на проводника не може да се пренебрегав поради малкня размер на самата бобина. Фнг. 1-13 представлява днаграма на нзме- ренн индуктивности на УКВ бобннн и може да се нзползува като база за проек- тиране на кръгове. От дадените две криви Л е за бобннн, навитн с вътрешен лнаме- тър 13 mm, а крива В е за бобини с вът- решен днаметър 19 mm. И за двете криви размерът на проводника е 02 mm, а стъп- Л® (45.2,5 +- W0.31 м , п =-------5--------= 25,7 иав- За практически цели при залялената-нн- flVKTHBHrcT трябва да се навият 26 навивки. При дължина на бобнната 30 mm това озна- чава 43:30=16 нав/cm, Една справка с таблицата за проводи ипите показвя. чр за целта можем да изберем прпволник01,1 mm нлн по-тънък. Проводникът се нянина на подходяща основа до начисления брой на- внвкн, след което те се разтеглят до полу- чаването на зададената дължина на бобн- ната. Днаграма на нндуктивността Повечето от формул ите за нзчнеляване на нндуктивността загубват от своята точнсст, когато се пр ил агат по отноше- ние на малки бебннн (каквито се нзползу- ват на УКВ и в иископропусиателннте фнлтрк за намаляване на хармоничните Фнг. 1-14 — Множнтелят, който се нэ- ползува за определяне нндуктивността на бебнните, нзброенн в долиата таблица, при дължина на бобнните до 130 mm
24 ЗАКОНИ ЗА ЕЛЕКТРИЧЕСТВОТО И ЕЛЕКТРИЧЕСКИ ВЕРИГИ Таблица А Диаметър на Навивки!ст Индуктив- бобината ноет [cml [нН] 32 1.6 2.75 2.4 6,3 3.1 11.2 3.9 17.5 6.3 42.5 3.8 1.6 3.9 2.4 8.6 3.1 15.6 3,9 24,5 6,3 63 4.4 1.6 5.2 2.4 11.6 3.1 21 3.9 33 6.3 85 5.1 1.6 6,6 2.4 15 3,1 26.5 3.9 42 6.3 108 6,4 1.6 10.2 2,4 23 3.1 41 3.9 64 8.9 1.6 14 2.4 31.5 3.1 56 3.9 89 ката на навивките е 3,2 навнвкн на 1 ст (това означава, че разстоянието между две съседни навивки, измерено от център до център на проводника, е равно на 3,7 mm). В стойността се включва н нндуктив- иостта на кранщата, като е прнето, че са равнн на макс. 2,5 ст. Днаграмите, показанн на фнг. 1-14 н 1-15, са особено полезни за бързо опреде- ляне на индуктнвността на бобнните, конто се използуват най-често в практнката за кръгове в пределнте от 3 до 30 MHz. Те са с достатъчна точност за практически цели. Прн зададена дължнна на бобнната в сантнметрн кривите показват фактора, с който се извършва умиожаване на стой- ността, на индуктнвността, посочена под кривата за бобнната със сидня диаметър, н брой на навнвките в еднн сантнметър разстояние. Промер. Бобина с днаметър 2,5 ст н дължнна 3,2 ст има 20 навнвкн. При тези даннн бобнната Таблица В Диаметър на Навивки(ст Индуктив- бобината ноет ]ст] [ИН] 1.3 1.6 0,18 (А) 2.4 0.40 3.1 0.72 3,9 1,12 6,3 2.9 12.6 12 1.6 16 0,28 (А) 2.4 0,62 3,1 1,1 3,9 1.7 6,3 4.4 12,6 18 1.9 1.6 0.6 (В) 2.4 1,35 3,1 2.4 3,9 3,8 6.3 9.9 12,6 40 2.5 1.6 1.0 (В) 2.4 2.3 3.1 4.2 3.9 6.6 6,3 16,9 12,6 68 Фиг. 1-15-—Множител, който се нзпол- зу.ва за определяне индуктнвността на бобнните, изб роен н в горната таблица, като функция от дължината на бобнната. Използувайте кривите А за бобнните, отбелязанн с (Л), н кривите В за бобнните, отбелязанн с (В)
Самоиндукция 26 имя 6.4 вавивки на ст и от таблицата под фиг. 1-15 намираме, че еталонната индуктивност за бобина със същита размерн и брой на навнвкн е 16,8 Ц Н. От кривата В виждаме, че факторът (множителят) е 0,35, така че индуктивността ще бъде 16,8 X 0,35 == 5.9 цН. Днаграмите могат също така да се нз- ползуват н за намнране на подходящи раз- мерн на бобнните прн зададена нндуктнв- ност. Пример. Необходима в к е бобина с иидуктивност 12 Н Разполагаме с тяло, дивметърът на което е 2,5 ст и върху него може да се навне бобина с макси мал на дължииа 3.2 ст. От фш. 1-15 аиж- даме, че под крива В факторът-множитсл за боби- НИ с диаметър 2.5 ст и максима л на дължина 3,2 ст е 0,35. Бронт на навнвкнте на сантиметър дължина трябва да бъде намерен по отношение на еталонната индуктивногт 12*0,35 или 34 ц Н. От таблицата под фиг 1-15 <ж виждя, че 6,3 на- вивки на ст (стандартна нндуктивност 16,8 ц. Н) е тнърде мелко. Използувейкн 12,5 навивки на ст и множится 12X68 или 0,177, от кривата В виждаме. че това отговаря на бобина с дължина !,9ст.Или при стъпка на намотката 12,5 навивки на ст върху тялото ще се съберат 24 навивки. Бобини с железни сърцевини Пермеабилнтет Да предположим, че бобнната, показа- на на фнг. 1-16, е навита върху желязна сърцевнна, имаща напречно сеченне 6.5 cin’. Когато през такава бобина протече ток, сърцевнната се преснча от 78 000 снловн линии. Тъй като нейната площ е 6,5 ста, гъстотата на потока снловн лнннн е 12 000 на квадратен ст. Нека сега пред- положим, че желязната сърцевина е изве- дена, че през бобнната протича същнят ток и че измерената гъстота на потока снлоан линии е 15 снловн линии на ст2. Съотношението между гъстотата на снло- вите лнннн в потока прн даден материал, използуеан за сърцевнна на бобнната, н гъстотата на снловнте линии прн същата бобина н същия ток, но без сърцевнна (въздушна намотка) се нарича перме- абилитет на материала. В случая, който използувахме за пример, пермеабилите- тът на желязото ще бъде 12 000:15=800. Това означава, че при равни други усло- вия поставянето на желязна сърцевнна в Въздушна Фиг. 1-16—Типична кон- струкция на бобина с желязна сърцевнна.Мал- ката въздушна межднна предпазва от магнитно насищане на желязото и поддържа индуктив- ността прн големн токове бобнната повншава нейната нндуктнв- иост 800 пътн илн че индуктивността на ладена бобина е пропорцнонална на пре- мннаващнч през нея магнитен поток. Пермеабилитетът на даден магнитен ма- териал вар нра в зависим ост от гъстотата на магнитння поток. При малка гъстота на потока (нлн когато бобнната е с «въздушна сърцевнна») повншаването на тока, про- тнчащ през бобнната. ще предизвнна про- порционално увеличаване на потока, но прн достнгането на много голнма гъстотв на потока по-нататъшното увеличаване на тока не води до забележнмн изменения в потока. Когато това се получи, казваме, че желязната сърцевнна е наев те на, На- енщането преднзвнква бързо намаляване на пермеабилитета, тъй като то намалява съотношението между силовите линии на бобнната със сърцевина н тезн, получава- нн, когато сърцевината е въздух, прн за- пазване на един н същн ток в бобнната. Това показва, че индуктивността на нн- дукторите с желязна сърцевкна завнек в зиачителна степей от тока в бобнната. Прн бобнните с въздушна сърцевнна нндуктвв- ността е независима от протичащня ток, тъй като при въздуха не се получава явле- нието наенщане. Б об нн н с желязна сърцевнна като тазн, показана на фиг. 1-16, се използуват глав- но в токозахранващнте устройства. Пря тях обнкновено през навнвкнте тече и постоянен ток н промените в «ндуктив- ността, дължащи се на промените на про- тнчащня ток, са нежелателнн. Това влия- ние се преодолява, като се поддържа гъсто- тата на магнитння поток под точката на насищане на желязната сърцевнна. На практика това се осъществява, като в же- лязната сърцевнна се оставя малка въз- душна межднна, така както е показано на фкгурата с прекъснатн лннни. Магнитното «съпротивление» на сърцевината, полу- чено в резултат на въздушцата межднна, е много голямо, въпрекн че в сравнение с размерите на самата сърцевнна въздуш- ната межднна е нзвънредно малка, в ре- зултат на което на практика именно въз- душната межднна е тазн, ноято определи гъстотата на магнитння поток. Въздуш- ната межднна намалява индуктивността, но я прави на практика постоянна и неза- висима от стойността на протнчащия през бобнната ток. Вихрови токове н хистерезнс Когато през бобина, навита върху же- лязна сърцевнна, тече промен л нв ток, в сърцевкната ще се нндунтнра е. д. н. и тъй като желязната сърцевнна представ- лява проводник, през ней ще протече
26 ЗАКОНИ ЗА ЕЛЕКТРИЧЕСТВОТО И ЕЛЕКТРИЧЕСКИ ВЕРИГИ ток. Такива токове,’ наричани «вихрови», представляват загуба на мощност, тъй като те протичат, преодолявайки съпротив- лението на желязото и в резултат на това се получава топлина. Загубите, причиня- вани от вихровите токове, могат да се яа- малят чрез ламелиране иа сърцевината, т. е. чрез изготвянето й от отделки тънки листове ламарина. Тези листове или ла- мели се изолират една от друга чрез иа- мазвавето им с някаква изолациоина ма- терия (лак, шеллак и др) Съществува също така и друг вид загу- ба на енергия. Тъй като желязото оказва съпротивленне спрямо всяка промяна на магнитного си състоялие, бързо изменя- щият се ток, какъвто е променливият ток, трябва да разходва постоянно част от енергията си, за да преодолев тази магнит- на «инертност» на желязната сърцевина. Тези загуби се наричат хистерезисии загуби. Вихровите токове и хистерезисни- те загуби в желязото се повишават бързо с повишаването на честотата на променли- вия ток. Поради тазн причина обикнове- иите желез ни сърпевини могат да бъдат нзползувани само при индустриални и звукови честоти, примерно до 15 000 Hz. Даже и тук. за да се осигури добра работа при високите звукови честоти, е необходимо много високо качество на желязото или на стоманата. Железни сърцевини от този тип са напълно неизползуваеми в спектъра на радиочестотите. При работа в този спек- тър загубите в железните сърцевини могат да се намалят до задоволително ниво, ако желязото е под ферма иа железе» прах.смесен и слепен с изолациоина материя по такъв начин, че всички железни частици са изо- лирани една от друга. По този иачин сър- цевините могат да функцией и рат задоволи- телно даже в спектъра на УКВ — напри- мер до 100 MHz. Тъй като гол яма част от магнитните силови линии при такива сър- цевини преминават през немагнитен ма- териал, пермеабилитетът на желязото е малък в сравнение със стойностите, полу- чавани при индустриал ните честоти. Вн- сокочестотните сърцевини са иай-често под формата на цилиидричии втулки, конто се поставят във вътрешността на изол анион- ного тяло, върху което е иавитабо обина- та. Независимо от факта, че при такава конструкция по-голямата част от магнит- иия поток премииава през въздуха, тези сърцевини повишават значително индук- тивнсстта иа бсбииата. С вкарването или изкарването на сърцевината от бобината може да се регулира иейната иидуктив- иост в зиачителии граиици. Фиг. 1-17 — Индуктивности в серия и в паралел Последователно и паралел но свързанн индуктивности Когато две или повече индукционни бо- бини са свързанн последователно (фиг. 1-17, ляво), общата индуктивност е равна на су мата от отдел ните индуктивности при условие обаче, че бобнните са доста- тъчно раздалечени и и кто една от тях не попала в магнитного поле на пякоя дру- га. Изчислеиието се извършва по форму- лата L (обща) = Lj La -J- Lg -f- Ед... Ако индукционните бобини са свързанн в паралел (фиг 2-17, дясно) и са достатъчно разделени една от друга, общата индук- тивност се получава по формулата 1 Когато се касае за две индуктивности в паралел, се използува формулата т — '"ц+й Както се вижда, правилата за изчисляване иа индуктивности, свързанн в серия или в паралел, са същите, както при резисто- рите, при условие обаче, че бобнните са достатъчно раздалечени или разделени така, че да не си влияят взаимно с магнит- иите си полета. Когато това условие не е спазено, формулите, дадени по-горе, ие могат да се използуват. Взаимоиндукция Ако две бобиии се поставят съосно, както е показано на фиг. 1-1₽, токът, про- тичащ през бобина 1, ще предизвика
Самоиндукция 27 Фиг. 1-18 — Взаимоиндукция. Когато се включи ключът S, токът протича през бо- бина / и създава магнитно поле, което от своя страна индуктира о. д. и. в навнвките иа бобина 2 ебразуване на магнитно поле, което ще пресяча намотките на бобина 2. При това положение в бобина 2 ще се ин дун тира е. д. н. пинагм когато силата на поле- те се мен и Индуктира ното е. д. и. е еквивалентно на сзмоиндуктираното е.д.н., но понеже възниква във втората бо- бина вследствие на тока в първата, то отразява взаимодействието между тях и е резултат на взаимоиндукцията между две- те бобин и. Ако целият поток, създаван от едната бобина, пресича всички навивки на другата бобина, взаимоиндукцията до- бива своята максимално възможна стой- иост. Ако само една малка част от магнит- иия поток пресича намотките на другата бобина, взаимоиндукцията е относителио малка. Когато две бобин и имат взаимоин- дукция, казваме, че те са куплирани или индуктивно свързаии. Отношен ието между действителиата взаи- моиндукция и нейната максималио въз- можна стойност, която би могла теорети- чески да бъде постигната между две боби- ни, се нарича коефициент иа връзка между две бобини. Той често се изразява в про- цент. Бобини, при конто е осъществена максимално възможната взаимоиндукция (коефициент 1, или 100%), са силио евър- зани ломежду си, а когато взаимоиндук- пията е относително малка, казваме, че бобините са слабо евързани. Степента иа връзка между бобините зависи от физи- ческого разстояние между тях и от това, как те са разположени едиа спрямо друга. Максимална връзка съществува, когато бобините са съосни и когато са максимално приближени една до друга (например на- вивка върху навивка). Връзката между бо- бините е слаба, когато те са раздалечен» една от друга или са разположени така, че техн ите оси са под прав ъгъл. Възможният максимален коефициент на връзка между две бобин и може да бъде постигнат с най-голямо приближение, ко- гато те са навити върху затворена желязна сърцевина. Максималният коефиЦиент на връзка, който може да се постигне при бо- бини, навити на «въздух», е от порядъка иа 0,6 или 0.7, ако двете бобини са навити една върху друга. Този коефициент е обаче значително по-малък, ако двете бобини са- разделени една от друга. ВРЕМЕКОНСТАНТА Каиаиитет и съпротивление Свързването на източник на е. д. и. към кондензатор води до зареждането иа последний до пълната стойност на електро- движещото напрежение, иато практичесии това става моментално, ако във веригата ияма съпротивление. Ако обаче във вери- гата се съдържа съпротивление, така както е показано на фиг. 1-19А, то ограничава протичането на тока, така че ще се получи забележимо удължаване иа времето, необ- ходимо за зареждане на плочите иа коидеи- затора до пълната стойност иа е. д. и. и а токоизточника. По време иа зареждането токът постепенно намалява спрямо първо- иачалиата си стойност, тъй като увелича- ващото се е. д. н., натрупвано в кондеи- затора, започва да противодействува иа постоянного е. д. н. на токоизточника. Теоретично процесът на зареждане иа кондензатора никсга не завършва, но то кът на зареждане на практика спада до такова ииво, което не може да се из мер и. Времеконстантата на такава верига е про- дължителността на времето, изразено в секунди, за което напрежеиието върху (А) И Фиг. 1-19 — Илюстрираие иа ] време- Констаитата иа едиа /?С-верига
28 ЗАКОНИ ЗА ЕЛЕКТРИЧЕСТВОТО И ЕЛЕКТРИЧЕСКН ВЕРИГИ Фнг. 1-20 — Гориата крива показва как се покачва напреженнето на един кондей- затор, зареждан през съпротивление, а долната крива — как спада напреженнето върху кондеизатора при изпразваието му през същото съпротивление кондеизатора достига 63% от приложе- вото е. д и (цифрата е избрана за нужди- те на математическите обработки). Зависи- мостта между повишаването иа напреже- иието върху кондеизатора и времето, за което става това, е показана иа фиг. 1-20. Формулата за иамиране на времеконстаи- тата е Т <= RC, където Т е времекоистантата, з; С — капапитетът, F; R — съпротивлението, Й. Пример Времекоистантата на кондензатор с капацитет 2 |*F и съпротивление 250 ООО '! Ако приложеното напрежение е 1000 V, след О.Б s напреженнето между плечите на конден- аатора ще достигне 630 V. Ако капацнтетът е даден в микрофарадн, а въпротивлението — в иегаоми. времекоистантата ще бъде пак в секун- ди Тези еднницк са обикновеио по-удобнн аа Практнката. Ако един заредей кондензатор се раз- реди през съпротивление, както е показано «а фиг. 1-I9B, времекоистантата е същата. Ако във веригата ияма съпротивление, при включването иа S кондеизаторът ще се «зпразни моментално. Тъй като обаче съпротивлението R ограиичава протича* пето иа електрическия ток, напреженнето иа кондеизатора не може да спадне веднага до нулево значение, а ще намалява посте- пенно по същата закономерност, покоят® става и зареждането му през съпротивле- нието. Когато даден кондензатор се из- празва през съпротивление, неговата вре- мекоистаита (изчислява се по същата фор- мула и по същия начни, както бе дадено по- тере) е времето в секуиди, за което кондеи- заторът ще загуби 63% от напреженнето, до което е бил заредей. Казано с други думи, това е времето, за което иапреже- нието иа кондеизатора ще спадне до 37% от началната си стойноет. Пример. Ако кондензаторът от горния пример е аареден с 1000 V, неговото напрежение ще спадне до 370 V за Ч» секунда прн съпротивление 250.000 Q Индуктивно и активно съпротивлеиие Подобно положение съществува, кога- то индуктивно и активно съпротивление са сьързаии последователно. На фиг. 1-21 е даден такъв пример. Нека приемем пър- воначалио, че L няма активно съпротивле- ние и че R е равно иа нула. При затваря- ието иа ключа S през веригата ще протече ток. Тазн промяиа иа тока от иула до ия- каква макар и малка стойиост представ- лява бързо изменение иа електрическия ток и това ще предизвика пораждане в бобииата иа самоиндуктирано е. д. и., което е равно по стойиост и обратно иа прило- жеиото напрежение. В резултат на това начали ият ток ще бъде много малък. Самоиндуктираиото е. д. и. завис и о» изменеипята на тока и ще престане да противсдействува, ако токът спре да на- раства. Във верига без активно съпротив- ление (където съгласио закона на Ом бж протекъл безкрайно голям ток) токът ще нараства постоянно, като нарастването винаги ще е такова, че да създава самоин- дуиционно е. д. и., равно на приложеиот® напрежение. Когато обаче 4 във веригата е иалице активно съпротивлеиие, съгласио закона иа Ом съществува определена граница, Ю която може да иарасие токът. Самоии- дуктираяото е. д. и., създаваио в L, сам® Фиг 1-21 — Времекоистаита иа едиа £/?- верига.
Времекоистанта 29 изравиява раз ликата между Е и па да върху съпротивлението R, тъй като в същиост именно тази разлика в иапреженията е приложена към бобината L. Тази разлика става по-малка, когато токът достига крайната си стойност съгласно закона на Ом. Теоретично самоиндуктираното е. д. н. иикога ие изчезва, а оттам и токът иикога ие достига крайната си величина съгласно закона на Ом. На практика обаче след известно време разликите стават неизме- рими. Времеконстаитата на една индук- тивна верига е времето в секуиди, за което токът ще достигне 63% от своята крайна стойност. Формулата за изчислеиие е Й. където Т е времеконстаитата, s; L — нндуктивността, Н; R — активного съпротивление, Съпротивлението иа проводника, с който е навита бобината, действува като активно съпротивление, евързано последователио на бобината. Пример. Бобина с иидуктивноет 20 Н и съпротив- ление 100 Q има времекоистанта ако във веригата и яма включено друго съпротив- левие. Ако към такава бобина е приложено по- стоям нотокпво напрежение от 10 V» крвйиата стойност на тока с перед законе на Ом ще бъде I *= ~ = 0,1 А или 100 mA, Самоиндукниоините бобини не могат да бъдат «разтоварвани» по същия начин, както това става при кондензаторите, тъй като тук магнитного поде изчезва веднага Щом спре прстнчапсто на тока. Отварянето на ключа S не оста в я бобината «нато варе- на», а енергията, натрупана в магнитного поле, незабавпо се възвръща във веригата. Бързото изчезване на магнитного поле води до индуктирането в бсбината на много голямо напрежение — обикновено много- кратно по-висок о от първоначално . при- ложеното, тъй като индуктирането напре- жение е пропорционално на бързината, с която се измени магнитного поле. Най- честият резултат от отварянето на ключа иа дадена верига е появата па искра или волтова дъга между контактите му в мо- мента на разкъеването на веригата. Ако нндуктивността е голяма и през кръга про- тича голям ток, прн отварянето иа коп- тактите на ключа за къс период от време се ©свобождава голямо количество енср- •гия. Ето защо при такива обстоятелства Фиг. 1-22 — Напрежеиието върху кле- мите иа кондензатора в една разтоварваща- се ЯС-верига, отнесено към началиото за- рядно иапрежеиие. За дв се получи вре- мето в секуиди, умножете Ц RC по време- констаитата иа веригата най-често се получава обгаряне или сто- пяване иа коитактите. Искрата и волтовата дъга, получаващи се при отварянето иа контактите, може да се избягнат чрез включване на подходящи последователио- евързани съпротивление и кондензатор- паралелно на контактите. Времеконстаитата играе важна роля в голям брой устройства, като например електронните ключеве и релетата за време, както и при формиране на ключови режими- в радиолампите. Времеконстаитата иа да- дена верига е също важна при използува- нето и в устройства като систем и за авто- матично регулиране на усилването и в шумоограничителите. В почти всички та- кива устройства се нзползува съпротиви- телно-капацитивиа (RC) времеконстанта- и тук обикновеио е необходимо да се знае напрежеиието върху кондензатора за да ден интервал от време, който може да бъде по-голям или по-малък от действи- телната времеконстанта, иамирана по гор- ната формула. За разрешаването на такива проблеми може да се нзползува диаграма- та, дадена на фиг. 1-22, където кривата показва напрежеиието върху кондензатора в процента от началния товар, в преде- лите от 5 до 100 %, в произволен момент след започване нзпразването на кондеза- тора Пример. Кондензаюр с капацитет 0.01 pF е заредей- до 150 V и след тона започва разреждането ку през съпротивление 0,1 МЛ. За колко време напрежеиието- ще спадне иа 10 V? В процентя имаме 10.150 6.7%.
30 ЗАКОНИ ЗА ЕЛЕКТРИЧЕСТВОТО И ЕЛЕКТРИЧЕСКИ ВЕРИГИ От диаграмата се вижда, че сьответствувашнят на тозн процент коефнциент е 2,7. Времеконстантата на кръга е равна /?С=0.1х0.01=0,001; следователно времето е 2,7х0>001= 0,0027 8. Или 2,7 tns. ЛРОМЕНЛИВИ ТОКОВЕ Фаза Терминът фаза в същиост означава «време> или интервал от в реме между момента, когато става нещо, и момента, когато става друго нещо, свързано с първото. В такива случаи казваме, че второто съби- тие «закъснява» спрямо първото, което от своя страна се явява като «изпреварващо» спрямо второто събитие. В една промен- ливотокова верига протичащият ток се измени непрекъснато, поради което поня- тието фаза или в реме придобива важно значение. Фазата може да се измерва с обикновените единици за време, като на- пример секунди, ио за тази цел се използу- ва един по-удобен метод. Тъй като всеки период иа променливия ток при определена честота има едиа и съща продължителност, можем да използуваме самия период като едкнина за измерване иа време. Използу- ването на периода като единица за време прави измерването на фазата независимо от честотата на тока, тъй като за дадеи интервал от време ризглеждамс само една честота. Когато трябва да се разглеждат две или повече честоти, какъвто е случаят при наличие на хармонични честоти, из- мерванията на фазата се правят по отно- шение на нан-ниската, т. е. основната честота. » Интервалът от време или «фазовата раз- лика», конто разглеждаме, е ебикновено по-малка от един период. Тя може да бъде измервана в десети от периода, но по-удобно е периодът да бъде разделен на 360 равии части или градуси. Един фазов градус в «Фиг 1-23 — Един промеиливотоков пе- риод се раздели на 360 градуса, конто се използуват за измерване иа време или фаза такъв случай ще бъде от един пе- риод. Основание?© да направим такъв избор е, че при синусоидален променлив ток във всеки момент стойността на тока е про- порционална иа синуса иа ъгъла, който съответствува на числото иа градусите, т е. на интервала от време от започването иа периода. В същност не съществува иикакъв реален «ъгъл». който да е свързаи с променливия ток. Фиг. 1-23 ще ни по- могне да обясним този метод на измерваие. Измерване иа фаза Фазовата разлика между два тока с една и съща честота е времето или ъглова- та разлика между две съответствуващи части на периода на двата тока. Това е показано на фиг. 1-24. Токът, означен с А, изпреварва този, маркиран с В, с 45°, тъй като периодът на тока А е започнал по време по-рано с 45°. Еднакво правилно е да се каже също, че например токът В закъснява спрямо тока А с 45°. Два важни и специфични случая са показани на фиг. 1-25. В горната диаграма токът В закъснява с 90° спрямо тока А. Това означава, че периодът му е започнал с една четвърт период по-късно от периода ва тока А. Както се вижда, това означава, че когато една вълна достига нулевата си стойност, другата вълиа е в своя макси- мум. На долната диаграма разликата във фа- зите на токовете, означени с А и В, е 180°. В този конкретен случай няма зна- Фиг. 1-24 — Когато две трептевия с едиа и съща честота започват своите пер поди в различно време, казваме, че те са де- фазирани. Разликата във време или, както я наричаме, фазова разлика се измерва в гра- дуси. На фигурата трептението В започва своя период с 45 градуса закъснение сиря- мо трептението А или, казано другояче — закъснява с 45 градуса спрямо трецтение- то А
Променливи токове 31 f/4 перво? F—юсГ-—1 ?/2 тхрисЭ Фиг. 1-25 — Два важни специални слу- чая на фазовата раз лика. На горната ри- сунка фазовата разлика между А и В 90 градуса, докато на долната рисунка фазовата разлика е 180 градуса чение кой от двата ще бъде считан за из- преварващ и кой за чакъсняващ В е винаги положителен, когато А е отрицателен, и обратно. В такива случаи казваме.че двата тока са напълно противофазни. Вълните. показан и на фиг. 1-24 и 1-25, могат да представляват синусоиди и а ток или на напрежение, ил и идвете.Така напри- мер А и В могат да бъдат два тока в две различии вериги или А може да представ- лява напреженнето, а В — токът, проти- чащ в една и съща верига. Ако А и В пред- ставляват два тока в една и съща верига (или две напрежения в една и съща ве- рига), сумарният или резултаитеи ток (или напрежение) ще бъде също сину- соидална вълна, тъй като наслагването на какъвто и да е брой синусоидални вълни с едиа и съща честота винаги дава синусои- да л иа вълна със същата честота. За една верига с чисто активно съпротив- ление или за участък от верига, който има чисто активно съпротивление при промеи- лив ток, независимо от честотата му е валиден законът на Ом точно така, кактв е валиден той при постоянния ток. Реактивно съпротивление Променлив ток и кавацитивио съпротивление На фиг. 1-26 едно синусоидално про- менливо напрежение, имащо макс им ал на стойиост 100 V, е приложено към един кон- дензатор. В интервала от време ОА прило- женото напрежение нараства от пула до 38 V. В края на тозн интервал конденза- торът е заредей до такова напрежение. В интервала АВ напреженнето се покачва на 71 V или нараства с нови 33 V. В този интервал в сравнение с интервала ОА към кондеизатора е добавеи по-малък товар, тъй като и нарастването на напреженнето в интервала АВ е по-малко. Следователно средният ток в интервала АВ е по-малък от този в интервала О А. В третия интер- вал — ВС, напреженнето се покачва от 71 на 92 V или нараства с 21 V. Това иа- растване е по-малко от нарастването през интервала АВ. а оттам и количеството иа добавения електрическн товар е по-малко. Другояче казано, през интервала ВС средната стойиост на тока е още по-малка. В четвъртия период — СВ, напреженнето нараства само с 8 V, което означава също, че и добавеният товар е още по-малък от този в предшествуващите периоди и че средната стойиост иа тока е също по-малка от тази иа предшествуващите периоди. Чрез разделянето на първата четвъртина на периода на голям брой интервали може да се покаже, чс токът, зареждащ конден- затора, има формата на синусоида — такава, каквато е и на приложеиото напрежение. Фазата във вериги с активно съпротивление Когато дадено променливо напрежение се приложи към някакво активно съпротив- ление, токът протича «в крак» с иалреже- иието. Казано с други думи, напреженнето и токът саеъе фаза. Това е валидно за всич- ки честоти при положение обаче, че съпро- тивлението е «чисто активно», т. е. не създа- ва никакви реактивни ефекти, конто ще разгледаме в следващия раздел. В областта на радночестотите практически е много трудно да се създаде верига с чисто активно съпротивление, тъй като реактивиите ефек- ти започват да се увеличават видимо с нарастването иа честотата. Фиг. 1-26 — Съотиошение между фазите на тока и напреженнето, когато към един кондензатор е приложено променливо иа- прежение
32 ЗАКОНИ ЗА ЕЛЕКТРИЧЕСТВОТО И ЕЛЕКТРИЧЕСКИ ВЕРИГИ Токът е по-голям в началото иа периода и достига иулево значение в момента, когато напрежеиието е максимално, следователио между напрежеиието и тока е малице фа- зова разлика от 90°. През първата четвър- тина иа периода токът протича във вери- гата в нормалиа посока, тъй като кондеи- заторът се зарежда. Следователио токът е положителен и това е отбелязаио с прекъс- ната линия иа фиг. 1-26. През втората четвъртинка иа периода, т. е. в периода от D до Н, напрежеиието, приложено към кондензатора, иамалява. През това време коидензаторът загубва своя товар. Прилагайки същите принципи на разсъждеиие, става ясно, че в интервала DE токът е малък и започва да иараства през всеки следващ интервал. Сега обаче токът прогиба срещу приложеиото иапре- жеиие, тъй като коидензаторът се изпразва във веригата. Това означава, че в тази част и а периода токът протича в отри- цателна посока. В третата и четвъртата четвъртииа иа периода се повтарят явленията от първата и втората четвъртииа, респ. с тази разли- ка, че поляритетът иа прнложеното иапре- жение е обратен, а в съответствие с това се изменя и токът. С други думи, в резултат иа цикличного зареждане и разреждаве иа кондензатора във веригата протича про- менлив ток. Както се вижда от фиг. 1-26, токът започва своя Цикъл с 90° преди иа- прежеиието, поради което токът в даден кондензатор изпреварва прнложеното иа- п режен не с 90°. Капацитивно съпротивленне Количеството електричество, което може да бъде вместеио в един кондензатор, е пропорциоиалио на приложеиото електро- движещо напреженне и иа капацитета му. Това количество електрически товари се движи иапред и назад във веригата по ведиъж във всекн период, поради което скоростта на прндвижваие на товарите, т. е. токът, е пропорциоиална иа иапреже- иието, капацитета и честотата. Ако влия- иието иа капацитета и честотата се вземат заедио, може да се формира величина, конто играе роля, подобна иа тази иа съ- противлеиието в закона иа Ом. Тази вели- чина се иарича реактивно съпротивленне и едииицата за измерва него му е ом, съ- що както при активного съпротивление. Формулата за неговото изчисляване е X"~tnfC’ където Хс е капацитивното съвроиим«не,О; f — честотата, Hz; С — капацитетът, F; л =3,14 Въпреки че едииицата за измерване на реактивного съпротивление е ом, в това съпротивление не се получава разсейваие на мощноет. Това е така, защото енергията, иатрупана в кондензатора, в една от чет- въртините на периода просто се връща във веригата през следващата четвъртииа. Основ»ите единици (херц и фарад) са твърде неудобии за практического им язползуване в радиотехниката. Ако капацитетът е в микрофара ди, а честотата в мегахерци, във формулата реактивного съпротивление ще бъде пак в омове. Пример. Реактивного съпротивление на един кон- дензатор с капацитет 470 pF (0,00047 jxF) при честот* 7150 kHz (7,15 MHz) ще бъде Хс2я fC “6,28 X 7.15 X 0.00047 = 47,4°' Индуктивно съпротивление Когато едно променливо напреженне се приложи към една «чиста» индуктивиост, т. е. на едиа индуктивна бобина без активно съпротивление (на практика всички бобиии имат такова), токът и приложеиото напре- женне са дефазираии на 90°. В този слу- чай обаче токът закъснява иа 90° спрнмо напрежеиието, т. е. тук дефазираието е точно противоположно иа взаимного де- фазираие иа тока и напрежеиието при кон- деизаторите. Първата причина за това е създаващото се в бобината самоиндукти- раио е. д. н. Тъй като иеговата амплитуда е пропорциоиална на скоростта иа измеия- ието иа тока, следователио пропорциоиалио и на честотата, амплнтудата на тока ще бъде обратно пропорциоиална на прило- жеиата честота. Също така, понеже са- Приложена Фиг/ 1-27 — Соотношение между фазите на тока и напрежеиието, когато към едиа бвбииа е приложено пром ей л ибо иапреже- ние
Променливи токове 33 монндуктираното е. д. н. за определена степей иа изменения иа тока е пропор- циоиално иа индуктивиостта, протичащият ток е обратно пропорционален на индуктив- ността при определено напрежение и чес- тота. Казано с други думи, това озна- чава, че протича само толкова голям ток, колкото е нужно, за да се създава самоии- дуктирано е. д. и., което е равно и про- тивоположно на приложеиото напрежение. Комбииираиият ефект от нндуктивността и честотата се иарича индуктивно съпро- тнвлеиие и се изразява в омове, а форму- лата за язчнсляваието й е Хь = 2л/£, където XL е индуктивното съпротивление, f — честотата, Hz; L — индуктивиостта, Н; л — 3,14. Пример. Реактнвйото съпротивление на една бо- бина със самоиндукция 15 цН на честота 14 MHz ще бъде XL = 2 п fL = 6,28 X 14 X 15 = 1319 Q. •Във високочестотните вериги стой ко- стите на индуктивностите са обикновеио малки, а честотите — голем и. Ето защо, ако нндуктивността се изрази в милихенри, а честотата — в килохерци, необходимост- та от преобразуване иа единнците отпа- да и формулата за изчнсляване на реак- тивного съпротивление може да бъде из- ползувана без предварително преобразу- ване на основните единици. По същия начни не се налага преобразуване, ако индук- тивността се изрази в микрохенри, а че- стотата — в мегахерци. Пример. Реактнвйото съпротивление на една бобина със самоиндукция 8 Н на честота 120 Hz ще бъде Al = 2 П ft = 6,28 X 120 X 8 = 6029 Q, Съпротивлението иа проводника, с който е навита бобината, не оказва влияние върху реактивного съпротивление, но дей- ствува като отделио съпротивление, свър- зано последователио иа бобииата. Законът на Ом за реактнвйото съпротивление Законът на Ом за една вроменливотокова верига, съдържаша само реактивно съ- противлеиие, е където 3 Наръчник на радиолюбителя Е е електродвижещото иапреже- ние, V; I — токът. А; X — реактивното съпротивление, й. Разбира се, реактивното съпротивление във веригата може да бъде както индуктив- но, така и капацитивио. Принес. Ако през кондензатора от предишння пример (реактивното съпротивление 47,4 Q) гоя 2 А с честота 7150 kHz, падът на напре- жение върху кондензатора ще бъде Е = IX = 2 X 47,4 = 94,8 V. Ако 400 V с честота 120 Hz се приложат към бо- бина със самоиндукция 8 Н, токът, протичащ преа бобината, ще бъде , Е 400 ' — -у- = ёл2о = 0,0663 А или 66,3 mA. Диаграма на реактивннте съиротнвления Диаграмата на фиг. 1-28 показва реак- тивного съпротивление на кондензаторн с капацитет от IpF до 100 pF и бобини от 0,1 р.Н до 10 Н за честоти между 100 Hz' и 100 MHz. Приблизителиата стойност иа реактивното съпротивление може да бъде отчетеиа па диаграмата, а когато се изис- ква по-голяма точиост, изчислението се извършва по дадеиите формули, след което резултатите се сравияват с дан ните от дваграмата, за да се избягнат евентуални грешки в отчитаието иа десетичиите знаки. Последователио и паралелно евързани иидуктивии съпротивлеиия Когато реактивии съпротивлеиия от един и същи тип са евързани последователио или паралелно, резултантното реактивно съпротивление е съпротивлението на полу- чения в крайна сметка сборен капацитет или самоиндукция. Това озпачава, че се нзползува същото правило, с което се опре- дели сумариото съпротивление, когато се комбинират резистори. Оттук резултантио- то реактивно съпротивление на серийно евързани реактивии съпротивлеиия от един и същи тип ще бъде X = XI + Х2 4- ХЗ 4- Х4 4- -, а за паралелно евързани реактивии съ- противления от един и същи тип 1 XI + Х2 + ХЗ + Х4 + "
34 ЗАКОНИ ЗА ЕЛЕКТРИЧЕСТВОТО И ЕЛЕКТРИЧЕСКН ВЕРИГИ) РейкМиЪнс съпротивление, & <Фиг. 1-28__Индуктивного и капацитивиото съпротивление в зависимост от честотата. •Плътните линии представляват миожители X10, докато светлите линии са множи- тели Х5. Така например светлите линии между 10р.Н и 100 pH представляват 50 ц.Н, светлите линии между 0,1 pF и 1 pF представляват 0,5 pF и т. и. Междиииите разлики могат да се получат с помощта на иитерполациоииата скала, 1 Реактивните съпротивления извън обхвата на тази диаграма могат да се намерят с помощта иа съответиия миожител за стойностите, дадени в диаграмата. Например ре- активного съпротивлеиие иа 10 Н при 60 Hz може да бъде намерено, като се вземе ре- активного съпротивлеиие за 10 Н при 600 Hz и се раздели на 10 поради 10-кратното иамаляване на честотата За две реактивни съпротивления от един «жсъши тип, свързани в паралел*. у- XI-Х2 Х1-4-Х2* Когато се комбинират реактивни съ- противления от различен тип, положе- нного е друго. Тъй като в кондензаторите токът изпреварва с 90° приложеиото на- прежение, а токът в бобнните закъснявас 90® спрямо приложеиото напрежение, иа- преженията ь краищаза на противопо- ложните типовс реактивнп съпротивлении са дефазирани иа 180° при серийного им евързване (при този случай през всички елемеити протича един и същи ток), а при паралелиото им евързване токовете са дефазираии на 180° (при този случай при- лаганото напрежение е еднакпо за всички елементи на веригата). Дефазиране иа 180® означава, че токовете или иапреже- нията са с противоположна полярност. Така например в последователния кръг
Променлмви токове 35 Фиг. 1-29 — Последователни и паралелии кръгове, съдържащи противоположив по характер реактивни съпротивления на фнг. 1-29А напрежеиието EL върху нндуктнвното съпротивление XLeс обратен поляритет спрямо напрежеиието Ес върху капацитивното съпротивление Хс. Оттук, ако ние наречем XL «положителио» и Хс «отрицателно» (най-често използуваин), прнложеното напреженне Е~ е El—Ес. В паралелния кръг на фиг. 1-29В общият ток 1 е равен иа /l—тъй като токовете са дефазирани иа 180®. Следователи© в случайте на последова- телно свързване резултантното реактивно съпротивление иа Xj, и Хс е X = Xl — Хс, а при параделио свързване У___ - Хс Xl - Хс * Забележете, че в последователните кръ- гове общото реактивно съпротивление е отрицателно, ако Хс е по-голямо от XL. Това показва, че общото реактивно съ- лротивленпе в случая ще бъде капаци- тивно. Резултантното реактивно съпро- тивление в серийните кръгове е вииаги ло-малко от по-голямото от двете отделни реактивни съпротивления. В паралелните кръгове резултантното реактивно съпротивление е отрицателно (т. е. капацитивно), ако XL е по-голямо от Хс, и положителио (т. е. индуктивно), ако XL е по-малко от Хс, ио и в двата слу- чая е винаги по-голямо от по-малкото от двете иидивидуални реактивни съпротив- ления, участвуващи в комбииацията. В специалнйте случаи, когато XL=XC, общото реактивно съпротивление при по- следователните кръгове е иула, а при па- ралелните кръгове — безкрайно голямо. Реактивна мощност На фнг. 1-29А падът иа напреженнето върху самоиндукцията е по-голям от на- прежеиието, приложено към кръга. На пръв поглед това изглежда като иевъз- можио състояиие, ио в същност то е така. Обясиението е, чё докато еиергията се запа- сява в магиитиото поле иа бобината, еиер- гия постъпва в кръга от електрическото поле иа кондензатора и обратно. Тази натрупаиа еиергия е причииата, обяСиява- ща факта, че напреженнето върху после- _ дователио свързанн реактнвии съпротнв- ' ления може да бъде по-голямо от иапреже- нието, приложено към тях. В едно активно съпротивление протича- нето иа ток причинява загряване и загуба иа мощност, равияваща се иа f2R. Мощ- ността в едио реактивно съпротивление е /2Х, без обаче да е «загуба». В случая просто мощността се пренаси напред и назад между полето и кръга, без да се иэразходва в загряване иа елемеититеиа кръга. За да се различи тази «иеразсейва- ща» се мощност от мощността, конто се консумира,едииицата за реактивна мощност се нарича волтампер реактивен,ил и съкратено ВАР за разлика от вата. Реактивната мощ- иост понякога се нарича «безватиа» мощ- иост. ИМПЕДАНС Когато една верига съдържа както актив- но, така и реактивно съпротивление, ком- бинираният ефект от двете се нарича импеданс и се означава с буквата Z. (Им- педансът е един по-общ термин от актив- ного или реактивного съпротив^рние, за- това често се използува и за вериги, в конто има само активно или само реактивно съпротивление, като обикновено се квалн- фицира за какво се касае, например «акти- вен импеданс», за да се укаже, че е иалнце само активно съпротивление.) Реактивного и активного съпротивле- пие, съставящи дадеи импеданс, могат да бъдат свързанн както серийно, така и паралелио, както е показано иа фиг. 1-30. В тези вериги реактивного съпротнвле- Фнг. 1-30 — Последователи и и паралелии кръгове, съдържащи реактивно и активно съпротивление
36 ЗАКОНИ ЗА ЕЛЕКТРИЧЕСТВОТО И ЕЛЕКТРНЧЕСКИ ВЕРИГИ ние е показано като правоъгълник, за да се означи, че то може да бъде или индук- тивно, или капацитивно. В серийиия кръг токът е един и същ и в двата елемента, а напреженнята, конто се появяват върху активного н реактивното съпротивление, общо взето, са различии. При паралелиата схема към двата елемента се прилага едко и също напрежение, но през двата клона протичат различии токове. Тъй като в активиото съпротивление протичащнят ток е във фаза с приложеното напрежение, а в реактивното е дефазираи на 90° спрямо напрежеиието, фазовото дефазиране между тока и напрежеиието във веригата като цяло може да бъде нула и 90° в зависимост от относителните стой- кости на активноте и реактивното съпро- тнвленне. Последователна схема Когато активиото и реактивното съпро- тивление са евързани последователио, им- педансът на веригата е Z = Л/«Г+Х2. където 7. е импедансът, й; X — реактивното съпротивление, Й; /? — активного съпротнвлеиие, й. Реактивното съпротивление може да бъде или капацитивно, или индуктивно. Ако във веригата има две или повече реак- тив» и съпротивлеиия, те могат да се ком- бинират съгласно правплата, даденн по- тере, в резултантна реактивност, преди да се извърши заместване в гориата фор- мула, т. е. подобно на съпротивленията. Горната формула, наричана «квадратен корен от сбора на квадратите» и прилага- иа за намнране на импеданса при последо- вателно свързване, произтича от факта, че падовете на напрежеиието върху актив- ного и реактивното съпротивление са де- фазирани на 90° и се комбиннрат по също- то правило, което се прилага за намнране на хнпотенузата на правоъгълен триъгъл- ннк, когато са известии основата и висо- чината. Паралелна схема Прн наличие на активно и реактивно съпротивление, евързани паралелно, както е на фиг. 1-ЗОВ, импедансът се извежда от RX ч/«2 + Х2 където символите имат същото значение, както при последователната схема. Също както при последователната схема, няколко паралелно евързани реактивии съпротивлеиия могат да се комбинират в едно резултантно реактивно съпротивле- нне преди заместваието в горната форму- ла; същото важи и за няколко активни съпротивлении в паралел. ЕквиВалентин последователин и наралелни схема Двете схеми, показани на фиг. 1-30, ще бъдат еквивалентии, ако токът във въишната верига (/) е еднакъв, когато към тях е приложено едно и също напреже- нне с еднаква честота, н ако ъгълът иа фазовата разлика между тока и напреже- нието е един и същ в двата случая. По този начни е въэможно да се «траисформи- ра» една серий на верига в еквивалеитиа паралелна верига и обратно. Трансформации от този вид често дават възможност да се опрости решението при сложни вериги. Освен това от практи- ческа гледна точка ползата от такава транс- формация се нзявява в това, че импедан- сът на едиа верига може да бъде моди- фициран с добавката или на серийии, илн на паралелни елементи, което от своя страна завися от това, кое ще бъде по-удоб- но в конкретния случай. Типнчни прило- жения на тези правила се разглеждат по- късно в раздела за настроените кръгове и фидерите. Закон на Ом за импеданса Законът на Ом може да бъде прилагая към вериги, съдържащи импеданс, по същия начин, както това става по отноше- ние на вериги, имащи само активно или само реактивно съпротивление. Фор му ли- те за това^ са: e=,z- z=t’ където Е е електродвижешото ние, V; I — токът, Aj. Z — импедансът, й. напреже- Фигура 1-3I показва една проста верига, съ- ставена от активно съпротивление 75 Я и реак- тивно съпротивление 100 Я >евързани последова- телно. От дадената по-горе формула импедансът ще бъде z = Vfl* + *L = + (1O0J* = 125 Я.
Импеданс 37 Фиг. 1-31 — Веригата, използувана като пример за изчисляване иа импеданса Лио приложеиото напрежение е 250 V, тогава /_ Л -М-2 А 1 ~ Z ~ 125 ~ А’ Тозн ток протича както през активного, така и през реактивного сопротивление, в което падовете «га напреженнето ще бъдат равны на Er = I . Л — 2 X 75 = 150 V; EXL = = 2 X 100 = 200 V. Простата аритыетичнв сума от тезн два пада иа иапреженнята е 350 Уне по-голяма от приложе- иото напрежение, тъй като двете иапрежения са дефазирапн на 90®. Тихната действителна стой- ноет, когато се взеые под внимание и фазата им, е V(I5O}« + (200)* = 250 V. Фактор иа мощността Във веригата, показана на фнг. 1-31, яри прилагаие на е. д. н. 250 V протича ток от 2 А, което дава привил на мощност 250X2---500W. Тъй като обаче в действи- телиост само активного съпротивление консумвра мощност, тя ще се изведе от Р = лК==(2рх 75 = 300 W. Отношеиието между консумираната и при- видната мощност се иарича фактор иа мощността. В гориия пример факторът на мощността ще бъде 300:500=0,6. Факто- рът на мощността често се изразява в про- иенти — в нашия случай той ще бъде 60%. «Действителиата» (разсеяиата) мощност се иэмерва във ватове (W); прнвидиата мощност, за да се различава от действи- телната, се иэмерва във волтампери (VA). Тя е просто произведение от напрежениет? и тока и няма пряка връзка с фактически използуваната или разсеяната моЩност, ако ие е известен фаиторът на мощността иа веригата. Факторът на мощността на едиа верига с чисто активно съпротивление е 100%, или 1,докато факторът на мощност- та ва едиа верига с чисто реактивно съ- противленне е иула. След тези пояснения реактивната мошиост е \'AR—Exl . /=Хъ .1 ./=100x 2x 2=400 VA, Реактивно съ противление и комплексен сигнал В началото на тазн глава бе казано, че един комплексен сигнал (т. е. сигнал с несин^соидална форма) може да бъде раз- ложен на една основиа честота и серия от хармоинчни честоти. Когато такова ком- плексно напрежение се приложи към ве- рига, съдържаща реактивно съпротивле- ние, токът, протичащ през веригата, няма да има същата форма кдто тази на напре- жението, което е приложено. Това е така, защото реактивного съпротивление иа една бобина или кондензатор зависи от често- тата на прпложеното напрежение. За вто- рата хармонична честота на комплекснии сигнал реактивного съпротивлеиие на бо- бнната е двойно по-голямо, а това на кои- депзатора е */2 от стой ноет та, съответству- ваща на основната честота. За третата хар- моиична реактивного съпротивление на бобината е три пъти по-голямо, а това иа кондеизатора е едиа трета от стойиостта за осиовиата честота и т. н. Ето защо импе- даисът иа веригата е различен за всяка хармонична компонента. Конкретиите изменен ня във формата иа тока зависят от стойностите на ант явного и реактивного съпротивлеиие във веригата и от начина на тяхното евързване. В едиа проста верига, съдържаща последователно свързани активно и индуктивно съпротив- ление, амплитудите иа хармоиичните то- кове ще бъдат иамаленн, защото индуктив- ного съпротивлеиие се увеличена пропор- цноиално на честотата. Когато са свързани последователно капацитивно и активно съпротивление, хармоиичните тоиове са добре изразени, тъй като с повишаването иа честотата капацитивиото съпротивление се намалява. Когато във веригата нма и капацитнвио, и индуктивно съпротивле- ние, формата на протичащня ток може да получи различии изменения в зависимост от нзбора на схемата и иа «констаититеэ, т. е. иа относителните стойности на L, С и R. , Свойствот о на веригите, съдържащи реак- тивни елемеити, да се държат по различен начин спрямо осиовиата или хармоиичните честоти е изключително полезно. Това явление стон в основата иа «филтрирането». или подтискането иа нежелателиите че- стоти за сметка на едиа желаиа честота или трупа такива честотн.
38 ЗАКОНИ ЗА ЕЛЕКТРИЧЕСТВОТО И ЕЛЕКТРИЧЕСКИ ВЕРИГИ ТРАНСФОРМАТОРИ ЗА Две намотки, между конто съществува взаимна индуктивност, представляват транс- форматор. Намотката, свързана с източ- ника на енергия, се нарича първична, а другата се нарнча вторична. Ползата от трансформаторите се крне във факта, че те лозволяват електрическа енергия да бъде прехвърляна от една ве- рнга в друга без лряка връзка между тях, като прн това лесно може да се получава производно голямо вторично напреженне. Така например, ако за работата на даден уред се изисква промен либо напреженне 115 V, а едннственнят нзточник, с който разполагаме, дава напреженне 440 V, с помощта на трансформатор това напреже- нне може да се измени на 115 V- Трансфер- маторите могат да се използуват само при променлнвите токове, тъй като никакво напреженне няма да се индуктира във вто- ричната, ако магнита ото поле, създавано от първичната, не се променя. Ако към пър- вичната на един трансформатор се прило- жи постоянно напреженне, във вто- ричната ше се индуктира напреженне само в момента иа включване и изключване на източника. тъй като само в тези моментн се из\ еня магнитното поле. Трансформаторы с желязна сърцевина Както е показано на фиг. 1-32, първич- ната и вторичната намотка на даден транс- форматор могат да бъдат навити върху сърцевина от магнитен материал. Това по- вишава индуктиаността на намотките, така че дааеио напреженне може да бъде индук- тираио, като се използуват относително по-малък брой -навивки и малък ток. Из- ползуването иа затвореии сърцевини (с непрекъснат магнитен път) като тази иа фиг. 1-32 позволява практически всички силови линии на полето, създавано от тока през първичната иамотка, да пвеси- Фиг. 1-32 — Т рансформаторът. Енергиита се пренася от първичната във вторичиата бобина посредством магиитио поле. Гор- ният десеи символ означава трансформа- тор с желязиа сърцевина, а долният — трансформатор с въздушиа сърцевина ЗВУКОВИ ЧЕСТОТИ чат навивките на вторнчната намотка. Трябва да се има пред внд обаче, че поради хистерезиса и вихровите токове желязната сърцевина внася загуби на мощност, по- ради което тозн тип конструкция на маг- нитопровода се нзползува обикновено при индустриал ни н звукови честоти. Диску- синте и обясненнята в настоящий раздел се отнасят само за трансформаторн. рабо- тещн в тозн спектър. Преводно отношение иа навивките и коефициент на трансформация по напреженне За дадено променливо магнитно поле напреженнето, индуктирано от една ' на- мотка, намнращо се в това поле, е пропор- ционално на броя на навивките на намот- ката. Ако двете намотки на трансформатора са поставе»и в едно и също поле (точно такъв е случаят, когато и двете намотки са навнти на една и съща затворена же- лязца сърцевина), мндуктираното нацрёже- ние ще бъде пропорционално на -брея на навивките във всяка намотка. В първич- ната намотка нндуктираното напреженне, както вече бе обяснено в предишните раз- дели, е практически равно н противопо- ложно на прнложеното напреженне От- тук където Е, е вторичното напреженне; Е, — приложеиото напреженне към първичната намотка; па — броят иа навивките във вто- ричната намотка; пр — броят на навивките в пър- вичната иамотка. Съотношението -^5- се нарича преводно пг отношение иа навивките от първичната и вторичиата и а трансформатора. пример В един трансформатор първичната на- мотка има 400 навивки, а вторичиата,— 2800. Прнложеното е. д. н. към първичната намртка е 116 V. Какво ще бъде е. д. и. на вторнчната намотка? В оелл £,> = ^.£у = ^Х 115=7 X 115 = 805 V. Посъщня начин, ако е. д. н. 805 V се приложи към намотката с 2800 навнвкн, конто в случая ще ста- ве първична,в намотката с,400 навивки ще се появи напреженне 116 V. Това означава, че всяка една от намоткнте на трансформатора може да бъде нзползувана като
Траисфарматори за звукови честоти лървична, стига .да има достатъчен брой навивки (достатъчша индуктивност), за да индуктира на- прежение, 1равио иа приложеното такова, без да консумира значителен ток. Влияние иа тока във вторичиата намотка Токът, протичащ през първичната на- мотка, когато от вторичната намотка не се консумира ток, се нарича ток на иамаг- нитването на трансформатора. В един добре начислен н конструнран трансформатор нндуктивността на първичната намотка ще бъде толкова голяма, че токът на на- магнитвансто ще бъде съвсем малък. Мощ- ността, консумирана от трансформатора, когато вторичната е «отворена», т. е. кога- то тя не доставя енергия, представлява делът от общата консумацня, който е необходим за компенсиране на загубите в желязната сърцевина, и активного съпро- тивление на проводника, с който е навита първнчната. Когато от вторичната намотка се консу- мнра енергия, токът, протичащ през нея, създава магнитно поле, което противодей- ствува на полето, създавано от тока на първичната. Щом • обаче самонидуктнра- иото напрежение на първнчната трябва да изравнява приложеното напрежение, необ- ходимо е началното магнитно поле да бъде поддържано. Ето защо първичната трябва да тегли достатъчно допълнителен ток. за да се създава поле, което е точно равно и противоположно на полето, създавано от тока иа вторичната. При практическите начисления на транс- форматору. може да се приеме, че НеЛият ток на първнчната се определи от «товара» иа вторичиата. Това е допустимо, тъй като подмагнитващият ток би трябвало. да бъде много малък в -сравнение с «товарный» ток иа първичната при номннална йзхоДна мощност иа трансформатора. , За да бъдат еднаквн магиитиите полета, създаваии от тока на първичната и вто- ричната, трябва токът иа първичната, умиожеи по иейните навивки, да бъде ра- вен иа тока през вторичната, умиожеи по иейиите иавивки. Оттук следва, че ' ", където /_ е токът в първичната намотка; Г9 — токът във вторичиата иамотка; п? — броят нв иавивките в първич- ивта иамотка; па — броят иа иавивките във вто- ричната иамотка. Пример. Нека предположим, че трансформяторът от предншння пример оснгурява за товара гое от 0,2 А. Токът в първичната ще бъде 2800 ~400 X 0,2 = 7 X 02 = 1,4 Вцжда се, че напрежеиието във вторичната боби- на е по-високо от това в първичната. но токът във вторичната е n't-малък от този на първичната, и то в същото соотношение. Съотношеиие иа мощности; коефициент на полезно действие Трансформаторите не могат да създават енергия — те могат само да я прехвърлят и да изменят електродвижещата сила, Следосателно мощността, консумнрана от товара на вторичната, не може да преви- шава тазн, която първнчната консумира от източника на приложеното е. д. н. И тъй като винаги има известии загуби на мощ- иост в желязната сърцевииа и в проводни- ците, с конто са навити намотките, във всички практически случаи мощността, консумнрана от източника, ще бъде по- голяма от мощността, получавана от вто- рнчната. От това следва, че P.-n.Pj, където Ро е изходиата мощност на вто- ричната; Рг — входната мощиост иа първич- ната; п — коефициент на полезно дей- ствие (к. п. д.). Коефициентът на полезно действие п е вннаги по-малък от 1. Той се изразява обикиовено в проценти — ако например п е 0,65, к. л. д. е 65%. Пример. Един трансформатор, давящ при пълио натоварнвне и ал од на мощност 150. W, ныа к. л. д. 85%. Входната мощност на първичната при пъле» товар на вторичната ще бъде Траисформаторът обикиовено се|мзчис- лява и оразмерява да има иай-висок к. п. д. при кзходната мощиост, за която е проекти- раи. Затова к. п. д. иамалява и а кто при увеличаваие, така и при намаляваие на изходната мощиост. От друга страна, за- губите в трансформатора са отиосително малки при малка изходиа мощиост и-на- растват уепоредио с увеличаваие иа иато- варваието. Мощността, която дадеи транс- форматор може да издържа, се определи от иеговите собствеии загуби, тъй като в резултат иа тях се загряват намотките и желязната сърцевииа. Има определена
40 ЗАКОНИ ЗА ЕЛЕКТРИЧЕСТВОТО И ЕЛЕКТРИЧЕСКН ВЕРИГИ граница, до която температурите може безопасно да се повишава. Несъблюдава- пето й довежда до стопяване иа проводника или До пробив в изолацията. Един транс- форматор може да се експлоатира при иа- малена мощност на товара, тъй като дей- ствителните загуби ще бъдат малки, неза- висимо от влошения к. п. д. Коефициентът на полезно действие иа маломощиите трансформатор и от рода и а тези, конто се използуват в радиол рием- ниците и предавателите, при пълио нато- варване е об и к новей о между 60 и 90% и зависи от размера и конструкцията им. Реактивност на разсейваието На практика в даден трансформатор ие пелият магнитен поток се явява общ и за двете намотки, въпреки че при добре из- числеиите и коиструираии траисформатори частта от магиитиия поток, която «пресича» иавивките на едната, но ие и на другата намотка, е твърде малиа. Този разсеяи магнитен поток създава самоиндуктирано е. д. и. Това е еквивалентио иа наличного иа малка индуктивност иа разсейваието, свързаиа с двете намотки иа трансформа- тора. Индуктивността иа разсейваието дей- ствува точно по същия начин, както едиа еквивалентиа по големииа обикиовена индуктивна бобина, свързаиа последова- телио във веригата, и естествен© ще виесе във веригата определено реактивно съ- противление, чнято големина ще се опре- дели от големииата на индуктивността иа разсейваието и от честотата. Това съпро- тивление се нарича ревктивно съпротив- ление на разсейваието. Токът, протичащ през реактивного съ- противление иа разсейваието, причииява пад иа напреженнето. Този пад на иапре- жението се увеличава с увеличаването иа тока, следователи© той нараства при уве- личаваие иа мощността, коисумнраиа от вторичиата. Оттук следва, че колкото е по-голям токът във вторичиата, толкова повече се намалява изходиото иапреже- иие иа вторичиата. Активного съпротивле- ние иа иавивките иа трансформатора също води до пад и а напрежение, когато токът протича през тях. Въпреки че тези падове иа напреженнето ие са във фаза с пада, дължащ се на реактивного съпротивлеиие иа разсейваието, те заедио причиняват поиижаване иа иапрежеиието иа иатоваре- ната вторична, така че последнего е винаги по-ииско от стойността, определена чрез преводиото отношение иа иавивките иа трансформатора. При честотата иа електрическата мрежа в един добре ©размерен трансформатор напреженнето иа вторичиата ие трябва да спада повече от около 10% при пълно иа- товарваие по отношение на напреженнето «иа празен ход». При траисформаторите, работещи в спектъра иа звуковите честоти, този пад на напреженнето може да бъде значителио по-голям, тъй като съпротивле- нието на разсейваието се повишава право пропорциоиално на увеличаването иа че- стотата. Съотношенне иа импсданснтс За един идеален трансформатор — без загуби и без съпротивлеиие иа разсейва- нето, важи следната зависнмост: където Zp е импедаисът иа трансформа- тора, гледано от източиика иа еиергии към вкодните клеми на първичиата; Z, — импедансът иа товара, вклю- чен към вторичиата; N^Na — съотношението между иавив- ките, първичиа към вторич- на. Това озиачава, че товар с какъвто и да е импеданс,включен към вторичиата иа транс- форматора, ще бъде траисформираи в друга стойиост, гледано от източиика иа енергия към първичиата. Траисформираието иа импеданса е пропорциоиално иа квадрата иа отношеиието между иавивките на пър- вичиата и вторичиата намотка. Пример. Един трансформатор нма отношение на първичиата намотка към вторичиата намотка, равно на 0,6 (първнчната нма от броя на на- внвкнте на вторичиата), и товар от 3000 Q е вклю- чен към вторнчната. Импедансът на входа на първнчната ще бъде Zp = Za JLj =МООХ(0.6)«=ЗОООХО,36=1080 Q. Чрез изб и райе на подходяще сьотиоше- иие на иавивките импедансът на един фик- си рай товар може да бъде трансформнраи във всяка желана стойиост, разбира се, в определеии практически граници. Ако мо- гат да се преиебрегиат загубите в трансфор- матора, траисформираиият или «рефлекти- раиият» импеданс има същия фазов ъгьл, както импедаисът на товара. Оттук, ако товарът е чисто активно съпротивлеиие, и товарът, който ще се яви иа входа иа транс- форматора, ще бъде също чисто активно съпротивлеиие. Гориите зависимости могат да се изпол- зуват в практнческата работа, въпреки че са изведенн за един <идеален» трансформа- тор. Като изключим обикиовеиите коиструк- тивни изнсквания за мниималии вътрешни
Трансформатори за звукови честоти Фиг. 1-33 — Еквкиалентната схема иа един трансформатор включва в себе си и влия- нието на индуктивността на разсейването, както и съпротивлението на проводника в първичната и вторичиата намотка. Съпро- тивлението Ro е еквнвалеитно съпротивле- нне, представляващо загубите в сърцеви- иата, конто обнкновеио са Константин за дедено напрежение и честота. Тъй като последните са сравнително малки, при приблизителнн изчисления те могат да бъдат пренебрегнати загуби и миннмално съпротивление на разсейването, единственото изискване е първичната да има достатъчно голима ин- дуктивност, за да работи с малък ток на намагнитване при напреженнето, което се подава от източиика. Импедансът иа първичната на един транс- форматор, т. е. този импеданс, който се явява товар иа източиика на енергия, се определи изцяло от товара, включен към вторнчната, и от отношението на навивките. Ако параметрите и а трансформатора оказ- ват эначително влияние върху импеванса на трансформатора, явяващ се товар за източиика, това означава. четраисформато- рът е или лошо изчнслен, или не е подходящ за напреженнето н честотата. при конто се нзползува. Повечето от трансформеторите работят добре при на прежен и я, имаши стойвости от малко над до доста под раз- четената стойност. Импедансно съгласуаа не Много устройства изискват за оптнмал- пата си работа точно определена стойност на товарното съпоотивленив (импеданса). Импедансът на деиствителния товар обаче може да се различава значителио от тази оптимална стойност. В такива случаи се нзползува трансформатор, за да се ивменн импедансът на товара до желаната стой- ност- Това се нарича импедансно съгласу- ване. Иэхождайкк от предишната формула, извличаме зависимостта където • е изискваното съотношение между навивките на пър- вичната н вторичиата; Zf — желаният импеданс на лър- вичната; Z, — импедансът на товара, свър- зан към вторичиата. Пример. Един нискочестотен лэмпов усилвател эв оптиыелнв работа нэнсква товар от ВООО Q, в трябев да бъде свъраан с внсокоговорнтел. имащ импеданс 10 Q . Съоткошеиието иа нввнвки- те — първичнвте към вторнчивте, — което ще се нзнскаа от свързаащкя трансформатор, е Следователио първичната трябва да ииа 23.4 пътк повесе нааивки от вторкчнвта. Общо казано, импедансно съгласуване означава нагаждане с помощта на трансфер матор или по друг начин на товарння им- педанс към желана стойност. Трябва да имаме пред вид обаче, че тозн термин има и друго значение. Може да се докаже, че всеки източиик иа енергия отдава макси- мум енергия на товара (консуматора), когато импедансът на последняя е равен, иа вътрешния импеданс на източнинаа В този случай се казва, че импедансът на ивточника е съгласуван. К. п. д. прк това положение е само 50%, т. е. точно толков, енергия се изразходва вътре в източника- колкото той отдана на тозара. Поради нис- ката си ефектнвност този начни на импе- дансно съгласуване е ограничен само в случайте, когато се касае за малки мощ- ности и когето загряването на ивточннка в резултат на загубата на мощност не е от значение. Конструираив на трансформатори Трансформаторите се конструярат обик- новено тека, че дължината на магнитната линия в сърцевината Да бъде колкото е възможно по-малка. При no-къса магнитна линия трансформеторът ще работи с по- малко навизки за дадено напрежение, отколкою при по-дълга. Късата магнитна линия спомага също за иамаляваие на разсеяння магнитен поток и следователио намаляза реактивного съпротивление на разсейването. На фиг. 1-34 е показана формат^ на две от най-често употребяваните сърцевини за трансформатори. При сърцевини от «бро- неви» тип и двете намотки се навиват върху средното рамо на ламел ите (ярема) ив сърцевината, докато прн О-образните сър- цевинн вървнчната и вторнчната могат при желание да се разноложат върху отделиите рамена. Последнею се предпочкта, когато е необходимо да се намалн капацктнвното влияние между първичната и вторичиата или когато една от намотките трябва да работи с много високо напрежение.
42 ЗАКОНИ ЗА ЕЛЕКТРИЧЕСТВОТО И ЕЛЕКТРНЧЕСКИ ВЕРИГИ О-образна сърцебит. Фиг. 1-34—Два типа трансформаторни конструкции, конто се нзползуват пай- често. «Намелите на сърцевината се за- стъпват една с друга, за да се оенгурн не- прекъсиат магнитен път Материалы, от който се изготвят сърце внните на трансформаторите, е обикиовено енлициева стомана, наричана често «траис- форматориа ламарина». Сърцевината се из- работва от отделнн ламели, изолиранн една от друга (чрез покриването нм например с шеллак), за да се избегне протичането па вихрови токове. «Намелите се застъпват с краищата си по такъв начин, че да образу- ват колкото може по-хомогенен магннто- лровод; с това се намалява разсейвапето на магнитния поток Броят па иавивките, конто трябва да има първичната за дадено е. д. н., приложено към нея, се определи от размера, формата и типа на материала, използуван за наира- вата иа сърцевината, и от честотата. Броит иа иеобходимите навивки е обратно пропорционален на площта на напречното сечение на сърцевината. За груба ориента- ция намотките на маломощните трансформа- тори най-често имат 6—8 навивки иа волт при напречно сечеиие на сърцевината от порядъка на 6,5 ст2 и дължина иа магнит- иата линия от 25 до 30 ст. По-дълга маг- нитна линия или по-малко напречно сече- ние на сърцевината изискват повече на- вивки иа волт и обратно. В повечето трансформатори намотките са навити в редове, като между отделяйте редове се поставят листове от тънка, про- пита с изолациоииа материя хартия. По- Желязна сьрцебпна ТоВар Фиг. 1-35 — Автотрансформ а. о рът се ба- зира на принципите на трансформатора, но при него се нзползува само едва намот- ка. Токовете на захранването п на товара в общата част на намотката (А) протичат в противоположи и посокн,така че резултант- пият ток е разликата между тях Напреже- пието върху А е право пропорционално на отношен него на иавивките дебела изоляция се поставя между отдел- яйте намотки и между намотките и сърце- вината. •*» Автотрансформатор»! Принципы на трансформатора мрЖе да бъде използуван вместо с две самЗ*с една намотка, навита по начнпа, показан на фиг. 1-35; н в този случай важат раз- гледаните доту к основни положения. Транс- форматоритс с една намотка се наричат автотрансформатори. Токът в общата сек- ция (А) и-a намотката представлява раз- лнката между входи и? (първнчния) ток и тока на товара (вторичлня ток), тъй като те са дефазирани. Следователно. ако вход- иият и товарннят ток са прнблкзително равнн, общата секция на намотката може да бъде навита със сравнително тънка жица. Това обаче е валидно само за слу- чайте, когато между входиото и из ходиОто напрежение ияма голяма разлика. Авто- трансформ вторите се нзползуват главно за повишаваие или намаляване иа мрежово- то напрежение в малки граници. На паза- ра се срещат различии регулируеми>авто- трансформатори, иосещи различии тър- говски имена, като «Вариак», <Пауерстат» и др. ДЕЦИБЕЛЪТ В повечето от радиосъобщителните'сред- ства приемаиият сигнал се превръща в звук. Ето защо ще бъде полезно да напра- вим прецеика на силата на сигнала по- средством термииц за отиосителиата гръм- кост, както тя се възприема от ухото. Съ- ществеиа особеност иа човешкото ухо е, че то възприема повишаваието или пони- жаваието иа силата иа даден звук като съотпошение между стойностите иа разви
Децибелът 43- валите мощности и практически е неза- внсимо от абсолютната стойиост на мощ- ността на звука. Например, ако даден чо- век лреценява, че сигналът е станал два пъти по-силен, когато мощността на преда- вателя се е повншила от 10 W иа 40 W, той също ще оцени,че 400-ватовият сигнал е два пъти по-силен от 100-ватовия сигнал. С други думи, човешкото ухо нма по отно- шение на снлата на звука логаритмична характеристика. Тозн факт обуславя и употребата на единицата за относителна мощност, наре- чена децибел (съкратено dB). Изменение с 1 децибел на нивото на мощността създа- ва усещане за едва забележнмо изменение в снлата на сигнала при ндеални условия. Стойността в децибелн, съответствуваша на дадено съотношенне иа мощности, се дава от следната формула: Р. dB = lOlogp*-- Използува се обнкновен десетичен логари- тъм. Съотиошения при и а пр ежен мята и токовете Забележете още веднъж, че децибелът се базира на съотношения между мощности. Съотиошения между напреження и между токове могат също да бъаат използувани, но само когато и за двете стойкости на напреженнето или на тока импедансът е един и същ. Уснлването на даден усилвател не може да бъде нзразено в децибелн точно, ако то се основава само на съотношението между йзходното и входного иапреженне, без тези напрежения да са измерени при една и съща стойиост па импеданса. Кога- то импедансът в двете точки на измерване е един и същ, за определяне на съотноше- нията между напрежения или токове могат да се използуват следните формули: V dB г=20 logили dB — 20 log p • Диаграма иа децибелите Двете предишни формули са изобразени графичио иа фиг. 1-36 за съотношения от 1 до 10. Уснлваиия» изразеии в децибелн, Фиг. 1-36 — Днаграма, позволяваща съотно- шението иа мощности, токове и напрежения-4 да се изрази в децибели. Прн определяне на децибелите, съответствуващи на даде- но съотношенне на токове или напре- жения, последните трябва да се отпасят за един и същ импеданс могат да бъдат добавяни арптметично; загуби (загнивания) могат да се изваждат. Намаляването на мощността се ипднкира' чрез поставяне пред стойността на деци- белнте на знака минус. Спедователно 4-6dB означава, че мощността е била умножена по четири, докато —6dB означава, че мощността е била разделена на 4. Диаграмата може да бъде нзползувана1 и за други съотношення чрез прибавяне (илн изваждане, a-ко са загуби) на 10 dB- всеки път, когато скалата за съотпоше- ннята се умножава иа -10 — за съотноше- ния между мощности; или чрез прибавяне или изваждаие на 20 dB, когато скалата се' умножава на 10 за съотношения между иапрежеиия или между токове. Например- на съотношенне между мощности, равно-на 2,5, отговарят 4 дицебела от диаграмата. Съотношенне на мощности 10 пъти по 2,5, или 25 пъти, се равнява на 14 dB (104-4), а съотношенне иа мощности 100 пъти по' 2,5, или 250, се равиява иа 24 dB (294-4). Съотношенне между напрежения или токо- ве, равно иа 4, е 12 dB, а съотиошения между токове или напрежения, равно на1 40. е 32 dB (204-12) и иакрая съотиошения? 400 е равно на 52 dB (404-12).
44 ЗАКОНИ ЗА ЕЛЕКТРИЧЕСТВОТО И ЕЛЕКТР ИЧЕСКИ ВЕРИГИ ВИСОКОЧЕСТОТНИ ВЕРИГИ Резонанс в последователям кръгове На фнг. 1-37 са показани резистор, кон- дензатор и бобина, свързаии последова- телно с един нзточник на променлив ток, честотата на който може да бъде измен ян а в широки гран иди. На някаква ниска че- стота капацитивното съпротивление ще бъде много по-голямо от съпротивлението на R, докато индуктивиото съпротивление ще бъде малко в сравнение както с кала- цитивното съпротивление на С, така и с активного съпротивление на R ^приемаме, че резисторът има едно и също съпротив- ление за всички честоти). От друга страна, на някаква много еисока честота реактив- лото съпротивление на С ще бъде много малко, докато реактивного съпротивле- ние на L ще бъде много голямо. И в двата случая токът ще бъде малък, понеже реактивного съпротивление на веригата е голямо. На някаква междиина честота реактив- ните съпротивления иа С и иа £ ще бъдат еднакви и иапрежителните падове върху бобината и кондензатора ще станат едиак- ви и дефазирани иа 180°. При това положе- ние настъпва пълио взаимно компенсираие на реактивиите съпротивления и протича- щият ток се определи изцяло от активного съпротивление R. За тази честота токът достига своята максималиа възможна стой- ност при положение, че напрежеиието иа токоизточника остава постоянно незави- симо от честотата. Един последователен кръг, в който индуктивиото и капацитив- ното съпротивленне са равии, се намира в резонанс. Принципът на резонанса иамира своето най-голямо приложение във високочестотни- те вериги. Реактивиите ефекти, свързаии даже и с най-малките индуктивности и капацитети, биха оказвали драстични огра- ничения в работата иа високочестотиите вериги, ако не беше възможно да предиз- викаме тяхното взаимно изключваие чрез добавяие иа същото по величина реактивно съпротивление от противоположен тип, т. е. чрез «иастройване на веригата до резонанс». Резонансна честота Честотата, на която един резонансен кръг влиза в резонанс, е тази, за която XL=XC. Заместваието в този израз иа формулата за индуктивного и капацитив- ното съпротивление дава f~-----1 , 2sijL.C където f е честотата, Hz; L — индуктивността. Н; С — капацитетът, F; Я=3,14. Тези едииици обаче са неудобно големиза високочестотни кръгове, поради което за такива цели се нзползува формула с не- подходящи едииици: . _ Ю* , 2Я-Л-С където f р честотата, kHz; ч X/— индуктивността. uH; С — капацитетът, pF: л=3,14. Пример. Резона иската честота на последователен кръг, съдържащ бобина със самоиндукция 5 цН к кондензатор 35 pF, ще бъде ___10»________10* ___ю* _ = 2 я 'с ~ 6.28 . V5.35 6,23 х 13,2 = 12 050 kHz. Фиг. 1-37 — Един последователей кръг, съдържащ L, С н R, «резонира» иа честота- та, за която индуктивиото съпротивление «а L е равно и а капацитивното съпротивление на С Формулетй за резонансната честота не се длине от активного сопротивление на кръга. Резонансны криви Ако начертаем кривата, показваща изме- нен ията иа тока, протичащ през кръга от ф(<г, 1-37, във функция от измененного иа честотата (при поддържане на постоянна стойност и а приложеиото напреженне), тя ще изглежда подобно на кривите, показа- ни иа фиг. 1-38. Формата иа резояансната крива за честоти, близки до резонанса, се определя от съотиошеиието между реак- тивного и активного съпротивленне. Ако реактивного съпротивление иа бо-
Високочестотни вериги 45 Фиг. 1-38 — Токът. протичащ в един по- следователен резонансен кръг за различии стойкости на серийиото съпротивление. СтоЙностите са ориеитнровъчни и не могат да се прилагат при всички кръгове, но пред- ставляват типичен случай. Прието е, че реактивннте съпротивления на резонаис- ната честота са равии иа 1000 Q. Забеле- жете, че при честоти, конто са отдалечени повече от плюс или минус 10% от резоиаис- ната честота, токът почти не се влияе от съпротивлението на кръга бината или на кондеизатора е с големина от същия порядък като тази на активното съпротивление. токът намалява твърде бавно при измсняне на честотата вляво или вдясно от резонансната честота. Кри- вата, която ще се получи, се нарича крива на широк резонанс. От друга страна, ако реактивното съпротивление е значително по-голямо от активното съпротивление, токът ще намалява бързо, щом честотата се отдалечи от резонансната такава. За такъв кръг казваме, че е с остър резонанс. Такъв кръг реагнра много по-отчетливо на резо- нансната честота в сравнение със съсед- иите честоти, докато кръгът с широк резо- нанс реагира почти еднакво добре на трупа или лента от честоти, центрираии около резонансната честота. И’ двата типа резонаненн криви са по- лезни. Един кръг с остър резонанс осигу- рява. добра селективиост, т. е. способност да реагира силио (отнесено към амплиту- дата на тока) на една желана честота и да подтиска другите. Кръг с широка резо- нансна крива се използува в апаратури, конто трябва да реагнрат по еднакъв начин иа лента от честоти, а не на една еднистве- иа честота. Q-фактор В повечето от схем ите иа резонансни кръгове се показват само индуктивността и капацитетът. без да е дадено никакво активно съпротивлеиие. Въпреки всичко обаче активно съпротивление е винаги иалине. При честоти докъм 30 MHz актив- ного съпротивление е съсредоточеио глав- но в проводника иа бобнната. Над тези честоти енергетичиите загуби в коиден- затора (главно в твърдия диелектрнк, който трябва да се използува за изолацион- ии подпорки на плочите на кондеизатора) стават също фактор. Тези енергетичии за- губи са еквивалентни на едио активно съпротивлеиие. Когато е необходимо да се получи максимална селективност или остро- та на кръга, главиата задача пои конструи- раието става постигането на мииимална стойност на вътрешиото активно съпротив- ление. Стойността на реактивното съпротивле ние — било иа бобнната или на коиден- затора, за резонансната честота на един последователен трептящ кръг, разделена на последователиото активно съпротивле- иие па кръга. се нарича Q (качествен фак- тор) на кръга: 0= *. където Q е качественият фактор; X — реактивното съпротивление иа кондеизатора или на бобина- та, Q; г — серийното активно съпротив- ление на кръга, Q. Пример. Бобнната и конденааторът в един сернен кръг имат всеки по 350 ft реактивно сопротивле- ние на резонансната честота. Съпротивлеинето на кръга е 5 ft. Качествениит фактор е Влиянието на качествения фактор върху остротата на резонанса на кръга се демои- стрира от кривите на фнг. 1-39. В тезн кри- ви честотните изменения са показани в проценти над н под резонансната честота. Дадени са кривите за Q, равно на 10, 20, 50 н 100.С тези стойкости се покрива по-голямата част от стойностния обхват на Q за болшинството практически случаи в радиотехниката. Q-факторът на един не- натоварен кръг се определи само от вът- решното активно съпротивлеиие на състав- ните му елементи.
46 ЗАКОНЫ ЗА ЕЛЕКТРИЧЕСТВОТО И ЕЛЕКТРНЧЕСКИ ВЕРИГИ Процентно изменЕнцз спрямг резонансната честота >Фиг. 1-39 — Токовете, протичащи в кръ- гове с последователен резонанс при раз- личии Q-фактори. В тази графика е прието, /че токът при резонанс е един и същ при вснчки случаи. Колкото по-малко е Q на .Кръга, толкова по-бавно намалява токът при отдалечаване от резонансната честота Повишаване иа напрежеиието при резонанс Когато последователио във веригата на .един трептящ кръг се въведе иапрежеиие с честота, равна на резонансната, напреже- ннето, възннкващо между краищата както .на бобината, така н на кондензатора, е значително по-голямо от приложеното та- -кова. Токът в кръга се ограничава само от актнвното съпротивление и може да до- отигне относително големи стойкости. Съ- щият ток обаче протича през високнте реактивии съпротивлення на бобината и кондензатора н предизвмква значителни надове на напрежеиието върху тях. Съотио- шението между реактивното напрежение и приложеното напрежение е равно иа съот- нпшението между реактивното и активис- те съпротивление. Това съотношение е точно Q-факторът на кръга. Следователно напрежеиието върху бобината или конден- затсра е равно на QE, където Е е ианрежё- нието, въведеио последователио в кръга. -С това явление се обясияват високите иапрежения, развнвани върху частите на серийно настроените устройств\ за връзка с антената (виж главата «Предава- телни линии»). Резонанс в паралелни кръгове Когато един язточннк с изменяща се честота н постоянно напрежение се при- ложи към един паралелен кръг като този, показан на фиг. 1-40, може да се получи резонансен ефект, подобен на ефекта при Фиг. 1-40 — Кръг, илюстриращ паралелен резонанс поел едовател ния кръг. В този случай «входннят ток» (измерен в указан ите точ- ки) е най-малък за честотата, иа която нндук- тнвното и капацитивното съпротивление са равни. На тази честота токът през L е напълно компенсиран от.противофазния ток през С, така че само токът, консумираи от R, протича във външната верига. На честоти под резонансната токът през L е по-голям от този през С, тъй като реак- тивното съпротивление на L е по-малко, а това на С—по-голямо за по-ниските честотн. Тук се получава само частично компенсиране на двата реактивии тока и токът, протичащ във външната верига, е по-голям от този, консумиран от R. На честоти иад резоиансната положението е обратно — през С протича по-голям ток, отколкото през R, така чс токът във външ- пата верига пак иараства. Тъй като токът при резонанс се определя изцяло от съ- противлението R, той ще бъде голям, ако R е малко, и малък, ако R е голямо. Съпротивлението R, показано на фиг. 1-40, не винаги е един действителен ре- зистор. В много случаи то представлява последователно съпротивление на бобина- та, «трансформирано» в еквмвалентно па- ралелно съпротивление (вж. по-нататък). То може да .бъде и антенното или друго товарно съпротивление, внесено в настрое- ния кръг. Във всички случаи то лредстав- лява общото ефективио съпротивление на кръга. Паралелиите и сернйните резонансни кръгове си приличат твърде много в никои отношения. Така например кръговете, озна- ченн като А и В на фиг. 1-41, при подаване на външно напрежение ще се държат като идентични, ако: а) £ и С и в двата случая са една кв и; б) R, умножено по г, е равно на квадрата от реактивното съпротивле- ние (при резонанс) както иа £, така и на С. Когато тезн условия са изпълнеии, двата кръга ще имат едно и също Q. (Тезн твърдения са прпблнзителни, но когато Q е 10 нли повече, те са твърде точнн) Кръгът, отбелязан с А, е последователен кръг, ако се погледне «отвътре», т. е. об- хождайкн контура, образу ван от £, С и г, така че Q може да бъде намерен от съот- ношението между X и г.
Високвчестотии вериги 47 Фиг. 1-41 — Последователен и паралелен екв ива лент на два кръга в резонанс. Се- рий в ото съпротивление г в А е заменено в В от екв«валентного паралелно съпротив- х2 X2 > (х С I и обратно Кръгове като този, показан на фнг. i-41 А, имат еквивалентен паралелен импе- , X2 дане (лрн резонанс) R=~—, където X е реактивного съпротивление на бобината или на кондензатора. Въпреки че R нее действителен резистор, за източиика на напрежение паралелният резонансен кръг се държи като чисто активно съпротивле- пне с изведената по-горе стойност. То е «чисто» активно съпротивление, тъй като индуктивният и капацитивннят ток са дефазиранн на 180° и са равнн, т. е. във външната верига не тече реактивен ток. В един практически кръг, чийто конден- затор е с високо Q, паралелният импе- данс при везонапсната честота ше бъде Zr = Q. X, където Zr е активиият импеданс при ре- зонанс; Q — качественият фактор на бо- бината; X — реактивного съпротивление (в омове) на бобината или на кондензатора. Пример^ Паралелният импеданс иа еднн кръг, чиято бобина има Q^50 и индуктивного и капа- питнвното съпро-гнвленне е 300 Й , ще бъде Zf = Q . X = 50 X 300 = 15 000 й. На честоти извън резонанса импедансът вече не е чисто активен, тъй като индуктив- ният и капацитивният ток не са ранни. По тази причина импедансът извън резо- нанса е комплексен н е по-малък от импе- данса при резонанс по причини, конто обяс- ннхме по-горе. Колкого по-високо е Q на кръга, тол- кова по-висок е неговнят паралелен импе- данс. Кривите, показващи изменен него на импеданса (в зависимост от честотата) иа Процентно изменение спрями резонансната честота. Фиг. 1-42 — Относителен импеданс на кръг с паралелен резонанс при различии Q- фактори. Кривйте са подобии на тези, ло- казани на фиг. 1-39, отнасящи се до после- дователните резонансни кръгове. Влияние- то на Q е най-добре изразено близо до резонансната честота един паралелен кръг, имат същата форма като кривите, показващи изменен него на тока във функция от честотата в еднн по- следователен кръг. На фнг 1-42 е пока- зана една фамилия такива криви. Фами- лията криви, показващи отноентелната реакция във функция от отдалечаването от резонансната честота, би трябвало да бъдат подобии на тези, показали на фиг. 1-39. Широчината на лентата на пиво—3 <1В (широчината на лентата на относително ннво 0,707) се получава от: широчина на лентата при — 3 dB=/0.Q, където f0 е резонансната честота; Q — качественият фактор на кръ- га. За по-лссно заломняне някои я наричат ш ирочипа на лентата при «половина мощ- ности. Паралелен резонанс в кръгове с и иске Q Казаното в миналия раздел важи с пеобходимата точност само когато Q е 10 н повече. Когато Q е под 10, резонан- сът в един паралелен кръг, чисто активно съпротивление е евързано последователно на бобината, както е показано на фиг. 1-41 А, не се определи толкова лесио. Може да се намери цяла трупа от стой- кости за L и С, за конто паралелният нм веда нс е чисто активно съпротнвление, но при тези стойности импедансът не достнга своята максимално възможиа стойност. Друга трупа от стойности за L и С осигу-
48 ЗАКОНИ ЗА ЕЛЕКТРИЧЕСТВОТО И ЕЛЕКТРИЧЕСКН ВЕРИГИ ряват максимален паралелей импеданс, но тази максимална стойиост не е чисто активно съпротивление. И двете състоя- ния биха могли да се нарекат «резонанс», затова при кръгове с ниско Q е необходимо да се прави разлика между паралелен ре- зонанс по максимален импеданс и по активен импеданс. Разликите между стойностнте на L и С и равностойните реактивни съпротив- ления на един последователен трептящ кръг е забележима, когато Q е от поря- дъка на 5 и става още по-забележима при намаляване на стойностнте на Q. Q при иатоварени кръгове В много от случайте иа приложение на трептящите кръгове единствен ата за губа на мощност е тази, която ср разсейва в активното съпротнвлеиие на сам и я кръг. На честоти под 30 MHz по-голяма част от това съпротивление е съсредоточено в бобнната. В определени граници повишава- нето броя иа иавивките на бобнната повн- шава по-бързо реактивиото, отколкото ак- тивното съпротивление, поради което за кръгове, в конто Q трябва да бъде голямо, бобнните се правят с относително гол яма за дадената честота самоиндукция. Когато обаче кръгът доставя енергня иа някакъв товар (какъвто е случаят с резо- на нсн ите кръгове, нзползуванн в предана - телите), енергията, консумИрана в кръга, е нищожио малка в сравнение с енергията, консумираиа в товара. Еквнвалентът на такъв кръг е показан на фиг. 1-43А, къде- то паралелннят резистор представлява товарът, на който се отдава енергня Ако мощността, разсейвана в товара, е най- малко десет пъти по-голяма от тази, която се разсейва в бобнната и кондеизатора, паралелннят импеданс на самия кръг ще бъде много висок в сравнение със съпротив- лението на товара, така че от практическа гледна точка импедансът на комбинирания .(А) Фиг. 1-43 •— Еквивалентна схема на един резонансен кръг, отдаващ енергня на даден товар. Резисторът представлява съпро- тивлението на товара. На дясната рисунка товарът е включен към част от бобнната, което съгласио трансформаторния прин- цип е еквивалентно на включването иа по- високо товарно съпротивлеиие върху це- лия кръг "is (В) кръг ще бъде равен на товарного съпротив- ление. При тези условия Q на един пара- лелен трептящ кръг, нетоварен с активен импеданс, ще бъде 4 у където R е паралелното товарно съпро- тквлеиие, £2; X — реактивиото съпротивление, £2. Пример. Активен товар от 3000 Q е свързан пара- лелно на един трептящ кръг, в който индуктивно- го н капацитивиото съпротивление са всяко по 250 Q. Качественият фактор на кръга е о== зооо V X 250 12. «Ефективното» Q на един кръг, нетова- рен с паралелно активно съпротивление, става по-високо, когато се иамаляват реак- тивните съпротивления иа елементите му. Кръг, натоварен с отпосително мал к о ак- тивно съпротивление (няколко хиляди £2), трябва да има нискоомни реактивни елемен- ти (голям капацитет и малка иидуктив- ноет), за да има задоволително високо Q. ТрансформИране иа импеданс Едио важно приложение на паралелнн- те резонансни кръгове е използуването им в качеството на устройство за импедаисно съгласуване в изходиите кръгове на мощните лампови ВЧ усилватели. Както е описано в раздела за радиола мп ите, съ- ществува една оптимална стойиост на товар- ного съпротивление за всеки тип радио- лампа и режим на работа. Съпротивление- то на товара обаче, на което лампата тряб- ва да отдаде мощпост. е обикновено зна- чително по-малко от това. което се изисква за правилната работа на радиолампата. За да трансформ и раме действ ител ните съ- противления на товара в необходимата стойиост, товарът може да бъде включен към част от бобината. така както е показа- но на фиг 1-43В. Това е еквивалентно на евързване на товарно съпротивление с по-висока стойиост паралелно към целия кръг и е подобно по принцип на трансфор- мирането на импеданса с помощта иа транс- форматор с желязна сърцевина. Във висо- кочестотните трептящн кръгове отноше- иието на импедансите се измени точно про- порционално иа квадрата от отношеиието между иавивките, тъй като не всички линии на магнитння поток пресичат всяка на- вивка на бобината. Желаният трансформи- раи имреданс обикиовено трябва да се постигне по пътя на опитно иагласяване. Когато товарного съпротивлеиие е с
Висомочестотни вериги 49 много ииска стойност (например под 1О0Й). то може да бъде свързано последователио във веригата на трептящия кръг (както напр. иа фиг. 1-41А), в който сличай се трансформира в еквивалентеи паралелен импеданс по начина, описан преди това. Ако Q е ионе 10, еквивалентният парале- лен импеданс е z,= *L, г където Z, е актнвният парвлелеп импе- данс при резонанс; X —реактивното съпротивление иа бобината или на конденза- тора, Й; г — товарното съпротнвлеиие,свър- зано последователио в кръ- га. Ако Q е по-малко от 10. поради причини, конто бяха обяснени при кръговете с малко Q, ще трябва да се извърши известен подбор на голем ината на реактивното съ- протнвление, за да може да се получи активен импеданс с желаната стойност. Стойкости иа реактивното съпротивление Диаграмите иа фнг. 1-44 и 1-45 показват реактивното съпротивление при стойности Фиг. 1-44 — Диаграма за реактивното съ- противление па най-често използуваните индуктивности за радиолюбител'ските об- хвати от 1,75 до 220 MHz Фиг. 1-45 — Диаграма за реактивното съ- противление на иай-често използуваните капацитети за радиолюбителските обхвати от 1,75 до 220 MHz на самоиндунциите и капацитетнте, конто се нзползуват най-често във високочестот- ните настроенн кръгове за радиолюбител- ските обхвати. С изключение на обхвата 3,5—4 MHz, граничните стойиости за нойто са дадени на диаграмата, изменеиието на реактивното съпротивление както* на нндуктивиото, така и на капацитивиото в пределите на един обхват е достатьчно малко, така че една обикиовена крива дава реактивното съпротивление със задово- лителна точност за повечето практически нуждп. Съотношеине L/C Формулата за резонансната честота на един кръг показва, че същата честота може да се постигие вииаги, стига произведението от L и С да е постоянно. Очевидно е, че в рамките на това ограничение L може да бъде голямо, а С малко и С — голямо, а L — малко и т. н. Връзката между тез и две величнни за определена честота се нарича L/C-фактор. Кръг с високо С е този, при който капапитетът е по-голям от «нормалния» за дадената честота, а кръг с инско С е този, прн който капаци- тетът е по-малък от нормалиия капацитет. Тези обозначения зависят в значителиа степей от разглеждания конкретен слу- чай и нямат точно цифрово изражение. 4 Наръчяик иа радиолюбителя
50 ЗАКОНИ ЗА ЕЛЕКТРИЧЕСТВОТО И ЕЛЕКТРИЧЕСКИ ВЕРИГИ э - S'* Произведение L.C При изчисленията, конто трябва да се правят за една и съща честота и различии съотношенпя UCt е много удобно да се нзползува цифровата стойност на произ ведепието L.C Това произведение, кон- станта за която н да е честота, се намнра по формулата .г 25330 1С = -7,- където L е индуктивността, |1Н; С — капацитетът, pF; f — честотата, MHz. Пример. Намерете необходима™ индуктивност. която да реэонира на 3650 kHz (3,65 MHz) с капацитети 25, 50, 100 и 500 pF, Произведението LC е равно на >25330,25330 , LC (3,65)« “ 13,35 -1ЭТО’ с 25 pF L=1900/C=1900/25=76 цН; с 50 pF L=1900/С=1900/50=38 цН; със 100 pF Д=1900/С=1900/Ю0=19 Ц.Н; с 500 pF L=1900/C=1900/500=3.8 у.Н (А) (С) Свързанн кръгове Прехвърлине на енергия н^иатоварване Два кръга са свързанн, когато енергията може да бъде прехвърляна от единия на другия. Кръгът, който дава, мощност, се нарича първичен; този, който получава мощност, се нарича вторичен кръг. Прак- тически мощността може да бъде изцяло разсеяна във вторичния кръг (такъв е обикновено случаят прн кръговете на радио- приемниците) или вторичният кръг може просто да действува като междииио звено, през което мощността от първичния кръг се преиася до даден товар. В този случай свързаните кръгове могат да действуват като високочестотни устройства за нмпе- дансно съгласуване. Нагаждаието може да бъде осъществено чрез съгласуване на товара към вторичния кръг и чрез изменя- не иа степента на връзката между пър- вичния и вторичния кръг. Връзка с помощта иа общ елемент иа кръговете Един метод за осъществяваие иа връзка между два резонаисни кръга е посредством елемент,конто се явява общ за двата кръга. Трите най-често срещани варианта иа този иачин за връзка са показани иа фиг. 1-46. Елементът, който се явява общ за двата кръга, носи индекса М. При схеми Фиг. 1-46 — Три метода за свързване иа кръгове А и В токът, циркулнращ в LiClt протича през общия елемеит и напреженнето, което се развива върху него, причииява проти- чане на ток в LZC2. При схема С См и Ся образуват един капацитивеи делител иа напрежение, включен паралелно иа LiClf и част от напреженнето, създало се върху LjCi, се прилага върху Д8С2. Ако двата кръга резоиират на една и съща честота, както обикновено е иа практика, н приемем че Ll=L9, Cj=C2 и Qi=Qa, стойността иа реактивния елемеит за връз- ка, която се изисква, за да се получи мак- симално прехвърляне на енергия, може да се пресметне с приближение посредством следннте формули: (A) tMwli/Qi; (В) См» <2i Ct; (С) СмяиСд/Ох- Връзката може да бъде засилеиа чрез увеличаване стойността иа свързващия елемент при вариантите А и С и чрез поии- жаваие стойността на свързващия елемент при вариант В. При засилване на връз- ката резултантната широчина на лентата иа двукръговата комбинация се увелнчава и този принцип поиякрга се прилага за раз- ширяване лентата на кръговете в предава- телите или приемниците. Когато свързва- щите елементи в А п С се намалят или когато свързващият елемент в В се уве- личи, връзката между кръговете иамалява
Високочестотнн вернги 51 под стойността на критичната връзка, на която се базират горинте формули. Нама- ляването на връзката под тази критична стойност намалява широчииата на лёнтата иа кръгогете и прехвърляната между тях еиергня. Този принцип се-нзползува често в радиоприемниците, за да се подобри тяхната селективиост. Индуктивна връзка На фиг. 1-47 и 1-48 е показана иидук тивна връзка или връзка посредством взаи- монндукцията между две бобини,. Кръго- вете от този тип наподобяват иа трансфор- маторите с желязна сърцевииа, но тъй като тук само една част от магнитните си- лови линии, създавани от едната бобина, преснчат навнвките иа другата бобина, про- стите зависимости между преводно отно- шение на иавивките, съотношение между вапреженията и нмпедансно съотношение при трзнсформаторите с желязиа сърце- ®ина не са валидни. Два типа индуктивна връзка са показанн на фит. 1-47, където само еднният кръг е резонансен. Връзката съгласно А се из- ползува често в радиоприемниците между усилвателните лам пи, когато настройка- та на кръга трябва да се измени, за да съответствува на сигнали с различии че- стотн. Схемата В се нзползува главно в предавателите за връзка между високо- честотння усилвател и даден съпротиви- телен товар. В тез и кръгове връзката между пър- вичната и вторичната бобина е обикно- вено «затегната», което ще рече, че коефи- •цнентът на връзка между двете бобинн е толям. При много силна връзка и двете схемн работят така, като че ли устрой- ството, къ.м което е включена ненастроена- та намотка, е свързано направо към съот- ветен брой навивки от бобината на настрое- ,ния кръг, т. е. всяка от схемите е прибли- зително еквивалентна иа схемата от фиг. 1-43 В. Чрез правил но подбиране броя на иа- вивките на ненастроен ата бобина и чрез яагласяване иа връзката паралелиият им- С5 Изход (А) Вход <Xj ; L,5 j-L, Иахо°8 (В) Фнг. 1-47 — Индуктивно евързани кръго- ве с единична настройка ВхоЭ ИлхоЗ Ж—О Изход Фиг. 1-48 — Индуктивно евързани резо- наисни кръгове. Схема А се нзползува при високоомен товар (товарио съпротивление, което е значително по-високо, отколкото реактивното съпротивление на L. илн Ct за резонансната честота). Схема В е под- ходяща при иискоомен товар (товарио съ- противление. значително по-малко от реак- тивното съпротивление на £я или за резонансната честота) педанс на настроения кръг може да бъде направен толкова голям, колкото се изис- ква за правилната работа иа устройството» към което той е евързан. Във веек и слу- чай възможното максимално прехвърляие на енергия при даден коефициент на връз- ка се получава, когато реактивною съпро- тивление на ненастроената бобина е равно на активиото съпротивление иа нейния товар. Q-факторът и паралелиият импеданс на настроения кръг се намаляват при свър- зване посредством неиастроена бобина поч- ти по същия начин, както при включване- то към част от бобината, показано на фиг. 1-43 В. Свързаии трептящи кръгове Когато първичиият н вторичиият кръг са иастроени така, както е показано на фиг. 1-48,резонансните ефекти в двата кръга усложняват в известна степей работата в сравнение с по-простите кръгове, конто току-що разгледахме. Да си представим най-напред, че двата кръга не са евързани и че всеки един от тях е независимо на- строен иа резонансната честота. Импе- дансът на всеки от тях ще бъде чнето акти- вен. Ако първичиият кръг е евързан с един източник иа ВЧ еиергня с честота. равна иа резонансната, а вторичкият кръг е евързан слабо с първичкия, във вторичния кръг ще тече ток. Протичайкн през актив- ного съпротивление на вторичння кръг и през какъвто и да е товар, който може да е евързан към него, токът ще предизвика
52 ЗАКОНИ ЗА ЕЛЕКТРИЧЕСТВОТО И ЕЛЕКТРИЧЕСКН ВЕРИГИ загуба на мощност Тази мощност трябва да се получи от източнцка на едергия през първичния кръг и се изявявд в дървцчната като повишаване на еквнвалёитното актив- но съпротивление на кръга. От това се вижда, че Q и паралелннят импеданс на вторичння кръг се намаляват от свързания към него вторичен кръг. С увеличаването на връзката,без да се измени настровката на двата кръга, впесеното активно съпротив- ление в първичния кръг става по-голямо, а паралелннят импеданс на същия продъл- жава да спада. Сщ> такд със здсцдцането на връзката между двата кръга количе- ството иа прехвърляната мощност от пър- внчния във вторнчния кръг ще се повиша- ва до дсстцгаието на един максимум, отго- варящ на т. нар. «критична връзка». Прн по-цататъшио засилване на връзката (без да изменяме настройката на кръговете) прехвърлянето на енергия намалява. При иатоварените кръгове, каквито. се из- ползуват в предавателите, Q може да бъде твърде ниско, за да се осигури прехвърля- нето на желаната мощност даже и при мак- симално възможната физическа връзка, която конкретната конструкция позволява. В такива случаи повншаването на Q-фак- торите н на двата кръга ще бъде полезно, въпреки че, общо взето, е по-добре да се повишава само Q на този кръг, който е с ниско Q, отколкото обратного. Q-факторът на паралелно настройвап първичен (вхо- ден) кръг може да бъде повишен чрез нама- ляване на съотношението L/C, защото, както беше показано във връзка с фиг. 1-43, този кръг е нетоварен с едно паралелно съпротивление. Във вторичния кръг с паралелка настройка — фнг. 1-48 A, Q може да бъде повишено чрез повишаване на съотношението L/C. При бобнните, изпол- зувани в практиката, обикновено няма затруднения в осигуряването на необхо- димата връзка между тях, стига произве- дението от Q-факторите на двата настроени кръга да е 10 и повече. При по-малко произ- ведение иеобходимата връзка може да се получи, ако коиструкцията иа бобииите позволява по-силиото им евързване. Селективност На фиг. 1-47 само единият кръг е на- строен и кривата иа селективността ще бъде в основии линии тази, която е ха- рактерна за един единичен трептящ кръг. Както беше казаио, ефектнвното Q за- вися от съпротивлението, евързаио към неиастроеиата бобина. На фиг. 1-48 селективността е увеличе- на. Тя се приближава до тази иа единичння настроен кръг» чието Q се равиява на су- мата от Q-факторите на отделяйте кръгове. Фиг. 1-49— Показано е влияиието, което оказва изменението на коефициента на връзка между два кръга върху изходното напрежение. Кръговете са настроени неза- висимо един от друг иа едиа и съща често- та. Напреженнето, приложено към пър- вичния кръг, се поддържа постоянно по амплитуда при изменянето на честотата, а изходното напрежение се измерва върху вторичния кръг ако, разбира се. връзката между кръговете е значително под критичната (това не е условнето за оптимално предаване на мощност, което дискутирахме по-горе) и двата кръга са настроени в резонанс. Q-факторите на отделните кръгове се нлияят от степента иа връзка между тях, защото всеки кръг виася съпротивлеиие в другия. Колкото е по-силна връзката, толкова повече се намаляват индивидуал- иите Q-фактори на кръговете иследовател- но се намалява сумарната селективност. Ако двата кръга са настроени независимо в резонанс, при изменяне иа връзката меж- ду тях общата селективност ще се из меня приблизително така, както е показано на фиг. 1-49. При слаба връзка (А) изходящото иапрежеиие (върху вторичния кръг) е ыалко, а селективността е висока С уве- лнчепието на връзката вторичного няпреже- нне също се повишава до достигаието иа критичната връзка (В) В тазн точка изход- ното напрежение на резонансната честота е макенмалио, но селективността е по- малка, отколкото при използуването иа слаба връзка между кръговете. Прн силна връзка (Q изходното напрежение на резо- нанензта честота рамалява, но при изменя- не на честотата встрани от резонанса се коистатнра появяването иа две«гьрбици» иа кривата — по една. от всяка страна иа резонансната честота При много силна връзка (D) е иалице по-нататъшио намаля- ване на изходното напрежение на резо- наисната честота, а гърбиците се отдалеча- ват от иея. Криви като С и О се иаричат «тъповърхи», тъй като изходното напре- жение не се измени много по протежеиие иа една сравиителио широка лента от честоти.
Високочестотни вериги 53 Фиг. 1-50 — Отиосителни резонаисни ха- рактеристики на единичен настроен кръг и на свързанн кръгове. При индуктивно свързанн кръгове (фиг. 1-46А и 1-48А) ь=_М- , •/цц където М е коефициентът иа взанмоин- дукцията. При капацитивно свързанн кръ- гове (фиг. 1-46В и I-46C), , с с“ респективно Забележете, че извънрезонансните гър- бици на кривите имат сыцата максимална стойност, както резонансното изходно на- прежение при критична връзка между кръ- говете. Тези гърбици се причпняват от обстоятелството, че при честоти извън ре- зонанса вторичният кръг е реактивен и внас и както активно, така и реактивно съпротивление в първичния кръг. Внесе- ното активно съпротивление намалява из- вън резонанса и всяка гърбица на кривата представлява ново условие за критична връзка на честотата, на която първичннят кръг е настроен чрез добавяне на виесена- та от вторичния кръг реактивност. На фиг. 1-50 са показани характеристич- ните криви за различна степен иа връзка между два кръга, настроен и иа честота f0. Кривите са построени за случая, когато и двата кръга имат еднакво Q, ио важат и за случайте, когато Q-факторите се раз- личават в съотношеиие до 1,5 или даже 2:1.В такива случаи за Q трябва да се нзпол- зува стойност, равняваща се иа Q=VQi. Q* Шир о колен то в а връзка Резонансните кръгове с иадкритична връзка помежду им се използуват, когато се желае в една сравиителио широка лента от честоти да се получава постоянен сигнал без донастройка на кръговете. Шнрината на плоската част на върха на резоиаисиата крива зависи от Q-факторите на двата кръга, както и от сглата иа връзката между тях Честотното разнасяне между гърбн- ците се увелнчава и крнвата става с по- плосък връх прн намаляване на Q-факто- рите. Широколентовата работа може да се постигие и чрез настройване иа двата кръга на две близки честоти, прн което се полу- чава двугърба резонансна крива даже и при слаба връзка. Това се нарича метод с разстроени кръгове. За да се оснгури до- статъчно прехвърляне на мощноет по це- лия честотен обхват, обикновено е необ- ходимо да се нзползува енлна връзка и опитно донастройване на кръговете до постигане на желаните параметрн, Връзка с междииио звено Една модификация на индуктивната връз- ка, иаричана връзка с междинно звено, е показана на фиг. 1-51, С иея се постига ефектът иа индуктивна връзка между две бобин и. конто нямат взаимна индуктив- нсст. Междинното звено е просто начин да се осигури взаимна Индуктивност Общата таимна нндуктивност между гве бобини, езързани посредством междинно звено, не може да бъде така грляма, както ако б 'б ин ите имаха пр яка връзка помежду сн. Това е така, защото коефициентът на връз- ка между бобнни, навити на въздух, е зпачктелйо по-малък от 1 и тъй като съще- ствуват две точки на връзка, обшият кое- фициеит па връзка е по-малък, отколкото между каквато и да е двойка бобини. На практика това може да не се счита за ие- достатък, тъй като прехвърлянето на еиер- гия може да бъде достатъчно голямо чрез използгване иа настроен и кръгове с до- статъчно високо Q. Междннио звено за връзка се прилага най-често,х._ когато из- ползуването иа обнкновеиа индуктивна Фнг. 1-51 — Свързване с бобина за връз- ка. Взаимоиндукцията в двата края на веригата за връзка е еквивалентна на вза- имонндукцията между иастроените кръ- гове и изпълнява същата роля
54 ЗАКОНИ ЗА ЕЛЕКТРИЧЕСТВОТО И ЕЛЕКТРНЧЕСКИ ВЕРИГИ връзка е неудобно от конструктивна гледна точка Бобините, използувани в междиииото звено за връзка. нмат малък брой навивки в сравнение с бобините на трептящите кръ- гове. Броят иа иавивките ияма голямо зна- чение, тъй като коефициентът иа връзка е относително независим от броя на навив- кнте на всяка бобина. По-важио е двете бобиии иа междинното звено да имат при- близнтелно еднаква индуктивност. Дължи- пата на междинното звено ие е критична, ако, разбира се, е много малка в сравнение с дължината на вълната, ио яко тя е по голяма от около една двадесета от дължи- иата на вълната, междинното звено ще действува по-скоро като предавателна ли иия, отколкото като средство за осигуря- ваис на взаимна инцуктивност. В такъв случай то трябва да се третнра с методите, описан и в раздела за предавателиите ли- нии. Вериги за импедансно съгласуване Различии комбинации на L и С могат да бъдат използувани за трансформирането на едно импедансно ниво в друго и едко- временно с това за обезпечаваие на необ- ходим ата селективиост по отношение и а иежелани сигнали. По-простите съгласува- щи вериги изискват малко части н тяхното проектиране е сравнителио леко, но иа тях им липсва уииверсалиостта, прнсъща на сложните звена. Г-звено Г-звеного е въэможно най-простата ве- ркга за импедансно съгласуване. Тя на- помни много на обикиовен трептящ кръг с товарио съпротивление R, свързано или последователио, или паралелно, така как- то е показано на фиг. 1-52. Варнантъ?, по- казан на фиг. 1-52А, се нзползува, когато желаният импеданс Rin е пб-голям, откол- кото действителното товарио съпротивле- ние R, докато схемата на фиг. 1-52 В се нзползува при обратиия случай. Формули- те за изчисление иа реактивиите съпро- тивления при всяка конкретна схема са дадени във фигурата. Реактивиите съпро- тивления могат да бъдат превъриати в индуктивности и капацитети с помощта на дадеиите преди това формули или да се вземат директно от диаграмите иа фнг. 1-44 и 1-45. Когато коефициентът на транс- формация на импеданса е голям, т. е. кога- то единият от импедансите е от порядъка иа 100 и повече пъти по-голям от другая, действието на кръга е съвсем същото като това, описано преди във връзка с транс- (А) Rin Rfn^'R Хи-л/КИиТ**’ Хс- R*g. - xu Ri>R» Vt X . QR,.iR.n,/x.,) «'*1 Фиг. 1-52 — Схем и за съгласуване на’им- педанси, конто са подходящи за любителска- та практика. (А) L-схема — за трансформи- ране към по-ииска стойност иа активно съ- противление. (В) L-схема — за трансфер- мИране към по-високо съпротивление. (С) П-схема. Rt е по-големият от двата резн- ях стора; Q се определи от(D)Частично вкдючване на кръга — нзползува се прн някои възли иа прнемниците. Импедансът на настроения кръг се трансформира към по-ниска стойност, Rin, с помощта на капа- цитивен делител формирането иа импеданс с помощта на прост LC резонансен кръг. Q-факторът иа едно Г-звено се намира по същия начин, както при обнкновеинте XL трептящн кръгове, т. е. то е равно и а Rin . XL R или За фиг. 1-52А и иа или • за фнг. 1-52В. Стойността иа Q се опреде- ли от съ отношен ието на импедансите. конто ще се съгласуват, и не може да се избира производно. Във формулите на фиг. 1-52 е прнето, че както R, така н Rin са активии съпротивлеиия. 77-звево /7-звеното, показано на фиг. 1-52С» често се нзползува в крайното стъпало на предавателя. За различиите честотии обхва-
Високочестотни вериги 55 ти се включват различии стойкости на L, докато С! и Сй са променливи конденза- тор и. При иеговото главно приложение като трептящ кръг, съгласуващ предавателната линия с лам пата — усилвател на мощност, товарът обнкновено има твърде ниска стойиост (максимум до няколкостотнн Q), докато /?!, т. е. изискваният товар за лам- пата, е от порядъка на няколко хиляди £2. Графични решения за практически слу- чаи са дадени в раздела за проектиране иа предавателн в частта, разглеждаща анод- иите трептящи кръгове. Стойностнте на L и С могат да бъдат изчислени, като се из- ходи от реактивного съпротивление. или да се вземат от диаграмите на фиг. 1-44 и 1-45. Настроен кръг с частично включване Докато /7-звеното може да се използува за нагаждаие на високоомно съпротивле- ние към ннскоомно, схемата на фиг. 1-52D има други привлекателни свойства. Тя се използува често за съгласуване на аите- ната към предавателя (трансмат«), при което Ct и С2 са на една ос, а £ е нромен- лива. Бобината може да бъде с отводи, когато трябва да се осигури импедансно трансформиране между нискоомни съпро- тивления с близки по големина стойко- сти. Това е често срещан случай в^тран- зисторните схем и. Пример. JIfi се определи схемата, която може да съгласуна една антена със съпротивление 1500 О към един предавател със съпротивление 500. Ако изберем схемата, показана на фиг. 1-52 D, виждаме, че Q тряб- ва да бъде по-голямо от V1600/50— 1=5,38. Тогава Q ОТ порядъка иа 10 ще удовлетворява това условие и се предполага, че ще изисква удобни за практиката стойкости нд реактивните елементи. XL ще бъде 1600/10, или 1600. уг /б0(1О1) хс*“\ТбйГ_|76'9“- _1500(10) I____60 ХС*~ 101 у 10(76,9)— l3a’e5Q- Ако работната чесгота е 3,7 MHz, стойностнте на еле- ментнте ще бъдат: L=6,4pH,Ci=309 pF и C»=559,3pF. Изборът на Q е правилен, тъй като С> има доста прак- тична стойиост, което ие би, било на лице, ако бяхме взели по-висока стойност ва Q. Много често товарът и нзточиикът освен активно съпротивлеиие съдържат и реактив- на съставиа, ио в повечето случаи това ие пречи да се използуват съгласуващите звена, конто току-що разгледахме. Ефек- тът от тазн реактивна компонента може да бъде компеисираи чрез изменяие на един от реактнвиите елементн насъгласу- ващото звено. Така, ако 1500-те ома от горния пример са шунтираии с някаква ка- пацитивна компонента, L би могла да се намяли, за да я компенсира. Фил три Филтърът е електрнческа схемна кон- фигурация, оразмерена така, чеда прите- жава специфнчни характеристики с оглед да пропуска или да отслабва сигнал и с различии честотн, конто се прилагат към него. Съществуват четири основнн типа филтрн: нископропускащи, високопро- пускащи, лентоподтискащи (режекторни) н ле нто про пуска щи филтрн. Ннскопропускащ филтър е тозн, който позволяпа всички честотн под една опре- делена честота, наречена чесгота на сряз- ване, да бъдат пропускаии с малко или въобще без загуби, като едиовремеино с това да отслабва всички честоти над често- тата на срязваие. Високопропускащ фнлтър е този, който пропуска всички честоти и ад честотата иа срязването с минимални загуби, а прнчиня- ва значително отслабване иа честотите, лежащи под иея. Неговото действие е про- тивоположно иа това иа нископропуска- щня филтър. Лентопропускащ филтър е този, който пропуска почти без загуби избрана лента от честоти и подтиска всички честотн над и под избраната лента. Лентоподтискащ (режектореи) филтър е този, който подтиска избрана лента ет честоти, но позволява на другите да бъдат предавай и. Так ива филтрн са често сре- щаните в практиката на любителите спи- ращи кръгове, наричани «капани» (traps). Лента на пропускане на дадеи филтър се иарнча честотиият спектър, който той пропуска с малко или без загуби. Про- пускането не вииаги е абсолютно една к во за всички честотн, включени в лентата и а пропускане, ио вариациите обнкновеио са малко. Лента иа подтискаие се нарича честотна- та облает, в която затихването е желай ефект. Затихването в лентата иа подтискане може да се меии и в простите филтри обик- н ов ей о е н ай-ниско около честотата и а срязване, нараствайки до големи стой- кости за честотите, конто с а зиачително отдалечени от честотата и а срязване. Филтрнте се конструират за специфична стойиост иа чисто съпротнвнтелеи импе- данс (импеданса в краищата на филтъра). Когато такъв импеданс се включи към
ЗАКОНИ ЗА ЕЛЕКТРИЧЕСТВОТО И ЕЛЕКТРИЧЕСКИ ВЕРИГИ Элементарно U-sHem пт к-тип Элементарно Т-звене сп? К-тпип Элементарна П~звемо п?- производно П-звено Крайни тп-произвести звена за използиване с меж8и<чз ,2С. Л'ввв*° £; L’“ *rn"L* сх’"ск Високо-тфопускащи филтпри от к-пкт Элементарно Мемо от К-нпт т- производно Т-звено Крайни т-произвооии зезна за сзпслзуване смемдинно т- звено “4ИСЯ -1-к с,- Ч=-£_ Лекто- грогускащи филтпри 1 - j-11 Г S 4Г1 Г L«= ж сая,-.т»ск ° । Н1 г ° Элементарно П-зЗока от к-тип Триелементна П-секция Триелемвнтна П-секция ес1й йСж 2Ci EG, е- о т- , ° Элементарно Т-звено пт turnon ТриелсмеиШно Т-звено Тривлементпна т~звено с“"«Пя L,=L|* L'a 1 JV5>* с “ с“ С.-М с''"«4й* ч-лйг. 1 » 4Я»,Г, Ч Фнг 1-53 — Основии нитеформулн Re в филтрови звена формулн за изчисляваие на филтри. В гор- омове, С — въвфаради, L — в хенри, a f — в херни
Високочестотни вериги 57 изходните клеми иа фнлтъра, импедансът, който се появява на неговия вход, има в осиовни линии същата стойност за по- голямата част от лентата на пропускане, В това отношение простите филтри ие оси- гуряват съвършено действие, но входният импеданс иа един правил но натоварен фил- тър може да бъде направен доста постоя* ней н по-блнзък по големииа до проектна- та стойност за цялата лента на пропускане, като се нзползуват ш-производни филтро- ви звена. Подробностите по проектираието и прин- ципите на фнлтрите е нзвън задачите иа настоящий наръчник, но не е трудно да се направят филтри със задоволителни каче- ства, като се изхожда от схемите и форму- лите, да дени па фиг. 1-53. Кръговете на фнлтрите се правят от елементарни звена, както е показано иа фигурата. Тези звена могат да бъдат използуваии самостоятелно илн ако е необходимо по-голямо затихване и по-остро срязваие, т. е. на по-бързо на- растване на затихването с честотата зад честотата на срязването, няколко секции могат да бъдат евързанн последователио В ниско- и внсокопропускащите фнлтри fc представлява честотата на срязването. т. е. най-високата (за нископропускащите) нли иай-ниската (за внсокопропускащите) честота, която се пропуска без затих- ване. В нзразите за лентопропускащнтс филтри f1 е долната честота на срязването, а е горната честота на срязването. Едн- ииците за L, С, Ruf са хенри, фаради, омове и херци. Всички типове филтри, показанн на фигурата, са «небйлансирани», т. е. една- та им страна е зазёмена. За да се изпол- зуват в баланенн схеми (като например 300-омова фидерна линия или в противо- тактни иискочестотни стъпала), последо- ватели ите реактивии елементи трябва да бъдат разделеии поравно между двете рамена. Така например балансираният нископропускащ филтър с едно /7-звено от К-тип ще има две бобини, чиято стой- £к ноет трябва да бъде -g—, докато балан- енраният внсокопропускащ филтър с едно /7-звено от К-тип ще има два конден- затора, всеки със стойност 2Ск. Ако трябва да се нзползуват няколко ниско- (или високо-) пропускащи звена, за препоръчване е да се нзползуват край- ни1 т- производи и звена от всяка страна на междйнно звено от К-тип, въпреки че може да се нзползува също и т-пронзвод- но средне звено. Факторът т определи отношен него между честотата на ср язв а- «ето fc и честотата с високо затихване /«. Когато се нзползува само едно m-произ- водно звено, най-често се йзбира т=0,6, като отклонения от тази стойност от поря- дъка на 10—15% не са толкоЬа критични в SaflHO4K>6HTencKaTa работа. При т, равно >6, /<ю ще бъде 1,25 fc за ннскопропуска- щите филтри и 0,8 fc — за висскопропус- кащите филтри. Други стойиости могат да се намерят от нископропчскащи филтри високопропускаши филтри. Изходът иа показаните филтри трябва да бъде затворен със съпротивление, равно иа R и притежаващо само малки или ни- каквн реактивйи компонента. Пиезоелектрични кристали Известен брой кристалпи субстанции, срещащц се в природата, имат способност- та да тртасформнрат механнчните трепте- ння;в електрнчески товари и обратно. Това тяхио качество се нарнча пиезоелектри- чен ефект. Малка плочка нли пластина, изрязана по определен начин от един квар- цев кристал и поставена между два про- веждащи електрода, ще получи известна механична деформация, ако електродите се евържат с източник на напрежение. Обратно, ако кристалът е прнтнеиат между два електрода, между тях ще се развие напрежение. Пмезоелектрнчните кристали могат да бъдат използувани за траисформИране на механична енергия в електрнческа енер- гня н обратно. Те се нзползуват в микро- фон ните и грамофонните мембрани, където механичните трептения се трансформнрат в променливо напрежение със съответству- ваща честота. Те се нзползуват също в слушалките и внеокоговорителите за транс- форм н ране на електрическата енергия в механични трептения. За същите цели се нзползуват и кристалите иа сегнетовата сол. Кристални резонаторн Кристалннте плочки сЪшо са механични резонаторн. конто имат естествеца честота на трептене, варнращ~ от няколко хиляди херца до десетки мегахерци. Честотата на трептене зависи от вида на Кристала, от начина, по който е изрязана пластинката, ст естествения кристал и от размерите на пластинката. Това, което прави цеини
58 ЗАКОНИ ЗА ЕЛЕКТРИЧЕСТВОТО И ЕЛЕКТРИЧЕСКН ВЕРИГИ Фиг. 1-54 — Еквивалентна схема на един кристален резонатор. L, С и R са електрн- ческите еквнвалентн на механнчннте свой- ства на Кристала. Съ е капацнтетът на дър- жателннте пластинки, между конто е по- местен кварцът кристалните резонаторн, е, че те имат нз- ключително висок Q-фактор, варнраш от минимум около 20 000 до I 000 000 Могат да се направят различии аналогии между механнчннте качества на кристала н електрнческите характеристики на един настроен трептящ кръг. Те водят до из- веждапето на една «еквивалентна схема» на крнстала. Електрическата връзка с крнстала се осъществява чрез пластннките на държателя, между конто той е притиснат. Тези пластинки образуват с кристала, който в случая се явява като диелектрнк, един малък кондензатор, съшо такъв като всички други кондензаторн, нал равен и от две плочи и диелектрнк между тях. Са- мият к ристал е е кв ив ал ен тем на един се- рнен резонансен кръг и заедно с капа- цнтета на държателя об разу ва еквива- лентння кръг, показан на фиг 1-54. На честоти от порядъка на 450 kHz, за конто кристалите се използуват широко като ре- зонатор н, еквнвалентната самоиндукция може да бъде от няколко хенри, а екви-, валентннят капацитет — няколко стотни от пикофарада. Въпреки че еквнвалентно- то съпротивление R е от поридъка на ня- колко хнляди ома, реактивното съпротив- ление прн резонанс е толкова високо, че Q-факторът се получава също висок. Гледано откъм клемнте на кръга, озна- чени със стрелки, кръгът, показан на фнг. 1-54, има сернйна резонансна честота, която се определи само от L н С. На тазн честота импедансът на кръга е равен само на R прн положение, че реактивного съ- протнвление на Съ е голямо в сравнение с R (това условие е почти винаги нзпълне- но). Кръгът има също така н една пара- лелна резонансна честота, която се опре- дели от L и еквнвалентн ня капацитет на последователно свързаните С и Сь. Тъй като еквивалентниит капацитет е по-малък от капацитета на С, вчет отделно, паралел- ната резонансна честота е по-висока от серий н ата резонансна честота. Приблн- жаването илн раздалечаването на двете резонансни честотн зависи от отношен него Сь към С, но когато това отношение е го- лямо (какъвто еслучаятс кристалннте ре- зонатор и, където Ch обикновено е от поря- дъка на няколко пикофарада), двете че- стоти ще бъдат твърде близко една до дру- га. Разлнка между двете честоти от по- рядъка на един кнлохерц или по-малко е типична за кварцовн кристали с резонан- сна честота около 455 kHz. На фнг. 1-55 е показано как активного н реактнвното съпротивление на такъв кръг се менят с измен я него на приложе- ната честота. Реактивного съпротивление премннава през нулево значение н за двете резонансни честотн, а активното съпротнвленне се покачва до една голяма стойиост при паралелння резонанс, така както това става прн всеки настроен кръг. Кварцовите к ристал и могат да бъдат нзползуванн илн като прости резонато- рн поради техните селектнвнн качества, или като честотноопределящн елементи на генераторите, така както е описано в по-нататъшннте раздели. В първия слу- чай се използува най-често сернмнатл ре- зонансна честота на кварца, а в генера- торите се използува преднмно паралелната резонансна честота. Фиг. 1-55 — Реактивно н активно съпро- тнвление във функция от честотата при кръг от типа, показан на фиг. 1-54. Дей- ствителните стойностн на реактнвното и активното съпротивление, както н на раз- насянето между честотите на серийния и паралелння резонанс, и ftt завнсн от па- раметрите на веригата
Практически подробности за кръговете 59 ПРАКТИЧЕСКИ ПОДРОБНОСТИ ЗА КРЪГОВЕТЕ Комбнииранн променливн и постоянни токове Повечето от внсокочестотннте кръгове са свързанн с радиолампу а за работата на последимте е необходим постоинен ток (обикновено с лоста внсоко напреженне). Те превръщат постоянная ток в промен- лнв (а понякога и обратно) с честоти, ва- рнращи в обхвата от много нискнте (на- пример звуковите) до свръхвисоките че- стоти. Пропесът на това превръщане неиз- менно изисква постоянният и променли- вият ток да се срещнат някъде във вериги- те. При тази среща постоянният и промен- ливйят ток се комбннират в един сумарен ток, който «пулсира» (с честотата на про- менлнвня ток) около една средна стой- ност, равна на стойността на постояннии ток. Това е показано нафиг. 1-56. За прак- тически цели е удобно да се счнта, че про- менлнвнят ток е наложен върху постоян- ння, така че можем да считаме действи- телно протнчащия ток като такъв, съста- вен от две компонента — една постоянно- токова н друга промен л ивотокова. При променливия ток положителните н отрицатели ите изменения нмат една н съща средна амплитуда, така че, когато такава вълна е наложена върху постоянен ток, последният се увелнчава и намалява със същата величина. По тази причина постоянният ток няма средне изменение. Ако нзползуваме един постояннотоков нз- мервателен инструмент, за да отчетем про- тнчащия ток, отчетената стойност ще бъде една и съща независимо от това, дали върху постоинння ток е наложен променлив ток. Мощността, която развива такъв ком- б ин нран ток, обаче е по-гол яма, откол кото тази, развивана само от постояннии ток. Това е така, защото мощността се измени с квадрата от моментната стойност_на тока Фиг. 1-56 — Пулсиращ ток, съставен от променлив ток илн напреженне, наложено върху постоянен ток или напрежение и когато квадратите на моментните стой- ности се усреднят за един цикъл, общата мощност е по-голяма, отколкото мощността на постоянння ток. Ако променлнвнят ток е със синусоидална форма, имаща вър- хова стойност, равна на постоянння ток, мощността във веригата е 1,5 пъти мощ- ността на постоянння ток. Ако нзмерител ният инструмент отчита пропорциоиалио на мощността, той веднага ще регистрира това увеличение. Серийно и паралелно захранване Фнг. 1-57 показва в опростена форма как постоянният н променлнвият ток могат да се комбинират в една лампова вернга. В тозн случай се приема, че про менливнят ток е високочестотен, както под- сказва настройващият LC-кръг. Приема се също, че ВЧ ток може да протича свободно през постояннотоковсто захранване, т.е. че импедансът на постоиннотоковото за- хранване е толкова малък на високите честоти, че може да бъде игнорнран. На схемата вляво лампата, настроеннят кръг н постояннотоковсто захранване са свързаии последователно. Постоянният ток протича през високочестотната бобнна, за да достнгне до лампата. Внсокочестот- ният ток, генернран от лампата, протнча през постоя н ноток овото захранване, за да достнгне настроения кръг. Това е по- следователно захранване. Прн него нм- педансът на постояннотоковсто захранване е толкова малък на внеоките честотн, че той не може да повлияе върху ппотнчането на ВЧ ток, а постоиннотоковото’ съпротив- ление на бобнната е толкова малко, че то не може да попречи на протичането па постоянная ток В схемата* вдясно постоянният ток не протнча през^ВЧ настроен кръг, а вместо Тоно- ияточ- ник Серийно еахранБанв Паралелно эахранбане Фиг. 1-57 — Илюстрация на последовател- но (серийно) н паралелно захранване
«о ЗАКОНИ ЗА ЕЛЕКТРИЧЕСТВОТО И ЕЛЕКТРИЧЕСКН ВЕРИГИ това той достнга до лампата през една втора бобина (RFC — високочестотен дросел). По- стоянният ток не може да протече през бобнната L, защото блокнращият конден- затор С препречва неговня път (без С постояннотоковото захранване ще бъде дадено накъсо през ниското съпротивление на £). От друга страна, ВЧ ток, генернран от лампата, може лесно да протече през С до настроении кръг, тъй като неговият ка- пацитет е подбран така, че да има малко -реактивно съпротивление (в сравнение с импеданса на настроения кръг) за внсокн честотн. ВЧ не може да протече през по- стояннотоковото захранване, тъй като ин- дуктивността на дросела RFC е спецнално подбрана така.че той да има много голямо реактивно съпротнвленне за внсокнте че- стотн. Активното съпротивление на RFC обаче е твърде малко, за да оказва някакво влияние върху протичането иа постоянння ток. Прн това положение двата тока са в па рал ел, следователно нал ине е паралелно захранване. И еднният, и другнят вид захранване може да бъде използува» както за ннско- честотни, така и за високочестотнн ве- риги. При паралелното захранване няма постоя нн ото ков о напрежение върху внсоко- честотнин кръг — нещо, което е желателно от гледна точка на безопасност по време на работа, тъй като напреженията, конто <се използуват при лам пите, особено преда- вателните, са опаснн.От друга страна обаче, е трудно да се направи ВЧ дросел, който работи добре в широк честотен обхват. Ето защо последователното захранване се предпочита по-често, още повече че е отно- снтелно лесно да се поддържа нисък импе- данс на връзката между високочрстотния кръг н лампата. Шунтиране В схемата с последователно захранване, която току-що разгледахме, бе прието, че постояннотоковото захранване има много нисък импеданс за високите честоти. В реалните захранващи устройства това не е съвсем вярно —отчасти защото нормалното физнческо раздел ине на постояннотоковия източник и ВЧ част нн прннуждават да нзползуваме твърде дълги свързващн про- водннцн. Прн внсокнте честоти даже един проводник с дължина няколко десетки ст може да има доста голямо реактивно съпро- тнвление — твърде голямо, за да можем да го пренебрегнем и да счнтаме, че връз- ката е с нисък импеданс. В реалните вернги се предвижда включ- ването/на шунтиращ кондензатор, такв както е показано на фиг. 1-58. Коиденза- торът С е избран така, ча да нма малко Фиг. 1-58—Типично използуване на шун- тиращ кондензатор и на високочестотен дро- сел при последовател- но захранвана верига реактивно съпротивление на работната честота, и се монтира във веригата там, където може да се свърже с оста нал ите части с възможно най-къси краища. Прн това положение ВЧ ток ще проявява тен- денция да протнча през него, а ие през постояннотоковото захранване. За да бъде ефектнвен, реактивността на шунтнращня кондензатор трябва да нма реактивно съпротивление, не по-голямо от една десета от импеданса на тази част от веригата. която се шунтира. Много често обаче тозн импеданс е неизвестен и затова в такнва случаи е желателно да се изпол- зува най-големият шунтиращ капацитет, който обстоятелствата позволяват. За да се удвой снгурността, че ВЧ ток няма да про- тече през друга, невисокочестотна верига, като например тази на захранването, в нея се включва ВЧ дросел, така както е показано на фиг |-58. Същият начни на шунтнране се изпол- зува и когато в добавка към внсоката честота са налнце и звукови честотн. Тъй като реактнвното съпротивление на даден кондензатор се нзменя с честотата, въз- можно е да се подбепе такъв капацитет, който ще представлява много малко реак- тивно съпротнвленне за високите честоти, но ще нма толкова голямо реактивно съ- противление за звуковите честотн, че на практика ще представлява отворена ве- рига. Капацитет от 0,001 uFe практически късо съеднненне за внсокнте честоти, но представлява почти отворена вернга за звуковите честотн. Кондензаторнте се нз- ползуват също и в звукочестотняте ве- риги за отклониванб на звуковите честотн от веригата на постояннотоковото захран- ване. Разнределен капацитет и разпределна нндуктнвност В разсъжденнята в началото на настоя- щня раздел ине приехме, че кондензато- рът има само капацитет н че бобината има само индуктивпост. За съжал<нне това не е точно така. В същност всеки проводник
Практически подробности за кръговете 6! независимо от неговата дължина има из- вестна нндуктивност и във връзка с това всеки кондензатор има малка индуктив- ност в добавка към неговия капацитет. Също така винаги съществува известен капацитет между два проводника или между частите на едни и същ проводник, затова е налице значителен квпацнтет и между иавивките иа една индукциоина бо- бина. Тази разпределена иилуктивиост на кон- деизатора и разпределеният капацитет на една бобина имат важно практическо зна- чение. В същност всеки кондензатор пред- ставлява един последователей трептящ кръг, резониращ иа честота, за конто неговият капацитет и самоиндукция имат едно и също реактивно съпротивление. По същия начин всяка бобина представля- ва на практика един паралелен трептящ кръг, резоииращ иа честотата, при която нейната нидуктивиост и разпределеният ка- пацитет имат едно и също реактивно съ- противление. На честоти, конто са далеч под честотата на т. няр. собствен резонанс, кондензаторът ще действува като конден- затор, а бобината ще действува като бо- бина. Близо до точката на собствен ня резо- нанс бобината ще има своя нан-висок им- педанс, а кондензаторът ще има свои най- ннсък импеданс. На честотн над резонанс- ната кондензаторът ще действува като ин- дуктивна бобина, а бобината — като кон- дензатор. Следователи о съществува една определена граница на капацитета, който може да бъде използуван за дадена честота. Подобна граница съществува и за индук- тивността, която може да бъде използувана. За спектъра иа звуковнте честоти на прак- тика се нзползуват капацитетн, конто са от порадъка на микрофаради, и индуктив- ности от поридъка на хенрн. В спектъра на ниските и средните радиочестотн на прак- тика се нзползуват индуктивности от поря- дъка на няколко милихенри и капаци- тети от порядъка на няколко хнлиди пи- кофаради. В спектъра на внсоките радио- честотн използуваните индуктивности на- маляват до николко микрохенрн, а капа- цитетите — до няколкостотнн пикофарада. Разпределените капацитет н нндуктив- ност са от значение не само за внсокочестот- ните трептящи кръгове, ио за шунтира- щите кондензаторн, както и за ВЧ дросе- лите. Трябва да бъде взето под внимание, че един шуитиращ кондензатор, който в същиост действува като индуктнвност, нлн един ВЧ дросел, който действува по- добно на кондензатор с ниско реактивно съпротивление, не могат да работят пра- вил но съобразио тяхното действително предназначение Заземления В настоящий наръчник често се изпол- зуват термините земя и земец потенциал. Когато се казва, че една връзка е «заземе- на», това в същност не означава, че тй действително е свързана със земята. Това, което означава този термин, е, че една действителна връзка със земи в тази точка иа веригата не бива да нарушава по ни- какъв начин работата на последиата. Тозв термин се нзползува също, за да се означи една обща точка на схемата, където токо- източникът и металннте опори (каквитоса например металннте шасита) са електрн- чески евързани. Обща практика е напри- мер да се «заземява» едииият край на отоп- лен ието на радиолампите. Тъй като като- дът на една радиолампа е обща точка на свързване на решетъчното н анодного за- храиващо напрежение н тъй като различимте кръгове, евързани с елементнте на радио- лампата, имат иай-малко една точка, евър- заиа с катода, и тези точки също се «връ щат към земя». «Земя» следователи© е една обща опориа точка на радиовер игите. Ако една точка има «эемен потенциал», това означава, че няма разлика в потенциа- лите — няма напрежение — между тази точка иа веригата и земята. Несиметрични н енметричии схеми По отношение на земята едиа схема (ве- рига, кръг) може да бъде както несимет- рична (небалансирана), така и симетрична (баланенрана). При несиметричиата схе- ма едното рамо на веригата (студеният край/ е евързано със земя. При симетрнч ната схема електрнческата средна точка е свързана към земи, така че кръгът има два «горещн» края, всеки с едно и съшо напре- жение спримо земя. Типични несиметрични и симетрични схеми са показани на фиг. 1-59. На горния ред са показани високочестотин вер н г и, Фиг. 1-59 — Несиметрични. и симетрични вериги
62 ЗАКОНИ ЗА ЕЛЕКТРИЧЕСТВОТО И ЕЛЕКТРИЧЕСКИ ВЕРИГИ а иа долния ред — трансформатори с желязнч сърцевина (такива като тези, нзползуванн в токоизправнтелите и в зву- кочестотните вериги). ВЧ кръгове могат да бъдат балансиранн или чрез свързване на центъра на бобнната със земя, илн чрез използуването на един «балансиран» или с изолнран статор кондензатор, чийто ро- тор е свързан с ВЧ земя. В трансформато- рите с желизна сърцевина едната или две- те навнвкн могат да имат среден извод, който се заземява. Екраниране Две веригн, конто са физически близко една до друга, обикновено ще сн оказват известно взаимно влияние даже и тогава, когато такава връзка между тях е неже- лателна. Металическите части на двете веригн образуват малък кондензатор, през който може да се прехвърли енергия по- средством електрическото му поле. Също така магнитного поле около бобината илн проводи иците на един кръг може да свърже тозн кръг с друг чрез неговата бобина или проводииците му. В много случаи тези не- желателни (паразитнн) връзкн трябва да >бъдат избягнатн, за да се оснгурн нормал- ната работа на кръговете. Капацнтивната връзка между два кръга може да бъде избягната чрез затварянето на еднння или на двата кръга в заземенн металически контейнери с ниско съпротив- ление, нареченн екрани. Електрическото поле на частите на даден кръг не прониква през екрана. Даже една металнческа плоча, наричана електростатичен екран. вмъкна- та между две части, може да се окаже до- •статъчна за избигването на електроста- тичната връзка между тях. Този екран обаче трябва да бъде достатъчно голям, за да направн частите невидими една за друга. Подобии металнческн екрани се нзпол- зу ват в радиочестоти ия обхват за предотвра- тиване на Магнитки връзки. Екраниращнят ефект за магнитните полета се повишава с честотата и с проводимостта и дебел ин ата на екраниращня материал. За по-добро магнитно екраниране е необходимо да се използуват затворенн екранн; в някон случаи се налага нзпол- зуването на отделни екрани, по еднн за всяка бобина. Електростатичният екран е почти неефектнвен за магнитна екрани- ровка, въпрекн че може да осъществн ча- стично екраниране, ако се постави между подлежащите на екраниране бобини под прав ъгъл по отношение на осите нм. Екраннрането на бобииата намалява нейната индуктивност, тъй като част от полето й се унищожава от екрана. Наред с това в екраните в ин аги нма известно съ- протнвление, а оттам — и известна загуба на енергня. Тези загуби повишават ефек- тнвното съпротивление на бобината. Нама- ляването на индуктивността и увелнча- ването на ефектнвното съпротивление на бобнната водят до намаляване на нейното Q. Намалението на Q и на нндуктнвност- та може да бъде малко, ако разстояннето между стените на бобината и екрана се равнява поне на половнната от диаметъра на бобината и ако разстоянието в краищата на бобнната е най-малко равно на днаме- търа на бобнната. Колкото по-внсока е про- водимостта на материала, използуван за направата на екрана, толкова по-малко е влняннето му върху индуктивността и Q на бобината. Медта е най-добрнят материал, но н алуминият дава напълно задоволите- лен резултат. За добро магнитно екраниране в обхвата на звуковите честоти е необходимо бобина та да се затвори в кути я от желязо или стомана с висок пермеабилитет. В такъв случай екранът може да бъде съвсем близо до бобнната, без да влошава иейните пара- метр и КРЪГОВЕ ЗА УЛТРАВИСОКИ ЧЕСТОТИ Резонаисни линии В резонансните кръгове, така както се използуват на по-ниските честотн, евъз- можно да считаме, че всекн един от реак- тнвните елементн представлява самостои- телна единица. Фактът, че една бобииа има известен собствен капацитет, както и известно активно съпротивленне, а конден- заторът притежава малка собствена индук- тнвност, обикновено може да бъде игнорв- ран. В обхвата на много внсоките и ултравн- соките честоти вече не е възможно да се отделят тези ксмпоненти един от друг, Също така свързващнте проводници, конто при по-нискнте честоти служат само за свързване на кондензатора н бобината, тук вече могат да се окажат с по-гол ям а нндуктивност, отколкото самата бобииа. Може да се окаже, че необходимата ин- дуктнвност се постига само с една навивка, като даже и тази единствена навивка може да има размери, сравиими с дължината на
Кръгове за ултрависоки честоти 63 Фиг. 1-60 — Еквивалентни схеми на връз- ката прн кръгове с паралелнн линии, коаксналнн линии и обикновенн резонанс- нн кръгове вълната за дадената работна честота. Вследствие на това енергията на полето, заобнкалищо «бобнната», може да бъде частично нзлъчена. На достатъчно висока честота загубите вследствие на излъчване могат да представляват по-гол им ата част от общата енергня на кръга. Поради тезн причини като настроени кръгове при честотн над 100 MHz обнкно- вено се използуват резонансни секции от предавателнн лннни. Една четвървълнова линия илн която н да е нечетна кратна на нея. дадена накъсо в един ня край н отворена в другая, създава големн стоящи вълни съобразно прннцн- пите, опнсанн в раздела за предавателнн- те лнннн. Когато към отворения край на една линии се подаде напрежение с честота, равна на резонансната, полученнят резул- тат е същнят, както л>рн пар алел ните ре- зонанснн кръгове. Еквнвалентните зависи- мости са показан и на фиг. 1-60. На често- ти нзвън резонансната такава линия по- казва качества, сравним и с индуктивного н капацитивиото съпротнвленне на един обнкновен трептящ кръг, поради което секции от предавателни лннни могат да се използуват в качеств ото нм на бобнни нлн кондензаторн. За да се намали до минимум загубата от излъчване, двата проводника на еднадву- проводна лниня не трябва даса раздалече- нн един от друг повече от една десета от дължината на вълната, като разстоянието се иэмерва от център до цеитър на провод- ннците. От друга страна, това разстоянне не трябва да бъде по-малко от два пъти диаметъра на проводника, за да се избегне «ефектът на блнзостта», който предизвиква появата на вихрови токове и увелнчава загубите. Над 300 MHz е много трудно да се изпълнит едновременно и двете изисква- ния и излъчваието от една отворена линии Фнг. 1-61 — Методн за настройка на резо- нансни коаксиални линии започва да се увеличава, което е еквива- лентно на иамаляване на Q-фактора. В такива случаи е за предпочитане да се използува коакснална линия, тъй като ти по своята същност е ек ран и рана. Представителнн методн за настройка на коаксналнн лннни в резонанс са показани на фиг. 1-61. Вляво на фигурата е показано как с помощта на едни плъзгащ се диск може да се намалява ефективната дължина на линнята чрез нзместване точката на късото съеднненне. На фигурата в центъра същиит ефект се получава, като се изпол- зува една телескопнчна тръба в края на вътрешния проводник, с която се нзменя дължината на последняя и с това — ефек- тивната дължнна на линнята. На дясната фигура са илюстрирани два възможни метода с използуването на кондензатор с успсредни плочн. Схемата с товарен кондензатор в отворення край на линнята нма най-голям настройващ ефект ^а единица капацитет. Алтернатнвният метод, който е еквнвален- тен на отвод с кондензатор на долу по ли- нията, оказва no-слабо влияние върху Q на кръга. Линиите с капацитнвен «товар» от описания тип са физически no-късн от лннните без товар, резоннращи на същата честота Два метода за настройка на двупроводнн Линии са показанн иа фиг. 1-62. Плъзгачът, даващ накъсо двата проводника, трибва да прнляга плътно н да бъде стегнат с винтовс и гайкн, за да се осигури добър електрнчески контакт. Кондензаторът с паралелни плочн, показан на втората фи- гура, може да бъде монтиран където и да е по дължината на линнята, като се има пред Фиг. 1-62 — Методи за настройка на пара- лелни резонансни линии
64 ЗАКОНИ ЗА ЕЛЕКТРИЧЕСТВОТО И ЕЛЕКТРНЧЕСКИ ВЕРИГИ вид обаче. че настройващнят му ефект е по-малък, ако бъде разводожеи близо до късото съедннение на линията. Въпреки че може да бъде използуван об и ки овен кондензатор с малък капацитет, за пред- почитане е да се нзползува дисков промеи- лив кондензатор от типа, показан иа ри- сунката, тъй като той не разбалансирва линията, а има и предимството, че не се нуждае от изолацисини опори. Вълиояоди Вълноводът е провеждаща тръба, по която енергиита се предава под формата на електромагнитни вълни. Тук тръбата не може да се разглежда като провеждащ ток проводник в същия смисъл, като при проводииците на двупроводиата линии, а по-скоро като граница, задържаща въл- ните и затвореиото пространство. «Повърх- ностният ефект» предпазва от появата на електромагнитни ефектн извън вълновода. Рнергията се въвежда в еднния край на вълновода посредством капацитивиа или индуктивна връзка или ”рез нзлъчване н се получава на другия край. Вълиоводът про- сто канализира енергията иа полетатг, която, отразявайки се последователио от (А) (В) Фиг. 1-63 — Конфигурация иа полетата в един правоъгълен вълновод. Показано е раз пространен ието от типа ТЕц, вътрешните му стени, се предава по него до приемнии край. Аиализът на начина на действие на волно- вода се эс нов зв а иа предположен него, че материалът. от който е нзготвен, е отличен проводник иа електричеството. Типично разпределение иа електрическите и маг- нитните почета в един правоъгълен вълно- вод е показано на фиг. 1-63. Внжда се, че интензитетът на електрнческото полееиай- голим (както е показано с помощта нв сгъстяване на силовите линии) в иеитъра по посоката, означена с X на фнг. 1-63В, спадайки до нула на стените на вълне- вода. Последнего е необходимо условие, тъй като съществуваието иа каквото и да е електрическо поле, успоредно с повърх- иостта на стените, бн предизвикало про- тнчането на безкрайно голям ток в един идеален проводник. Това представлява едно иевъзможно положение. Начни на разпространение Фиг. 1-63 представя едно относително просто разпределение на електрическите и магнитните полета. Съществуват без- крайио много начиии, по конто полетата могат да се подредят в ецнн вълновод, още повече че няма горна граница за често- тите, конто могат да бъдат предавай и по него. Всяка отделка конфигурация на дадено поле се иарича тип иа вълната. Всички типове могат да бъдат разделени на две основни групи. Прн първата трупа, означавана като ТМ (напречно магнитна), магнитного поле изцяло е разположени напречно на посоката на разпространение, но има и компонент от електрнческото поле в тази посока. Прн втората трупа, озиачавана с букв^ые ТЕ (иапречно елек- трическа), електрнческото поле изцяло е разположено напречно по отношение иа посоката на разпространение, но е налице компонент на магнитно поле, който е раз- положеи по посоката на разпространеннето. ТТИ-вълните се наричат вълнн от тип Н. Конкретният метод за предаваие. из- ползуван в даден вълновод, се идентифи- цнра с групата букви, обозначаващи типа на полето, последвана от двуцифрен индекс, като например TEt,& Тмм и т.н. За даден размер на вълновода броят иа въз- можните типове вълни нараства с увелн- чаваието на честотата. За най-ннската честота, която може да бъде предадена по вълновода, съществува само един възмо- жен тип, наречен основеи тип. Размери на вълноводите В един правоъгълен вълновод критичен е размерът х (фиг. 1-63). Този размер трибва да бъде по-голям от половииата дължина
Кръгове за удтрависоки честоти 65 на вълната за най-ниската честота, която ше се предава. В практиката размерът д е около една втора от размера х, за да се избегие възможността за работа от друг тнп освен основння. Освен правоъгълната форма могат да се използуват и други форм и на напречното сечение на вълновода, като най-важната от тях е крылата тръба. За нея са валидии почти същнте съображения, както при правоыълння вълиовод. Формулите за дължините на вълните при правоъгълните и цилиндричните вълиово- ди са дадени по-долу, където х е шнрината на правоъгълнии, аге радиусы на Ци- лин др ичн ии вълиовод. Всички цифр и се отиасят за основния тип вълни. Правоъгълен. Цилиндричен Гранична дължина иа вълната 2х 3,41г Най-дългата вълна, пре- давана с малко затихва- не 1,6х 3,2г Най-къса вълна пред и възникването на следва- щия тип поле 1,1х 2,8г Обеими резонатори Друг вид кръг, който се използува по- спеииално при дължини на вълната от порядъка на сантим стр и, е обемният ре- вснатор. Той може да бъде разглеждаи като секция от един вълиовод, чиито раз- мер и са подбранн така, че вълннте с дадена дължииа да се задържат вътре в резонато- ра. Типячните форм и, конто се използуват за так ива резонатори — цилиндър, право- ъгълна кутия и сфера, са показаии нв фиг. 1-64. Резоиаисната честота на резонаторите завнси от размерите на самата кухина и типа на трептениита иа вълните (сравпимо с типа иа вълната в един вълиовод). За Цилиндър Фиг. 1-64 — Форми иа обемии резонатори 5 Наръчник на радиолюбителя Фиг. 1-65 — Двойноцнлиндричии обем- ни резонатори най-нисиите трептеиня резонаисинте дъл- жиии иа вълните са, както следва: цилиндър .... 2,61г; правоъгълна кутия 1,41г; сфера..............2,28г Резонансната дължниа на вълната на цилиндрична и иа правоъгълна кутия не Завнси от височииата, когато тя е по- малка от половин дължината на вълната. С оглед вида иа трептенията височината на резонаторите може да бъде кратна на л слов ии ата дължина на вълната, като се измерв'а откъм вътрешната страна на обем- нии резонатор. Един цилиндричеи обемеи резонатор може да бъде |растройвай с помощта на плъзгащ се д>гск, даващ иа- късо стеките. Други методи за настройка вилючват поставянето в кухината на до- пълнителни яастройващи шибъри или «влож- ки», така че да може да се измени кон фи- гу рация та на стоящите вълнн на електри- ческите и магнитните иолета. Често из ползу вана в яректиката форма на обемен резонатор е двойноцилиндрнч- ннят тнп. показан на фиг. J-65. Конструк- тивно той напомня на една коицентрична лннни, затворена н даатв си ирая, с капа- цитивен товар на върха, ио фактическиит тип на трептенията може да се различава значително от този при коаксиалиите ли- нии. Резонансната честота на такъв резо- натор зависи от диаметъра на двата ци- линдъра и разстоянието d между краищата на цилиндрите. В сравнение с обнкновеиите резонансни кръгове обемните резонатори могат да притежават високо Q. Стойности на Q от порядъка на 1000 и нагоре могат лесно да се постнгнат. По-внсоки етойнести иа Q. от порядъка на няколко хилиди, нзискват по-грнжливо проектиране и конструиране. Свързване с вълноводите и обемннте резонатори Енергия може да бъде въведеиа н извле- чена от вълиовода и обемння резонатор посредством електрическото или магнитно- го поле. Прехвърлянето на енергня към н от вълиоводите и обемиите резонатори се осъществява най-често с помощта на коак- сиална линия, като даа метода за връзка с
ев ЗАКОНИ ЗА ЕЛЕКТРИЧЕСТВОТО И ЕЛЕКТРИЧЕСКИ ВЕРИГИ (А) (В) Фиг. 1-66 — Свързване към вълноводи и резонатори такава линия са показани на фиг. 1-66. Методът, показан на фиг. А,се заключава в просто въвеждаие на една пръчкообразна сонда, представливаща продължение на нътрешния проводник на коаксиалната линия, като тя е така ориентирана, че да бъде успоредна на електрическите силови линии При вторил метод, показан иафиг. В, удължениит вътрешен проводник на коаксиалната линия прави «бршлка» във вътрсшността на вълновода илн резонато- ра, така че обхваща част от магнитите силови лннни. Точката, в която може да се осигУрн максимална връзка, зависи от конкретння тип на трептенията във вълно- вода илн резонатора; връзката ще бъде максимална тогава, когато свързващият елемент се намира в най-интензнвното поле. Връзката може да бъде нзмеияиа чрез въртене на сондата или бримката в рамки- те на 90°. Когато сондата е перпендикуляр- на на електрическите силови линии, връз- ката ще бъде минимална; аналогично кога- то плоскостта на бримката е раз положена паралелно на магнитите линии, връзката ше има минимална стойност. МОДУЛАЦИЯ, ПРЕОБРАЗУ В АНЕ И БИ ЕНЕ Тъй като най-широко разпространеното нзползува не на радночестотнте е за преда- ване .на говор и музика, би било мн от? удобно, ако може звуковият сиектър, иойто трябва да бъде излъчен, да се взме- сти нагоре до някаква радночестота, да се нзлъчи под формата на радиовълни и да се нзмести обратно надолу до звукова че- стота в приемния пункт. Да предположим, че звуковият сигнал, който трябва да бъде предаден по радиото, представлява чист тон с честота 1000 Hz н желаем да го излъ- чим на честота I MHz (1 000 000 Hz). Едни от възможннте начни и да се направи това е да се съберат 1,0 MHz и 1 kHz заедно и да се получн по такъв начин радиочес- тота 1.001 MHz. Все още сбаче не е на- мерен прост метод, с който това да може да бъде осъществено направо, въпрекн че ефект от тозн вид се получава и изпол- зува в «едволентовото предаване». Когато две различии честоти са налнпе едновременно в една обикновена верига (такава, за която е валиден законът на Ом), всяка от тях се държи така, като че лн другата не съществува. Общото илн резул- тантното напреженне (нли ток) във верн- гата ще представлява сумата от момента ите стойности на даете във всеки даден мо- мент. Това е така, защото може да нма само една стойност на тока нлн напреженнето във всяка отделиа точка на вернгата в даден момент На фиг. 1-67 А и В са пока- зани две такива честотн, а иа С е показана резултантната. Амплнтудата на тока с честота 1 MHz не е повлняна от присъствие- то на тока с честота 1 kHz, но оста е огъна- та иагоре н надолу с честота I kHz. При опит да се излъчи такава комбинации фак- тически ще се получи излъчване само иа честота 1 MHz. тъй като другата съставна честота от I kHz е за паз нл а своите качества на звукова честота и няма да бъде излъ- чена. Все пак съществуват устройства, конто правят възможно дадена -честота да управ- ляла амплнтудата иа друга. Ако например тон с честота 1 kHz се нзползува за управ- ляване на високочестотен сигнал с честота 1 MHz, максимална ВЧ мощност ще бъде получена, когато сигналът с честота I kHz се намира на върха на единия полупернод, а минималната ще се получи на върха на следващия полупернод. Този процес се нарича амплитудна модулация и резулта- тът от него е показан на фиг. I-67D- Резултантннят сигнал прн това положе- ние е изцяло в спектъра на радночесто- тите, но неговата амплитуда се промен я със скоростта на модулацията (1 kHz). Прием- ного устройство, настроено да приема ВЧ сигнал I MHz, възпроизвежда тези изме- нения в амплнтудата н отдели сигнача със звукова честота посредством процес, на- рнчан детектиране. При това положение може да се помис- ли, че единствената радночестота, която е иалице в този сигнал, е първопачалната честота 1 MHz, но това не е така. В процеса на модулация са се появили две нови че- стоти и те са сумата (1,000+0,001) и раз- лнката (1,000—0,001) от двете, така че радночестотите, конто се появяват след модулирането, са 1,001; 1.000 н 0.999 MHz. Процесът, при който една звукова често- та се нзползува за управляване на ампли- тудата на една радночестота, както вече
Модуляция, преобразуване и биене 67 <н) Фиг. 1-67 — Криви, показващи амплиту- дата във функция от времето и от честотата за различии сигнал и. (A) | ^* периода на един звуков сигнал, в случая с честота 1000 Hz. (В) Високочестотен сигнал с че- стота 1 MHz. За същото време, което отго- варя на l-jj- периода при А. тук са се из- вършили 1500 пълни трептения, толкова много, че не могат да се покажат точно иа чертежа. (С) Сигналите А н В в една и съща верига, като всеки запазва своята иден- тичност. (D) Сигналите А и В във верига, където амплитудата на А може да управли- ва амплитудата на В. Сиги ал ът с честота 1 MHz е модулиран със сигнала с честота 1000 Hz. (Е), (F), (G) и (Н) показват честотните спектри на сигналите А, В, С и D. Забеле- жете новите честоти в Н, резултат на моду- лациоинии процес се спомена. се нарича «амплитудна моду- лация», а процесът, при който едиа радиочестота модулира друга радиочесто- та, се нарича смеснзне. Двата процеса са идентнчни Един сбщ термин, който се нзползува за обозначаване на сумчрната и разликовата честота, конто са генерирани по време иа смесваието или иа амплитудного Фиг. 1-68 — Действ ител ни осцилографни снимки на сигналите, описани в текста и показани на фнг. 1-67 модулиране, е «честоти на биене» нлн по-коикретно горна страннчна честота — за сумата, и долна странична честота — за разликата от двете честоти. В простия пример, който разгледахме, се прне, че модулнращнят сигнал е един чист тон. Модулнращнят сигнал може да бъде обаче една лента от честоти, от конто се формнра гсворът илн музнката. В този случай страннчннте честоти се групират в ленти от честоти и вече се нарнчат горна странична лепта н долиа'страннчна лента. Фиг. 1-67 Н показва страинчинте честоти.
•8 ЗАКОНИ ЗА ЕЛЕКТРИЧЕСТВОТО И ЕЛЕКТРНЧЕСКИ ВЕРИГИ конто се появяватвпроцеса на модулация. Амплитудната модулация (AM) не е един- ствен© възможннят, нито е единствен о из- ползуван ият в практнката вид модулация. Другите параметри на сигнала, като фаза и честота, също могат да бъдат модулираим. Във всеки сличай процесът на модулаЦмя води до генерирането на нова лента или ленти от радиочестоти, конто са симетрич- но разположени около основната честота. която обикиовено се нарича носеща че стота. ТОРОИДНН БОБИНИ И ТРАНСФОРМАТОРИ За много конструктори миниатюрнза- цията на конструкциите е основна цел. Това е особено валидно за случайте, кога- то се работн с елементи на твърдо тяло и печатан монтаж. Една от пречкнте прн конструирането на мялкообемнн устрой- ства е миниатюрна и рането на обемистите бобини — настройваеми и въздушнн — конто трибва да влязат в такъв компактен монтаж. Тороидите предлагат едно прах- тическо решение на проблемата за обема. Но с това не се свършват техните добри качества. Бобините, навити на тороиднн сърцевиик, ие само че заем ат малко място, но осигуряват и една много висока стой- ност иа Q на трептящия кръг, което е осо- беио необходимо качество, когато е важно да се осигури висока селективност иа съо- ръжението. Обннновените бобинн, навити на въздух, конто биха оснгурнлн същото Q, са неколкократно по-големи от тяхните тороиднн родствен иди. Подходящият тип материал на сърцевината се определи с оглед получава нето иа максимално Q на конкретната честота. За всеки конструитор е особено важно да осигури микимално взаимодействие между настроемите стъпала на дадена апаратура. В това отношение тороидните бобини се оказват особено полезии. Едиа тороидиа бобина иа практика ие се иуждае от еираня- ровка, тъй като нейиият магнитен поток се концентрнра почти взпяло в йен Това нейно качество нзключва възможността за паразитка индуктивна връзка между съ- седни кръгове и позволява тороидната бобина да се монтира във фнзнческа блн- зост с другнте елементн на конструкцнята, включително шасито, кутнята и др., без да се нарушава нейната ефективност. По- след ното е невъзможно прн норма л ните ВЧ бобини н прн тезн за звуковн честотн. Тъй като потокът се концентрнра почти изцяло в тороидната бобина, когато се нзползува първнчна и вторична намотка, между тях е въэможно да се постигне по- снлна индуктивна връзка. Използуването на фернтнн тороиднн сърцевннн с висок пермеабилитет позво- лява бобината на настроения кръг да бъде навита с по-малко навивкн. Това позволи- ва да се нзползува проводник с ио-голям диаметър, което води до намаляване н» топлннните загуби и тезн, равнн на /*. R. Това тяхно качество е особено благоприят- но за транзисторнзирани устройства, в конто често са налице внсоки колекторни токове. Необходимо е да се разбнра, че думата «тороидеи» се отнася само до фнзн чес ката форма — геврекообразна — но не и до някакво специфично устройство нлн вид материал. Тороидните сърцевннн, групн- рани съобразно техн ня размер, се произ- веждат от много фирм и, като всяка от тях нзползува различен код за обозначв- ване на нзползування материал за сърце- внната. Те се прнготовляват от различии матернали съобразно тяхното предназна- чение. Ня кон сърцевннн се прнготовляват от дълги лентн тънка снлнциева стоман» (Нуpersil), конто се навиват като тороид Такива сърцевннн се иапселоват с помощта на пластмасово покритие нлн се обвнват със стъклена лента, която ги скрепява и в същото време служи като нзолатор между сърцевината и проводника, който се навива на нея. Тозн тип сърцевннн се нзползува в ннскочестотните захранващи устройства, нато например конвертори от типа постоя- нен—постоянен или постоянен— про- менлив ток. За звуковите и за високкте- честоти се нзползуват сърцевннн, напра- вен и от железен прах и от ферит (един по- нов вид керамика). Фернтът действува едиовременно и като нзолатор, поради коет> не е необходим изол а ц нонен слой между сърцевината и навнвките на трансформа- тора илн бобината. Избор иа сърневина На практика не съществува ннкакво просто правило, въз основа на което да се подбере най-подходящата сърцевииа за да- дена цел. Много неща трябва да бъдат взе- тн под внимание и особено честотата, за която е предназначена бобината, работната честота в сравнение с физическите размер» н пермеабнлитета на сърцевината, а така също и това, далн сърцевината ще участву- ва в слабосигнални или силноснгнални настроенн вериги. Колкото е по-голям пер- меабнлитетьт иа материала, толкова по-
Терондни .бобннн и трансформаторы •А малък брой навивки ще бъдат необходим и за цостигането иа определена стойиост иа еамонндукннята Например, ако една сър- цевнна с даден размер нма пермеабнлятет от порядъка на 400, за да се получи иидук- тивност от 10 pH. ще са необходнми около 25 навнвкн. Когато е необходимо да с? веигурят мнннмални загуби в активного съпротивление на навнвкнте (**./?)• по- добре е сърцевината да е с л о- висок пермеа- билитет. Сърцевнните с по-голяма площ на напречното сечение (изчислява се по вътрешння н външния диаметър и вмсочи- аата на сърцевината) изискват също по- малън брой навнвкн. Това са н същност ыякои от основните изисквания прн избора на сърцевнна за тороидна бобина. Спектъ- рът на честотите, за конто са подходящи дадени сърцевннн, се отбелязва с подхо- дящи знаци, Някои фнрми* например от- белязват с Qi сърцевнните, прнгоднн за работа до 10 MHz, с Q2 сърцевнните за работа до 50 MHz, а феритнте. отбелязанн с Qs« работят до 225 MHz. Ако за дадена работна честота се нзбере неподходящ материал за сърцевината, то- роид ната бобина няма да нма внсоко Q. Фактически лошо подбраният материал може да провали напълно работата на един настроен кръг. Ако се използува твър- де гол яма сърцевнна (физически размер и) за честотн от горння край на КВ обхвата илн УКВ обхвата, може да се окаже невъз- вожно навнването на подходяща бобина, тъй като би се нзисквало много малко жнца за получаване на желаната стойиост на самонндукцията. По тазн причина сър- цевнните с по-малки геометричнн размерн и тези с по-малък пермеабнлнтет се изпол- зуват в спектьра па внсокнте н много внсокнте честотн. Твърде полезно е да нмаме известии по- знания върху типовете сърцевннн, конто се предлагат на пазара, за да можем да под- берем тазн, която нн е необходима. Такнва данни фирмите-пронзводнтелки дават в спецнални каталози. Всеки каталог съдър- жа даннн за пермеабнлнтета, гъстотата на силовите лннин, остатъчння магнетнзъм, работння честотен обхват, фактора на загубите за специфична честота н др. Да- ват се също даннн за геометрнчннте разме- ри на сърцевнните, площта на напречното им сечение и др. Прн налнчнето на такава информация може да се изчнслн необхо- днмият брой навнвки за дадена индуктив- ное?, като нзползуваме сърцевннн с опре- делен размер. С горната информация н с дадената тук формула всеки конструктор може да определи индуктивността на една • Indiana General Corp.. Klasbey. NJ. тороидна бобина, когато е известен броят на иавивките: OD L == 0,0046 р№Л lcgle където L е индуктивността, pH; Н — пермеабнлнтетът на материа- ла; — броят на намотките; OD — външннят диаметър на сърце- внната, ст; ID — вътрешният диаметър на сър- цевнната, ст; h — височината на сърцевината, ст. Специфичин приложения Тъй като тороидите могат да бъдат нз- ползуванн във вернги, в конто циркуляра? от мнкроватн до кнловатн, те могат да намерят приложение в почти венчкн на- строени кръгове нли трансформаторн. Повечето радиолюбители са запозкатн със енметрнращите трансформаторн (ba- lun transformers), конто те използуват често в своите антеннн снстеми. Тороидите намнрат широко приложение като симет рнращн трансформаторн, тъй като от тях могат да се направят шнроколентови транс- формнращи устройства с малки размерн и внеок к. п. д. прн прехвърлянето на мощ- ност. Една статня, в която е описано как се правят в домашни условия пръетеновид- ни трансформаторн. е публнкувана в спи- сание QST от м. август 1964 г. В нея се разглеждат размерите на сърцевнните за четирн различии ннва на мощност — от 150 до 1000 W. Торондните бобини са полезнн, кога- то се използуват в кръгове, от конто се изнсква висока селектнвнест. Един торо- нден настройваш кръг с внсоко Q, поста- вен във внсококачестотното и смесително- то стъпало на един евързочен приеминк, подпомага ыкого повече подтнекането на огледалннте честотн, отколкото това е възможно прн обнкновеиите бобннн със сърцевина за настройка. Друга облает на приложение на тороид- ннте бобннн са транзисюрнзнраннте пре- давателнн н приемки устройства, както н някон ламповн устройства, където са необходнмн широколентовн входнн, между- стъпалнн нлн нзходнн ВЧ трансформаторн. Тороидите се използуват в такнва схемн за постнгане на внеок к. п. д. и малкн гео- метрнчни размерн. Широколентовнят транс- форматор не нзнсква пренастройка, ко- гато е правилно конструнран за даден честотен обхват. Това е особено полезно за мобнлните апаратурн. Не е трудно да се конструира един шнроколентов трансфер-
70 ЗАКОНИ ЗА ЕЛЕКТРИЧЕСТВОТО И ЕЛЕКТРИЧЕСКИ ВЕРИГИ матор, който да работн в пределите от 3 до 30 MHz. но в такъв случай трябва да се вземат меркн срещу нзлъчването на хармоничнн, когато такъв трансформатор* се нзползува в кранното стьпало на еднн предавател. Направата на компактнн устройства нзнсква да се намаляват разстоянннта между отделимте елемент», като често пътн се на л ага настроен» кръгове от раз- личии стъпала да бъдат разположени твър- де близко.Това нзнскване често води до електрическа нестабилност на едно или повече стъпала в резултат на нежеланн паразитнн връзкн между тях, което нару- шала работата на апаратурата. Тъй като торндните трансформатори или бобинн са «самоекраннранн», става възможно да се поставят настроенн кръгове много по- блнзко еднн до друг, отколкото когато се използуват обикновени бобнни. Качество- то самоекраниране дава възможност торои- днте да се монтнрат направо на монтаж- ната плоча. металното шасн нлн стената на кутнята, без това да измени значнтелно нейното Q. Нормално забележимнят ефект от нзместването на тороида по-близо нлн по-далеч от дадена метали а повърхност е измени него на общня капацитет на кръга, което на свой ред малко измени резонансна- тв честота на тороидния настроен кръг. • С. L. Ruthroff, «Some Broadband Trans- formers», Proc IRE, Vol. 47," >. 137. Aug 1969. Тъй като за една тороидна бобина са необ- ходимн по-малко навивки, отколкото за такава, навита на въздух или върху тяло с настройваща сърцевина, монтажът може да бъде на нравен извън редно компактен, което е една сериозна крачка към миниа- тюризнране на апаратурата. За бобнните н трансформаторите, конто са навитн на тороиднн сърцевини, важат същите общи правила, конто са валидни прн ламнннраните железни сърцевннн, раз- глеждани в начал ото на тозн раздел. За дадена мощност с оглед да се предотврати насищането н загряването на сърцевината е необходимо да се подбере достатъчно голямо напречно сечение на сърцевината. Неспазването на това условие влошава чувствително к. п. д. на схемата. Когато тороидите се използуват в кръгове, в конто нма (нли може да се появи) ВЧ напреженне с голям размах от връх до връх. сърцевнните трябва да бъдат у нити със стъклена лента нлн нзолационен мате- риал с аналогичнн качества. В такнва случаи трябва да се използуват проводин- цн с тефлонова изолацня, за да се предот- врати мскренето между навивките или между намотките и сърцевината. Допълнителни конструктввни даннн н информации за направата на тороиднн сърцевннн в домашни условия са даденн в статнята «Тороидно навитн бобинн* в списание QST, януари 1968, стр. II.
ГЛАВА 2 РАДИОЛАМПИ И ПРИНЦИПИ НА ТЯХНОТО ДЕЙСТВИЕ ТОК ВЪВ ВАКУУМ Най-сыцествената разлика между ра- диолампите и повечето други електричес- ки устройства е, че в тях електрическият ток не протича през проводник, а през празно пространство—вакуум. Това е возможно само в случай че по иякакъв на- чин във вакуума са въведени «свободны» електрони, т. е. електрони, конто не са прикачени към атоми. Свободните електро- ни, иамиращи се в едно евакуярано про- странство, ще се привличат от всеки поло- жително заредей обект, поместен всыцото пространство, и ще бъдат отблъсквани от всеки отрицателно заредей обект. Движе- иието на свободните електрони под въз- действието на привличането кли отблъсква- нето от такива зареденн обектн представ- лява токът. протичащ във вакуум. Най-практичният начкн да се въведат достатъчен брой свободни електрони във вакуумного пространство е използуваието на термоелектронната емисия, Термоелектроииа емисия Ако едко парче метал, поставено във вакуум, се загрсе до зачервяване, електро- ните, иамиращи се б л изо до пеговата по- върхност, получават достатъчна кииетична енергия, за да излетят в заобикалящото го пространство. Кол кото по-висока е тем- пературата, толкова по-голям е броят на излъчените електрони. Излъчвашият метал се нарича катод. Ако катодът е единственият предмет във вакуумного пространство, повечето от излъчените електрони остават в непосред- ствена близост до него и образуват елек- тронен «облак» около него. Причината за това е. че електроните, отделили се в пространство™, като носители на отри «ателно електрячество образуват един отри- цателен заряд (пространствен заряд) око- ло катода. Този пространствен заряд от- блъсква излъчващите се електрони обрат- но към катода Нека предположим сега, че във вакуумно- го пространство е вкаран втори проводник, който не е свързан с нищо вътре в лампата. Ако този втори проводник се зареди поло- жително посредством свързването на един Предавателните лампи са иа задния и средник ред. Приемиите лампи са на пър- вия ред. Отляво иадясно са: миниатюрна и моливиа лампа, два плаиарии триода, нувистор и катодио-лъчева тръба с диа- метър 2,5 ст токоизточикк между него и катода, както е показано на фиг. 2-1, електроните, из- лъчваии от катода, ще бъдат привлечен»! от положителко натовареиия проводник. При това положение ще протече електрически ток във веригата, образуваиа от катода, положнтелно катова рения проводник и токоизточника. На фиг. 2-1 този токоиз- точник е батерия (батерия «В»): друга батерия (батерия «А») се нзползува за загряване иа катода до иеобходимата ра- ботна температура. Положнтелно заредеиият проводник обнк- иовено е метална плочка или цилиидър, заобикалящ катода, и се иарича анод, Както и остана л ите работни части иа лам- пата, той е лампов елемент или електрод. Лампата, показана иа фиг. 2-1, е следова- тели© двуелементпа или двуелектродиа, като единият елемент е катодът, а другият е анодът. Тъй като електроните са отрицателно
72 РАДИОЛАМПЫ И ПРИНЦИПЫ НА ТЯХНОТО ДЕЙСТВИЕ Фиг. 2-1 —Проводимост вследствие на тер- моелектроииата емисия в едка вакуумиа лампа. Батерията А се нзползува за загря- ваие иа катода до температура, при която започва излъчваието иа електрони. Бате- рията В зарежда анода положителио спрямо катода, вследствие иа което емитираиите електрони биват привличани от анода. Електроните, попаднали на анода, се при- движват обратно към катода през батери- ита В Фиг. 2-2 — Различии видове конструкции на катода. Директив загряваии катоди Или «отопления» са показани на (А), (В) и (С). Формата иа объриато V се нзползува при малките приемии лампи, формата М — при приемки и предавателни лампи. Спи- ралната форма се нзползува при предава- телиите лампи. Индиректио загрявани ка- тоди са показани на (D) и (Е) заедно с отоплителната нишка, която в първия случай е под формата на двойиа бримка, а във вгория — представлява начупеиа линия. И в двата случая се отстраиява вредного влияние иа магнитното поле, по- раждащо се от тока, който тече през ото- плителната нишка електрнчество, те ще се привличат от ано- да само когато той е положителен спрямо катода. Ако иа анода е даден отрицателен заряд, електроните ще се отблъскват обрат- но към катода я ток ияма да тече. Това означава. че радколампата пропуска ток само в една посока. Катоди За да може да започне нздъчването на електрони, катодът трябва да бъде загрят до висока температура. При това ие е съществено дали отоплителният ток про- тича или не през материала, който факти- чески излъчва електроните. Ето защо отоп- лителната нишка нли яагревателят може да бъдат електрнчески иезависими от еми- тиращия катод. Такъв катод се иарича катод с иидиректно отопление, докато в случая, когато отоплителната нишка е едновременио и излъчващият елемент, той се иарича катод с директив отопление. Фиг. 2-2 показва двата вида катоди във формите, в който най-често се нзползуват. Чрез използуването на специални спла- ва вместо чистн метали като материал за катода може да бъде получена много по- голяма електроина емисия при относителио ниски температури. Едиа от тезн сплави е торнран туигстен нли туигстен, в който е разтворен торий. Още по-гол яма ефектив- ност се постига, когато се нзползуват катоди с оксидно покритие, т.е. катоди, при конто върху метал на основа е наслоен пласт от редки земни окиси. Въпреки че катодите с оксидно покритие имат най-висок к. п. д., те могат да бъдат използувани успешно само в лампи, конто работят с по-ииски аиодни напрежения. Ето защо такива катоди се нзползуват предкмно в приемните радиолампи и в по-маломощните предавателни лампи. Във вксоковолто?яте радиолампи работят добре торираните катоди. Амодеи ток Ако на анода се подаде малко положи- телно напрежение, броят на електроните, достигащи до него, също ще бъде малък, тъй като пространственият заряд (отри- цателен) не допуска електроните, раз поло- женк близко до катода, да бъдат привле- чени от анода. Ако анодного иапреже- ние се повишн, влиянието на отрицателния пространствен заряд се превъзмогва в .-иачителна степей и броят на електроните, привличани от анода, ще стане по-голям. Следователно анодният ток нараства с увеличаваие иа анодното напрежение. На фиг. 2-3 е показана типична характе- ристика иа аиодиия ток във функция от анодиото напрежение за една двуелементна лампа или диод. Крива от този тип може да бъде получена, ако анодного напреже- ние се повишава степенчато и отчитането на тока се извършва с помощта на милиам- перметър за всяка стойност на иапреже- нието. Аиодният ток е пула, когато ияма аиодно напрежение и крнвата се качва.
Ток във вакуум- 7» 1 М Е <1. чТЬада на насищане ПоЗишаВане Лнодно напряжение Фиг. 2-3 — Двуелектродиата лампа (дио- дът) и типичната крива, ноказваща зави- симостта иа анодния ток от приложеиото * анодно напрежение докато достигне точката иа насищането. Тя отговаря на момента, когато положи- телният заряд на анода окончателно пре- възмогва влиянието на пространствения заряд и почти всички електрони се движат към анода. По-нататъшното увеличаване на анодното напрежение не води до увели- чаване на тока. Анодиото напрежение, умножено по анод- ния ток, представлява входиата мощиост на лампата. В схема като тази на фиг. 2-3 цялата тазн мощност огива за загряване на анода. Ако входната мощиост е голя- ма, температурата на анода може да се повит и до твърде висок и стой н ости (ано- дът може да се нажежи до червеио ил и даже до бяло). Топлината, която се развива в аиода. се предава на балона иа лампата и оттам се нзлъчва в околното пространство Изправяне Тъй като токът може да протича през лампата само в една посока, двуелектрод- иата лампа (диодът) може да бъде изпол- зувана за превръщане иа промеиливия ток в постоянен. Тя извършва това, като пропуска ток само в онези момеити, кога- то анодът е положителен спрямо катода. Когато анодът е отрицателен, ток не тече. Фиг. 2-4 показва едиа представителиа схема, използувана при такива случаи. Променливото напрежение от вторичиата на трансформатора Т се прилага към диод- ната лампа и последователно иа едио товар- ио съпротивление /?. Напреженнето се измени, както есбикновено за промеиливия ток, ио през лампата и съпротивлението протича ток само когато аиодът е положи- телен по отношение иа катода, т. е. само по време иа един полупериод, когато гориият край на траисформаторната намотка е Фиг. 2-4 — Изправяие с диод. Ток проти- ча само когато анодът е положителен спря- мо катода, поради което през товарного съпротивление ток ще тече само през едната половина иа периода Приложено напрежение положителен. По време на отрицатели ия полупефиод иастъпва прекъсване на тока. Изправеният променлив ток е следователи© един пулсиращ постоянен ток. Товарният резистор R представн дей- ствителната верига, в която изправеният пулсиращ ток действува. Всички лампы работят с товари от един или друг вид. С оглед на това една лампа представлява нещо като генератор или трансформатор. Верига, която не осигурява необходимия товар за радиолампата, ще бъде като късо съединение за трансформатора. При това положение ияма да се извършва полезна работа и единствен ият резултат ще бъде развиването иа топлина в трансформатора. Така е и при радиолам пите. Те трябва да развиват мощност в товара с оглед 'тя да бъде използувана за съответното предна- значение. Също така, за да бъде ефектявиа* по-голямата част от мощността трябва да извършва полезна работа в товара, а не да се използува за загряване иа аиода иа лампата. Следователно падът иа иапреже- нието върху товара трябва да бъде много по-голям, отколкото този върху диода. При евързване на диода по начина, по- казан на фиг. 2-4, се получава иапреже- иие върху товара с указания поляритет. Ако диодът бъде обърнат, поляритетът иа напреженнето върху товара R ще бъде обратен.
74 РАДИОЛАМПИ И ПРИНЦИПИ НА ТЯХНОТО ДЕЙСТВИЕ ЛАМПОВИ УСИЛВАТЕЛИ Триоди Управляваща решетка Ако един трети елемент — иаричан упра- вляваща решетка или просто решетка» бъде вмъкнат между катода и аиода, както е показано на фиг. 2-5, той може да бъде Фиг. 2-5 — Конструкция иа едиа елемеи" тарна триодна лампа, състояша се от ди- ректив отопляван катод, решетка (виждат се полов ин к ите на решетъчните спира- ли) и аиод. Отиосителната гъстота ва елек- тронния поток в междуелектродното про- странство е дадеиа грубо с помощта иа малки точки Фиг. 2-6 — Криви, показващи взаимиата зависимост между решетъчното иапреже- иие и анодиия ток при различии фиксира- ни стойности иа анодного напрежение (Еь) за един типов малък триод. Характер- ин криви от този тип могат да бъдат полу- чени чрез изменяне иа напреженнето иа батерията в схемата иад графиката Графични характеристики използуван за управляване влиявието на пространственна заряд. Ако иа решетката се подзде положнтелно напрежение спрямо катода, нейният положителен заряд ще се стреми да иеутрализира отрицателями про- странствен заряд. В резултат на това при определено напрежение на анода ще про- тече по-голям аноден ток, отколкото ако липсваше решетката. От друга страна, ако иа решетката се подаде отрипателно иа- прежение спрямо катода, отркцателният заряд на решетката ще се прибави към про- странствеиия заряд. Това ще доведе до намаляване на броя на електроните, конто могат да достигнат до аиода при дадеио аиодно напреженне. Решетката е въведена в лампата за управ- ляване на пространствения заряд, а не за да привлича електрони към себе си, затова тя е направеиа под формата иа жич- иа мрежа иля спирала и електроните могаг да премииават през отвореиите простран- ства на решетката и да достигнат аиода. Влиянието на решетъчното напрежение върху анодния ток за всяка една радио- лампа може да бъде илюстрирано чрез семейство графичии характеристики. Ти- пично семейство характеристики е показа- но иа фиг. 2-6 заедно със схемата, която е използувана за нейното получаване. За всяка стойност иа анодного напрежеияе съществува стойност иа отрнцателното решетъчно напрежение, което намалява анодния ток до нула. Това означава, че съществува стойност на отрицателно реше- тъчно напрежение, при която спнра про тичаието иа аноден ток. Кривите могат да бъдат продължени чрез подаване на положнтелно или отрица- тели© напрежение иа решетката. Когато решетката е отрицателна, тя отблъсква електроните; по тази причина иито един от тях не достига до иея. С други думи, през решетъчната верига ие протича ток. Когато решетката е положителна, тя при- влича електрони и през иея може да протече ток, наречен решетъчен ток, така както првтича ток към положителния аиод.
Лампови усилватели 75 Всяко протнчаие на решетьчен ток е съ- проводеио със за губа иа мощност в реше- тъчната верига; щом обаче решетката е отрицателна, мощиост не се консумира. Очевидно решетката може да действува като клапан, контролиращ протичането на анодиия ток. В същност решетката има значително по-голямо влияние върху про- тичането на анодния ток, отколкото анодно- го напрежение. Малко изменение иа реше- тъчното иапрежеиие е достатьчно, за да доводе до промяна в анодния ток, за която би било необходимо значително изменение на анодното напрежение. Фактът, че едно малко напрежение, дей- ствуващо върху решетката, е еквивалеитно иа действието на значително по-голямо анодно напрежение, указва за възможността за усилване с помощта на триодната лам- па. Повечето от многостранните приложе- ния на радиолампите се базират на свой- ството усилване. Усилената изходна еиер- гия не се получава от самата лампа, а от източника на напрежение, евързан между нейния анод и катод. Лампата просто управ- лява мощността на този източник, изме- няй к и я в желаната форма. За да се оползотвори управляваната мощиост, в анодната («изходната») верига на лампата трябва да се включи товар, така както това беше и при днодите. Това- рът може да бъде както активно съпротив- ленне, така и импеданс. Терминът «импе- данс» се нзползува често» даже и когато товарът е чисто активен. Лампови характеристики Физическата конструкция на триода определи и относителната ефектквност на решетката и анода в регулирането иа аиод- иия ток. Ефектквността иа решетката се увеличава с приближаването й по-близко до катода или чрез намаляване размерите на отворите на решетката. Вътрешното съпротивление на вакуумна- та лампа представлява променливотоковото съпротнвлеиие на участъка от катода до анода. За д адено напрежение и а решетката то представлява частного от едно малко из - менение иа анодното напрежение, разделе- но на резултантното изменение иа анод- ния ток. Това означава, че ако 1 V изме- нение на анодното напрежение причинява изменение на аподння ток 0,01 mA (0,00001 А), вътрешното съпротивление ще бъде 100 000 Q. Коефициеитът иа усилване (обикиовено означаваи с гръцката буква Р) на едиа радиолампа се определи като отношение на измеиението на аиодиото иапрежеиие спрямо измеиението иа решетъчното иа- режение за постнгане едиакво изменение иа аиодиия ток. Ако например едно уве- личаване от 10 V на анодното иапрежеиие увеличава анодния ток с 1 m А, а увелича- ваието на решетъчното (отрицателно) иа- прежеиие с 0,1 V е достатьчно да върне анодния ток донеговата първоиачална стой- иост, коефициентът иа усилване и а триод- иата лампа ще бъде 100. Коефиииентите на усилване иа триодните лампи варират от 3 до 100. За лампа с високо р. се счита тази с усилване около 30 и нагоре, със средно р са лампите, чийто коефициент на усилване е в пределите от 8 до 30, а при лампите с ниско р коефицкентът на усил- ване ие надминава 7—8. р на триода се нзползува при изчисляване усилванетоиа дадено стъпало Най-добрият показател за ефективността на радиолампата като усилвател е стръм- иостта иа нейиата анодно-решетъчна ха- рактеристика, наричаиа вътрешма нроао- димост и отбелязвана с gm*. Тя представ- лява измеиението на анодния ток, разде- лено иа измеиението иа решетъчното иа- прежеиие, което го е причинило. Тя може- да бъде намерена също чрез разделяне иа коефициента на усилване с вътрешното съ- противление. ТъЙ като отношен ието иа ток към напрежение фактически пред- ставлява проводимост, вътрешната прово- димост се измерва с единицата за проводи- мост mho* Практические стойкости на проводи мостта са много малки, като най-често се измерват в микро-mho (т. е. една милиоииа част от mho). За различиите типове радио- лампи тази стойност варира от няколкосто- тин до ияколко хиляди. Колкото по-гол яма- е стръмността на радиолампата, толкова по-голямо е и иейното усилване Усилване Начинът, по който радиолампата усилва, се илюстрира иай-добре от нейната ди- намична характеристика. Такава дина- мична характеристика заедно със схемата, използуваиа за иейното получаваие, е показана иа фиг. 2-7. Кривите са снети- при фиксирано работно аиодно иапреже- иие. Разликата между тази схема и схе- мата, показана на фиг. 2-6, е тази, че тук е евързано товарио съпротивление в анодиа- та верига на лампата. Следователи© фиг. 2-7 показва как ще се измени анодниит ток при различии напряжения на решеткатв, когато аиодиият ток протича през товар и извършва полезна работа. • В Европе се иаполеувз почтя язключителво тернмнът стргиност, сбозивчеввето и е S, в едм- ввцвта за язмервввето в е tnAJV.
РАДИОЛАМПИ И ПРИНЦИПЫ НА ТЯХНОТО ДЕЙСТВИЕ Фиг. 2-7 — Динамичны характеристики иа малосигналей триод при различии товар- ии съпротивления от 5000 до 100 000 К Няколкото графики нафиг. 2-7 са за раз- личии стойкости на товариото съпротивле- иие. Когато съпротивлението е малко (например 5000 Й), анодният ток се измени много бързо при дадено изменение на ре- шетьчното напрежение. Ако товарного съ- противление е голямо (например 100 000 Й), изменен ието и а аиодния ток при същото Решетъчно ! J । напрежение,V J 7 Напрежение на сигнала -Фиг. 2-8 — Действие иа усилвателя. Ко- гато аиодиияттоксе мени вследствие изме- неиията на сигнала, приложен към решет- ката, върху товарного съпротивление R <ще се получи също променящ се пад иа напреженнето, както е показано с прекъс- иата линия на кривата Еж. 1а е анодниятток изменение иа решетьчиото напрежение е отиосителио малко, а кривата проявила тенденция към изправяне. На фиг. 2-8 е показана крива от същия тип, ио тя е получена при схема, в която един източиик и а променливо напрежение (сигнал) е включен между решетката и решетъчната батерия (батерията, означе- на с «С»)_ Напреженнето иа решетъчната батерия е фиксираио иа —5V, а от графи- ката се вижда, че анодният ток при това решетъчно напрежение е 2 mA. Този ток протича, когато товариото съпротивление е 50 000 Й, така както е показано на схе- мата. Ако липсва променливотоков сигнал в решетъчния кръг. падът иа иапреже- нието върху товариото съпротивлеиие ще бъде 50 000X 0,002=100 V, като между катода и анода ще остане напрежение от 200 V. Когато един синусоиден сигнал с ам- плитуда от 2 V се включи последователно иа преднапрежеиието в решетъчната верига, моментного напрежение на решетката ще се измени от —3 V в момента, в който сигна- лът достига своя положителен връх, и —7 V, в момента, когато снгналът достига своя отрицателен връх. Максималиият аноден ток ще тече в момента, когато реше- тъчиото напрежение е —3 V и както се вижда от графиката, ще има стойност 2,65 mA. Минималният аноден ток тече в момента, когато решетьчиото иапреже- ние е —7 V и неговата стойност е 1,35 mA. За чмеждинните стойности и а реше- тъчното напрежение ще отговарят съответ- ни междинни стойности на анодния ток. Моментного напрежение между анода и катода на лампата е показано също иа графиката. Когато анодният ток достига своя максимум, моментннят иапрежителеи пад върху Я. е 50 000x0,00265=132,5 V. Когато анодният ток е минимум, момеит- иият пад на напрежение върху ще бъде 50 000 X 0,00135=67,5 V. Действи- телиото напрежение между аиода и катода представлява разликата между аиодния потенциал (300 V) и пада иа напрежение върху товарного съпротивление. Следова- телно иапрежеиието между аиода и катода е 167,5 V при максимален аноден ток и 232,5 V при минимален аноден ток. Това измепяшо се анодио напрежение представлява променливо напрежение, на- ложено върху постоянния анодно-катоден потенциал от 200 V (който преди това бе определен в условия без сигнал). Върхо- вата стойиост и а това променливо из ход ио иаирежеиие е разликата между максимал- иото (или м ин им ал н ото) а и одно-катод и о напрежение и напреженнето при липса иа сигнал,за което казахме,че е 200 V.B иашия случай тази разлика е 232,5—200 или
Лампови усилватели IT 200—167,5. т. е. тя винаги е 32.5 V. Тъй като напрежеиието и а решетъчния сигнал има амплитуда 2 V, коефициентът иа усил- 32 5 вайе по напрежение е —^-=16,25. Това •зиачава, че в анодния кръг се получава приблизително 16 пътй по-голимо напре- жеиие от това, което е приложено към ре- шетъчната верига. Както е показано иа рисунките иа фиг. 2-8, променливият компонент на анодиото напрежение се отклоиява в отрицателно по- сока (по отношение иа състоянието му без сигнал), когато решетъчното напрежение ое отклонява в положителна посока и обрат- но. Това означава, че промеил ивата компо- нента иа анодиото напрежение (усиленият сигнал) е дефазирана иа 180° по отношение на напрежеиието на сигнала, подавай на решетката. Пре диапрежен ие Фиксираното отрицателно решетъчно напрежение (наричаио решетъчио иредиа- иреженне) на фиг. 2-8 изпълиява редица полезни функции. Една от целите иавида усилваие, показан иа фигурата, е да се получи от аиодната верига промеиливо иа- прежеиие със същата форма като тази на сигнала, подаден иа решетката. За да се постигие това, трябва да се подбере подхо- дяща работиа точка в праволииейиата Фиг. 2-9 — Хармон ичии изкривявания в резултат на избора иа работиата точка в желииейната част иа характеристиката иа лампата. Долиият полупержод на аиод- иия ток ияма същата форма като тази на горния полупериод част на характеристиката. Последната тряб- ва да бъде достатъчно праволииейна я от- двете страхи на работиата точка, най- ма л ко по протежеиие и а участька, вместващ. цялата стойност на сигнала, подавай на решетката. Ако » резултат на въздействие- то иа рёшетъчиия сигнал аиодният ток се измени нагоре-иадолу в нелииейната част на характеристиката (като например иа фиг. 2-9), формата иа променливия ток в анодиата верига ияма да бъде едиаква с тази иа решетъчния сигнал. В такъв случай се казва, че изходният сигнал е изкривеи. Втора причина да се нзползува отряца- телното решетъчно преднапрежеиие е, че който и да е сигнал, чието върхово поло- жително напреженне ие надвишава фик- сираното отрицателно напрежение иа ре- шетката, не може да предизвика появата на решетъчен ток. След като ияма реше- тъчеи ток, няма да има и иочсумация иа мощиост, а оттам лампата ще извърши- усилването, без да консумира мощиост от източиика на сигнала. Ако обаче върховата стойност иа сигнала иадвишава отрицател- ното предиапрежение иа решетката, в решетъчиата верига ще протича ток само в момеитите, когато решетката е положи- телна. Изкривяването на формата иа изходнжя сигнал в резултат на това, че лампата работи в яелииейиата част иа своята ха- рактеристика, има ефекта иа трансформира- нето иа един синусоидеи сигнал, подаденj иа решетката, в сигнал с по-сложна ком- плексна форма на вълиата. Както бете- отбяснено в един от предишиите раздели, един сигнал със сложна форма може да се разглежда като съставен от едиа осиовиа и ияколко хармоиичии. С други думи, из- кривяванията вследствие на нелинейиост причиияват възиикване иа хармоничнж честоти, т. е. иа честоти, конто ие участву- ват в сигнала, приложен към решетката. Хармоничните изкривявания са нежела- телни за повечето усилватели, въпреки че- има случаи, когато хармоничните предна- мерен© се генерират и използуват. Изходии вериги иа иискочестотиите усилватели Полезиият изходен сигнал иа ламповжя усилвател е промеиливата съставна иа- анодния ток или анодиото иапрежеиже. Постоянного напрежение иа аиода иа лам- пата е необходимо за иейиата работа, но почти винаги би създало трудности, ако- попадие ааедио с промеил ивата съставка в товара. Ето защо изходиите вериги жа< радиолампите са изпълнени така, че на-
78 РАДИОЛАМПИ И ПРИН ЦИПИ НА ТЯХНОТО ДЕЙСТВИЕ Резисторна. бръзка АноЗно за- лранВвнв . Импедансна бръ'ака Анодно за- храпВане Трансформаторна. бръзка •Фиг. 2-10 — При звуковите честоти се използуват главно тези три осиовни мето- да за връзка. Това са резнсторна връзка, импедансна връзка и трансформаторна връзка. И в трите показани примера из- ходът на усилвателя е свързан с решетъч- иата верига на друга усилвателна лампа, ио тези начини могат да се използуват за връзка^и с нелампови устройства товара да се подава само променливотоко- вата съставна. В спектъра на звуковите честоти най- често се употребяват 3 начина за връзка между усилвателя и следващото устрой- ство. Те са резисторна връзка, им пела ие- на връзка и трансформаторна връзка и са показани иа фиг. 2-10. И при трнте начина, показани на фигурата, нзходната верига е евързана към решетъчната верига на друга усилвателна лампа, ио същ ите схем и могат да бъдат нзползуваии За връзка и с други нелампови устройства. В схемата с резисторна връзка промеи- ливото напрежение, което се развива върху анодиия резистор Rp (това е променливото- нового напрежение между анода и катода иа лампата), се подава на втори резистор Rg през един евързващ кондензатор Сс. Коидензаторът блокира правоте иапреже- ние на анода на първата лампа и не до- пуска то да падне на решетката на лампа В. Последната има отрицателио решетъчно напрежение, подавано от показа нага иа схемата батерия. В решетъчната верига на лампата В не протича решетъчен ток и следователно няма постоя н потоков на- прежптелеи пад върху 7?g; с други дум и, цялото напрежение иа батерията за пред- нап режен не е подадено на решетката иа лампа В. Решетъчният резистор R- обикиовено нма твърде висока стойност (0,5 до 2 MQ). Реактивного съпротивление на евързва- Щия кондензатор трябва да бъде доста- тъчно ииско в сравнение със съпротивле- иието на резистора Rt, така че падът и а променливото иапрежеиие върху Сс да бъде незначителен за най-ниската честота. която ще се уенлва. Ако резисторът Re е иай-малко 0,5 мП, кондензатор с капа- цитет 0,1 ц F ще бъде достатъчно голям за иормалння обхват на звуковите честоти. Тъй като тук разглеждаме схемата от гледна точка иа променливата съставна иа анодното напрежение, виждаме, че ако падът на напрежение върху Се е незна- чителен, резисторите Rp и Z?g практически се оказват свързани паралелно, въпреки че правотоково те са разделен и. Резултант- ното паралелно съпротнвленне на двата резистора ще бъде действителното товарно съпротнвленне на лампата. Ето зато Rt се подбира с колкого може по-голямо съ- противление, за да оказва възможно най- малко влияние върху товара, представля- ван ст Rv. Схемата с импедансна връзка се разли- чава от тази с резисторна връзка само по това, че анодният резистор е заместеи с една гол яма индуктивност (от порядъка на няколкостотин хенри). Предимството при използуването на бобина вместо резистор в тазн точка е, че докато импедансът на бобнната е висок за звуковите честоти, активното съпротивление е относителио малко. По този начин се осигурява по- висока стойност иа товарния импеданс за променливата съставна без излишен право- токов пад на напрежение, следователно ие е необходимо напреженнето иа токоиз- точника да бъде по-високо от номиналното за лампата. Уснлвателите с трансформаторна връзка използуват трансформатор, чиято първич- иа иавивка е евързана в анодната верига на лампата, а вторичиата — с товара (в показаната схема това е следващият усил- вател). Между двете навивки на трансфор- матора ияма пряка връзка, в резултат на което анодното напрежение на лампа А е изолирано от решетката иа лампа В. Усилвателят с трансформаторна връзка
Лампови усилватели 79 има същите предимства, както и този с импедансна връзка от гледна точка иа загубите на постоянно напрежение в анод- ната верига. Също ако вторичиата има повече навивки от първичната. изходиото иапрежеиие ще бъде повишавано пропор- циоиално на отиошението иа иавивките иа трансформатора. Резисторната връзка е проста, евтина и осигурява еднакво усиление по иапреже- иие в широк спектър от честоти. Така на- пример тя осигурява еднакво усилване за всички честоти от звуковия спектър. Импедансната връзка може да осигури малко по-голямо усилване при една и съща лампа и напрежение в сравнение с рези- сторната връзка. Тя обаче не е подходяща за широколентово усилване, тъй като *заостря>, т. е. осигурява максимално усил- ване за една сравиително тясна лента от честоти. С един добър трансформатор усилването иа усилвател с трансформатор- на връзка може да се поддържа доста по- стоянно в целия обхват иа звуковите че- стоти. От друга страна, трансформаторната връзка в усилвателите иа напрежение (виж по-долу) е най-подходяща за триоди, имащи коефициент на усилване 20 или по-малко поради това, че първичната ин- дуктивност иа един трансформатор не може да бъде направена достатъчно голя- ма, за да работн добре при лампа с високо анодно съпротивление. Усилватели клас А Усилватели, чието главно предназначе- ние е да усилват напрежение, се наричат усилватели иа напрежение. Максимално усилване на напрежеиието се получава, когато товарного съпротивление илн импе- дансът са въэможно най-високи в сравне- ние с анодното съпротивление на лампата. В такъв случай по-голямата част от гене- рираното напрежение ще се появи върху товара. Усилвателите на иапрежеиие принадле- жат към групата, наречена усилватели Фиг. 2-11—Схема иа елемента реи усил- вател на мощност, в който консумиращото енергкята съпротивление е свързаио с аиодния кръг през един трансформатор за съгласуване по импеданс клас А. Усилвател клас А е този, който работи по такъв иачин, че формата на изходното напрежение се запазва същата като тази на сигнала, подаден на решет- ката. Ако в усилватели клас А работиата точка е избрана така, че напрежеиието иа решетката е вииаги отрицателно, даже и при наличието на максимален сигнал, той се нарича усилвател клас А>. Усилва- телите иа напрежение са винаги усилва- тели клас Ai и тяхното основно предна- значение е да задействуват следващия след тях усилвател клас Ах. Усилватели иа мощиост Крайната цел на всяко усилване е уси- леният сигнал да извършн опоеделена ра- бота. Например един звукочестотеи усил- вател обикиовено задействува високо- говорител, който от своя страна създава звукови вълни. Колкого по-голямо коли- чество звукочестотна енергия се подава към високоговорителя, толкова по-силеи ще бъде звукът, който той ще създава. На фиг. 2-11 е показан един елементареи усилвател на мощност. Той е прост усил- вател с трансформаторна връзка, като товарът е включен във вторичната. Въпре- ки че товарът е показан като резистор, там може да бъде поставено и друго устрой- ство, например високоговорител, което ще оползотворява енергията. Всяка мощна лампа изисква специфично по стойност товарно съпротивление между анода и катода, обикиовено няколко хиляди ома, с което се осигурява оптималната й работа. Съпротивлението на действителния товар много рядцо съвпада с точната стойност на изискващия се товар, затова трябва да се извърши съгласуване. Ето защо отиошението на иавивките на трансформа- тора се избира така, че да осигурява необ- ходимого внесено съпротивление в първич- иата намотка. Отиошението на намотките може да бъде по-високо или по-ниско в зависимост от това, дали товарного съ- противление е по-голямо илн по-малко от товара, необходим за лампата. Коефициеитът на усилване по мощност за даден усилвател се нарича отиошението иа изходната мощност, получена от аиод- иата верига, към мощността на променли- вотоковия сигнал в решетъчната верига. В усилвателя клас Aj няма загуби в ре- шетъчната верига, порадн което такъв усил- вател има безкрайно голям коефициент иа усилване по мощност. Въэможно е обаче усилвател от клас А да се постави да ра- боти в такъв режим, че да протича ток в решетъчната му верига пене през част от периода. При това положение в решетъч- иата му верига ще се консумира мощиост
м РАДИОЛАМПИ И ПРИНЦИПИ НА ТЯХНОТО ДЕЙСТВИЕ коефициентът на усилване по мощност -ще стане измерим. Усилвателят, работещ при такъв режим, се нарича усилвател клас А3. За задействуване на усилвателите клас Ая трябва да се използуват усилватели иа мощиост, тъй като усилвателите иа иапре- жеиие не могат да развият достатьчна за задействуването мощиост без зиачителио изкривяване иа формата иа сигнала. Един друг термин, използуваи във връз- ка с усилвателите иа мощност, е термииът мощиост иа възбуждане. В случая с усил- вателите, работещи в клас Alt с този тер- мин се обозначава отиошението иа изход- иата мощиост към напрежеиието иа сигна- ла, подавай иа решетката за постигаие на тази изходиа мощност. Ако обаче протича решетъчен ток, този термин обикновено означава отношеиието иа изходиата аиод- на мощност към входиата решетъчиа мощ- иост. Я^чкг-4 Промеиливотоковата мощиост, която се отдава иа товара от усилвателиата лампа, е за сметка иа енергията, чернена от ва- точника иа аиоден ток и иапрежеиие. На практика в аиодиата верига иа лампата винаги постъпва по-голяма мощиост от тази, която се получава като полезна. Разликата между входиата и изходиата мощност се изразходва за загряване иа аиода иа лампата. Отношеиието на полез- ната изходиа мощиост към подвеждаиата постояииотокова мощност иа аиода се нарича к. п. д. иа аиодиата верига. Колкого е по-голям к. п. д. на анодната верига, толкова по-голяма е мощността, която може да бъде получена от едиа радиолам- па, имаща дадеиа допустима мощиост иа разсейване върху анода. Паралелно и кротивотактно свързване Когато е необходимо да се получи по- голяма изходиа мощиост от тази, която може да даде едиа лампа, две или повече еднакви лампи могат да се свържат в па- ралел. В този случай едиаквите елемеити на всички лампи са свързанн заедио. Този метод е показан иа фиг. 2-12 за усилвател с трансформаторна връзка. Изходиата мощ- иост е пропорциоиална иа броя и а свърза- иите лампи. ио решетьчният сигнал или напреженнето иа възбуждаие са съшите, както за една лампа. Ако усилвателят работи в режим, при който се консумира мощност в решетъчиа- та верига, мощността иа възбуждаие ще трябва да бъде пропорциоиална иа броя на паралелио свързаиите лампи. Увеличаваие иа изходиата мощиост мо- же да се постигие и чрез свързване иа две лампи в противотакт. В този случай решет* ките и аиодите иа двете лампи са свързаик (1арймл Пмц-пца (прогпиботакт) Фиг. 2-12 — Паралелен и противотактов (пушпулен) иискочестотен усилвател с противоположиите краища на една ба- лаисиа верига, така както е показано иа фиг. 2-12. При това положение във всеки момент краищата иа вторичиата иа входния трансформатор Гх ще бъдат с обратен по- ляритет спрямо катодиата връзка, така че решетката иа едиата лампа е положи- телиа, докато в същия момент решетката иа другата лампа е отрицателиа. Следова- телно при противотактното свързване на- прежението и токовете иа едиата лампа са в противофаза по отношение напреже- нието и токовете иа другата лампа. При работа в противотакт чети ите хар- моиичии изкривяваиия взаимно се унк- щожават в аиодиата верига. Това означава, че за една и съща изходна мощност изкри- вяваиията ще бъдат по-малко, отколкото при работа по паралелна схема. Възбуждащото напрежение, измерено между двете решетки, трябва да бъде два пъти по-голямо от това, което се изисква само за едиа лампа. Ако решетките кои- сум ират .мощност, мощността ва възбужда- не иа иротивотактния усилвател трябва да бъде два пъти по-голяма, отколкото за всяка една лампа. Стъиални усилватели Възможио е да се вземе изходният сиг- нал от един усилвател и да се приложи като входен Сигнал иа решетката на втори усилвател, след това да се вземе неговият изходен сигнал и да се приложи към решет- ката на трети усилвател и т. и. Всеки усил- вател, участвуващ в такава верига, се
Ламповм усилватели 81 нарнча стъпало, а комплексният усилва- тел се нарнча стъпален нлн каскаден усил- вател. Уснлватели клас Б Фнг. 2-13 по казна две'лампв, свързани протнвотактно. Ако решетьчиото пред- напреженне се подаде така, че работната точка (прн лнпса иа входен сигнал) да бъде в сгъвката на анодно-решетьчката характеристика, т.е. в точката, където анодният ток тъкмо е ставал нула, тогава даден входен сигнал може да предизвнка протнчане на аноден ток в коя да е от лам* пите само когато неговото напрежение, приложено към решетката на лампата, е положително по отношение на катода. И тъй като в решетъчната верига по симет- трнчна схема напреженнето на сигнала върху решетките на двете лампи е винаги с противоположен поляритет, във всеки момент ще тече аноден ток само през една- та лампа. Графнките показват режима на работа на един такъв усилвател. Анодният ток на лампа В е нарнсуван обърнат спрямо анод- ння ток на лампа Л, за да се лекаже, че той протяча в противоположна посока през първнчната намотка на изходння транс- форматор. Следователно половннкнте на първнчната намотка на изходння трансфор- матор работят посмеино.за да индуктнрат по един пол у период от напреженнето във вторичиата. Във вторичиата на трансформа- тора Т2 първоначалната форма на сигнала се възстановява. Този режим на работа се нарнча усилване клас В. Аноден ток на. лампад'- Аноден^ тонна лампав Г\ Г\ Г\ Г\ ~и и и и КомВини- ранизхо- ' йен сигнал Фиг. 2-13 — Усилване в режим клас В Усилвателят клас В има значително по- внеок коефнцнент на полезно действие от усилвателя клас А. Освен това постоянната съставна на анодння ток при уснлвателите клас В е пропорцнонална на напреженнето на сигнала върху решетката и поради това тя ще бъде по-малка прн по-ииско ниво на входння сигнал. Прн уснлвателите клас А постояннотоковата анодна мощност оста- ва една и съща независимо от това, дали вхедннят решетъчен сигнал е голям, ма- лък или въобще лнпсва. Оттук следва, че максималната постояннотокова мощност, която може да се подаде в анодната верига на усилвателя клас А, е равна на максимал- ко допустимата мощност на разсейване върху анода на лампата нлн лампите. Две лампи, работещн в режим на усилване клас В, могат да отд адат приблизително 12 пътн по-голяма ннскочестотна мощност в сравнение със сыците две лампв, работещи в режим иа усилване клас А. Усилвателят клас В се използува обик- вовенс в такъв режим, че да дава възможно най-голяма нзходна мощност. Това изисква обаче протичането на значителен аноден ток н за да бъде получен, напреженнето на входния сигнал трябва да превншава отри- цателното решетъчно преднапреженне по- пе за част от периода, при което, разбнра се» ще протече решетъчен ток в в решетъч- ната верига ще бъде консумнрана мощ- ност. Макар че нзискваннята за мощност са малки (в сравнение с нзходната мощ- ност), фактът, че решетките са положител- ни само през част от периода, означава, че товарът върху предния усилвател, т. нар. драй вер ио стъпало, ще се измени по голе- мнна по време иа периода; ефективното то- варно съпротивление е високо, когато не протича решетъчен ток, и е относително ииско, когато протича такъв ток. Тезн веща трябва да се имат пред вид при кон- струнрането на драйвера. Ня кон типове раднолампи са конструи- ранн спецкално за работа в клас В и могат да работят без постоянно отрицателно или друго преднапреженне на решетката (лам- пи с нулево нреднанрежение). Техният коефицкент на усилване е толкова голям, че анодният нм ток е съвсем малък при липса на сигнал. Тъй като при тях нкма постоянно преднапреженне, решетките за- почват да консумнрат ток веднага щом се подаде сигнал, така че решетъчният ток протича през’ целня период. Това прави товара на драйвера много по-постоянен, отколкото прн нзползуването на лампи с малко р н такова преднапреженне, че да се получава отсечка на анеднни ток. Уснлвателите клас В, конто се изпол- зуват за усилване в областта иа радио- честотите, са познати под името линей- Наръчник на радиолюбителя
82 РАДИОЛАМПИ И ПРИНЦИПИ НА ТЯХНОТО ДЕЙСТВИЕ нн усилватели, тъй като те са устроен и по такъв начни, че изходната мощиост е про- порциоиална на квадрата на високоче- стотното възбуждащо иапрежеиие. Това позволява усилване на модулнранн високо- честотни снгналн без изкрнвкване. Из- ползуването иа противотактна схема в тези случаи не е задължително; единична лампа може да бъде използувана със същия успех. Усилватели клас АВ Нискочестотинят усилвател клас АВ представлява протнвотактен усилвател, чие- то отрицателно пр ед напрежение е по- високо от нормалиото за чист клас А, но едновремеино с това е по-малко от предна- прежението иа запушване, характерно за усилвателите клас В. При ннски нива на входи ня сигнал двете лампи работят като усилватели клас А в анодният ток е един и същ прн в без сигнал. При висок в инва на сигнала през част от отрицателння по- лупериод на сигнала, подавай на решет- ката, едната лампа е запушена,а анодният ток на другата лампа расте със сигнала. При това положение общнят аноден ток на усилвателя също се покачва в сравне- ние с ннвото му прн отсъствие на сигнал. Прн един правилно конструиран усвл< вател клас АВ нзкривяваннята са също така малкн, както и прн работа на усилва- тел я в клас А, но к. п. д. и изходната мощ- ност са много по-високи в сравнение с усилвателите клас А Един усилвател клас АВ може да работа както със, така и без навлнзане в областта на положнтел- иите .решетъчни напрежени"- Усилвател клас ABi е този, прн който решетките не са иикога положнтелни по отношение на катода; следователио при този режим не се изнсква мощност за въз- буждаието. а само напрежение. Усилвател клас Ав2 е този, при който протича решетьчен ток през част от пе- риода, ако приложеният сигнал е силен; при него се изисква малка мощност за възбуждане. У сил вател ят клас АВа може да отдаде малко по-голяма мощност (пря използуването иа едки в същи лампи), но при усилвателя, работещ в клас ABf, се избягва иеобходимостта от конструиране йа драйвер, който трябва да отдава мощ- ност без изкривявания към товар със силно променлнво съпротигл₽ние. Работен ъгъл •Разглеждаието иа фиг. 2-1 а покаьва, че всяка от лампите работа само през едната половина на променливотоковнк период, а през другата половина бездействува. Удобно е Тголемнната на времето, през което протича аиодев ток, да се дава в електрнчески градуси. На фнг. 2-1’3 всяка лампа има възбуждане «180 градуса», тъй като един пол у период е равен на 180 градуса. Врокт иа граду сите, през конто протича аноден ток, се нарича рабо- тен ъгъл и а усилвателя. От опнса- нията, дадени по-горе, става ясно, че един усилвател клас А има възбуждане 360 градуса, тъй като аноден ток протича през целия период. В усилвателя клас АВ работаият ъгъл е между 180 в 360 градуса (за всяка лампа) в зависимост от конкрет- но избрания режим на работа. Колкото е по-голямо отрицатели ото преднапрежение иа решетката, толкова по-малък став" работаикт ъгъл иа усилвателя. Работен ъгъл, по-малък от 180 градуса, води до значнтелнн изкривявания на из- ходння сигнал, тъй като лампата не е в състояние да възпроизведе даже и един полупернод от сигнала, подаден на решет- ката. Използуването на две лампи в про- тнвотакт, както е показано на фиг. 2-13, само ще събере двата изкривени пол у пе- риода. Следователио, ако се изнсква полу- чаването на изходен сигнал без изкривя- ваиия, не бнва да се нзползува работен ъ-ъл, по-малък от 180 градуса Усилватели клас С При усилвателите на мощност, работещи в спектъра на радиочестотите, изкрнвя- ванията на формата на внсокочестотната вълна нямат такова голямо значение. По причини, конто ще бъдат описанн малко по-късно, внсокочестотннят усилвател тряб- ва да работа с настроен кръг, а селектив- ността на такъв кръг «филтрнра» високо- честотните хармоиични, получаващн се в резултат на нзкрнвяваието. Следователио внсокочестотннят усилва- тел на мощност може да бъде използуван за работа с работен ъгъл, по-малък от 180 градуса. Такъв режим на работа се нарнча уснлване в режим клас С. Преднмството му е, че коефициеитът на полезно действие прн него е по-голям, тъй като анодните загуби са пропорцнонал- нн между другого и на времето, през което протича аноден ток, а това време се нама- лява с намаляване на работния ъгъл. В зависнмост от типа на лампата опти- малното товарио съпротивление за уснлва- теля клас С варира от около 1500 до 5000 Q . Обикиовено то се осигурява чрез използу- ването на устройства с настроен в кръгове от типа, описан в предишните раздели за трансформиране на съпротивлението на действителиии товар в съпротивление, рав- но на оптнмалиото за дадената лампа.
Лампови усилватели 83 Решетъчното напреженне достига значн- телнн положителни стойности въб върха на импулса, така че в решетьчната верига протнча ток и се консумира мощност. Колкого е по-малък работннят ъгъл, тол- кова по-големи са напреженнето и мощност- та на възбуждаие, конто се изискват за получаване иа максимален изходен сиг- нал върху товарного съпротивленне. Най- сполучливият компромнс между мощност- та на възбуждаие, коефициента на полезно действие и изходната мощност се постнга обикновено когато минималното анодно напрежение (във върха на драйвериня пе- риод, когато анодннят ток достнга своята най-голяма стойност) е почти равно иа върховото положнтелно напреженне на решетката. При такнва условия работникт ъгъл е обикновено между 120 н 150е, а к. п. д. на анодната верига е в пределите от 60 до 80%. Макар че са възможии н по- нисокн к. п. д.,тяхното постигане нзисква допълнителна мощност за възбуждаие и по-високо решетъчно преднапреженне за- едно с повншаване на анодиото напреже- ние над нормалното за дадення тнп лампа. При правилно нзпълненне и настройка усилвателят клас С може да работн по такъв начин, че входиата н изходната мощност да са пропорциона л нн на квадра- та от приложеиото анодно напрежение. Това е много важно обстоятелство, когато усилвателят трябва да бъде анодно моду- лираи за радиотелефония, както е описано в раздела за амплитудната модулация. Обратна връзка Възможно е да се вземе част от усилен ата енергия от анодната вернга на един уснл- вател и да се подаде в решетьчната му верига. Когато това е направено, казваме, че в усилватели е въведена обратна връз- ка. Ако напреженнето, което подаваме по тозн начин в решетьчната вернга, е де- фазнрано на 180° спрямо напреженнето на сигнала, действуващ на решетката, обратната връзка се нарича отринателва нли дегенеративна. От друга страна, ако напреженнето на обратната връзка е във фаза с решетъчния сигнал, обратната връзка се нарича положителна нлн реге- неративна. Отрицателна обратна връзка При отрицателната обратна връзка на- прежеинето на обратната връзка противо- действува на напреженнето на сигнала. Това намалява амплнтудата на напреже- кнето, действуващо между решетката и катода, в резултат на което се иамал&ва и уснлването на напреженнето. Оттук, за да се получи същото изходно напреже- ние в анодната верига, необходимо е да се повншн напреженнето на възбуждаие. Колкото по-голяма е отрицателната об- ратна връзка (прн положение, че се нзпол- зува), толкова по-независнмо става усилна- нето от характернстиките иа лампата и условията иа вернгите. Това от своя страна водн до изравняване на честотната ха- рактеристика на усилвателя, което озна- чава, че се уеднаквява уснлването за вснчкн честоти, за конто е предвиден усил- вателят. Също така вснчкн изкрнвявания, създаванн в анодння кръг на лампата, започват да се «самоочистват». Ето защо усилвателите с отрицателна обратна връз- ка се характеризнрат със сравнително малко хармонични изкрнвявання. Тези преднмствазаслужават внимание, ако уснл- вателит има достатъчен резерв от усилване по напрежение съобразио предназначе- нного му. В схемата, означена с А иа фиг. 2-14, резисторът Rk е свързан последователно на обичайник резистор R* н по такъв начин става част от товара на лампата. Това озка- чава, че част от нзходното напрежение ще се появн н върху Rk. Но тъй като ре- знсторът Rk е свързан серийно н в реше- тъчната верига, нзходното напрежение, което се появява върху Rk, ще бъде в се- рия с напреженнето на входиия сигнал. Изходното напреженне върху Rk ще про- тнводействува на напреженнето ва вход- ння сигнал, в резултат иа което променли вото напрежение между решетката и ка. Фиг. 2-14 — Прости ехали за съадаване иа обратна връзка
84 РАДИОЛАМПИ И ПРИНЦИПИ НА ТЯХНОТО ДЕЙСТВИЕ тода ще бъде равно на разликата между тезн две напрежения. Схемата, означена с В на фнг. 2-14, може да бъде използувана за оснгуряване на отрнцателна илн положителна обратна връзка. Вторичната на трансформатора се подава обратно към решетъчната вернга, за да въведе желаното напрежение за обратната връзка. Разменяйки краищата на коя да е от двете трансформаторнн намотки (но не одновременно н на двете), можем да обръщаме фазата. Положителна обратна връзка Положителната обратна връзка повиша- ва уснлването, тъй като напреженнето иа обратната връзка се прнбавя към първо- началното напрежение на сигнала н резул- тантното увеличено напрежение върху ре- шетката ще предизвнка появата на по- голямо изходно напрежение. Уснлването има тенденция да бъде най-голямо на една честота (която завнсн от конкретното из- пълнение на схемата) н се характернзнра с увелнченн хармонични нзкривявання. Ако с помощта на обратната връзка се връща достатьчно енергия, ще се появят самоподдържащн се осцилации (автоге- нерацин), конто в основни лннин са на една честота н представляват еиергня, генернрана от самата лампа. В тозн слу- чай цялото напрежение на сигнала върху решетката може да бъде доставено от анодння кръг н не е необходим външен сигнал, тъй като всяко случайно измене- ние (флуктуация) на анодння ток (такива флуктуации съществуват вннагн) ще бъде усилено и ще се създадат условия за гене- риране. Положителната обратна връзка намнра широко приложение прн такнва «генератори», а освен това се нзползува н за нзбирателно усилване както на звукови, така и иа внсокн честоти с тази разлика, че тук положителната обратна връзка се поддържа под прага на самовъзбуждането. Междуелектродни капацитети Всяка двойка от елементите на радио- лампата образува малък кондензатор, чий- то капацитет се нарнча междуелектроден канацитет. В триелектродната лампа съ- ществуват три такнва капацитета — между решетката н катода, между решетката н анода и между анода и катод. Тези капа- цитети са много малки — в повечето слу- чаи от порядъка на няколко пикофарада, но често пъти оказват много сериозно влияние върху работата на усилвателната верига. Входен капацитет Както вече обяснихме, променлнвото решетъчно напрежение и променливото анодно напрежение на един усилвател със съпротивителен товар са дефазнранн на 180°, като катодът се нзползува в качество- то на референтна спорна точка. Ако тръг- нем обаче по кръга от анода към решет- ката, така както е показано на фнг. 2-15, ще внднм, че двете напрежения са във фаза. Това означава, че тяхната сумарна стойност действува между решетката и анода, т. е. върху анодно-решетъчння ка- пацнтет на лампата. В резултат на това във веригата ще про- тнча и един капацитивен ток, чиято ампли- туда е право пропорцнонална на сумата от променлнвото решетъчно н анодно на- прежение н анодно-решетъчния капацн- тет. Източннкът на решетъчния сигнал' трябва да осигури това количество ток в добавка към капацитнвния ток, който- протнча през капацитета решетка — катод. На практика това означава, че източннкът на сигнала «среща» ефектнвен капацитет. който е по-голям от капацитета решетка— катод. Това явление е известно като ефект на Милър, Колкото е по-голямо уснлването на на- прежение, толкова по-голям е ефективннят входен капацитет. Входният капацитет на един усилвател със съпротивителна ве- рнга се намнра по формулата Cfap ~ (А + 1). където Cgg е решетъчно-катодният'капацнтет. Ceg е капацитетът анод — решетка, а А е уснл- ването по напрежение. Когато уснлването по напрежение е голямо,входният капацитет може да достигне няколкост отнн пикофа- рада, въпреки че междуелектродните ка- пацнтетн са твърде малки. Фиг- 2-15 — Променливото напрежение, явяващо се между решетката и аиода на усилвателя, е сума от напреженията на входння в изходния сигнал, Лакто е пока- зано на тазн опростена схема. Означеии са моментните поляритеты
Лампови усилватели 85 Изходен капацитет Осиовиата съставна на взходнвя капа- цитет в един усилвател е действвтелният капацитет между анода н катода иа радно- лампата. Влиянието на изходння капаци- тет прн уснлването на звукови честоти обнкновено не се взема под внимание, но този капацитет придобнва много важно значение в спектъра на високите честоти. Лампови капацитети при високи честоти Прн високи радночестоти реактнвното съпротнвленне дори н на най-малките меж- ду електродни капацитети спада до много ннскн стойности. Един усилвател със съпротнвнтелна връзка например дава мно- го малко усилване в областта на внсокнте честотн, защото реактнвното съпротнвле- ние на междуелектродните капацнтетн е толкова малко, че те на практика дават накъсо входната и нзходната верига н лам- пата не е в състоянне да уснлва. В сфе- рата на внсокнте честоти това явление се лреодолява, като в анода н решетката се използуват настроени кръгове, така че дамповите капацитети стават част от кръ- говия капацитет. По този начни веригите могат да получат голямо активно съпротив- ление, необходимо за ефнкасно усилване на лампата. Прн внеоки честотн капацитетът анод— решетка е много важен, защото ненового реактивно съпротнвленне, което е относи- телно малко за тези честоти, създава път, по който може да бъде върната енергня от анода към решетката. На практика винаги когато обратната връзка е във фаза с входния сигнал н нма достатъчно голяма стойност, ще предвзвика автогенерации и такава верига става безпредметна като усилвател. За да се предотврати ефектът на обратна- та връзка, могат да се използуват спе- циални «неутрализиращн» верягн, но общо взето, те не са достатъчно ефектнвни, когато се използуват в радиол риемннците. Все пак те намнрат приложение в радно- предавателнте. Лампи с екраннращи решетки Ан одно-решетъчният капацитет иа една лампа може да бъде сведен до незначителна .стойност,- като се въведе втора решеъка между управляващата решетка и анода, така както е показано на фиг. 2-16. Вто- рата решетка, нарнчана екранва решетка, действ у ва като електростатичен екран, който елнмнннра капацитивната връзка между управляващата решетка в анода. Тя е и ап равена във формата иа решетка Фнг. 2-16 — Схема иа електродите^и тях- ното подреждане в един тетрод (част от анода и екраниата решетка са отстранеии). Това е една иесиметрична конструкция, която е характерна за миниатюрните при- емки лампи. За да се намали капацитетът между управляващата решетка и анода, изводите на тези електродн са направени от противоположи и точки. В действ ител- ните лампи между тезн^изводи често има допълнителен екран нлн едро сито така, че електроннте да могат да премннават през нея. Поради екраннращото действие на екран- ната решетка положително натовареният анод не може да привлнча електрониот катода така, както това ставаше в трио- да. За да се оенгурн движение на електро- ните към анода, на екранната решетка трябва да се подаде положителен потен- циал спрямо катода. Прн това положение екранната решетка привлича много по- добре електроните, отколкото анодът при триелектродната лампа. По пътя към екранната решетка електроните получават такова ускорение, че по-голямата част от тях премннават през отворите на решет- ката, след което бнват привлеченн от ано- да. Известна част от тях се сблъскват с решетката, в резултат на което във вери- гата на екранната решетка протича също известен ток. За да бъде добър екран. екраниата решет- ка трябва да бъде евързана с. катода с вернга, която нма малък импеданс за усил- ваната честота. За тази цел обпкновеио се използува шунтиращ кондензатор с реак- тивиост не повече от няколкостотин ома» с който екранната решетка се евързва с катода. Лампа, която има четири елемеита — катод, управляваща решетка, екранна ре- шетка н анод, се нарнча тетрод.
86 РАДИОЛАМПЕ И ПРИНЦИПЕ НА ТЯХНОТО ДЕЙСТВИЕ Пеитоди Когато един електрон, двнжещ се с голяма скорост през лампата, се сблъсква с анода, той «нзбива» други електрони, конто нзлитат в междуелектродното пространство. Това явление се нарича вторична емнсии. В триода отрицателната решетка отблъсква вторичните електрони обратно към анода н те не могат да причинят непрнятностн. В лампата с екранна решетка обаче поло- жнтелно заредената екранна решетка прн- влнча вторичните електрони, в резултат на което протича обратен ток между екран- иата решетка и анода. За да се преодолев ефектът на вторнчната емисня, в лампата може да се поставн трета решетка между екранната решетка и ано- да. Тази решетка се нарнча защитна ре- шетка Тя действува като екран между екранната решетка н анода, така че вто- ричните електрони не могат да бъдат при- вличани от екранната решетка. Прн това положение те се привлнчат обратно от анода без забележимо вликнне върху нор- малния аноден ток. Петелементната лампа от описании тип се нарича неитод. Въпреки че екранната решетка както в те- трода, така н в пентода значително иамаля- ва вликннето на анода върху протнчащия аноден ток, управляващата решетка в тезн лампн продължава да въздействува върху анодннк ток почти по същия начни, както това става в триода. Следователио стръм- ността на решетъчно-анодната характе- ристика (илн вътрешната проводимост) на тетрода нлн пентода ще бъде от същия порядък, каквато е прн еднн триод със съответна структура. От друга страна, поради това, че изменението на анодиото напрежение оказва много малко влияние върху анодиня ток, както коефнцнентът иа усилване, така и вътрешното съпротив- ление на пентода н тетрода са много внсо- кн. В малкнте пентодн, нзползуванн в редиоприемииците, коефициентът на уснл- ваие е от порядъка на 1000 и повече, докато вътрешното съпротивленне може да бъде от 0,5 до 1 и повече MQ. Поради висок ото вътрешно съпротивление реалното въз- можно усилване по напрежение на пентода е много по-малко от това, което предрнча големият коефициент иа усилване. За едко пентодно стъпало е характерно усилване по вапрежение от порядъка на 50 до 200. На практика в лампите с екранна решет- ка капацитетът анод-решетка има стой- вост малка част от пикофарада. Тозн капа- цитет е твърде малък, за да причннн осе- ааемо увеличение на входния капацитет, както бе описано в предншння раздел, иорадн което входният капацитет на лам- пите с екранна решетка е равен иа капа- цитета между катода н решетката. Освен като високочестотни усилватели пентодите н тетродите се използуват за усилватели иа мощност в обхвата на звуко- вите честотн. В лампи, конструнранн за такава цел, основната функция на решет- ката е да служи като ускорител на елек- троиите, така че могат да се постнгнат големи стойности на анодния ток със срав- нително ннскн анодни напреження. Та- кива лампи изискват сравнително по-мал- ка мощност за възбуждаие в сравнение с трнодите, нмащн същата изходна моШ- ност, въпрекн че хармоничните нзкривява- нкя са малко по-големи. Лъчеви лампн Лъчев тетрод се нарнча четириелемент- иа лампа с екранна решетка, коиструнрана по такъв начни, че да формнра електроните в концентрнрани лъчи по пътя им към ано- да. Прнлагаието на допълннтелнн коиструк* тивни мерки спомага да се кзбегне влия- ннето на вторнчната електронна емисия, порадн което в такива лампн не е необ- ходима защитна решетка. «Лъчевата» кон- струкция позволява да се получават го- леми аиодни токове прн относително ннски напрежения на анода и вамалява мощ- ността на възбуждаие. За усилване на мощност както в областта на звуковите, така н в областта на високите честотн лъчевите тетродн нзместиха в значителна степей нелъчевите типове лам- пн. тъй като с тях може да се получи голя- ма нзходна мощност при малка мощност иа задействуването. Лампи с променливо р, Стръмността на анодно-решетъчната ха- рактеристика на ламп ите намалява, кога- то отрицателното преднапрежение на решет- ката се увелнчава при условие, че напре- женията на останалите електроди оставят постояннв. Тъй като стръмността опреде- ли уснлването, възможно е да се регулнра уснлването чрез регулнране на предиа- прежението. Тозн метод на регулнране ва уснлването е вамернл почти уннверсал- но приложение при вйсокочестотните усил- ватели в радиоприемн иците. Обвквовените тнпове лампн имат т. нар. стръмна характеристика на запушване. Това зиачн, че при тех с увелнчаване на отрицателното преднапрежение стръм- ността намалява равномерно. Нивото на сигнала, което може да се подава на такива лампи, е сравнително ниско, тъй като те не могат да уснлват по-снлнн снгналн, без да внасят нзкрнвяване. За да се прео- долев това, някон лампн се правят с удъл-
Лампови усилватели 87 жена характеристика и се наричат ламин с променливо р,. Коефициеитът иа уснлва- не при тих намалява с увеличаваие на решетъчното предвапрежеиие. Лампите с промен л нв о р могат да обработват значи- телно по-снлнв сигнал и, от колкото тез и със стръмна характеристика. Входен и изходен импеданс Вход ни ит импеданс иа едки лампов усилвател е импедансът между иеговите входнн клеми, «гледано» откъм източника на сигнала. В усилвателите, конто раэ- гледахме в предншвите раздели, входникт импеданс е импедансът, измерен между решетката и катода на лампата, след като са подаденн необходимите напрежения. Прн звукови честоти входният импеданс на един усилвател клас А практически винаги е равен на входння импеданс на уснлвателното стъпало. Ако лампата е поставена в режим на работа с решетьчеи ток, във входння импеданс се появява допълнително и една активна съставна. Тазн активна съставна има средна стой- Es ноет, равна на ~р~ , където Е е средноква- дратнчната стойност на възбуждащото ка- преженне, а Р е мощността във ватове, кон- сумнрана в решетката. Активиото съпро- тивленне обикиовено варнра за времето на един период на променливня ток, тъй като решетъчен ток протича само през едиа част от периода. Освев това н харак- тернстиката решетъчен ток — решетъчно напрежение твърде рядко бнва линейна. Изходният импеданс на усилвателите от този тип е съставен от вътрешното съ- противление на лампата, шунтнрано от изходння капацитет. В областта на високнте честотн, когато се нзползуват настроени кръгове, входният н изходният импеданс са ебнкновено чисто активнн съпротивления, тъй като вснчки реактивнн съставкн нзчезват прн кастрой- ването на кръговете в резонанс на работ- ната честота. Други типове усилватели В разгледаните досега усилватели вход- ннят енгнал се пр влага между решетката и катода, а усиленнят кзходен енгнал се взема от анодно-катодната верига. Това означава, че при венчкн тезн случаи като- дът се явява обща точка, в която се срещат входната н нзходната верига. Възмсжно е обаче за такава обща точка да се нзползува всекн едки от трите ссновни елемента в радиолампата. В такъв случай ще се сфср- WomoSew паВтспитвл Фиг. 2-17 — В горната схема решетката е общата точка на входната н нзходната ве- рига, докато на долната — общата точка е анодът. И в двата случая изходният сиг- нал се развива върху товарник резистор R н може да бъде подаден към следващ усил- вател по обнкновените начини мят еще два допълнителнн вида услвате- ли, иаричани обикиовено усилватели със ааземеиа решетка и иатодии повторители. Тезн два вида усилватели са показани в опрсстен вид на фнг. 2-17. И в двете схе- мн резисторът R представлява товарного съпротнвление, като действ ителн нит то- вар на практика може да бъде включен посредством съпротивително-капацитивна връзка или пък дв представлява настроен кръг, ако уенлвателят е високочестотен, н т. в. Също така се приема, че н в двете схеми батерните, конто сенгуряват реше- тъчното и анодното напрежение, имат незначителен импеданс, който няма да алняе на работата на схемите. Усилвател със заземена решетка В усилвателя със заземена решетка входният енгнал се подава между катода и решетката, а изходният сигнал се взема между анода и решетката. Тук общата точка се явява решетката- Променлнвата съставна на анодння тск трябва да про- тече през източника на сигнала, за да достнгне катода. Източннкът на входння енгнал е евързан в серня с товара през анодно-катодното съпротнвленне на лампа- та, порадн което част от мощността върху товара се дсставя н от източника на вход- иня енгнал. При използуването на схема- та за предавателни цели тазн част е от
88 РАДИОЛАМПИ И ПРИНЦИПИ НА ТЯХНОТО ДЕЙСТВИЕ порядъка на 10% от общата изходна мощ- ност при положение, че се използуват лам- пн, подходящи за работа със заземена решет- ка. Входният импеданс на усилвателя със заземена решетка се състои от един капа- цитет в паралел с едно еквивалентно съ- протнвленне, представляващо мощността, подавана от драйверното стъпало към ре- шетката н товара. Това съпротнвленне е от порядъка на няколкостотин ома. Из- ходният импеданс, като не се вземат под внимание междуелектродните капаците- ти, е равен на вътрешното съпротивление на лампата. Тук положението е аналогич- но с това прн усилвателя със заземен ка- тод. Усилвателят със заземена решетка се използува на широко при работа в спектъра на много високите и свръхвисоките често- ти, където повечето от обикновените уснл- вателн не работят добре. С триодна лампа, конструирана за този вид работа, може да бъде направен високочестотен уснлва- тел, прн който е избягната опасността от самовъзбуждане. Затова е необходимо решетката да действува като екран между катода и анода, намалявайкн по този начни капацитета между анода н катода до много малка стойност. Катоден повторится При катодння повторител като обща точка се използува анодът на лампата. Входният сигнал се п рил ага между решет- ката в анода (като се приема, че нмпедан- сът на батериите е незначителен), а нз- ходннят сигнал се взема между катода н анода. Веригата е от дегенеративен тнп, тъй като на практика цялото изходно на- преженне се подава обратно на входната верига, но в противофаза по отношение на решетъчння сигнал. При това положе- ние входният сигнал е по-голям от нзход- ното напрежение, което означава, че при катодння повторител се получава загуба на напрежение, макар че уснлването е същото, както на другите вндове усилва- телн прн същите условия на работа. Важно качество на катодння повторител е неговнят нисък нзходен импеданс, който се определи по следната формула (прене- брегвайкн междуелектродните капаците- ти): 7 _ ГР out “ 1 -ь н където гр е вътрешното съпрогивление на лампата, а ц е коефициентът на уснлване. Ннскнят нзходен импеданс е ценно каче- ство на даден усилвател, предназначен за работа в широк честотен обхват. В допъл- нение към това трябва да спомеием, че входният капацитет е само част от капаци- тета между решетката и катода на лампата, което представлява още едно предимство за широколентов ите уснлватели. Катод- ннят повторител е полезен като поинжаващ импедансен трансформатор, тъй като той нма внеок входеи л ннсък изходен импе- данс. Катодии вериги и решетьчно преднапрежен ие Повечето от апаратурите, нзползуванн от раднолюбителите, се захравват с про- менливо напрежение. Това се отнася н до отоплението иа лампите. И макар че за- хранващото напрежение за анода, а поняко- га и за решетката е нзправено и фнлтрира- ио така, че да се осигурява «чисто постоян- но» напрежение, големнят ток, който кон- сумнра отоплителната верига, прави не- практично неговото изправяне. Брум от отоплението За целите на отоплението на радиолам пите променливият ток е еднакво подхо- дящ, както и постоянният ток, но в никои случаи променливото напрежение на отоп- лен нето достига до решетката, където при- чниява появата на брум, който се наслагва върху взходнвя сигнал. Трудностите, конто причннява брумът, са най-тежки при лампите с днректно за- гряване иа катода, тъй като при такива катоди съществува днректна връзка меж- ду нзточннка на отоплителния ток и оста- вил ите вернгн. Брумът може да бъде нама- лен чрез използуване на един от двата на- чина на евързване, показани на фиг. 2-18. И прн двата случая обратиите (заземява- щите) проводници на решетъчната н на анодната верига са свързани към елек- трическата средня точка на отоплител- вата верига. При това положение, отнесе- но към решетката и анода, напреженнето Фнг. 2-18 — Симетрнрано и заземено в средната точка отопление прн лампи с днректно загряване на катода
«Лампови усилватели 89 « токът в едиата половннаХна отоплнтел- ната верига се балансират с еднакви, но противоположив напреження н ток в другата половина на отоплителната ве- рига. Балансът обаче не вннагн е пълен, порадн което в лампнте с днректно загря- ване на катода винагн се поражда известен брум. По тази причина днректно загрява- ии с променлив ток катодн се нзползува» само в мощните лампи, където въведеннят €рум представлява съвършено незвачи- телна част в сравнение с нивото на нзход- «ня сигнал. Прн лампите с ннднректно загряване на катода главната проблема е магнитно- то поле, създавано от отоплителната ниш- «а. Освен това в някон случаи съществува известна утечка между отоплителната ннш- «а и катода, така че малка част от промен- ливото напрежение достнга до решетката. Ако се появи брум, той може да се отстра- ни, като се заземн еднннят край на отоп- лнтелната намотка на трансформатора, •въпреки че понякога по-добър резултат •се получава, ако отоплителната намотка е със среден извод и този извод се заземн, както е показано на фнг. 2-18. Катодно напрежение В опростевите усилвателнн схеми, раз- гледанн в тазн глава, решетъчното пред- напреженне се получава от батерия. В апаратурите, конто се захранват от м ре- жата,сбаче то се получава най-често автома- тично за сметка на катодния ток н този метод намнра всеобщо приложение при лампите, конто работят в режим клас А (с постоянна съставна на катодния ток). За получаване ва автоматичного пред- напрежение се нзползува подходяще под- €ран резистор, включен в катодната ве- рнга на лампата (катодно съпротивле- нне). Това е резнсторът 7? на фиг. 2-19. Посоката на потока на анодния ток е такава, че краят на резистора откъм стра- ната на катода е положителен. Падът на напреженнето върху резистора /? създава Фнг. 2-19 — Получаване на отрицателно преднаврежеине с помощта на катодно съ- противленне. R е катодният резистор, в •С — катодн нят шунтнращ кондензатор отрицателно напреженне на решетката. То- ва отрицателно преднапрежение се получава от постоянната съставна на анодння ток. Ако променлввата съставна на аноднни ток протича през резистора /?, когато лам- пата усилва, падът на напреженнето, при- чинен от променливия ток, ще създава отрицателна обратна връзка (забележете подобкето между тази схема и схемата на фнг. 2-14А). За да се предотврати това, резнсторът се шунтнра с кондензатора С, който в сравнение с резистора R нма зна- чнтелно по-малко съпротивление за про- менлнвня ток. В завнсимост от типа на лампата и избрания режим на работа стойността на резистора R може да бъде между 100 н 3000 £2. За осигуряване на добро шуитнране при нискнте звукови честотн коидензаторът С трябва да бъде в пределите от 10 до 50 p.F, като за целта се използуват електролитнн коидензато- ри. Прн радночестотите за тазн цел се използуват кондензатори с капацитет от 100 pF до 0,1 p.F, като по-малкнте стой- ности намнрат приложение прн по-висо- ките честотн, докато по-големите стой- иостн се използуват при средните и по- "искнте честоти. За обхвата от 3 до 30 MHz стойност на капацитета от порядъка иа 0.01 nF е напълно задоволителна. Стойността на катодното съпротивле- нне прн усилватели, конто нмат незначи- телно постояннотоково съпротивление в анодната сн верига (трансформаторна илн импедансна връзка), може лесно да се из- чнели, като се изходн от справочните дан- нн за режима на раднолампата. Номинал- ното решетъчно преднапрежение н съот- ветннят аноден ток вннагн се дават от фнрмите-производителки. Като знаем това, необходнмото съпротивлениедможе да се изчнели по закона иа Ом. Пример. От справочните данни ва лампата, която ще ивполэуввме. е видно, че тя трябва да има отри- цателно преднапрежение 8 V и че анодният й ток е 12 mA (0,012 А) Необходимого катодно со- противление ще бъде «=667 В], 1 0.012 - 19 Най-близката стандартна стойност на подобие резнсторн е 680 Й и тя може спокойно да се из- полвува. Мощността, раасейвана върху резисто- ра, е Р = EI = 8 X 0.012 =- 0.096 W. При това положение резистор с мощност «/, ила HtVJ ноже спокойно да бъде нзползуван. Токът, протичащ през резистора R, е целнят катоден ток. Прн обнкновения трио- ден усилвател този ток е равен на анод- ния ток, докато при лампите с екранна ре- шетка този ток представлява сумата о»
90 РАДИОЛАМПИ И ПРИНЦИПИ НА ТЯХНОТО ДЕЙСТВИЕ аиоднин ток и тока на екранната решетка. Ето защо, когато се нзчислява катодиото съпротивление на такива лампи, трябва да се вземат под внимание и двата тока. Пример. Един приемен пентод изнсква 3 V отри- ателио предвапрежеиие. При това преднапреже- ние и при препоръчаиото анодно и екранио на- ире жен ие основиият и екраниият ток са съответно 9 в 2 mA- Катоднвят ток следователио е равен на И гл А. Необходимого катодно съпротивление е В случая може да се нзползува резистор със стан- дартна стойност 270 Q. Мощността, разсейваща се върху резистора, ще бъде /> = £./=3X0,011=0,033 W. Методът за получаване на решетъчно преднапрежение с помощта на катоден ре- зистор създава условия за саморегулнра- не на решетъчното предн ап режен ие, за- щото, ако индивидуалните лампови ха- рактеристики се различават малко от обя- веннте (което е почти винагн иалкце), решетъчното предвапрежеиие ще се пови- шава при повишаване на анодння ток ище намалява при неговото поннжаване, като по този начин ще се поддържа винаги опти- мал на стойност иа вводиня ток. Този метод за нзчисляване на катодиия резистор обнкновено не се нзползува прн усилвателите със съпротнвителна връзка, тъй като анодният ток на такъв усилва- тел е значително по-малък от тозн, посо- чен в справочните данни за радиолампата. Орнентнровъчни сведения за лампите, нз- ползуванн най-често в усилватели със съ- противителна връзка, са дадени в раздела за ннскочестотните уснлвателн, където са дадени Дании и за катодните им съпро- тнвлення. Решетъчно преднапрежение от контактен потенциал В отсъствие на каквото и да е отрицател- но преднапрежение на решетката на да- дена лампа част от електроните на про- странствен ня заряд получават достатъчна скорост н достигат до решетката. Това преднзвиква протичането във външната решетъчна верига на един съвсем малък ток (ияколко микроампера). Този ток про- тнча между решетката и катода н ако той бъде пропуснат през едно голямо съпро- тивленне (от порядъка на мегаомн), полу- чаващнят се пад на напрежеиието върху това съпротивление ще представлява едно отрицателно преднапрежение на решет- ката, което е от порядъка иа 1 V. Получе- ното по този начин преднапрежение се нарнча преднапрежение на базата ка кон- тактния потенциал. Тозн начин иа получаване на отрицател- ио преднапрежение на решетката се пол- зува с предимство при работа с виски нива на сигнала (по-малко от 1 V пиково на- прежение), тъй като при него се избягва поставянето на катодно съпротивление и на шунтнращ кондензатор. Тозн метод се нзползува главно прн маломощните, съпротивнтелно евързани нискочестотни усилватели. Резисторът се евързва ди- ректно между решетката в катода, а ре- шетката трябва да бъде нзолнрава от из- точннка на входння сигнал с блокиращ иоидеизатор. Екранио напрежение В практнката, когато се нзползуват тетрод в в пентод в, ек ран в ото напреже- ние се получава от анодння токоизточник с помощта и а подходяще съ противление. Типичен начни на осъществяване на този метод при усилвателите е показан на фнг. 2-20. Резнсторът 7? е екранното гасящо съпротнвление, а кондензаторът С е шун- тиращнят кондензатор на екранната ре- шетка. Протнчайкн през резистора R, екранният ток преднзвиква над на напре- женнето, точно равен на разлнката между напреженнето на анодння токоизточник и необходимого екранне напрежение. Ко- гато са известии анодните в екранннте на- преження, а тези данни се дават в справоч- нидите за всяка лампа, стойността на ре- зистора R може да се определи по закона на Ом. Пример. При иормални условия нв работа токът на втората решетка на един високочестотен пентод е 2 mA (0,002 А). Напрежеиието на втората решетка трябва да бъде 100 V, а източннкът иа анодното напрежение дава 250 V. За да се осигури 100 V екранио напре- Фиг. 2-20 — Получаване на напрежение за екранната решетка прн пентод с по- мощта на гасящ резистор R. Коидензато- рът С, шунтнращ екранната решетка» трябва да нма достатъчно ниско реактивно съ против л ев не, за да дава екранната ре- шетка сна земя» за честотата или честоти- те, конто се уенлват
Лампови усилватели 9Г жение, е необходимо да се получи пад на нвпреже- нието бърху резистора, който трябва да бъде равен на разликата между напреженнето на анодния токо- эточннч иекранното напрежение, т. е. 250—100=160 V. Тогава «-T-S-76000 0- Мощността, която ще се разсейва върху резистора, е Р = Е. / = 150X0.002 = 0,3 W. Стандартен резистор с мощност */» W или 1 W може да се използува. Реактивного съпротивление иа шунтира- щия кондензатор на екраниата решетка трябва да бъде малко в сравнение с реше- тъчно-катодния импеданс. За обхвата иа радночестотите капацитетът от» порядъка на 0,01 pF е достатъчен. В никои случаи екраиното напрежение се получава с помощта на съпротнвителен делител, свързан с източиика на анодното напрежение. Този метод е описан по* нататък в тази книга. АВТОГЕНЕРАТОРИ В един от предишните раздели бе^каза- ыо, че ако в един усилвател е налице достатъчно силна положителна обратна връзка, възникват самоподдържащн се генерации. Когато един усилвател е напра- вен така, че да изпълнява винаги това условие, той се иарича автогенератор. Трептенията на автогенератора обнкно- вено са само на една честота и постнгането на желаната честота става, като се изпол- зува резонансен кръг, настроен на тази честота. Пример за това е даден на фиг. 2-21 А, където кръгът LC е настроен на Схема Хартли Фиг. 2-21 — Основни генераторни’схеми- Напреженнето за обратната връзка се получава чрез евързване на решетката и катода към част от настроения кръг. При схема Хартли отводът е от бобината, а ври схема Колпитц за обратната връзка се използува падът иа напрежение върху един кондензатор желаната честота иа трептене. Катодът на- лампата е свързан с един отвод на бобина- та L, а решетката и анодът са свързани- към противоположните кранща на настрое- ния кръг. Кокато в настроения кръг тече високочестотен ток. върху бобината L се получава пад на напрежение. което е1 пропорциоиално на броя на иавивките. При това положение точката, от която е направен отводът на бобината, ще се яви с междинен потенциал по отношение на двата края на бобината. Усиленият ток в анодната верига, който протича през дол- ната секция на бобината,е във фаза с тока, който вече тече в кръга, което отговаря точно на нзискването за положителна обрат- на връзка. Степента на положителната обратна връз- ка завнеи от мястото на отвода. Ако той е- прекалено б л изо до края, свързан с решет ката, падът на напреженнето между решет- ката и катода е твърде малък, за да оси- гури достатъчиа обратна връзка за под- държане на генерацните; ако той е прека- лено близо до анодния край, импедансъ» между катода и анода става твърде малък, за да осигури добро усилване. Максималиа обратна връзка се осигурява, когато отво- дът е някъде около средата на бобината. Схемата, показана иа фиг. 2-21 А, е с паралелно захранване, като Сь е блок и ранд кондензатор. Неговата стойиост не е кри- тична, стига реактнвното му съпротивле- нне да бъде малко (не повече от няколко- стотин ома) за работната честота. Кондензаторът Cg е решетъчен конден- затор- Той и се използуват за получава- не на решетъчно преднапреженне на лам- пата. В повечето генераторни схем и лам- пата сама си създава необходимого отрица- телно преднапреженне. По време на част от периода, когато решетката е положител- на по отношение на катода, тя привлича към себе си електрони- Тези електрони нет
*92 РАДИОЛАМПИ И ПРИНЦИПИ НА TflXHOTO ДЕЙСТВИЕ могат да протекат през бобината L обратно към катода, тъй като кондензаторът Cg блокира пътя на постоянния ток. Ето защо те >ще протекат към катода през резистора Rv върху който ще се получи пад на напреже- нието, което фактически ще представлява отрицателно преднапрежение на решет- ката. Стойността иа получеиото по този начни отрицателно преднапрежение е рав- на на решетъчния ток, умножен по съпро- тивлението на резистора /?в (закон на •Ом). Стойността на необходимого решетъч- но съпротивление зависи от вида на изпол- зуваната лампа и целта, за която е -пред- назначен автогенераторът. Тя варира в пределите от няколко хиляди до няколко- стотин хиляди ома. Капацитетът на Cg трябва да бъде достатьчно голям, за да има ниско реактивно съпротивление за работната честота. Схемата, обозначена с В на фиг. 2-21, показва как може с помощта на гада на напрежеиието върху два последователио евързани кондензатора, включен и в на- строения кръг, да се получи необходимата обратна връзка за възннкване на трепте- ния. Иначе схемата работн по същия начин, както бе описано по-горе. Изменянето на обратната връзка се постига чрез изменя- не на съотношението между реактивиите съпротнвления на двата кондензатора, т. е. чрез изменяне иа съотношението между капацитетите им. Друг тип автогенератор, наречен авто- генератор по схема настроен анод—настрое- на решетка, е показан на фиг. 2-22. Резо- нансните кръгове, конто са настроеии на почти една и съща честота, са евързани между решетката и катода и между като- да и анода. Двете бобини и La не са евързани магнитно. Обратната връзка се осъществява през анодно-решетъчния капа- цитет иа лампата и за да бъде тя положи- телна, е необходимо анодният кръг С2=Ьа да бъде настроен на малко по-висока че- стота от тази, на която е настроен реше- тъчиият кръг Ci=Lj, Нивото на обратна- та връзка може да се регулира, като се настройват и двата настроеии кръга. Че- стотата на трептенията се определи от настроения кръг, който има по-високо Q- Решетъчното съпротивление и решетъчният кондензатор имат същите функции, както и при описаните вече автогенератори- При тази схема е по-удобно да се изпол- зува последователио захраиване в аиод- ната верига, при което шунтиращнят кон- дензатор Сь създава директен път за ВЧ ток, шунтирайки източника на анодното напрежение. Съществуват много видове генераторнн схеми (примерк за тяхиото изпълнеиие са дадени в другите глав и), но всички те имат едно общо основно качество — под- държането на автогенерациите се обусла- вя от наличието на положителна обратна връзка с необходимата амплитуда н фаза. Работни характеристики на автогенератора Когато автогенераторът от дава мощ- ност иа някакъв товар, регул ирането му с оглед получаване на подходяща обратна връзка завнеи и от това, в каква степей той е натоварен, т. е. колко мощност се отнема от кръга. Ако обратната връзка е твърде слаба, т. е. ако решетъчното въз- буждане е недостатъчно, едно малко пови- шаване на натоварването би довело до спиране на генерациите. От друга страна, увеличаването на обратната връзка би довело до значително увеличаваие на реше- тъчния ток, в резултат на което ще се уве- личат в зиачителна степей загубите в ре- шетъчната верига. Решетъчната мощност се доставя от самня автогенератор, затова при силиа обратна връзка се намалява общият к. п. д., тъй като консумираната в повече мощност в решетъчната верига е за сметка на полезната изходна мощност. Едно от най-важните качества на авто- генератора, което трябва да се има пред вид при неговото конструиране, е неговата честотна стабилност. Основните фактори, конто предизвикват промен и в честотата, са: а) температурата; б) анодното напреже- иие; в) натоварването; г) механични изме- нения на елементите на схемата. Темпера- турните изменения водят до леко разшнря- ване или свиване на ламповите елементи, което от своя страна води до променяне на междуелектродните капацитети. Тъй като последните са неразделна част от настрое- ния кръг, това ще доведе до съответни из- менения в честотата. Температурни про- мени в бобината или в настройващия кон- дензатор изменят самоиндукцията и капа- цитета, а оттам — и резонансната често- та. Тези процеси са относително бавни, затова честотното изменение под влияние иа тези фактори се нарича честотен дрейф или «пълзене» иа честотата. Измененията в анодното иапрежеиие обикиовено водят до малки изменения иа честотата — един ефект, който се нарича динамична иестабилност. Динамичната не- стабилност може да се намали, като се из- ползува настроен кръг с много високо ефек- тивно Q. Енергията, вземана от кръга, за да се покрият решетъчните загуби, както и енергията, доставяна на товара, представляват едно увеличаваие иа ефек- тивното съпротивление на настроения кръг, което намалява неговото Q. Ето защо за осигуряване на най-висока стабилност на автогенератора е необходимо връзката мемо.
Автогенератори 93 ду настроения кръг, лампата и товара да бъде кол кото е възможно по-слаба. За предпочитане е от автогенератора да не се изисква да отдава мощност на някаква външна верига, а в решетьчната му вери- га да се нзползува резистор с по-голямо съпротивление, тъй като това повишава ламповото решетъчно н анодно съпротивле- ние, гледано откъм настроения кръг. Слабата връзка може да се постигне по различии начинн. Един от тнх например е използуването на отводи от трептящия кръг за връзка с решетката и анода. Това се нзползува обикновено в автогенератора с «последователна настройка» Колпитн. иамвращ широко приложение в генерато- рите с изменяема честота за раднолюби- телските предаватели и описан в следва- щите глави. Като втора възможиост може да се нзползува намаляването до минимум на отношеиието LIC, докато са стабилни генерациите (голям капацитет), а решет- ката и анодът се свързват с краищата на кръга така, канто е показано на фиг. 2-21 и 2-22. Желателно е също така да се нзползува относително високо анодно на- прежение при малък аноден ток. Казано най-общо, динамичната стабил- ност ще бъде максимална, когато се под- бере най-слабата обратна връзка, която все еще осигурява устойчиви генерации. Желателно е също така да се използуват радиолампн с висока стръмпост, тъй като колкого по-висока е стръмността, толкова по-слаба може да бъде връзката с настрое- ния кръг. Промеиите в товара на автогенератора въздействуват по същия начни, както про- мелите в анодного напрежение. Темпера- турки изменении в товара също могат да доведат до пълзене на честотата. Мехаиичните изменения на елементите иа кръга, дължащи се на вибрации, водят до изменения в индуктивността и (или) капацитета, а оттам и до «клатушкане» иа честотата, което е синхронно с вибра- циите. В по-нататъшните раздели са дадени ме- тоди за намаляване иежелателните изме- нения на честотата на автоген ераторите. Точка на заземяване В автогенераторните схеми, показав и на фнг. 2-21 и 2-22, на земя е даден като- дът. В същност заземяването на една висо- кочестотна схема не е задължително да счеяег-ие Фиг. 2-22 — Генератор по схема настроен анод — настроена решетка wenpe- Фиг. 2-23 — Показано е как анодът в една типична генераторна схема (Хартли), може да бъде заземен по висока честота става в точката на катода на лампата. Често е желателно ВЧ заземяването да се нзвършн в друга точка на схемата. Високо- честотното заземяване може да стане в. коя да е точка, стнга да е осигуреио пра- внлно постояннотоково захранване на лам- повите елемепти. На фиг. 2-23 е показан автогенератор Хартли по схема със заземен анод. Катодът и управляващата решетка са «повдигнати от земя» по отношение на високата честота. Едно предимство на тази схема е, че рото- рът на променливия кондензатор може да бъде заземен. Автогенераторы на Кол,- питц може също да бъде изменен по схема със заземен анод и повдигнат от земя ка- тод. Необходимо е обаче да се осигури постояннотокова верига за катода чрез високочестотен дросел. Във всяка една от популярните схеми- на автогенератори може да се нзползува тетродна или пентодна лампа. Един често прилагай прнйом прн генераторите тип Хартли или Колпитц е да се нзползува екранната решетка в качеството на анод. Включването обикновено става по схема със заземен анод, а веригата на истииския анод се настройва на втората хармоничца- на генераторната честота.
w РАДИОЛАМПИ, И ПРИНЦИПИ НА ТЯХНОТО. ДЕЙСТВИЕ ОГРАНИЧИТЕЛЯМ СХЕМ И Радиол ампите могат да се използуват и за други цели освен за обикновено (без значителни изкривяваиия) усилване и за генериране на трептения с едиа честота. Особен интерес представлява тяхиото из- ползуване в т. иар. изрязващи или ограни- чители и схеми, тъй като те имат широко приложение както в радиоприемниците. такали в други устройства. Диодин ограничителии схеми Основните видове диодни ограничители и схеми са показани на фнг. 2-24. В после- дователи ия ограничител към анода на диода е приложено положително предиа- прежение и той е нормал но проводящ. Ко- гато се приложи сигнал, токът през диода ще се измени пропорциоиално през вре- мето, когато напреженнето на аиода е положително, и през време иа отрицател- ния полупериод, когато моментната стой- иост на напреженнето не надвишава пред- напрежението. Когато отрицателиото на- прежение на сигнала надвиши преднапреже- нието, сумариото напрежение върху анода на диода е отрицателно и лИпсва проводн- мост. По този начин през част от отрицател- иия пол упер иод се извършва ограничаваие, както е показано в дясната част иа фигу- рата. Нивото, при което започва ограннча- ването иа сигнала, зависи от големината иа преднапрежението, а степента на ограниче- нного зависи от съотношението между си- лата на сигнала и преднапрежението. Ако върховото напрежение иа сигнала е под нивото на преднапрежението,ограничаваие не се получава и формата иа изходння сиг- нал остава едиаква с тази на входния, което е показано в долната част на фигу- рата. Изходното напрежение е резултат от тока, протичаш през товариото съпроти- ленне. Парад. ограничите? -Фиг. 2-24 — Последователен и паралелен диоден ограничител. Тяхното действие е илюстрираио вдясно В паралелння дноден ограничител към анода на диода се прилага отрицателно пред- иапрежение, в резултат на което той нор- мално не провежда ток. В този случай напреженнето на сигнала се подава по- следователно на резистора R към изход- ния кръг (който трябва да има висок им- педанс в сравнение със съпротивлението иа резистора R). Когато напреженнето на сигнала през отрицателния полупериод превиши отрицателиото преднапреженне, диодът започва да провежда и вследствие пада на напрежение върху резистора R изходното иапрежеиие се ограничава. Чрез правилен подбор иа резистора R по отно- шение на товара в изходиата верига огра- ничаването може да бъде направеио екви- валентно иа това, което дават серийните диодни ограничителя. Когато върховото напрежение на сигнала не превишава ни- вото на отрицателиото преднапреженне, изрязване не се получава. Две диодни схеми могат да бъдат комби- ниранн така, че да се изрязват както отри- цателните, така и положителните върхове на напреженнето. Триодни ограничители Схемата, обозначена като А на фиг. 2-25, е в състояиие да изразява както отри- цатели ите, така и положителните върхове на сигнала. При положителните върхове тя работи аналогично на паралелння дио- деи ограничител, като ограничаването на- стъпва от момента, когато напреженнето на сигнала е достатъчно високо, за да създаде положителен потенциал на решет- ката. Ограниченият в положителна посока сигнал се усилва от лампата, работеща като усилвател с резисторна връзка. Огранича- ваието иа отрицателните пикове настъп- ва, когато отрицателиото напрежение иа сигнала иадвиши фиксираното решетъчно преднапреженне и по този начин запуши лампата, т. е. прекрати протичането на аноден ток в нзходната вернга. В ограничителя с катодна връзка, даден иа фиг. 2-25В, лампата Vie катоден повто- рител, чнйто изход е свързан днректно към катода иа V2, която от свои страна е усилвател със заземена решетка. Пред- напрежението им се получава за сметка на пада на напреженнето върху резистора R1, през който тече постоянпата съставна на анодния ток и иа двете лампи. Когато отрицателният пик на напреженнето на сигнала превиши постояниото напреже- ние върху R1, настъпва ограничаваие във VI, а когато положителният пик надвиши сыцото напрежение, анодиия ток на V2
Ограничителям схеми 9Б се анулира. (Преднапрежението, получава- но върху R1, има тенденция да бъде по- стоянно, тъй като анодният ток иа едиата лампа се увеличава, когато анодният ток на другата намалява.) Ето защо с тозж метод се изрязват както положителиите, така и отрицателните пикове. Ограничава- нето е симетрично при условие, че постоян- нотоковият пад на напреженнето върху R1 е достатъчно малък, за да осигурява почти еднакъв режим иа двете лампн. За напрежения на сигнала, конто са под нивото на ограничаване, схемата работи като нормален усилвател с малки изкриви- вания. Фнг. 2-25 — Триодни ограничители. (А) Единичен триод, използуващ паралелио диодно ограничаване в решетьчната ве- рига — за изрязваие на положителиите пикове, и запушване по анодеи ток — за изрязваие на отрицателните пикове. (В) Ка- тодно свързан ограиичител, използуващ запушване по аноден ток за изрязваие както на положителнитедака и иа отрицателните пикове ЛАМПИ ЗА СВРЪХВИСОКИ ЧЕСТОТИ И МИКРОВЪЛНИ Клистрон В клистронните лампи електроните, еми- тираии от катода, преминават през елек- трическо поле, формирано от две решетки в един обемен резонатор, наричан гру- лировач. Високочестотното електрнческо поле между решетните е паралелно на елек- тронния поток. Това поле ускорива елек- троните в даден момент илн гн забавя в друг в такт с измененията на прнложено- то ВЧ напрежение. Получаващият се в резултат на това модулиран по скорост лъч премииава през пространство без елек- трнческо поле, наречено «пространство за дрейфуване», където бавно движещите се електрони постепенно биват нзпреварвани от по-бързите. По тази причина електро- ните, излнзащи от чифта решетки, са раз- делени на групи или «групирани» по по- сока на тяхното движение. Модулнраннят по скорост електронен поток преминава след това през един обемен уловител, където отново преминава през две пара- лелни решетки, и внсокочестотният ток, получен в резултат на групирането в елек- тронния лъч, редуцира едно ВЧ напреже- ние между двете решетки. Кухината на обемния уловител се прави така, че да резо- яира на честотата на модулирания по ско- рост електроиен лъч, така че в нея при пре- минаването на групите електрони през Фиг. "Z-26 — Схема "на клистроцен гене- ратор, показващ веригата за обратна връз- ка, конто свързва честотноопределящите резонатори отвор ите на решетката се създава генери- ращо поле. Ако се осигури верига за обратна връзка между двете кухини, както е показано иа
96 РАДИОЛАМПИ И ПРИНЦИПИ НА ТЯХНОТО ДЕЙСТВИЕ фиг. 2-26, ще възникнат автогенерации Резонансната честота зависи от напреже- нието на електродите и от формата на ку- хни ите и може да бъде нагласявана чрез вариране на захранващото напрежение и изменяне размерите иа кухииите. Въпреки че модулираният ток на лъча е богат и а хармонични, формата иа изход- ния ток е забележително чиста вследствие на высокого Q на обемния уловител, т.е. на силното подтискане на нежеланите хар'- моничнн честоти.
Г ЛАВА» ПОЛУПРОВОДНИКОВИ ЕЛЕМЕНТИ Материал и, чиято проводимост заема междинно положение между проводимост- та иа добрите проводница (например мед- та) и добрите изолатори (например кварца), се наричат полу проводница. Никои от тези материал и (главно германият и сили- цият) след подходища обработка могат да се използуват в електронии елементи на базата на твърдо тяло, конто изпълняват повечето от функцните иа електронните лампи. В много случаи те превъзхождат лампите поради мал к ите си размери, дъл- гия си живот и малката консумация. Проводимостта на веществата е пропор- циона л на на количеств ото на свободните електрони в тях. Германият и силицият в чист вид имат сравнително малко свободии електрони. Но ако се добавят строго кон- трол ирани количества «замърсявания» (ма- териал и с друг атомен строеж, например арсен или антимон), количеств ото на сво- бодните електрони и съответно проводи- мостта се увеличават. Когато се добавят никои други примеси (като алумииий, галий или индий), се получава недостиг на електрони или се създават т. нар. дупки. Както свободните електрони, така и дуп- ките увеличават потока на електрони в полупроводника и проводимостта се уве- личава. Полупроводник, чиято проводи- мост се дължи на свободни електрони, се нарича полупроводник от n-тип, а полу- проводник, чиято проводимост се дължи на недостиг на електрони, се нарича полу- проводник от р-тип. Електронпа и дупчеста проводимост Ако р-полупроводник е плътно допрян до п-полупроводиик, както е показано на фиг. 3-1А, и към тях се приложи напреже- ние като на фиг. 3-1 В, през границата меж- ду тях или през т.нар.преход ще протече ток, ако батерията има показания поляритет. Електроните, означени със знака «—», се притеглят през прехода от п-материала ирез р-материала към положителния полюс иа батерията, а дупките, означени със знака «+», биват притегляни в обратна осока през прехода от отрицателния по- тенциал на батерията. Така протича ток, причинен от движението на електрони в едната посока и на дупки в другата. Ако поляритетът на батерията се обърне (фиг. 3-1С), свободните електрони в п-полупро- ток Няма. тон I Фиг. 3-1 — рп- преход (А) и работата му в проводимо (В) и иепроводимо състояиие водника и дупките в р-полупроводника се привличат съответно към положителния и отрицателния полюс на батерията. Така областта иа прехода остава без свободни токоиосители и следователно през него не протича ток. Казано с други думи, преходът между р- и п-полупроводници работи като изпра- вител. Разликата му от ламповия диоден изправител е, че преходът има забележим ток в обратна посока, макар и да е сравни- телно много малък. Той се дължи на нали- чието на токоиосители от тип, противопо- ложен на типа, характеризиращ полупро- водника. Преходът е кондензатор с много голям капацитет, защото разстояиието между двата електрода е практически иула. Това ограничава най-високата честота, при която могат да бъдат използувани полупроводни- кови елементи с показаната конструкция. От друга страна, полупроводииковитееле- менти са по-чувствителии от електронните лампи към изменения в температурата, защото броят на свободните електрони и дупки зависи от температурата, а проводи- мостта зависи от б роя иа свободните токо- носители- Капацитетът може да бъде иамален, ако контактната площ се иаправи много малка. Това се постига при т. нар. точков контакт, където се оформя малка облает от р-тип под кбитактуващото острие, ако при произ- водството за основа на елемеита се изпол- зува п-полупроводник. 7 Наръчник на радиолюбителя
98 ПОЛУПРОВОДНИКОВИ ЕЛЕМЕНТИ Полупроводннкови диоди Диоди с точков контакт" (т. нар. точкови диоди*) и диоди с преход, получен при плътисто допнране на два полупроводника (т. нар. плоскости и диоди), се нзползуват в много от случайте, в конто се нзползуват електронни лампи. Конструкнията на та- кива диоди е показана иа фиг. 3-2. Най- често като изходни материали се използу- ват герман и ят и силицият. Поел единят намира голямо приложение при смесител- ните СВЧ диоди. Предимствата на точковия диод пред ламповия ВЧ диод са по-малкият междуелектроден капацитет (по-малък от IpF) и тсва, че не се нуждае от отопление. Характерни за германиевии диод са големият ток при ннски напрежения, приложени в права посока, и малкият, но забележим ток прн много по-високи на- прежения, приложени в обратна посока. Типична характеристика е показана на фиг. 3-3. Динамичного съпротивление на диода в права и в обратна посока се опреде- ли от промяната на тока при малка про- мина на приложеното напрежение в даде- ната точка на характеристиката. При много ииски напрежения, приложени в права пссока, динамичного съпротивление се измени, но при по-високи напрежения в по-голямата си част характеристиката е права, т.е. динамичного съпротивление е сравнително постоянно. За ииски напреже- иия динамичного съпротивление в права посока е под 200 £2 за повечето германиеви диоди Обратного съпротивление се измени значително в зависимост от напрежеиието, при което се извършва нзмерването. То може да бъде от няколко хиляди ома до псвече от 1 ЛЮ Когато диодите се употребя- ват като детектори за индикатори (във ВЧ волтметри, вълномери и др.), където товарного съпротивление обикиовено е ниско, а приложеното напрежение е от порядъка на няколко волта, съпротивления- та се изменят в зависимост от това напре- жение и са сраввителио ниски. Корпус Метална. основа '^Из6о8 Метално острие Металон държач [Ърманиева. пластинка Полупроводник п-тип ‘ДзврЭ Корпус: (Й Полупроводник р-тип © т*1- цзначение Фиг.'3-2 — Германией точков диод (А). На (В) е показана конструкцията на си- лициев плоскостей диод. Означението на (С) се нзползува и за двата типа и показва посоката на проводимост. Острнето съот- ветствува на анода на ламповите диоди, а чертичката — иа катода Фиг. 3-3 — Типична характеристика иа точ- ков германиев диод. За работа на диода в обратна посока е използуван друг мащаб, защото токът при такова свързване е много по-малък Типични съвременни силициеви и Герма- нией и днодн. По-големите елементи могат да пропуск ат по-голям ток • point-contact diode» (анг л. Д
Полупроводни КОВИ диоди 99i Плоскостни диоди* Силициевите плоскостни дио ди се из- ползуват широко като изправители. В зави- симост от конструкцията си те могат да изправят ток до 40—50 А и да издържат пи- ково обратно напрежение до 2500 V. За да осигурят по-големи от посочеиите въз- можности, те се свързват паралелно и по- следователно в подходящи схеми. Голямо- то отношение между допустимия върхов и среден ток при тях е голямо предимство пред термойонните изправители, което ги прави подходящи при използуване на филтри с капацитивен вход. Това от своя страна подобрява товарната характеристи- ка на изправители. Трябва да се обръща внимание на работиата температура на диодите, въпреки че много от тях са ораз- м ере ни за работа до 150°С. На силициевия плоскостей диод е необходимо да се подаде право напрежение от 0.4 до 0,7 V, за да се преодолев потенциалната бчпиера на пре- хода Номиналим пяоаметри Най-важните номинални параметра, кон- то ср да ват за полупроводников ите диоди, са макеммалио допустимо обратно напреже- ние (P1V или PRV) и максимален средеи исправен ток. Обратно напрежение е на- преженнето, включено в пссска, обратна на посоката. при която получаваме откло- нение иа индикатор, включен във веригата иа тока. При никои типове се давит и данни за работата на диода при право и обратно включ- ение. Обикновено се дава минималннят ток при приложено напрежение 1 V в права посока. Напреженнето, при което се полччава укззаният максимално допустим обратен ток на диода, е различно в зависи- мост ОТ ти.13 му. Ценеоови диоди Пеиеровите диоди са особен вид сили- циевн плоскостии диоди, конто имат ха- рактеристика, подобна на тази, показана иа фиг. 3-4. Резкият преход към състояиие на проводимост се нарича ценеров про- бив* при прилагане на напрежения, конто са по-високи от напреженнето на този про- бив падът иа напреженнето върху диодае ппиблизително постоянен при промяна на тока в значителии гранини. Този постоя- нен напрежителен пад позволява полу- проводниковият диод да бъде използуван като източник иа постоянно напрежение или стабилизиращ елемент по начин, бли- зък до иачина на използуване на газона- • Junction diode» (англ.). Фнг. 3-4-—Типична характеристика иа ценеров диод. В този случай напрежител- иият пад е приблизително постоянен и равен на 30 V при включване в обикновено използуваната обратна пссока (може да се иаправи сравнение с фиг. 3-3). Диод с подобна характеристика се иарича «30- волтов цеиерсв диод» пълнените стабилитрони. Напрежеиието на стабилизация на ценерсвите диоди е от някелко волта до стстини волтове, а допу- стимата разсеяна мсшнсст — от части от вата до около 50 W. За подсбриване иа работата ценеровите диоди мсгат да се включват псследовател- ио; по тези начин се подсбрява темпера- турният ксефициент спрямо този на един дисд с еквивалентно по-високо ценерово напрежение и се увелнчава допустимата разссйвана мсшисст. Примерн за използуването на ценерови диедн са дадеии иа фиг. 3-5. Те включват някси ст най-типичнвте случаи на упо- треби. Въпреки че не са псказани тук, възмежни са много други техн и приложе- ния. Варикапи, варактори Варикапите и варакторите са плоскост- ни диоди, конто работят като кондеи- затсри със сравнително висок качествен фактор.ксгато им е подадено напрежение в обратна пссска. Те могат да се използуват в много случаи, защото величината на ка- папитета им зависи от постоянного напре- жение, което им е подадено. Може да се получи промяиа на капацитета 10 пъти при промяиа на напрежеиието от Одо 100 V.
«00 ПОЛУПРОВОДНИКОВИ ЕЛЕМЕНТИ Осно&ни. схема, иа сита- tfu/i изатор с. центров оиоа (А) Генератор 12V о—Wv- захрон- ЙЦН8 о. 30V H7V 5Х (Е,»' Товаре Стабилизатор на ото- плитпелното напрежение (С) Усилвател ИэхоЭ . . Поличаване на. няколко (В) сггаВилизирани нате- жения с ценероои диоои преа- напр. (D) £ "ЗиоЗ’за<8У Защита от напрвжи- телни ткоое (F) Вход 1 Стабилизатор на предка- Захранване прежен ие то на базата jy-g Фиг. 3-5 — Прииери за използува.че на цэнерози диэди. Нз (А) е показан прост ста- билизатор на иапргжзннз, който рабэти подобно на газэнапълнена стабилизатори лампа. За получаваие на няколко стабилнзирани напрежения може да се свържатпо следователно няколко ценерови диода (В). На (С) е показано захранване на ото- плението на лампа със стабилизнрано напрежение, с което се подобрява стабилност- та на генератора и се намалява брумът. В схемата иа (D) цзнеров диод е използуван за получаваие на преднапреженне иа ВЧ крайно стъпало. Базового напрежение иа транзистора на (Е) е стабилязиранз с цзнеров диэд, съединен между бгзата и земя. По- казаният иа схемата на (F) 18-волтов цзнеров диэд ограничава на 1режнтелните пи- кове над 18 V и предпазва мобилната апаратура, предназначена за вк <ючване към I2V- (Запалителната система иа автомобила често чредизвиква атл чаването на високи напрежитедни пикове) ** * Токът, кои.с е необходима от порядъка на няколко р.А. Приложениита на тези елементи включ- ват дйстанционна настройка на трептящи кръгове, автоматична настройка на често- тата на хетеродините на приемннците и на прости модулатори за ЧМ и за вобел-апа- ратури. Диоди, използувани по този иачин, често се наричат варикапи нли епикапи. Варакторите се употребяват главно в предавателите като умножители иа честота с висок к. п. д. Основните схеми за варак- тсрни удвоители и утроителн са показани на фиг. 3-6А и 3-6В. И в двете схеми осн се- ната честота се подава иа входния кръг. Хармоиичните, получени от варактора, се подават иа товара през трептящ кръг. настр осн на желаната честота. При утрои- теля на фиг. 3-бВ е необходим допълнителен кръг, настроен иа втората хармонична. С мощности от порядъка иа 10—25 W при утрояване не е трудно да се получи к.п.д. до 75%. На фиг. 3-6С е показано приложеиието на варикап за настройка на генератор с изменяема честота. Тези диоди могат да се използуват за настройка и на други ВЧ стъпала и са изключително полезни за дистанционно управление, например в мо- билни апаратури- Поради мал к ите им раз- мери с тях могат да бъдат конструираии много компактна иастройващи вериги. Q-факторът на диода е от нзключителио важно значение в такива случаи, затова
Полупроводникови диоди 101 VFO cfi трябва да се има пред вид при съставя- ието на схем ите. Съ времен в ите технологии позволпват производство?© на такива еле- менти с Q-фактор над 200 при 50 MHz. Диоди иа Шотки* Дподите на Шотки са ВЧ и СВЧ полу- проводникови елементи, чиито характери- стики са междинни между характеристики- те на точков ия и на пл ос кости ия диод. Тяхната работа е сравнима с работата иа точковите диоди при СВЧ и ги превъз- хождат по повторяемост иа параметрите и иадеждиост. Диодите иа Шотки работят добре в бързодействуващи превключващи вериги и като смесители, детектори и из- нравители за честоти, навлизащи далеч в СВЧ обхвата. При тях се нзползува изправящият преход между метал и полу- проводник. Обикиовено се нзползува си- лиций р- или п-тип и платина, сребро, злато или паладий. Диодите на Шотки нзползуват т. иар. бариера на Шотки, докато точковите диоди имат контактна пружинка, която кон- тактува с полупроводника. При диодите на Шотки (известии и под нмето диоди с горещи електрони) планарната контак- туваща псвърхнсст ссигурява еднакъв кон- тактен потенциал и равномерно разпреде- ление иа тока през прехода. Това довежда до ниско сернйно съпротивление, възмож- исст за пропускане на по-голям ток, по- нисък собствен шум и значително по- \hot-carrier diodes (англ.) (д—оИзход Фиг. 3-6 — На (А) и (В) са поиазани'ва- ракторни умножители на честота. В праи- тическите схеми се нзползува? по-сложи и трептящи кръгове и съгласуващи вериги от показаните. Варикапът на схемата (С) се нзползува за измеияие честотата на ге- нератор с по л ев и транзистор. При промяна на регулиргщзто напрежение с потенцио- метъра R се измеия капацитетът на прехода на CR1 и се измества резонансната често- та на трептящия кръг Силициева пластинка с провадимост л+ Поалатвн извоЭ Позлатена острив Стъкло Връзка със спайка FmmaHCIja.eu °^ла/кана метал Фиг. 3-7 — Разрез на диод иа Шотки Напрежение 6 права посока (напрежение 8 о&ратна посо- на ч мащаЗ юУ/дел.) Фиг. 3-8 — Криви, позволяващи сравне- ние между характеристиките иа точковия диод 1N21G и диода иа Шотки НРА2350
102 ПОЛУПРОВОДНИКОВИ ЕЛЕМЕНТИ голяка защитёност от пробив при преход- ив процесй. Разрез на един диод иа Шот- ки е показан на фиг. 3-7.- Сравнение между характеристиките иа точков диод и диод иа Шотки може да се иаправи от фиг. 3-8. PIN-диоди РДруг вид диод е PlN-диодът. По-точио той може да бъде описан като променлив резистор вместо като диод. На честотите, при конто се употребява (над 30 MHz), той не детектира приложения сигнал, иито геиерира хармонични. Неговото съ- противлеиие се управлива с постояиио- токов или иискочестотеи сигнал и за ВЧ сигнал, управляван от диода, той е по- стоянно, независимо от полиритета съпро- тивление. Динамичиото съпротивление иа PIN-диода в повечето случаи е вад 10 000Q, а капацитетът на прехода му е много малък. PlN-диодите се използуват като промеи- ливи резистори в паралелно или последо- ватели© свързване при СВЧ предавателии линии, както и за диоди за АРУ във вход- ните вериги на УКВ ЧМ приемници. PlN- диодите предлагат много други иитересии възможности за приложение. ТРАНЗИСТОРИ Фиг. 3-9'— Схема иа сплавеи рпр тран- зистор. За капацитетите и Сьс се гово- ри в текста. Те се променят при промяната иа иапрежеииита иа захраиването и иа сигнала' > 'На фиг. 3-9 е показан «сандвич», иапра- вен от два слоя р- пол у проводник с тънък n-слой между тях. В същност това са два плоскостни диода, свързаии с обратен по- ляритет. Ако на р-полупроводника от лявата страна се подаде положнтелно на- крежение спрямо n-слоя, през прехода между тях ще протече ток, като дупките ще се придвкжват иадясио, а електрони- те — иаляво. Някои от дупките ще се не- утрализират с електроните в п-слоя, ио иякои ще се придвижат до областта иа десиия преход. Ако преходът вдясно е съединен по пока- зания иачин, през него при иормални усло- вия ияма да протича ток. При описаното по-го ре положение дупките от прехода ще се придвижат към т. А, а електрони — към т. о, т. е. ще протече ток, въпреки че десният преход е захраиен така, че не би трябвало да го пропуска. По-голямата част от тока протича между А и В, а само малка част — през общото съедииение към п- слоя иа «сандвича». Полупроводников елемент с посочеиата структура се иарича транзистор, а трите му части — съответно емитер, база м колектор. Величината иа колекторния ток зависи главно от величината на емитерния ток; казано с други думи, колекторният ток се управлява от емитерния ток. При всеки преход има т. нар. обеднена или преходиа зона. Характеристнките й са подобии на характеристнките иа изо- латорите, а широчината й се измеия в за- висимост от приложеиото напрежение. Полупроводиикът от двете страни на обед- иената зона може да се разглежда като електроди иа кондензатор. Капацитетът от база към емитер е означен с СЬе (фиг. 3-9), а капацитетът от колектор към база — с Сы. Промен и в захранващото напрежение и сигнала предизвикват нелинейни променк иа тези капацитети и това трябва да се има пред вид при конструирането иа някои апаратури. /?С-времеконстантата, образу- вана от капацитета на прехода и съпротив- лението база-емитер гь, определят горната гранична честота иа транзистора. Усилване ио мощност Тъй като колекторният преход'е включен в обратна посока, съпротивлението колек- тор-база е високо. От друга страна, колек- торният иемнтерниятток са приблизителио равни. Следователио мощността в колектор- иата верига е по-голяма от мощността в еми- терната верига (P=/2R, т.е мощностите, са пропорционални иа съответните съпро- тивления, ако токовете са равни). Практи- чески съпротивлението в емитериата ве- рига е от порядъка на ня колко стотицн ома, докато съпротивлението в колекторна- та верига е стотици и хиляди пъти по-голя- мо, така че е възможно усилване по мощ- иост от 20 до 40 dB, а понякога и по- вече.
Транзистори ЮЗ На снимката са показани различии модерин еранзистори. Показани са типове, конто имат различно оформление и различна допустима разсейвана мощиост Видове траизисторн Два типа транзистори са показани иа фиг. 3-10. Местата на р- и n-пол у проводи и- ците могат да бъдат размеиени, като по такъв начин получаваме рпр и при траи- зистори. Първите две букви иа озиачеиието рпр или прп показват съответния поляритет на напрежен ията, подадени на емитера к колектора при иормална работа иа траи- Кыеятпор, .ЛолуппсВод- т ник п-гпип Х1 .---------------ЗЯЬ— База о—4 Колектпор ник ri-mun Емитер •Еплабен тпраняистпп Емитер Фяг. 3-10 — Конструкция и означение иа <шлавен транзистор. За улеснеиие можем да разглеждаме базата като електрод, съответ- ствуващ на ламповата решетка, колекто- рът съответствува на анода, а емитерът — иа катода (вж, фиг. 3-12) зистора. Например при рпр транзистори- те емитерът е положителен спрямо колекто - ра и базата, а колекторът е отрицателен спрямо емитера и базата. Производителите постоянно подобряват параметрите иа произвежданите от тях транзистори и постигат по-голяма иадежд- иост, по-висока мощност, по-широк често- тен обхват и по-голяма повторяемост иа параметрите при всеки тип транзистори. Последи ите изследвання доведоха до съз- даваието на многоемитериите транзистори*, чнято емитерна облает се състои от ияколко емитера, съединени заедно. При това се намалява съпротивлението база-емитер, ко- ето заедио с капацитета на прехода опреде- ля времеконстаитата на входната верига. Многоемитериите транзистори се употре- бяват с успех на УКВ, където могат да отдадат голяма мощност при честоти над 1000 MHz. Те могат да се нзползуват за удвоители и утроители и а честота, като при това дават голямо усилване по мощност. За употреба в КВ и УКВ обхват е пред- назначен един вид многоемитерни траи- зистори, конто представляват особей инте- рес за радиолюбителите и са наречени тран- зистори с баланс и рай емитер**. Транзи- сторът съдържа няколко полупроводнико- ви триода, чиито бази и колектори са съе- дннени в паралел. Всеки емитер има вгра- ден емитереи резистор (обикиовено около Ifi), който осигурява ограничаването иа тока при претоварваие или при разсъгла- суване на стъпалото. Ефективното емитер- но съпротивление на транзистора при това е части от ома, тъй като отделяйте рези- стори са изведени иа общ емитереи извод к в същност са евързани в паралел. Ако емнтерното съпротивление имаше значи- телна стойност, би се иамалило усилваие- то на схемата. Повечето съвремеиии транзистори са сплавии. За отделяйте типове се употре- бяват различии иаименования — например мнкросплавни, меза и планарни. Въпреки че техните характеристики могат незна- чително да се различават, те са от един и същ вид и разликата между тях е в иякои техни физически свойства н в техиоло- гията на произвол ството им. Параметри иа траизисторите Важей параметър на транзисторите е коефициеитът 0, или коефициент иа уенл- ване по ток, кейто понякога се изразява като hfE (статичен коефициент на предава- не по ток) или йГе (коефициент на предава- не по ток при малки сигнали). И двете • overlay transistors (англ.). •• balanced-emiller transistor (ВЕТ) (анел.).
104 ПОЛУПРОВОДНИКОВИ ЕЛЕМЕНТИ Неутрализаций ЛЬ» Фиг. 3-11—Голяыото време на премина- ваие и капацитетът база-колектор могат да създадат условия за възннкваие иа положителна обратна връзка (А), докато обикновено сигиалът в колектора на тран- зистора е в противофаза със сигнала в базата. Ефектът на положителиата обратна връзка може да се избегие, като се изпол- зува неутрализация (В) означении се отиасят за евързване по схе- ма с общ емитер. Коефицнентът р е отно- шен ието иа колекториия към базовик ток. Така, ако базов ток 1 тпА времени колек- торния ток със 100 mA, имаме р=100. Обикновено при сплавните транзистори коефицнентът р се движи между 10 и ня- колкостотии. Коефицнентът а показва отношеиието между емитерния и колекториия ток на транзистора. Параметрите Afb (статичен коефициент на предаване по ток) и (коефнцнент на предаване по ток при малки сигнали) се употребяват често за характе- ризираие иа усилването при евързване по схема с обща база. Колкого е по-малък базовият ток, толкова повече а става по- близо до единица, т. е. толкова по-малка е разликата между колекториия и емитерния ток. При сплавните транзистори а обик- иовено е между 0,92 и 0,99. Честотните свойства на транзисторите са от важно значение за конструкторите. Параметърът транзитка честота* (fT) пред- ставлява произведението на честотата по усилването при иея (в схема с общ емитер) за даден транзистор. С други думи, това е честотата, при която усилването става еди- ница. Поиитието «гранична честота» за схема с обща база (ОБ) се употребява. за да се уточни честотата, при която усил- ваието иа транзистора е 0,707 от усилва- ието при 1000 Hz. Фактор, който определи гориата гра- нична честота на транзистора, е времето за премниаваие*. Това е времето за пре- ми на ване и а токо носите л ите от ем итера до колектора през базата. Колкото е по- голяма физическата дебел ина иа базата, толкова по-голямо ще е това време и следователно толкова по-голямо ще е фазового изместваие иа сигнала, премииа ващ през иея. При честоти близо до илн иадвишаващи или граничната честота може да се получи частично или пълио фа- зово изместване. Това ще доведе до поло- жителна обратна връзка, защото вътреш- иият капацитет СЬо (фиг. 3-11) подава част от колекториия сигнал обратно на базата Тази положителна обратна връзка предиз- виква нестабилност и паразитки генера- ции, като в повечето случаи евързва вход- иия и изходння трептящ кръг на ВЧ усил- вател ите и прав_и невъзможна самостоятел- иата им настройка. Положителиата обрат- на връзка може да се избегне чрез използу- ване на никои от методите за иеутрализа- ция, показани иа фиг. 3-11. Графичии характеристики Работата иа транзисторите може да бъде показана и с графични характеристики. Семейство характеристики е показано иа фиг. 3-12. Те показват колекториия ток ка- то функция иа колекторното напрежение при фиксирани стойности на емитерния ток. Практически колекторният ток зависи само от емитерния ток и не зависи от колек- торното напрежение. Разстоянията между кривите, сиети за различен ток на емитера. * Колсип-ег- '» нс V- x<cm;s.,. Фиг. 3-12 — Тилични характеристики, по- казващи зависимсстта между колекториия ток и колекторното напрежение при пара- метър емитерния ток. Стойността на еми- терния ток се определи от стойността на ограничаващия резистор R, понеже съ- противлеиието на емитера е ниско • gain bandwidth product (англ.). transit time (англ.).
Транзистор» 105 S го io 30 * Квлехгг.ормо напре- кенм v Фиг. 3-13 — Типични характеристики ""на сплавеи транзистор, показващи зависи- мостта между колекториия ток и колектор- иото напрежение при параметър базовият ток. Тези характеристики се снемат с показаната измервателиа схема са почти еднакви, което показва, че на изхода на транзистора можеда бъде получен неизкривеи сигнал. Друге семейство графични характеристи- ки заедно с постановката за построяването ын е показано на фиг. 3-13. Тук също е показан колекторният ток като функция на колекторното напрежение, ио са фик- енраии стойностите на базовня ток. Тук за обща точка на схемата се нзползува еми- терът. Колекторният ток зависн от колек- торното напреженне, което показва, че при този случай нзходното съпротивление е сравнително ниско. Токът иа базата е слаб, което означава, че при това евързва- ие съпротивлението иа базовата верига е отиосително високо. Може да се направи сравнение със зиачителните стойности на емитерния ток, показани на фиг. 3-12. Граиичии параметри При транзисторите се дават максимални стойности за слединге параметри: мощност, разсейвава на колектора, напрежение иа колектора и ток на емитера. От тези основ- ии параметри са произлезли много разно- видности, конто са дадени в таблицата на края на главата. Преди избора на тран- зистор за дадена схема конструкторът тряб- ва да е добре запозиат с иеговите параметри. Ограиичеиата разсейваиа мощност на транзистора може да затрудни иеопитния конструктор. В повечето случаи трябва да се вземат мерки за намаляваие иа работиата температура на мещните полупроводнико- ви елементи. За тази цел обикновено се нзползува радиатор, закрепеи иа корпуса. В справочните данни се дава максималната 1 мощност, разсей ваиа при температура иа | корпуса под 25°С. С Тс се сзиачава температу- рата на корпуса, а Рт е разсейваиата мощ- I ноет. За да осигури добро предаваие иа । топлината от транзистора към радиатора му, често се нзползува силиконова паста. Фиг. 3-14 — Осиовии схеми иа“свързване иа транзистор в усилвателио стъпало. Раз- ликата между тях е очевидна. Посочените стойности иа елемеитите са типични при работа иа ниски честоти. Показана е и връзката между фазите на входния и из- ходния сигнал Допълнителни Дании за използуваието на радиатори са дадени в глава 17. Г?чямото иагряване може да доведе- до т. иар. топлинеи пробив. При нагрява- нето иа транзистора иеговото вътрешио съпротивление намалява и съответно се- увеличават базовият и колекторният му ток. Тяхното увеличаване довежда да ново повишаване иа температурата и нама- ляваие на вътрешното съпротивление. Про-
406 цесът протича лавинообразно и транзисто- рът може да бъде повреден. От гористо може да се в иди необходимости от изпол- зуваие на радиатор, когато това се иалага. Транзистории усилвателя Уснлвателите с транзистори се нзпълия- ват по три]основни схеми на евързване: схема •с обща база (ОБ), с общ емитер (ОЕ) и е общ колектор (ОК). Най-простнят им вид е даден на фиг. 3-14. Те отговарят приблизителио на ламповите схеми с обща решетка, общ катод и общ анод (катодеи повторител). Важни параметри на тези схеми са усилването по ток при из ход накъсо, траничната честота, входният и изходният импеданс. Усилването по ток при изход накъсо е отношеиието между изменен ието на тока на изхода към изменеиието на тока иа входа при даден накъсо изход. При това тези изменения трябва да бъдат много малки. Граиичната честота беше разгле- даиа в тази глава, а входният импеданс е импедансът, с който се натоварва генера- торът, включен към входа иа схемата. Из- ходиият импеданс се определи от вътреш- иия изходен импеданс на транзистора (може да се сравни с вътрешното съпротивление на електронната лампа). Схема с обща база Входиото съпротивление на усилвател с ОБ е ниско, защото съпротивлението емитер-база е приблизителио 25/Ze ома, където Z, е емитерният ток в милиампери. Оптималиият товарен импеданс R^ може да бъде от няколко хиляди ома до 100 000 Q в зависимост от изискванията. При тази схема изходният (колекторииит) ток е । ъв фаза с входния (емитерния) ток. Тези токове са във фаза и при протичането СИ през базовото съпротивление, затова схемата може да се самовъзбудп п ще за- почне да генери ра, ако усилваието й по ток е по-голямо от 1. Схема с общ емитер’g Схемата с ОЕ, показана иа фиг. 3-14, отговаря иа най-често използуваната при лампите схема със заэемеи катод. При иея входният импеданс е сравнително ви- сок — обикновено няколко хиляди ома, ващото, както може да се види от гра- фкчиите характеристики иа фиг. 3-13, входният ток е малък. Изходният импе- данс в повечето случаи е от порядъка иа «яколко десетки хиляди ома н зависи от импеданса и а източиика иа сигнала, пода- ПОЛУПРОВОДНИКОВИ ЕЛЕМЕНТИ деи на входа. Схемата с ОЕ има по-ииска гранична честота от схемата с ОБ, ио от трите схеми на евързване тя има най-голямо усилване по мощност. При схемата с ОЕ фазите иа изходиии (колекториия) и входния (базовия) ток са противоположни, затова обратната връзка от изхода към входа е отрицателиа к усил- иателят е стабилен. Схема с общ колектор Подобно иа ламповия катодеи повтори- тел транзисториият усилвател с ОК има висок входен и нисък изходен импеданс. Изходният импеданс е приблизителио равен на импеданса иа генератора на входния сигнал, умножен по(1—а). Входният импе- данс зависи от съпротивлението иа товара и е приблизителио равев на товариото съ- противление, разделено на (I—а). Това. че входният импеданс е свързан със съпро- тивлението на товара, е недостатък иа схемата при употребата й в стъпала, това- рът иа конто се промен я при различии че- стоти. Коефицнентът на усилване по тон на тази схема е 1__ 1 —а’ Граничиата честота иа схемата с ОК ® едиаква с граничната честота насхемата с ОЕ. Токът иа входа и токът иа изхода св във фаза. Практически схеми Приложението иа съвремеииите трав- зистори не се ограничена с употребата нм при ниски иапрежении. Някои типове транзистори издържат до 1400 V. Те могат да се употребят в конструкции, захранва- ин днректно от изправеиото напрежение на електрическата мрежа. Това е доказа- телство, че батериите губят вече моиопо- ла си иа основен източник за захранване иа транзисториите апаратури. От друга страна, много съвременни иисковолтовм транзистори могат да дадат значителна НЧ или ВЧ мощиост, като тяхната консума- ция е няколко ампера. Много рядко е це- лесъобразио захранването иа такнва апа- ратури да става от сухи батерии. Обикио- вено за захраиваие на мощни транзисторнм стъпала, конто коисумират много голям ток, се използуват акумулатори или се използува мрежовото напрежение, пони- жено с трансформатор и изпрааено с иолу- проводиикови диоди.
Транзистори 107 Връзка между стъпалата и съгласуване на импедансите Начините, по конто се свързват входът н изходът на транзисториите усилватели, са подобии на използуваните при електрои- ните лампи. При полевите транзистори импедансите имат стойкости, близки до тези на лампите, ио при остан ал ите полу- проводникови елементи входиите к из- ходните импеданси могат да бъдат от поря- дъка на няколко ома. В такива случаи се нзползуват особени схеми, за да се получи оптимално прехвърляне на енергията. При лампите входните и изходните импеданси с а висок и, защото използуваните иапре- жении са сравнително високи, а токове- те — малки. За да получим същата мощ- ност от един транзистор, е необходимо токът, който той консумира, да е сравии- телио голям. Обикиовено захранващото напрежение е и иске и затова трябва да използуваме иискоомна верига за товар, ако стъпалото е усилвател иа мощност в схема с ОЕ. Разбира се, входиото съпро- тивление ще се увеличи, ако използуваме схема с ОК. Аналогично изходното съпро- тнвлеиие може да се увеличи, ако траи- зисторът се включи по схема с ОБ, ио в повечето усилватели се нзползува схема с ОЕ. затова при разглеждането па въпроса ще се ограничим с този случай. Обикиовено при НЧ усилватели за малки сигнали се нзползуват обикновеиите RC- връзки между стъпалата. Напрежителният пад върху колекторните резистори в пове- чето случаи е в допустими граници, като се получава задоволително съгласуване на стъпалата. Ниската цена и мал к ите раз- мер и иа частите са големи предимства на RC-връзката, конто оправдават компро- миса при съгласуването. В случайте, когато е необходимо пълно предаване иа мощността, се нзползуват трансферматори, конто свързват стъпалата и осъществиват тяхното съгласуване. РС-връзките се из- ползуват рядко на високи честоти. При ВЧ усилватели отдел ните стъпала се съгласу- ват, като се нзползуват ВЧ настроеии трансформатори или други ЛС-вериги. За начислялане иа товарния импеданс на мощей ВЧ усилвател се нзползува формулата V2 където е товарният импеданс при ре- зонанс, В; Фиг. 3-15—Начннн за съгласуване иа входння и изходния импеданс иа траи- зисторния усилвател и импедансите съответио на източника иа сигнал и товара. Локазаните схеми са на внсокочестотик ус ил а ат ел и
10в ПОЛУПРОВОДНИКОВИ ЕЛЕМЕНТИ Vcc — захранващото напрежение ко- лектор-емитер, V; Ро — необходимата изходиа мощ- , ноет, W. Пример. Мощен усилвател трябва да отдаде в товара 8 W. Захранващото напреженне е 12 V. Товарннят импеданс в колектора е RL-2>r-ie4“e°' Трудна задача представляла съгласува- ието на възбудителното и край исто стъ- пало. Причина за това е реактивиият товар, който представлява вътрешният входеи капацитет иа транзистора и индуктивиост- та иа изводите му. За съжалеиие в данните на транзисторите не винаги се уточняват тези параметри. В повечето случаи съгла- суващата верига трябва да има достатъчно настройващи елементи, за да можем да получим най-добро прехвърляне на мощ- ността. Трудно е да се даде проста формула за изчисляване на входиата верига поради ши рок ия диапазон, в който се измени вход- ният импеданс (например входното съпро- тивление може да бъде от части от ома до ияколко хиляди ома). Практически схеми за съгласуване на входа и изхода иа мощей усилвател са показани иа фиг. 3-15. Схемите А и С са по-прости, но дават по-лошо подтискане на хармоничните от схемите В и D. Подробна информация за изчисляването иа входните и изходните вериги е дадена в книгата RCA Power Circuits, серия SP-51. j Преднапрежение и стабилизация иа преднаирежението За да работят в необходимия режим, на транзисторите трябва да се подадат съот- ветиото захраиващо иапрежеиие и пред- напрежение. Колекторът и базата иа при транзистора трябва да имат подадено по- ложителио иапрежеиие спрямо емитера, докато при рпр транзистора те трябва да бъдат отрицателни. Двете иа прежен ня — колектор-емитер и емитер-база са причина за протичането иа два тока — от емитера към колектора и от емитера към базата. Захранващото напрежение може да бъде със заземен плюс или минус, както е по- казано иа фиг. 3-16, независимо от типа на транзистора. И в двата случая траи- зисторът ще бъде правилно захраиеи. Колкото по-малко е отпушващото му пред- напрежение, толкова по-малък ще е колек- ториият ток. При увеличаваието на пред- иап режен ието колекторният ток се у ве- личава, като при това се увелнчава и тем- пературата и а преходите. При по-иататъш- иото увелнчава не и а предиапрежеиието може да се стигие до претоварване и по- вреждаие на транзистора — ще настъпи то- плинен пробив, който беше разгледаи по-ра- но. За да се предотврати това, се иалага ста- билизация иа предиапрежеиието. На фиг. 3-17 са дадени някои практически схеми за постигането й. При А н В резнсторът R1. включен последователно на емитера, нама- лява влиянието на прехода емитер-база. Това стабилизира тока на емитера. Рези- сторът R1 трябва да има зиачителио по- голямо съпротивление от съпротивлението иа прехода, което е приблизително равно иа 25/Ze, където Ze е емитерният ток в милиампери.. Напреженнето, подадено на базата, тряб- ва да бъде малко по-голямо от иапрежн- телния пад върху К1,защото той запушва транзистора. Получаваието на работния режим става с делителя на напрежение R2R3, който се оразмерява така, че да се получи желайият колекторен ток при липса на сигнал. Входннят сигнал при стъпалото с транс- форматорна връзка протича през RI^h R2 и част от мощността му би се загубила, ако тези резистори ие се шунтират с С1 и С2. Кондензаторите трябва да имат значнтелно по-ниско реактивно съпроти*- вление за усилваните честотн £ст съпро- тивлеиието на резисторнте, па рал ел но Фиг. 3-16 —- Примери за усилвател, захранван от напрежение със’ заземен 'минус и със заземен плюс. Показани са при транзистори, ио подобии схеми се използуват н- за транзистори с рпр структура
Транзистори 100 исцлОател (С) * * я ' Стаоилизиране на преа- налреженивтпо стпермистор w Усилбатвл Фиг. 3-17 — Начини за стабилизираие глеждане е дадено в текста иа . режима иа] транзистора. Пс-подробио раз- ка конто са свъ рзани. При RC-връз- ката R2 и R3 са свързаии пара- лелио по промеилив ток и представляват част от входната проводимост иа стъпалото. Реактнвйото съпротивление на СЗ трябва да бъде малко в сравнение със съпротивле- нието иа паралелно свързаните R2, R3 и входното съпротивление на транзистора. Импедансът иа товара определи стойността «а С4. Товарното съпротивление иа стъпалото с трансформаторна връзка е съпротивле- нието иа товара, приведено към първичната намотка на трансформатора, и необходи- мата му стойност се определи от транзистор- иите характеристики и начина на работа (клас А или В). Товарното съпротивление Rl иа стъпалото с RC-връзка обикиовено се избира така, че да позволява получава- ието на максимално иеизкривеио промен- -ливо напрежение в колекториата верига. Такива стъпала обикиовено работят в клас А. Режимът на транзистора е чувствителен към изменения на температурата и работ- ната му точка се измества при неговото загряваие. Тази промяна иа работната точка увеличава нагряването и води до топлинен пробив. Загряването иа тран- зистора зависи от мощността, разсейвана -от него, затова се препоръчва тя да бъде възможио иай-малка. Захраиващите напре- жения трябва да имат иай-нииките стой- кости, конто позволяват да се получат необходимите данни иа стъпалото, и тран- зисторът никога не трябва да работи при режими, иадвишаващи допустимите за да- ден ия тип- Един от факторите, конто причиияват промяната на работната точка, е обратният ток колектор-база (обикиовено се означа- ва с /со). Това е токът, който протича от колектора към базата при отворен емитер. Той зависи много от температурата и пред- извиква в емитериия ток промени, конто са много по-големи от самия ток /со. В резул- тат на неговото въздействие прн загряваие работната точка се променя така, че колек- торният ток се увеличава. Този ефект може да се намали, ако /со не протича през еми- терния преход. Например, за да се подобри стабилността на схемите от фиг. 3-17, е необходимо да се увеличи RI и се намалят R2 и R3 до границите, конто позволяват изискванията за усилване и консумания. Понякога за подобряване иа стабилността на режима на транзистора се нзползуват спсциални елементи. Обикиовено се из- ползуват термистори и диоди. Примери за тяхната употреба са даденитча фиг. 3-17С и D. Термисторът (температурив зависим- резистор) може да се нзползува за компен
ио ПОЛУПРОВОДНИКОВИ ЕЛЕМЕНТИ сиране на нарастването иа колекториии ток вследствие на увеличаване на температура- та. При увеличаването й съпротивлението иа термистора намалява и като следствие се намалява напреженнето иа базата. В резултат колекторният ток се запазва срав- иително постоянен и се постига стабили- зация на режима. За да се постигне най-добра температур- ив стабилност в широк температуреи обхват, е необходимо да се подберат ре- зисторите R5 и R7 на схемата на фиг. 3- 17D По-добра стабилизация иа режима се постига по иачина, показан нафиг. 3-17С. Тук съпротивлението R2 от фиг. 3-17А и В е заменено с диод. С него сефиксира преднапрежението и се определи токът на колектора без сигнал. Освен това токът иа диода се измени пропорциоиално на за- хранващото напрежение, запазвайки колек- ториия ток постоянен. Ако се предвидя термична връзка иа диода с транзистора (например със закрепването му близо до радиатора), ще се предотвратят измен е- иията в режима, предизвикани от темпера- туриите промени. При увеличаване иа температурата токът на диода се увеличава и напреженнето на изводите му намалява. Обикновено диодк се употребяват за стаби- лизация иа режима на транзистори, рабо- тещи в клас В. Ако употребеиите полупро- водникови елементи са герман иеви, изме- ненията на колекториия ток при диодна стабилизация са приблизителио пет пъти по-малки от измененията, конто се полу- чават при стабилизация на режима, осъ- ществена с термистор. При склициевите транзистори тази стабилност е около петиадесет пъти по-голяма. Честотиа стабилност Паразитните генерации обикновено са източник иа неприятности при транзнстор- иите конструкции. Те могат да предизвикат топлинен пробкв и да повредят транзисто- ра, ако тяхната амплитуда е голяма. Гене- рациите могат да възникнат на честоти от ияколко Hz до /т на транзистора, като могат да сстаиат незабелязани, ако за откриването им не се използува осцило- скоп. Освен че представляват опасност за самия полупроводников елемент, генера- циите могат да предизвикат изкривявания к нежелани паразитки излъчвания. Ако това стаие в любителски предавател, то може да доведе до нарушаване на правил- ииците, излъчване на честоти извън люби- те лек ите обхвати и смущения в телеаи- зионните приемници. В приемниците ие- желателните генерации водят до получава- ие на паразитни сигнали на изхода и до големи шумове. Транзитната честота иа транзистор,^ра- ботещ на ВЧ, трябва да бъде най-малко- пет пъти по-висока от работната честота. Това може да доведе до паразитни генера- ции иа по-висок и честоти. Могат да въз- никнат и НЧ генерации, защото усилва- ието и а транзистора за ниски честоти е много голямо. На УКВ започва даоказва влияние фа зов ото изместване и то може
Транзистори 111 да доведе до положителна обратна връзка, а оттам — до нестабилност на стъпалото. За препоръчване е на по-високи честотн да се нзбягва употребата на дроселн н свързващн кондензаторн навсякъде, къ- дето това е възможно. Кондензаторите могат да нзместят фазата на сигнала (като напр. в базовия полупроводников слой), а дроселите могат да доведат до получава- нето на настроенн кръгове в базата колектора, ако Q-факторът им не е из- ключително нисък. Някои мерки срещу честотната нестабилност са показани на фиг. 3-18. На (А) Q-факторът на RFC1 е намален посредством 100 Q серкен рези- стор. Друг начкн е шунткрането на RFC1 с ннскоомеи резкстор, но това изисква употребата на по-голяма мощност за въз- буждане на стъпалото. За намаляване на Q-фактора на ВЧ др осел на един от изводите му могат да бъдат нанизани едно нлн няколко феритнн мъниста. Тази мярка е за предпочитане там, където включването иа нискоомно съпротивление е нежела- телно, например в базовата верига на усил- вател клас С. Дроселът Z1 се състои от три феритнн мъниста, нанизани на къс проводник. Той трябва да бъде монтиран възможно най-близо до извода на колек- тора. Този дросел с нисък Q-фактор до- принася за премахването на паразвтнн УКВ генерации. RFC2 влнза във филтъ- ра на колекторното захранване. За филтра- цня прн работиата честота служи кон дев- заторът с капацитет 0,0! pF, а за ниски честотн захранването се филтрира с кон- дензатор с капацитет 1 pF. Z1 и Z2 в схемата иа УКВ усилвател на фиг. 3-18В са дрсселн, полученн с феритнн мъниста. Те имат висок импеданс за работиата често- та, а появяването на паразитки генера- ции по схема настроена база — настроен колектор е малко вероятно поради ниския им Q-фактор. Показаният на фиг. 3-18С усилвател клас А е типичен пример за маломощно стъпало на вреда вател. В емитера на транзистора е включен резн- сторът R1, който трябва да се шуитнра с кондензатор за получаване на максимално усилване от стъпалото. В случая ем итерът е заземен за работиата честота н за честотн, по-високк от нея. Уснлването на стъпало- то за ниски честоти е малко. Това намалява вероитността за появяване на НЧ генера- ции. Захранващото напрежение е шунти- раио както за високи, така и за ниски че- стотн. Така се премахва нежелателната връзка между стъпалата по захранващите проводницн. Z1 е УКВ дрссел, направен с феритно мъпнсто. За премахването на УКВ генерацните спомага и резнсторът R2— 10 Й. Емитерният извод и пон трите схеми трябва да има минимална д'ължина. за да се язбегне иамаляваието на усилва- нето на работиата честота и за да се по- добии стабилността. Добре еда се употре- би ВЧ екран между входиите и изходните веригн на ВЧ усилвател, за да се избегне нежелателната връзка между настроените кръгове в базата и в колектора. Ако за трептящите кръгове са използуванн торо- нднн феритнн сърцевннн, екраннрането може да се избегне. Тороид ните трансфор- матори и бобннн нямат нужда от екранира- не и това е едно голямо улесненне за кон- структора. Полеви транзистори В много случаи друг полупроводников елемент, полевият транзистор (FET — от field effect transistor), е по-подходящ от транзисторите, конто използуват два рп прехода. Той има висок входен импеданс и неговите характеристики са по-блиэки до характеристнките на електрониите лам- си. Полеви транзистор с нреход* Полевите транзистори могат да се раз- делят на две голем и труп и: полеви тран- зистори с преход (JFET — от junction FET) и полеви транзистори с изолнран гейт (1GFET — от Insulated-gale FET). Конструк- цнята на полеви транзистор с преход е по- казана на фкг. 3-19. По-нататък ще обленим значеннето на наименован вята на изводите на тран- зистора. Прн прнлагане на напрежение между сорса и дреЙна между тях ще про- тече ток. Този ток се прнчинява от сво- бодни електрони, защото каналът е от п-полупроводник, а на дрейна е приложено положнтелно напреженне. Свободните елек- тронн, конто имат отрицателен заряд, се притеглят от положителнсто напрежение и. от сорса към дрейна протича ток — фиг. 3-20. Нека " приложим на гейта напреже- ние с полиритет, показан на фиг. 3-20В. Това напрежение е запушващо към сорса,. Соре Гвитп Дрейн [turn Фиг. 3-19 — Полевн транзистор с преход • У нас теэн транзистори често се нарича» «плоскостни полеви транзистори» (б. пр.).
112 ПОЛУПРОВОДНИКОВИ ЕЛЕМЕНТИ Фнг. 3-20 — Работа на пол ев ня транзи- стор с преход при приложено напрежение на гейта. При това се получава зон? обед- нена на токоиосители (леко затъмнспа), каналът се стеснява и съпротивлението му за^протичащкя ток се увеличена канала и дрейна. Благодарение ns кего в канала се образува обеднен на токоиоси- телн слой, Съпротивлението на канала се повишава и се намалява токът между сорса н дрейна. При пр влага ието на високо за- пушващо напрежение двете обедненнзони се съедкннват, транзисторът се запушва и токът става приблизителио равен на нула. Малки изменения на напрежеиието на гейта предиэвикват големи изменения на тока между сорса в дрейна, следователно полупроводннковият елемент, който беше опнсаи, може да работн като усилвател. На гейта на пзлевин транзистор с пре’ ход ннкога не се подава отпушващо натре* жен не, защото токът между сорса и дрейна ще се отклони през отпушенин преход на гейта. Понеже иа гейта вннаги е подадено за- пушващо напрежение, съпроткв лен вето му към другите електроди е много високо. Оттук ндва ввсокото входио съпротнвленне на този внд полевн транзистори. Сорсът е взточник на токоиосители (source—кзточ- ник), конто се изтеглят от дрейна (drain— място на втнчане). Гейтът отваря кзатваря канала и управлява тока през него (gate — врата). Работата на описания полевн тран- зистор е много близка до работата на елек- тронната лампа, която нма внеок входен импеданс. Сорсът може да бъде сравнен с катода, гейтът — с решетката, а дрейнът — с аиода. Полевн транзистор с и золи ран гейт* Другата голяма трупа полевн тран- зистори са полевите транзистори с изо- лиран гейт. Тяхната конструкция е схе- матично показана на фиг. 3-21. При прн- лагане иа положително н ап режен ке на дрейна свободните електрони от канала се привличат към него. При това сорсът заед- • Често се нарычат MOS-травзистори или МОП- транзнстори (б. пр.). Фнг. 3-21 — Полевн транзистор с изолнран гейт Фнг. 3-21А — Типичнн характеристики на полеви транзистор с преход Фнг. 3-21В — Типични характеристики на полевк транзкеторк с нзолнраи гейт но с подложката са заземеии. За да се управлява протичащият от сорса към дрей- на ток, на гейта се подава съответното на- ппеженке. Той е нзолиран от канала с много тънък слой от днелектрик и оттук тозн тип полупроводннковн елементи са получили наименованиетоси — полеви тран- зисторк с кзолиран гейт. Когато на управ- ляв зщия електрод се подава отрицателно напрежение, дупките от подложката, на- правена от р-полупроводник, се прнвлнчат към него, като стесняват канала; по такъв начки се намалява токът между сорса и дрейна. При прнлагане на положително
Транзистори 113 вапреженне дупкнте в подложката се отблъскват, каналът се разшнрнва и токът се увеличава. Полевите транзистори с изолнран гейт позволяват по-гьвкава упо- требн, тъй като на гейта може да се подава както отрицателно, така и положително напрежение. Те нмат изключително високо входно съпротивление — утечката на ди- електрика, изолкращ гейта, е много не- мал ка от утечката на запушен ни преход на гейта на полевите транзистори с пре- ход. Входното съпротивление на полевн- вите транзистори с изолнран гейт обикно- вено е над 1 000 000 MR, докато прн сста- налите полеви транзистори то е от няколко мегаома до няколко хнляди мегаома. Управляването им може да става както с един, така и с два управляващк електрода. Последните имат гейт, на който се подава снгналът — Gi, н регулиращ гейт — Gj Те са поставенк един след друг и усилва- нето на елемента може да се измени с промяната на напреженкето, подадено на G2. Те се нзползуват във ВЧ и МЧ усилва- телн с АРУ, като смесители и смесителям детектори н като променливн затихватели. Изолацията между двата гейта е много добра и това подобрява стабилността на честотата на генератора (намалява «ув- лкчането» му) н отслабва нзлъчването му, когато такива транзистори работят като смесители. Стръмиостта на съвременните полеви транзистори с изолиран гейт до- стига 18 mA/V н те могат да работят на най-високнте честотк на УКВ обхвата. Графични характеристики Графнчните характеристики, показани на фиг. 3-21А и фиг. 3-21 В, се отиасят за описаните по-горе полеви транзистори, като токът от дрейиа към сорса е дадеи като функция на напрежеиието между тях за постояннн стойкости на напрежеиието на гейта. Видове полеви транзистори Има две главки груви полеви транзи- сторн — транзистори с индуктираи канал и транзистори с обеднен канал. Прн нор- мал нн условия първнте нямат формнран канал. Те започват да работят тогава, когато на гейта се подаде напрежение, което преднзвиква появата иа канал. Полевите транзистори с изолиран гейт мо- гат да се нзползуват в такъв режим, за- щото на гейта им може да се пр ил агат напрежения с различна полярност, без да има опасност от отпушването му. Приберите с обеднен канал бяха пока- занн по-рано на фиг. 3-19 и 3-21. Без да е подадено напрежение и а гейта, прн тях има формиран канал. При транзисТорите с 8 Наръчник на радиолюбителя преход каиалът обеднява иа токоносители и токът през него намалява прн подаване на напрежение на гейта. Ако гейтът е изолиран, каналът може да бъде обеднен (токът намалява) или индуктнран (токът се увеличава). Накратко при полевите транзистори с обедней канал каналът съществува; при нулево напрежение на гейта през него тече ток. Полевите транзистори с индуитн- ран канал образу ват последним при по- дадено съответно напрежение и през тях; не тече ток при нулево напрежение на гейта. Полеви транзистори със защитен гейт Повечето полевн транзистори с преход могат да издържат до 80 V върхово напре- женке между гейта н сорса, преди да се повреди преходът. За разлика оттяхтран- знсторите с изолиран гейт могат да се повредят прн допнрането на изводите им е пластичнн матер нал и нлн просто прн до- косваието нм с ръка. Причината за това са статичните товари, конто причиняват про- бив между гейта и останалия полупро- водников материал. Транзистори от се- риите MFE3006 и 3N14G например могат лесно да стан ат негоднн. В момента се пронзвеждат полевн тран- зксторн със защитени гейтове, конто могат да нздържат до 10 V върхово напрежение (между гейт и соре). В тях са вграденн про- тивоположно в ключей и ценерови диоди между гейта н сорса (подложката). Тран- знсторите 40673 и 3N200 имат такава за- щита. Полеви транзистори с два защитени изолнранн гейта могат да се нзползуват като елементи с един управляващ електрод,. като двата извода се евържат в паралел^ Начннът за изобразяване на такъв тран- зистор на електрическите схеми е показа» на фиг. 3-22. Интеграл ни схеми Както показва името им, интеграл и яте схеми (ИС) съдържат много елементи» конто са изградени на една полупроводнн- Фиг. 3-22 — Схем но означение на полеви транзистор със защитен гейт. Противопо- ложно евързанн ценерови диоди са евър- зани между всеки един от двата гейта подложката, свързана със сорса
114 ПОЛУПРОВОДНИКОВИ ЕЛЕМЕНТИ о •:: ж JjL. В - is й • ш 1 Модернк ннтегралнисхеми.Показани са раз- личии оформления вметалнн н пластмасови корпуси кова пластинка, така че могат удобно да се свържат за у потреба в определен и слу- чаи. Елементите в ИС могат да бъдат тран- зисторн, диоди, резнстори и кондензатори. Често на една подложка има над десет транзистора, като резисторите, конто опре- делят постояннотоковня им режим, са формнранн на същата подложка. Общо взето, ИС могат да се разделят на четири основни групи — диференциални усилва- тели, операционки усилватели, кнтегри- рани диодни кли транзисторни групи и ло- гически ИС. Строеж на интеграл ните схеми Като’правило ИС се правят на подложка от силиций с р- или п-тип проводимост. В подложката се вкарват примеси, като дълбочината на проникването им записи от тем перату рата и времето на дифузия. Оформянето на повърхността на подлож- ката се определи със закрнването на части от иея, като се използуват фотохимически методи и със слагането на покритие от изолиращ окис. След това на някои места окисът се сваля, за да се прекарат провод- Фиг. 3-23 — Разрез и електрическа схема иа проста ИС н иците, съедкняващи отдели ите части на ИС. Окисът служи за диелектрик на нн- тегрнраните кондензатори. На фиг. 3-23 е показана примерна ИС с три детайла, като са показани електрнческата н схема н конструктивиото и решение. Повечето ИС се монтират в корпуси ТО-5 или в плески пластмасови корпуси и могат да имат до 12 и повече изводи» водещи до различимте елементи върху подложката. Видове усилватели с ИС Усилвателите с ИС се разделят на две големи групи: диференциални усилватели и операцнонни усилватели. Елементарна- та ИС на диференциален усилвател пред- ставлява два транзистора с еднаквн вход- ни веригн. Те могат да бъдат свързанн така, че да се усилва разликата между две на- прежения или два тока. Схемата ефектив- но подтиска еднаквите им изменения. При опростено разглеждаие диферепцналният усилвател може да се наподсби на противо- тактно стъпало. Обикновено двойката тран- зистор и на диференц иалния усилвател се захранват от управляем източник на по- стоянен ток (Q3 на фиг. 3-24A; Q1 и Q2 са диференциалната двойка). Обикновено Q3ce нарича генератор на постоянен ток. Между вХодните изводи и ДиференЦиалння усилвател има отлична енметркя. защото напреженията база-емитер и коефициенти- те на усилване £ на двата транзистора са еднакви. Това е следствие на получаването на транзисторите одновременно на една силнциева подложка. Диференц нал ните усилватели усилват честоти до УКВ обхвата, както и постоянен ток и се използуват като ограничители, сме- сителни детекторн, умножители на често- та, смесители, амплитуд»и модулаторк, шумозащитни устройства, ВЧ и МЧ усил- вателк к даже като геиератори. Те могат да бъдат свързаии и в други схеми освен като диференциални усилватели, ако инте- грираните елементи се използуват като днекретни възлн. Операционните уенлвателк са постоянно- токови усилватели с много голямо уенлва- не, при конто се нзползува обратна връз- ка за получаване на желаните характе- ристики. Те се състоят от последователно свързанн диференциални усилватели от показания на фиг. 3-24А тип. Към тях е евързано отделно изходно стъпало Q6 н Q7 на фнг. 3-24В. Въпреки че могат да работят с максимално усилване, обикно- вено към операционните усилватели се евързва външно верига за отрицателна обратна връзка. Те се употребяват за видео- усилвателн, за честотно-избиратели и ускл- вателн и като ннтегриращк, диференцн-
Транзистори 115 Фнг. 3-24 — Схема на типичен дифереициалек усилвател в иитегрално изпълнение (А). На В е показана типична ннтегрална схема — операцнонен усклвател
116 ПОЛУПРОВОДНИКОВИ ЕЛЕМЕНТИ ращи и сравняващи усилвателя. Техните елементи могат да се използуват като дне- кретин възли. както и при днференцнал- ннте усилвателн. Диодни интегрални схеми могат да се получат, както беше показано по-рано. Диодите, получеии на една и съща под- ложка, ссигуряват почти идеално съвпа- дане на характеристиките нм. Те могат да бъдат свързани като мост, последователно или като отдели и елементи. Подобнк ИС се използуват в бала йен н моду латорн и във всички случаи, където е необходима иден- тичност на диодннте характеристики. Фиг. 3-25 показва универсалността иа една ИС — СА3028А, която представлява диференциален усилвател. Електрическата и схема, показана на фиг. 3-24А, дава въз- можност за анализ кране на схем ите на фнг. 3-25. Характернн за стъпалото на фиг. 3-26В са високото входно и нзходио съпро- тивление, голямото усилване и стабилната работа. При нзползуването му на нискн че- стоти трябва да се използува трансформа- торна илн ЯС-връзка. С изменение на на- прежението на извода 7 нахсхемите В и С се регулнра усилването, ио на този извод може да се приложи напреженнето за АРУ. Схемата на фнг. 3-28D оскгурява ниски шумове н голямо усилване прн работа като смесителей детектор. Интегралната схема. СА3028А работн добре до 100 MHz. Практически съвети по нзползуването на ИС Почти всички дискретни елементи, нз- ползуваии в по-старите апараТурн, могат да бъдат замененн с някон модернн ИС. Пример за това е интегралната схема СА3089Е, която включва почти всичкн елементи на ЧМ приемник. Тя съдържа 63 транзистора, 16 диода и 32 резистора. Необходим е само един трептящ кръг, на- строен на междинната честота 10,7 MHz, в който се използуват днекретнн компонен- тн. ИС съдържа МЧ усилвател, детектор, НЧ предуенлвател, АРУ, автоматична на- стройка на честотата, шумозащита и стъ- пало за индикатора за настройка. Ограни- чаването иа ннво — 3 dB се получава при 12 p.V, подадени на входа. За да се изпол- зува тазк схема, е необходимо към нея да се включи ВЧ блок за желания обхват, НЧ усилвател и захранване. Друга сложна ИС, СА3088Е, е предна- значена за AM приемник. Тя се нуждае допълиително от два МЧ трансформатора* кръгове за смесителя и генератора, НЧ усилвател на мощност и захранване. Съ- държа смесител, два МЧ усилвателн, де- тектор и НЧ предуенлвател. Има извод за напреженкето на собственото АРУ. което напрежение може да се използува за <Ъ г 3-26__Модериите сложны ИС ммат предкметва прн употребата нм в малога- бапитни апаратури- На (А) е показан ЧМ модул, към който трябва да се прибавят «колко допълнителни елемента, еа да се получи завършен приемник. На (В) е по-- зана ИС която съдържа повечето от необходимите за AM приемник блокове
Транзистори 117 АРУ със задръжка във ВЧ усилвател. Има нзход за S-метър. а също така в кон- струкцията може да се предвидя регулира- не на тембъра на звука. Захранващото на- прежение може да бъде между 6 и 18V (със заземен минус), като в ИС има вграден стабилизатор с ценеров диод. С помощта на подобии ИС могат да се конструират миниатюрни а паратур и с показатели, кон- то могат да се сравняват с показателите на по-сложни и големи по размерн модели. Схемите на двете ИС са показани на фиг. 3-26, където е показан и иачинътна свързване на дискретните елементи. От- там е ясно, че тезн схеми може да се из- ползуват като стъпала на суперхетеродинен приемник с двойно преобразуване. Те могат да оскгурят прнемане на AM, ЧМ, SSB-снгнали н телеграфия. В последните два случая е необходимо да се предвидн н генератор за биения (BFO). Други приложении на по-сложни ИС Голям брой сложнн операцноиии усил- вателн могат да се нзползуват в стабили- затор ите на напрежение. Въэможно е да се предвидн защита от претоварване по ток, която ще предпази ИС и проходи ия тран- зистор от повреда. Прнмерн за такова при- ложение на ИС са даденн в глава 4. Транзисторни групн Транзнсторните групи, конто съдържат няколко прп транзистора с много близки характеристики, формирани на една под- ложка, могат да намерят широко приложе- ние в радиолюбителската практика При- меря за такнва ИС са САЗО18А н СА3045. Първата от тях съдържа един съставен тран- зистор и други два отделки транзистора. В СА3045 кма два транзистора за диферен- цнален усилвател н три отделни транзи- стора. Такива ИС могат да се нзползуват са умножители на честота, многостъпалнн дуферн за генераторн. широколентови усил- вател иЛмаломощни предавателн, усилва- тели, ограничители и др. Електрическите схеми на двете ИС са даденн на фнг. 3-27. Фиг. 3-27 — Транзнсторните групи кред- ла гат широки възможности, защото могат да бъдат включенн в различии схеми. СА3018А (А) съдържа един съставен и два отделни транзистора- На (В) два от тран- зисторите са вътрешко евързанн за упо- треба в диференцкален усилвател. Другнте три транзистора могат да изпълняват раз- личии функции. Показаннте транзкеторнн групи могат да се нзползуват за честоти в УКВ обхвата ЛОГИЧЕСКИ ИНТЕГРАЛИИ СХЕМИ Цифрова логика е понятие, което се употребява за опкеване принципа на работа на електронните системн, където се борави с думите «включено» к «изключено», а не се говори за усилване, детекцкн и други понятия, срещанн в описанието на любител- ската апаратура. Логиката е «цифрова», защото изеледва днекретни явления, конто могат да се характеризнрат с цифри, за разлика от лннейнитв смстеми, където се срещаме с безкраен брой ннва. ,/онятиетв се иарича логика, защото се следват мате- матически законн, при конто следствкетв може да се предскаже, ако се знае причнна- ната, от която то следва. Също както при лннейните ИС, логиче- ските (илк цифровнте) ИС се състоят от ннте- гриранк елементи, съединени така, че да удовлетворяват конкретни нзисквання на лрактиката. Външното оформление на даа.
118 ПОЛУПРОВОДНИКОВИ ЕЛЕМЕНТИ Трите ннтегралнн схемн нзглеждат вън- шно еднаквн. И трите са J-K тркгери, но електрическите нм параметри се разлнчават донякъде. Най-отляво е интегра л пата схе- ма SN74H72N, която е от т. нар. master-slave J-K-трнгерн. В средата е ИС МС1027Р — променливотоково свързан J-K трнгер. Тре- тата ИС е обнкновен J-K трнгер— МС726Р та ткпа е същото и те не могат да бъдат различенн но някакви външни признаци освен по надпксите, - който показе ат ти- па км. Лкнейннте ИС схеми работят с иепрекъс- нато изменят се (или аналогов) сигнал. В повечето случаи актнвните елементи на логическите ИС работят в едни от двата режима — на запушване или на насища- не. Логическите ИС намират приложение в превключващи веркгн, както н прк броя- чите, пресмятащите устройства, наметите н инднкаторннте схеми. Думите «единица» и «нула» се използуват постоянно прн ра- бота с логически ЙС, защото тяхната ра- бота е основана на двоичната математика. Тези термнни се отнасят за определени на- прежения и са различии за разлнчните моментн и производители. Почти вкнаги «нула» означава приблнзително иулев по- тенциал, а «единица» означава напреже- нне, определено от производителя. Трябва да се прави разлнка между «положнтелна» и «отрицателна» логика. При положителна- та логкка нивото «1» е по-положнтелно от нивото «О», въпрекк че н двете могат да бъ- дат отрицателнн напреження. При отрн- цателната логика важи обратното. Често в такива случаи се употребяват термините «високо» и «ннско» ннво. Тяхната дефини- ция е еднаква за положителна и отрица- телна логика. Висок е най-положителният илн най-малко отрицателннят потенциал, а ннсък е най-отркцателнкят нли най-малко положителн кят. В някок случаи от практнката е жела- телно да се премнне от двоична в десетнчна система на броене — например при броя- чите н индикатор ните устройства. Друг път, например при графичния запис на думи'нлн’пронзведения на дискретни вели- чини, е необходимо да се премине от дис- кретнн към аналогови еквиваленти. За из пъл ненке на такива действия са п редка- значенн специален ИС и те също се при- числи ват към логическите ИС. Логически символн При модерните ИС в един корпус са обединени стотици компоненти. За да се избегне чертането на плетеница от тран- знсторн, резисторн и диоди, при логичес- ките схеми се използуват символн, чннто четирн основнн форми са показани иа фнг. 3-28 от А до D. Те могат да бъдат из- менени донякъде в зависимост от функции- те, за конто са предназначени — например фиг. 3-28 от Е до Н. В някои случаи квадратчето от фнг. 3-28D и Н може да бъде изпълнено като правоъгълннк. Това е универсален символ. .(А) (В) И (с) Фиг. 3-28 — Сим вол и, използувани прн чертане на логически схеми. На (А) е показан инвертор, на (В) — схема Й, на (С) — схема ИЛИ на (D) — тркгер. До- пълненията към тези основнн символи уточняват специфнчните функции на схе- мата. Например малкото кръгче, поставе- но на изхода на схемата, показва, че в нея става инвертнране на сигнала. На (Е) н (F) са показани съответно ннвертираща схема И илн схема И-НЕ и ннвертираща схема ИЛИ, т. е. схема ИЛИ-HE. На (G) е показан скмволът на нзключваща схема ИЛИ, а на (Н) — J-K трнгер
Логически интегралнн схеми 119 към който обикновено се дава допълннтел- на информация за уточнявапе на предна- значен ието му. Най-често срещанн съкра- щения са: FF (flip-flop) — трнгер FL (flip-flop latch) — тригерна памет SS (single shot) — чакащ мултнвибратор ST (Schmitt trigger) — тригер на Шмит С квадратн или правоъгълницк могат да се означават и други логически фун- кции, като указание за тяхната работа се дава с техния надпис. Схемите И, ИЛИ и НЕ се уточняват от техния символ и не се нуждаят от допълнителна информация, за да се определи тяхната функция. На всекк от символите може да бъде показан и типът на пол у проводи и ков ня елемент, който се използува за осЪществяването на дадена логическа функция. Видове логически ИС Логическите ИС могат да изпълняват много функции, но те могат да бъдат раз- деленн на няколко типа: схеми И и ИЛИ, инвертор и (схеми НЕ), тригерн, буфери, суматори, регистр и, паметкспециалниИС, конто бяха споменати по-рано — декодер и и ИС за премннавапе от един в Друг код. Никои от тях намират приложение главно в електронноизчислителните машини — на- пример суматорите, регистрите и паметк- те. Най-често използуваи ите ИС са схе- мите И и ИЛИ, инверторите и тригерите. Инвертора На една подложка, монтирана в един кор- пус, може да има няколко схеми, конто работят независимо една от друга. Пример за такава ИС е МС789Р. която съдържа шест еднакви инвертора. Електрическата й схема е показана на фиг. 3-29А. При работа между извода + Усс и маса се пода ват 3,0 до 3,6 V. Тъй като схемата е предна- значена за работа с положителна логика, 0 се дефинира като потенциал, по-малък от 0,6 V, а 1 — като потенциал, по-гол нм от 0,8 V. Прн логическа 0 на входа транзн- сторът ще бъде запушен (през него няма да тече ток). Негсвият колектор ще има по- тенциал, приблизителио равен на Уес, т. е лсгнческа 1. Ако на входа се подаде 1, транзистсрът се насища (токът през него се определя от колекториия резистор) и на изхода му имаме приблизителио ну- лево напрежение, т. е. логическа 0. Из- ходът е винаги противоположен на входа или. с други думи, пеговото ннво е допълва- щото на входного логическо ниво.Тази схе- ма понякога се нарнча схема НЕ, защото никога входного и изходното логическо ннво не са еднакви. В дясната част на фнг. 3-29А е показан логнческнят символ на инвертора. При него, както се практнкува при всички логи- чески символи, ие са показани веригите на захранването (изводите + Vcc и маса), но се подразбира, че те трнбва да бъдат свър- зани. Изводите на схемата са дадени в данните на производителя и трябва да бъдат съединени правилно, за да работн добре интегралната схема. Всички логи- чески схеми, съдьржащи се в един корпус (шест инвертора в случая), имат общи изво- ди за подаване на захранващото напреже- ние. Схеми И и ИЛИ* Друг пример за ИС, която съдържа нн- колко логически елемента в един кор- пус, е МС724Р. Върху една подложка при нея нма четнри схеми НЕ-И. Електричес- ката км схема (само за една от тях) и логн- ческнят символ са дадени на фиг. 3-29В. Както и прн МС789Р, захранващото на- прежеике е от 3,0 до 3,6 V; при положител- на логика 0 е потенциал, по-малък от 0,6 V, ale потенциал, по-голям от 0,8 V. От елек- трическата схема може да се видн, че двата транзистора имат отдел ни входове и общ резистор в колекторите. При прнлагане на 1 на входа на всеки транзистор той се насища и на изхода получаваме 0. С други думи. при подаване на 1 на вход / ши на вход 2 на изхода ще нмаме 0 (или НЕ 1). Обикновено НЕ функциите се лишат с чертнчка над тях, така че 1 означава същото като НЕ 1. Работата на логически- те схеми може да се изразява с уравне- ния, като се използува Булевата алгебра, форма на двоичната математика. Тезк урав- нения не трябва да се бъркат с обккнове- ните алгебрнчни уравнения. Логического уравнение за работата на схемата на фиг. 3-29В е lv 1=1. Знакът v означава ИЛИ- Понякога вместо него се използува <-*-»• Казано по друг начни, уравненнето по- казва, че прн 1 на вход 1 ши вход 2 ще получим 1 на изхода. Това означава, че имаме ннвертираща схема ИЛИ илн схема ИЛИ-HE. Понякога се употребява иназванието NOR (от NOT-OR^HE-ИЛИ), Ако схемата на фиг. 3-29В работи с отри- цателна логика, действието и остава също- то, като се променят само де$инициитена термнннте. Логнческата 1 е потенциал, ло- мал ьк от 0,6 V, а логическата 0 е потен- циал, по-голям от 0,8 V. Ако н на двата входа се подаде логическа 1, двата тран- зистора ще бъдат запушенн. На изхода ще се получи напрежение, близко до + VM, т. е. логическа 0 или 1. Уравненнето е 1-1= = 1, където точката означава И. Следователно * Схеми на совпадение; gates (англ.); Getter (нем.).
«20 ПОЛУПРОВОДНИКОВИ ЕЛЕМЕНТИ (О{прцца/пелт/теина) GROUND •Фкг. 3-29 — Логически схеми и съответ- .ните км символы. Показани са тнпични «стойкости на резисторите при отрицателна логика ще нмаме инвертн- рагцасхемаИ нлн схема И-НЕ Употребява сеи названкето NAND (от NOT-AND= НЕ-И). В литературата такнва схемн се срещат често под названието схемн НЕ-И/НЕ-ИЛИ, защото те могат да изпълняват и двете функпнн- Тригери Не е необходимо схемите на една под- ложка да кзпълняват едиаквн логически операции. Интегралната схема МС780Р напркмер съдържа четири тригера, един инвертор н една схема ИЛЙ-НЕ. Те са евързани така, че да работят като делител на 10, при което на десет входии импулса получаваме един импулс на нзхода. Йзве- дени са н изкодите на отдел ните трнгерн, така че винагн може да бъде определен броят на входннте импулси. Тези изходи •след декод Иране могат да бъдат употребе- нн за управление на инднкаторни устрой- ства. Често за такива ИС, конто съдържат върху една подложка повече от 15 схемн ИЛИ-HE, -се употребява терминът средни интегралнн схемн*. Термниът големи ин- теграл ни схеми* ** се употребява за ИС, •съдържащн повече от 100 схеми ИЛИ-НБ върху едиа подложка. Тези названия дават представа за сложността на една ИС. Тригерът е устройство с два нзхода, «а конто можем да получим различии ком- «medium-scale integrated (MSI) (англ.). *• targe-ecate integrated (LSI) (англ.)- бинации от логически 1 и 0 в завиенмост от това, какво подаваме на входовете. Обикиовено, когато на едкния изход има- ме 1, на другин имаме О, въпреки че поня- кога на двата нзхода можем да получим еднаквн нива, като в някои случаи това става преднамерено. Едининт нзход се нарича изход Q, нлк единичен изход, а другнят се нарича изход Q (НЕ Q), или нулев нзход. Ако 1 и Q—0. трнгерът е в изходното си положение, а в обратння случай казваме, че тригерът е «нулиран». Разлнчнкте вндове тригери носит наиме- нован ията сн в зависим ост от входовете, конто имат. От тях най-прост е /?-5-трн- герът. Получените потенцналн на неговнте НЗХОДи са в пряка завиенмост от подаде- ните нива иа неговите входове. Т-трнгерът се «преобръща» клн променя състоянието си при подаването на т. нар. тактов им- пулс. Той може да се разглежда като ча- стей случай на J-K-трнгерите, за конто се споменава по-нататък. D-тригерът работи като запаметяващ елемент. При подаваие на тактов импулс на изхода Q се получава допълващото ниво на нивото, което имаме в тозк момент на входа D Тригерът за- пазва това състояние и при промяна на нивото на входа, защото той може да го променн само прн подаване на тактов им- пулс. Въпреки че е трудно да се даде определе- ние за ЛК-тригера, обикиовено той се разглежда като 7?-5-трнгер, който се «пре- обръща» прн подаване на тактов импулс Той също може да се нзползува като за- паметяващ елемент. Входът J често се нарнча «кзчистващ» вход, а входът К — «нулиращ» вход. Входът, на който се иода- ват тантовите импулси, се означава с Т,. както н прн Г-тригернте. С входа Cd трн- герът може да бъде поста вен в изходното си положение независимо от това, какво сме подали на останалите входове. Логи- ческият символ на /-К-трнгера е показан на фиг. 3-28Н. Обикиовено електрическата схема на J-K-тригера съдържа 13 — 14 тран- зистора к 16 или 18 резистора. По начало има два вида тригерни вхо- дове — постоя ни стоков и и импулени. Не трябва да смятаме, че импулсиият вход е капацитивно евързан към останалата схема. Това е вярно за схемите, нзпълненн с дискретни елементи, но кондензаторите трудно се «впкеват» в ИС. За получаване на импулено управление се нзползуват два тригера, главен и подчинен, който се командува от главння. Този вид тригери се срещат под наименованието master-slave тригери (от master — господар, и slave- роб).
121 Логически ннтегралнн схемн Семейства логически ИС Почти всички логически ИС могат да бъдат разделени иа ияколко семейства. Всяко от тях има своите предимства и не- достатъцн и намира приложение в зависи- мости от специфнчннте иужди. Резисторно-транзисторна логика (РТЛ или RTL) Това семейство има като своя отлнчител- иа черта икономнчността. Неговото наиме- нование се определи от електрическите му схеми, тъй като те съдържат само резисто- ры и транзистори. ИС, показани на фнг. 3-29, са от този тип. Негови предимства са улеснението при конструирането на апа- ратури, конто употребяват резисторно- транзисториа логика, простого свързване към дискретии елементи и сравнително голямата скорост на работа. ИС от това се- мейство могат да нзпълняват много логи- чески функции, като технн недостатъцнса голямата чувствителноет към смущения (преходни смущения, ВЧ смущения и'др.) и сравнително ниският иоефицнент на разклонеиие по изхода (броят на входове- те, конто могат да бъдат съединенн към един изход, преди да се нарушн работата). ИС от това семейство работят със захранва що напрежение от 3,0 до 3,6 V. Диодно-транзисторна логика (ДТЛ ИЛИ DTL) ИС от това семейство са из гр а дени от диоди, резистор и и транзистори. При про- ектирането на първите DTL ИС са се нзползували разбираннята от работата с дискретни елементи, при конто диодите са по-евтини от транзисторите. За тези ИС са били необходим и две захранващи иапре- жения — с положителен и с отрицателен поляритет. При по-новите DTL ИС са взети пред вид особеностите при пронз- водството нм, като прн това са подобрей и техните работай характеристики—нама- лен е входният ток и е кеобходим само еднн захранващ източник. Предимства на тези ИС са ниската консумация, съвместнмост с TTL ИС, ниската цена, лесного проекти- ране на устройства с приложен него нм, възможността за лесно включваие към дис- кретни елементи и сравнително високият коефицнент на разклонеиие по изхода. Недостатъцнте им са ниската устойчивост на смущения, особено при подадена 1 иа входа, когато входният Импеданс е висок, изменението на иивата на задействуване с изменението на тем пер ат урата, иамаляване- то на скоростта на работа прн капацитивеи товар и по-ниската скорост в сравнение с някои друг J семейства ИС. ИС от тозн тип изискват захранващо напрежение от 5 V. Логика с висок праг иа задействуване (HTL) При ИС от това семейство имаме висока устойчивост срещу смущения. Електрн- ческите нм схеми са подобии на тези на DTL-схемите, ио на входовете са вклю- чен и ценерови диоди. Те изискват по-висо- кн захранващи иапрежения и имат по- голяма консумация. Употребяват се глав- но в апаратурн, предназначени за работа в промишленн условия, където нивото на смущеннята е високо. Преднмствата нм са високата устойчивост срещу смущения, устойчива работа в широк температурен обхват, лесио свързване към дискретни схеми, електромехаиични елементи и ли- нейнн схеми (напр. операционнн усилва- тели). HTL ИС запазват постоянни нивата си за задействуване при променн на темпе- ратурата. Недостатъци са високата цена (в сравнение с ИС от други семейства) и сравнително голямата консумация. За- хранващото напреженне при тези ИС е 15 V. Транзисторно-транзисторна логика (ТТЛ нлн TTL) Транзисторно-транзисторната логика има качества, подобии на качествата на диод- но-транзисторна логика, и се нзползува в много логически устройства. ИС от това семейство имат иай-висока сиорост на работа от ИС, в конто транзисторите рабо- тят в режим на наенщане (т- нар. наситена логика). Те могат да се разглеждат като усъвършекствувани DTL-схеми с по-голяма сиорост на работа и по-гол ям коефициент на разклонеиие на изхода. TTL ИС имат по-добра защитеност от смущения и рабо- тят по-добре при иапацитнвен товар пора- ди ннския си изходен импеданс. Те се про- извеждат в две серин — със средна скорост и с висока скорост. За повишаване на мак- енмалиата скорост се използуват различии технологии при пронзводството, като виа- сянето на примеси от злато и формнране- то на бързопревключващи диоди на Шотки върху подложката. Друго преднмство иа ИС от това семейство е, че те са съвместнми с ИС от другите семейства. Голямото им производство е довело до ниската нм цена и ш проката им у потреба. Неудобство при използуваието им е, че се изисква по-голя- мо внимание при разположеннето иа де- тайлнте и разработиата на механнчесиата коиструиция на апаратурата поради тях- иото бързодействне. Обииновено се нал ага използуваието иа фнлтриращн конденза- тори за премахване на смущеиията при
122 ПОЛУПРОВОДНИКОВИ ЕЛЕМЕНТИ преходните пронеси. TTL ИС нзнскват захранващото напрежение 5 V. Емитерно евързана логика (ECL) Елементите от това семейство имат най- високата скорост на работа. Понякога то носи наименованието токова логика. Поеледната се различена от наситената логика и донякъде прилича на никои ли- нейни схеми. При нея транзисторите не се насищат и измененнята на ннвата, необхо- днми за преминаване от едно логическо състояние в друге, са ограничен и. Поради малките промени в потенциалите и изпол- зуването на ненаситени транзистори е възможно псстигането на много голямо бързодействие. Схемите, нзползуванн на входа на ИС. представляват разновидност на диференниален усилвател и имат много по-висок входен импеданс от входния им- педанс на наситената логика. Изходните стъпала са емитерни повторители с нисък изходеи импеданс, голям коефиииент на разклонение и възможност за пряко за- хранване 1 а линия 50 fi. Недостатъци на токовата .‘(гика са голямата консумация, по-малката устойчнвост срещу смущения в сравнение с други ИС, необходимостта от съгласуващи устройства прн съвместна работа с наситена логика и намаляването на бързината при капацитивни товари- Захранващото напрежение на ИС от това семейство е — 5.2 V. ИС със структура метал—окис—полупроводник (МОП- или МOS-структура) ИС, коитр имат структура метал—окис — полупроводник (такава структура има полевият транзистор с изолиран гейт, често наричан MOS-тран зистор). намират все по-голямо приложение в електрони- ката. Най-често се използуват ИС с р- канал нлн Р-MOS ИС. Най-често по този начин се правят схеми с много еднакви въз- ли — регистри. памети с голяма вмести- мост и др. MOS-схемите НЕ, И/ИЛИ не са намерили голямо приложение поради по-малката им изходна мошност. Входният импеданс на такнва схеми е почти чисто капацнтивен (отворена верига за постоян- ння ток). Това позволява при ниски работ- ки честотн да се получи много висок коефк- циент на разклонение по изхода.Това,чееле- ментнте в MOS са симетрични (сорсът и дрейнът могат да бъдат разменени), у леей я- ва много конструктора в никои случаи. При P-MOS-технологията получаваме иай- ииската цена за 1 бит от наметите и реги- стрите, защото при нея е възможно много плътно формнране на отделимте елементи на ИС. Недостатък на това семейство е въз- можността за повреда на ИС при невнима- телна работа с нея — високото статично напрежение може да пробие тънкия окисен слой даже ако е предвидена защита на входовете. Коефицнентът на разклонение по изход е много нисък поради внеокня изходен импеданс на тези схеми. Обикнове- но при тях са необходими две захранващи напрежения. Р-MOS ИС изискват напре- жения — 13 V и —27V. MOS-структурн с допълнителиа симетрия (CMOS) При CMOS-структурите се използуват прибери с р- и п-канал, формирани на една подложка. И двата типа прибери са с индуктиран канал, т. е. напреженнето на гейта трябва да се увеличи в определена посока, за да протече ток през транзисто- ра. Само един от двата транзистора, вклю- ченн в дадено звено, е отлушен във всеки един момент. Това води до изключително малка консумация — мощност е необхо- дима само прн превключване на транзисто- ра през линейната му облает и за зарежда- не и разреждане на кондензаторите. Пре- димствата на ИС от това семейство са мал- ката консумация, добрата устойчивост срещу смущения, възможиостта за работа със захранващи напрежения. конто могат да се изменят в широк обхват, високият коефициент на разклонение по изход при работа с други CMOS-елементн и възмож- ност за работа при различии температу- ри. Недостатъците им са ограничените възможности за съвместна работа с полу- провод никови елементи от друг тип поради високия изходен импеданс, както и сравни- телно високата им цена. Захранващото им напрежение може да е от 1,5 до 16 V, като иоминалното е 10 V. Групи в семействата ИС Най-често употребяваните логически ИС се разделят на няколко групн в зависи- мсст от предназначението си — дали са бързодействуващи, със средня или малка рабстна скорост (псследните се характери»- зират с малка консумация). Групата пр» TTL ИС се определят от буквата, която следва след наименованието: S означава бързодействуващи схеми, в конто са упо- требени диоди на Шотки, Н-ИС със средиа консумация. L-ИС с_ малка конс\'мация. Все още ИС от семейството на ECL-ло- гиката нямат толкова проста система за означава не на отдел ните групи. Обикно- вено производится ите ги групират по времето на закъснение на сигнала. пара>- метър, който дава представа за макенмал- ната работна скорост иа ИС. Например
1’23 Логически интегралнк схеми фнрмата Моторола означава своите ИС с време иа закъспение на сигнала 8 ns с MECL. MECL 11 означава време иа закъсненне 4 ns, MECL 10 000 — 2ns, а MECL Ш — 1,1 ns. Прн време на закъсне- ине на сигнала 1 ns е възможна^ работа на честота 300 MHz. Специални логически ИС За да могат да се решат някои задачи, се про из вежда т ИС със специфично при- ложение. Като пример може да послужи интегралната схема U6B95H9059X, коя- то е делител на 10, работещ иа честоти до 320 MHz, който се нзползува за разширя- ване на възможностите за измерване на внсоки честоти на цифровнте честотомери. Тази ИС може да работи при нискн вход- ни нива — обикиовено около 100 mV на честота 150 MHz. Големи MOS интегралам схеми се из- ползуват в случаи, когато е необходимо да се запазят логически условия. Такива ИС се наричат намети. Условията севлагат в паметта при т. нар. програмиране. Някои намети могат да се програмират само веднъж и се наричат ROM (от Read-Only Me- mory = памет само за прочитане). От ROM информанията може да се вземе само в последователността, в която е записана*.* докато от друг тип памет — R4M, тя може да се нзползува на части (Random-Access Memory = памет с произволен достъп). И двата типа намети се произвеждат и във вариант, нозволяващ да се измени ннфор- мацията, запазена в паметта. В такъв случай те носят наименованията PROM' к PRAM съответно. Големи ИС-памети се нзползуват често* за предаване и преобразуване на кодове. Например ИС може да се програмира така, че да преобразува телетипния код, който има 5 нива, в код ASCII, използуван* в електронноизчислнтелните машини, кой- то има 8 нива. Про из вежда се ИС, конто генерира вснчките 56 знака на тозн код. Също така се произвеждат ИС, конто гене- рират букви н цифри по начин, който поз- волява прякото им наблюдаване на екрана на осцплоскоп. ДРУГИ ПОЛУПРОВОДНИКОВИ ЕЛЕМЕНТИ Еднопреходен транзистор* Еднопреходните транзистори (наричани и двубазовн диоди) се употребяват в люби* телепата практика за генератори за кон- трол, генератори на трионообразно напре- женне, импулени генератори и релета за време. Еднопреходният транзистор представ- лява една призмичка от п-силиннй, иа който са нанесены два омически контакта- на двата противоположив края. Между тях върху призмнчката е нанесен изправи- телен контакт. Единият от двата омически- •unijunction transistor (UJT) {(енгл.). Тиристор itsveo/v 4700 (Е) Фиг. 3-30 — На (В) и (С> са показани озн а ченията за еднопреходен транзи- стор и тиристор. За от- пушваие иа тиристора* меже да ее нзползува ифонова лампа (D). За. еъщата цел може да се нзползува и еднопрехо- ден транзистор (Е)
424 ПОЛУПРОВОДНИКОВИ ЕЛЕМЕНТИ 'контакта, нар мчан база 1 (В1), се заземя- |ва, а на другия, база 2 (В2), се подава по- ложително напрежение. Когато на из пра- вители ия контакт, нлн емитерв, се подаде •отпушващо напрежение, през него про- тича той и това довежда до протичането иа той и през елемента. Означението на едноп реход и ня транзистор иа електриче- •скнте схемн е показано на фиг. З-ЗОС. Тнпнчнн приложения са показами на фиг. 3-10. Тнристорн Тиристорът е нзправител с четнрн полу- проводников и слоя (р-п-р-п нлн п-р-п-р) и три извода. Трите извода се нарнчат анод, катод и управляващ електрод — фиг. 3-28В. Разликата между тиристора и полупро- водннковня диод е, че през тиристора не протнча той, пред и напреженнето между анода и катода му да превиши определена 'граница. Тазн стойност се променя при промина на тока през управляващня елек- трод. Когато токът се увеличава, мапреже- нието, при което тиристорът започва да пропусиа ток в права посока, се намалява. След като тиристорът се е отпушнл, управ- ляващнят електрод загубва влиянието си върху работата му н той работи като обик- новен силицнев диод с малко съпротивле- нне в права посока. Управляващнят елек- трод отново възвръща своята роля, след иато токът през тиристора е спрял да тече — например през отрицателната полувълна иа подаденото за нзправяне променливо напреженне. Тнрнсторите намнрат широко приложе- ние във веригн за регулнране иа мощност- та и в релета за време. Те се пронзвеждат за работа при различии напреження и мощности. Фнг. 3-31 — На (А) е показано означе- нието за триак. Той може да бъде раз- глеждан като елемеит, съставен от два ти- ристора, свързаии така, че да работят като триаи, който може да пропуска ток и през двата полупериода (В) Трнак Трнакът, който е подобен на тиристора, има три извода — на двата регулнращи елек- трода (1 и 2) и на управляващня елек- трод. Неговата работа е същата, както ра- ботата на тиристора, но той работи и при двете полувълин на променлнвото напре- жение. Както беше споменато по-горе, тиристорът пропуска ток само по време на единия полупериод. Затова, когато се нзползува например тиристор за регул Ира- не на скоростта на въртене на двнгател. двигателят ие може да достигне максимал- ните си обороти. Триакът може да пропуска ток и през двата полупериода и затова се предпочита при разработиата на много ре- гулаторнн веригн. Той може да бъде раз- глеждаи като елемент, в който два тири- стора са включен и па рал ел но и с обратна полярност. както е показано на фиг. 3-31. Пример за регулаторна скоростта на дви. гател, прн който се нзползува триак, е разгледан в главата зв конструкторската работа. ОПЕРАЦИОННИ УСИЛВАТЕЛИ Първнте аналоговн електронноизчислн- телнн машнни нзползуваха усилватели, конто пэлучнха нмето операционни усил- ватели. Те могат да бъдат както ламповн, тана и траизисторнн, а също така могат да бъдат нзпълнени като хнбридни или мо- нолитни ИС. В момента последннте са иай- «пнроко разпространеният вид операцион- ни усилватели. Тяхната цена е сравнително и йена и те могат да се използуват прн кои- струираието на много апаратури. Операционният усилвател е многостъпа- .лен постояниотоков линеен усилвател, който в идеалиия случай трябва да има безкрайно голям входен импеданс и без- крайно голямо усилване. Това еневъз- можио и обниновено операционните усил- ватели имат усилване около 100 000 пъти. Входният импеданс иа операционните усил- ватели с полеви транзистори на входа е толкова голям, че входният нм ток се из- мерва в рА (ррА). Усилване » обратим връзки Електрическата схема на разпростране- иия операционен усилвател рА 741, който се произвежда от мн ого фирм и, е показана
Операционки усилватели 125. Фиг. 3-32—[Електрнческа схема wafоперациоииия усилвател рА741 иа фиг. 3-32.1 Той[ има два входа, като еди- иият е допълващТ или обратен на другня, Усилвател с два такива входа е известен като дифереицналеи усилвател, Ахо на неинвертнращня (+) вход се подаде малио положигелио напрежение, напрежеиието* на изхода ще бъде положително. Същото положителио иапрежеиие, лодадеио на ннвертиращня’(—)вход, щедоведе до полу- чававето на отрицателно напрежение на, Инбсртирящ уси/&т& Итнбертирац усилвател (В) Ем>х. Суматор дшрервнциращ усилбател Побторител на напремте - W у фнг. 3-33 — Основни наииим на свързване на операционни уснлвателг
126 ПОЛУПРОВОДНИКОВИ ЕЛЕМЕНТИ изхода. Едно и също напрежение, подадеио едновременно на двата входа, няма да предизвика промяна на напреженнето на язхода. Прн т. нар. диферекциално евър- зване се използуват и двата входа, но прн подаване на напрежение само на единияот входовете другият трябва да бъде заземен. Практически изходното' напрежение не е точно нула при двата входа, дадени на земя. Полученото в такъв случай нзходно -напрежение се нарнча изместване и никои операционнн усилвателн имат възможност за включване на външен регулятор, който «омпенсира това напрежение, като пода- ва преднапреженне на входните транзи- стори. Тези изводи за |лА741 са показани «а фнг. 3-32. Операционните усилвателн -се произвеждат в различии корпуси, а раз положен ието на изводите им се дава в техните данни. Обикновено те са различии, аио един операцнонен усилвател се произ- вежда в различии нзпълнения. Максималното усилваие на операцнон- ния усилвател обикновено не се използува. Както е показано на фнг. 3-33А и В, обик- новено се прилага отрнцателна обратна връзка. Чрез включване на съпротивител- ния делител 7?0 —Ri част от изходното на- прежение се подава на инвертиращия вход. Усилването е равно на сумата на Ro и Ri, разделена на стойността на Ri. По подобен начин може да се приложи отрнца- телна обратна връзка и ако сигналът се подава на неинвертиращия вход. На из- хода на суматора (фиг. 3-33Q се получава напрежение, равно ка сумата иа входните напрежения, умножена по усилването на юперацнонния усилвател. Тази схема се използува често в НЧ смесители. На фиг. 3-33 D е показана схема, при която изходно- то напрежение е равно на входного. Прн това товарът може да черпи сравните л но толям ток. докато входният ток е пренебре- жимо малък. Изходното напрежение следва измен ей нята на входного напрежение поч- ти нап'влно. Напреженнето на изхода на диференцнращия усилвател е прэпорционал- но на скоростта на изменение на входного напрежение, докато нитегриращият усил- вател (фнг. 3-33 F) усреднява нивото на •напреженнето, ако то се измени за кратки перноди. Диференцнално евързване на опе- рационен усилвател е показано на фнг. 3-33 G. Стабилност на работата на операционните усилвателн Операционните усилватели са елементи •с почти равномерна честотна характеристи- ка от 0 Hz до честотн от порядъка на ня- олко MHz. Затова прн тях много лесно еже да се получи самовъзбуждане. При разполагане на уснлвателите в апаратура- та изходите им трябва да са добре отделе- ни от входовете. Входните им изводи тряб- ва да имат минималната възможна дължи- на. Проводиицнте на захранването трябва да бъдат филтрувани с кондензаторн с капацитет от 0,01 до 0,1 цЕ С увелнчава- нето на честотата фазового изместване, вна- сяно от отделните стъпала, се увеличава. Ако фазового изместване в усилвателя достигне 180°, предн усилването да е спаднало на единица, усилвателят става нестабилен. Такива операционнн усилва- тели, например рА 709 от фиг. 3-34А, изискват включването на външна кориги- раща верига, R1 —С1, която намалява усилването прн високи честоти. При дру- ги, като рА 741 от фнг. 3-34В, тази корн- гираща верига е включена в интегралната схема, затова осигуряването иа стабнлност- та не изисква включване на външни еле- менти. Приложения Повечето операционнн усилвателн с ИС нзнскват захранващи напрежения от +5 до +15 V и от —5 до —15V. Практически схеми на НЧ усилвател и на НЧ смеснтел са дадени съответно на фнг. 3-34А и В. Изискването за две захранващи напреже- ння може да се преодолев в любителски условия, като се използува съпротивите- лен делител, както е показано на фнг. 3-34С. Ако усилвателят ще се използува като ограничител, например във входного стъ- пало на демодулатор за телетип, е необ- ходимо да се предвиди регулИране на из- ходното напрежение без сигнал, за да се получи еднакво ограничаваие за положи- телните и отрицателните пнкове (фиг. 3-34 D). Друго често срещано приложение на опе- рационните усилвателн е в компаратора — фиг. 3-34Е. При него получаваме индика- ция за наличието на разлика между вход- ного напрежение и определено еталонно напрежение. Напреженнето на изхода се измен я от максималното положително до максималното отрицателно напрежение, ако входного напрежение превиши еталон- ното (напреженнето е нула, ако еталонно- то напрежение е 0 V). Произвеждат се много операционнн усилвателн, предна- значени специално за употреба к’ато компа- раторн. Често те се използуват за връзка между линей ни и логически схеми. Опе- рационните усилвателн често намират при- ложение в активните филтри, при конто с използуване на /?С-елементи се получават НЧ, ВЧ и лентовн филтри. Една проста схема RC-филтър, настроен на 1200 Hz, е дадена на фнг. 3-34Е Тя има нисък екви-
Операционни усилватели 127 Фиг/3-34 — Типичен примеря за употре- ба на операционни усилватели. Показаните номера на изводите съответствуват на усилватели, нзпълнени в^ корпус ТО-99 валентен С*-фактор’ й'е подходяща за из- ползуване в телеграфен приемник. Усил- ването прн резонанс елприблизително 40_пътн. ТАБЛИЦА^ А СЪКРАЩЕНИЯТА, ИЗПОЛЗУВАНИ ПРИ РАБОТА С ТРАНЗИСТОРИ 19 Съкращения, използуванн при работа с биполярни транзистори Си» — входен капацитет прн нзход на п р азен ход (схема ОБ) Cleo — входен капацитет прн нзход на празен ход (схема ОЕ) СоЪо — нзходен капацитет при вход на празен ход (схема ОБ) Смо — нзходен капацитет при вход на празен ход (схема ОЕ) Fa — гранична честота Ft — транзитка честота (честотата, за иоято уснлването при малки сигнали се апроксимира с 1 за схема ОЕ) — стръмност иа транзистора при малкн сигналя (схема ОЕ) hPB — статичен коефицнент на пре- даване по ток (схема ОБ) fab — коефнциент на предаване по ток при малки сигнали (схема ОБ) при изход накъсо /iFE — статичен коефициент на предава- не по ток (схема ОЕ) fae — коефициент на предаване по ток прн малки сигналн (схема ОЕ) прн иЗход накъсо hIE — статично входно съпротивленне (схема ОЕ) /tie — входно съпротивленне при малък сигнал и изход накъсо (схема ОЕ) /|, — ток на базата
128 ПОЛУПРОВОДНИКОВИ ЕЛЕМЕНТИ /0 — ток иа коле кто р а /сво — обратен ток на колектора прн отворен емитер (СЕО — обратен ток и а колектора при отворена база /Е — ток на емитера Рсе — обща правотокова (или средн а) мощност, подадеиа на иолекто- ра (схема ОЕ) Рое — нзходна мощност при голям сиг- нал (схема ОЕ) Rl, R7 — товарно съпротивление ₽S, RT — съпротивление на източнниа Увв, —напрежение за захранваие йа базата Увс, t/BC — напрежение база-кол ектор УВЕ, ^ве— иапрежеиие база-емитер Усв, Ус* — напрежение колектор-база Усво* ^сво — напрежение колеКтор-база при отворен емитер Усс, Е„ — иапрежеиие за захраиване на колекторинте вериги УСЕ, 1/сЕ — напрежение колектор-емитер Усео. t/CEO — иапрежеиие колектор-емитер прн отворена база VcEtat)’ ^CE(sit) ~ иапрежеиие иолектор- емитер при наСитби тран- зистор | УЕВ. t^EB — иапрежеиие емнтер-база Уево«^ево — напрежение емитер-база прн отворен колектор Уее. Е* — напрежение за захраиване на емитерните вериги Yfe — стръмност на транзистора (схе- ма ОЕ) —• входиа комплексна проводимост (схема ОЕ) У,* — изходна комплексна проводимост (схема ОЕ) Съкращення, използувани при работа с полеви транзистори А — усилване по иапрежеиие Сс — собствен капацитет на канала Сд, — иапацнтет дрейн-сорс (включи* тел но капацитета д рейн-корпус н капацитета между изводи- те— приблизите л но IpF) С,4 — капацитет гейт-дрейн (вкл. 0,1 pF капацитет между изводите) CgS — капацитет гейт-сорс (получава се от капацитета между изводите и корпуса) CjM — входен капацитет при малък енгнал и нзход накъсо Спя — капацитет нзход—вход при малък сигнал и вход накъсо gfa — стръмност на транзистора gk. — входиа проводимост — нзходна проводимост /d — ток на дреЙна 1 ток ДРейн-сорс прн запушен тран- DS(OFF> знстор /css — ток на гейта гс — ефективно последователио съпро- тивление иа гейта rDS(ON) — съпротивление дрейн-сорс при отпушеи Транзистор Zgd — ток гейт-дрейн Гп, — ток гейт-сорс Vdb, Udb— напрежение дрейи-подложка yos,€/ns— иапрежеиие дрейн-сорс Усв.^св— постоянно напрежение гейт-под- ложка VosJUcs— върхово напрежение гейт-сорс VgS(off), 1/gs<off)— напрежен>цЦ гейт-сорс за запушваие на транзистора Yt* — комплексна стръмност иа тран- зисторам^ Y,* — изходна комплексна проводимост Уе-Ут — комплексна проводимост и» то- вара
ГЛАВА 4 МРЕЖОВИ ТОКОЗАХРАНВАЩИ УСТРОЙСТВА Необходимата за работата на радиолю- бителската апаратура мощност обнкнове- ло се взема от електрическата мрежа — попе в случайте, когато такава мрежа е палице. При портативните апаратури пър- вичен източиик на електроенергия са обикновено акумулатории батерии. Високото постоянно напрежение, необ- ходимо за анодите на електронните лампи в приемниците и предавателите, се полу- чава от мрежата, като се използуват транс- форматор, изправител и филтър. Транс- форматоры* променя мрежовото напреже- ние в напрежение със стойиост, подходяща за използуване в апаратурата, и изправи- телят го преобразува в пулсиращ постоя- нен ток. Фнлтърът намалява пулсациите до иеобходимото ннво и може да има както капацитивен, така и индуктивен вход в зависимост от това. дали първият елемент на филтъра с паралелсн кондензатор или последователен дросел. За да се избегне брумът, е необходимо захранващото наире- жение иа приемниците, НЧ уснлвателите. модулаторите и предавателите да бъде въз- можно иан-добре филтри райо. За да бъдат спазенн изнскваиията на правили ините, е необходимо захранвансто на предавате- лите да няма вулсации. Ако е необходимо захранващото напрежение да бъде постоян- но по стойност, независимо от измененията на мрежата и товара след филтъра трябва да се включи стабилизатор. Ако за захранване се използуват акуму- латори, постояиникт ток се изменя в про- менлив и след това се подава на трансфор- матора, изправителк и филтъра. този тип захранващи устройства се разглеждат по- подробно в глава 9. За захранване на инднректни отопления се използува променлив или постоянен ток; при днректно отопляваните катоди иа мотните електроиии лампи (нзползуванн във ВЧ и НЧ усилвателн иа мощиост) също може да се употребява постоянен илн променлив ток. На инднректните отопления на маломощни лампи трябва да се подава постоянен ток, за да се избегне нежела- ният бру.м. Понякога се използува безтрансформа- торпо токозахрапване (например при никои ъелевизори). Те са пряко свързани с мре- жата и шасито или общнят проводник на апаратурата се оказва съедииен с единия полюс на мрежата. Такова токозахранване създава изключнтелно голима опасиост от токов удар, ако устройството е съедиие- но с другата апаратура па любителската станция или ако шасито е открнто. Жела- телно е в такъв случай да се използува раз- делителен трансформатор, за да се оСИН'он безопасиост при работа на станцията. ЗАХРАНВЛЩА ЛИНИЯ Свързване към мрежата В повечето домашни електросистеми" ст външната линия към разпределителнсто табло отиват три, а в някои случаи два проводника. В първкя случай третият про- водник е неутрален и се заземява. Напреже- it мето между другите два проводника е около 230 V, като половината ст това на- прежение (115 V) съществува между всеки от тези проводннци и земя. както е показано на фиг. 4-1А. Електричсските потребители в дома сбикновеио се разпределят така, че патоварвапето на двете части иа вери- гата да бъде еднакво. При мощиите коису- маторн — например електрнческите печки и нагреватели, в повечето случаи е пред- видело захранване с напрежение 230 V и 9 Наръчпнк на радиолюбителя те се кключват между двата незаземеви проводника В технитс вериги трябва да се включат предпазители, докато във ве- рнгата на неутралння проводник такъв нккога не трябва да се включва. Прнчина- та за това е, че преиъсването му не из- ключва апаратурата. Тя се оказва вклю- чена последователно с апаратурата в другого рано на инсталацията, както е показано на фиг. 4-IB. Напреженнето 230 V в тези случаи се разпределя между торарите пропорштскалмо иа съпротивле- иията нм. Ако те ие са равни, напреже- писго върху един ня товар ще е под номи- налисто, а другнят ще бъде претоварен Домашната електрнческа мрежа обик- новено е оразмереиа за общ ток 15 А. Няма ла е чудно, ако се окяже, че токът, копсу-
130 МРЕЖОВИ ТОКОЗАХРАНВАЩИ УСТРОЙСТВА (А) tlecenocma&l пявалааким или щмк*с<т Фнг. 4-1 — Тркпроводни инсталации. (Л) — обикновсиа тркпроводиа Инстала- цня- Не трябва да се включва предпазител в общня проводник. (В) — схема, показва- ща, че ключът. свързан в общня проводник, не премахва напреженнето между двата други проводника. (С) — одновременно свързване иа трансформатори за 115 и 230 V. (В) — включване на трансформатор за 115 V към 230 V, с което се нзбягва мигането на осветителните лампи. TI е понижаващ трансформатор с преводно отношение 2:1 мирам от предавателя, приемника и допъл- нителната апаратура, надвишава тази стой- иост. Трябва да се има пред вид. че от същия източник се захранват и другите домашни електрически уреди. Поради това и за да се намали мигането на електричес- ките лампн при натискане на ключа на станнията, е необходимо да се прекарат отделяй проводници за захранване иа стан- цията, ако това е възможно (ладане на напреженнето с три вол та предизвиква забележимо мигане на лампите). Ако инсталацията е трипроводна, с напрежение 230 V, е необходимо към пре- караните до станцията три проводника да се р азпредел и товарът възможно най- равномерно, за да се запази симетрията на инсталацията. Напрежеиието върху постоянен товар в едното рамо се увелича- ва при увеличаване на тока през товара в другото рамо Величнната, с която то нараства, зависи от съпротивлението на неутралния проводник. Ако то е малко, нарастването също ще бъде малко. Ако през двата товара тече едиакъв ток, през неут- ралния проводник не протича ток и систе- мата има максимален к. п. д. Мигането на лампите може да се намали, ако за захранване на стъпалата, в конто се манипулнра, се използуват трансформато- ри с първична намотка, включена на 230 V, между двата активни проводника, без съединение към земя, както е показано на фиг. 4-IC. Същият ефект може да се по- стигне, ако се нзползува понижаващ транс- форматор с първична камотка, ©размерена за 230 V. и вторична намотка за 115 V. От нея може да се захранва обикновен трансформатор с първична намотка за 115 V (фиг. 4-1D), При монтирането на отделиа силнотоко- ва инсталация е необходимо да се слазят изискванията към такива инсталации. В никои случаи монтажът трябва да бъде извършеи от електротехник. Понякога про- водниците на тази инсталация завършват на превключвател (шалтер), докато други любители използуват контакти за голяма мощиост. Захранването се нодава на отдел- ните апаратури чрез обнкновена електрн- ческа инсталация с контакти, монтирани на удобнк места. Във всички вериги трябва да има включен и подходяще оразмерени предпазител и. Свързване към мрежата с трнпроводеи кабел За да бъдат спазени изискванията за безопасност, електрическите инструменти, уреди и много слектропни апаратури се произвеждат с трипроводен мрежов кабел. Два от проводниците служат за захранва- не на устройството, а третият е съединен с корпуса му. При включване в съётветния контакт щепселът с три извода включва третий проводник към земя и заземява корпуса иа уреда, като предотвратява възможност- та за електрически удар. Всички фабрични електронноизмервателни уреди, както и повечето от любителските приемницн и предаватели, захранванн от мрежата, имат мрежови кабели от описания тип. За да се използуват техните преимущества, е необ- ходимо да се уверим в наличието иасигурно заземяване на контакта. Предпазител и Всички първични намотки на трансфор- маторите трябва да се евързват към мре- жата през подходяще оразмерени предпа- зител и. За да се определи максималният ток, по който трябва да се избере предпа- зителят, е необходимо да се умножат по- отделно токовете, консумирани от всички
Захранваща линия 131 тпрансф 115VZ (В) Фиг 4-2 — Два начина за’измен я не на напрежеиието, подавало иа първичната намотка на трансформатор. Може да се нзползува маломощен трансформатор, кой- то е евързан така, че да се увеличава или намалява подаваното на < първнчната иа- мотка напрежение (А). На (В) е показан регулнращ автотрансформатор, от който се захранва първичната намотка вериги на захранваието, по напреженнята, при конто се получават тези токове. Включ- ва се и токът, консумиран от разрядимте съпротивлеиия и съпротивителните дели- тели. Ако имаме включен и последователио няколко резистора, е необходимо да вземем за изчисленията напрежеиието на източ- ника. Ако от трансформатора се взема на- прежение за отопление на лампи, мощност- та на отопленията се прибавя към сумата иа отделяйте произведения. Сумата от вснчки мощности се разделя на стойността иа мрежовото напрежение и се умножава по 1,1 или 1,2. Нзползува се предпазител, ©размерен за ток, имащ яай-блнзката по- голяма стандартна стойност от получената стойност за тока Регул Иране на мрежовото напрежение Измененията на мрежовото напреже- иие могат понякога да нарушат правилна- та работа на апаратурата. Причина за това са обикиовено промените в натоварва- ието на мрежата. Компенсирането на изме- нения от такъв характер може да стане посредством ръчен регулатор назахранва- щото напрежение, понеже измененията настъпват обикиовено в определени часове иа денонощието, например вечер, когато се включва осветлението. Проста схема па такъв регулатор е дадена на фиг. 4-2А. Трансформаторът се нзползува за «повди- гаие» иа мрежовоте иапрежеиие при нужда. Напрежеиието на вторичната иамотка тряб- ва да се измени между 6 и 20 V, през 2 или 3 V, като тя трябва да издържа тока на товара. Напрежеиието, получено върху вторнч- ната намотка, е евързано последователио с напрежеиието на мрежата и ако намотките са евързанн правили©, иапрежението, по- давай© на товара, може да се поддържа 115 V чрез поставяне на превключвателя в необходимого положение. Ако намотките са евързани грешно, напрежеиието ще се намалява, вместо да се увеличава. Такова свързване може да се нзползува в райони, където напрежеиието на мрежата е над 115 V. То е за предпочитане пред използу- ването на последователио съпротивление, защото по-малко влоифва стабилността на напрежеиието. На фиг. 4-2В е показан начинът на у потреба на регулнращ авто- трансформатор за ръчно поддържане на постоянно захранващо напрежение. Ферорезоиансни стабилизатори В случайте, когато е необходимо под- държането на постоянно по стойност за- хранващо напрежение при изменящо се мрежово напрежение, може да се използу- ват сравннтелно скъпите ферорезоиансни стабилизатори. Това са трансформатори, чнето стабилизиращо действие се основана на ферорезонанса. В тях не се нзползуват лампи и движещи се части и няма нужда от ръчно регулиране. Консумнраната мощ- ност от вторичната нм намотка може да е от I VA при 5 V до няколко хиляди VA прк 115 или 230 V. При изменяне на вход- ного напрежение с ±15% изходното се измеия с по-малко от 1%. Мерки за безопасиост Всички проводники на ннсталанията трябва да минават през един общ изключва- тел, за да можем при нужда бързо да нз- ключнм напрежеиието, преди да се е по- вредила апаратурата или в случай на не- щастие Пружиниращите конта кти и реле- тата не са дсстатъчно надеждни за това. На фиг. 4-3 са показани сигурни схемн, конто позволяват изключването на захран- ването па предавателя и останалата апара- тура. Схемите иа фнг. 4-ЗА и В са подобии, но едната е за двупроводна (115 V) инстала- цня, а втората е за инсталания с напреже- ние 230 V и прн проводника.5 е затворен двуполюсен изключвател от типа, който се нзползува в електрическите табла на до- ма шните инсталации. J е стандартен мре- жов контакт, а Р е щепсел, даден накъсо. Изключвателят трябва да се монтнра на
132 МРЕЖОВИ ТОКОЗАХРАНВАЩИ УСТРОЙСТВА Фиг 4-3 — Схеми за надеждно изключва- не на напрежеиието, захранващо предаиа- теля. S е закрит двуполюсеи преиъсвач, J е стандартен мрежов контакт, Р е за- късен щепсел, ale червеиа лампа. Схемата на (А) се нзползува за 115 V инсталация, (В) — за трнпроводна 230 V инсталация, а (С) е опростена схема за за- хранване на маломощни станции видно място н живеещите в дома трябва да са запознати с ролята .му и с начина па употреба. I е червена лампа, монтираиа до нзключвателя. Нейното предназначение е не толкова да показва дали захранваието е включено, а да цомогне за бързото нами- раие па нзключвателя, ако се наложи бър- зо да се прекъсне веригата. Контактът J се монтнра на скрито място, където тон ияма да представлява нримам- ка за децата. Закъсеиият щепсел се изваж- да от него, когато се работи по апаратура- та, и има опасност, че някои може случай- но да включи захранваието. Ако щепсе- лът се носи от оператора, когато ие е в жнлището, може да ее избягнат пещастни случаи, повреди в апаратурата или по- жарн. причинени от подобно включване. Изключителпо важно еконтактът дабъде в незаземения проводник на веригата. При работа с малки мощности и при лип- са на с игу реи ключ закъсеиият щепсел може да се нзползува като прекъсвач на захраиването. В такъв случаи контакты трябва да се вижда добре и ла бъде означен със сигиална лампа. Мястото. където се правят опити и и.ч- мервания, трябва да се захраива илн от общия прекъсвач, или от отделка подобна инсталация, ако то се намира далеч от стаи- цнята. На изхода на високоволтовите изправи- тели на предавателя трябва да се включат разрядки резисторн, за да могат да се раз- реждат фнлтровите кондензатори след из- ключване на аиаратурат.. СИЛОВИ ТРАНСФОРМАТОРИ Изходно напрежение Нзходното напрежение на трансформато- ра за високо напрежение се определи от необходимого постоянно напрежение на товара и от вида на фнлтъра. Необходимого ефективио напрежение на вторичиата намотка (или иа половината й при днупътно из правя не) при индуктивен Фиг. 4-4—Схема, на която са показани напрежителиите падове, конто трябва да се имат пред ввд при определяне на на- прсжепието на вторичиата иамотка вход иа фнлтъра (фиг. 4-4) сс получава от формулата Ет«1.Ц£04-/(^4 където Ео е необходимого изходно напреже- ние (V). / е токът на товара, включващ тока през разрядвия резистор (A), Ri и Rz са постоякиотоковите съпротивления на дроселите и Rs е сумарното съпротив- леиие на трансформатора (приведено към вторичиата намотка) и съпротнвлеиието на диода (Q). £Т е ефективното напрежение на празен ход (V). Необходимого напрежение па вторнчната намотка иа трансформатора за получаване на определено изходно напрежение при филтър с капацитивеи вход може да се начисли по фиг. 4-5.
Силови трансформаторн 133 Фиг. 4-5 — Изходното напрежение на двупътен изправител като функ- ция на капацитета на филтровня кондензатор и съпротквлеиието на то- вара. Кяе сумата на съ- противлеинето на навив- ките иа трансформатора и съпротивлението на дио- дите в права посока. Приизчисленията съпро- тивленията са в омове, а капацитетите — в мик- рофаради Пример: Необходимо изходно напрежение — 25V Ток през товара — 0.5 А Входен капацитет ка филтъра — 1000 цР Съпротивление на трансформатора н диода — 5ft 25 Товарно съпротивление —^-=502 «7=50X1000=50000 Яв/Я=5/50=0.1 От фиг- 4-5 отчитаме, че отношеиието на изходно- то напрежение към напреженнето на вторичиата на- мотка на трансформатора е 1,07. Необходимого напрежение ка натоварената вторич- на намотка е р £Рс+/хДя 23+0,5 X 5 = АС= 1.07 1.07 1АИ където 1 е токът през товара, А На разделената на две вторична намотка трябва да получим 51,4 V. Иа практика може да се използува трансформатор с вторична намотка за напрежение от 50 до 55 V. Ако на входа на филтъра има вклю- чен и последователно няколко др осела, общото нм постояинотоково съпротнвде- ление се прибавя към Я s» вреди сумата да се у множ и по тока през товара. Мощиост на трансформатора Мощността . за която се нзчислява транс- форматоры*, зависи от вида на нзползувания филтър (с капацитивен или с индуктивен вход) и от вида на нзправителя. Нагрнва- нето на вторичиата намотка е по-гол нм о. ако се използува филтър с капацитивен вход, защото тогава отношеиието между макснмалния и средний ток е по-голямо. Мощността на вторичиата намотка на транс- форматора може да се изчисли по следната формула, ако индуктивността на входния дросел при използуване на филтър с индук- тивен вход е по-голяма от критичната: 0.707ХД при двупътен изправител УЛц=« —> „ E-f при мостов изправител УЛц=-^000, къде то Е е напреженнето на цялата вто- рична намотка (общото напрежение на- двете й половики при двупътния нзправи- тел). а I е изходкият ток (токът през това- ра и токът през разрядния резистор mA). Мощността, за която трябва да се изчисли първичиата намотка на трансформатора, трябва да е малко по-голяма поради загу- бите му Резерв ни трансформаторн от радиоприемници и телевизори Маломощните трансформаторн, конто се продават като резервни части за радио- приемники и телевизори, обикновено са начислен и за продъл жители а работа с филтрн с капацитивен вход. Тъй като кон- сумацията на любителските предаватели е голяма само в кратките, няколкомниутнн периоди на предаване, последванн от паузи, в конто консумацнята е малка, тезн транс- форматорн могат да бъдат претоварванн за известно време, без да има опасност от загряването им Ако фнлтърът пи е с капацитивен вход, можем да консумираме мощност, с 20—30% по-голяма от тази, за която е бил предви- ден траисформ аторът. Ако фнлтърът е с индуктивен вход, това превншаваие може да е около 50%. Изходното напрежение ще бъде почти двойпо по-високо, ако вместо
134 МРЕЖОВИ ТОКОЗАХРАНВАЩИ УСТРОЙСТВА двупътен се употреби мостов направите л. При това може да се консумира номинал- ният ток на трансформатора (ако се за- хранва любителе к и предавател) и следова- телио от него можем да получим два пъти по-голяма мощност от мощността,за която е оразмерен. Разбира се, казаиото по-горе не се отна- ся за резервните трансформатор и за люби- телски предаватели, при конструирането на конто горните соображения са били взети пред вид. Пренавиваие иа силови трансформатори Въпреки че иавиването на нов силов трансформатор е доста трудна работа за изпълненне в любителски условия, често се практикува иавиването иа нови вторич- ии намотки за получаване иа напрежение за захранвапе на отоплителни вериги илн на полупроводннковн елементи. При това навнвките са малко на брой и се навнват от сравнително дебел проводник, което улеснява работата. Силов трансформатор от радиоприемник с изгоряла вторична намотка нли трансформатор от поиредей телевизор могат да бъдат използувани, без да се влагат много усилия и средства. Трансформаторите на телевнзорите (на- пример с екран 47 ст) са в състояннеда дават 350—450 W при непрекъелата ра- бота. При захранване на любителска радио- станция натоварването не е непрекъснато и консумацията може да бъде увеличена с 40—50%, без да има опасност от претовар- ване. Оеченив на сърцебинатпа. = оейелината х щирочинатпа й Фнг. 4-6 — Разрез на силов трансформа- тор. Произведението на височината и ши- рочината иа средната част иа трансформа- торн ия пакет дава стойността, която се нзползува при употреба на графиката иа фиг. 4-7 Фнг. 4-7*— Мощиост на силов трансформа- тор в зависимост от сечението иа желязна- та сърцевииа За определяне на мощността на транс- форматора могат да се употребят фабрич- ните данни или тя може да бъде определена приблизително от сеченнето иа сърцевина- та, върху която са навити иавивките. На фиг. 4-6 е показано как се определи се- чен кето, а на фнг. 4-7 е дадена зависимо ст- та между него и мощността ла трансформа- тора. Изводите на намотките трябва да бъдат озиачени, преди да се отделят от планката с нзводните коитакти. При разглобяването на сърцевината трябва да се обърне внима- ние иа начина иа иареждането й, за да може да бъде сглобена по същия начин При повечето трансформатори вторичната намотка е навита върху първичната, но при някои трансформатори редът на нави- ването е обратен. Ако вторичните намотки са от вътрешната страна, иавивките могат да бъдат махнати след разглобяване на макаричката. Трябва внимателно да пребронм иавив- ките иа никоя иамотка, която дава Добре известно напрежение. Това ще ни позволи да определим броя на иавивките за I V, а оттам — броя на навнвките иа Новите намотки — например, ако старата намот- ка сдавала 5 V и е съдържала 15 навивки, ще получим 15/5=3 навквки иа волт. Ако новата намотка трябва да дава 18 V, тя ще има 18x3—54 навивки. Сеченнето на проводника, с който е навита намотката, определя мощността, която ще се разсейва върху нея по време на работа. Прн много високи изисквання за сигуриост може да се приеме, че е доста- тъчно сечение 1 mm2 за 1,5 А ток през намотката. Обикиовено използуваннят в любителските апаратурн коефициент с 2,5 А/mm8. Колкото е по-голямо сеченнето на проводника, толкова по-малко ще се за- грява трансформаторът. Токът, който мо- гат да пропускат проводници с различен
Изправители 135 диаметър, се дава в много справочници в съответните таблиц». При нзбор на провод- ник за иавиване па новата намотка трябва да се вземе пред вид мястото, с което раз- пол агаме. Ако свалената намотка е давала отоплително напрежение. това място е ло- мал ко и плътността на тока в новата намот- ка ще бъде по-голяма. Ако трансформато- рът е служел за получаване на високо на- прежение, мястото е повече и плътността на тока може да бъде малка. Крайните навивки на първия ред се закрепват с хартиена лепенка след навива- нето им. Между отделимте редове се слага изолация. Може да се нзползува еднн слой обикновена парафиннрака или конденза- торна хартия. Добре е лентите да се на- режат предварително и да се закрепват върху намотките с книжки лепенки. За да ияма затруднения по монтажа на мака- рата, сърцевината и иланката с изводите, трябва да се помисли предварително по разполагането на изводите. След иавива- нето на намотките се слагат два слоя пара- фин Ирана хартия, върху конто се навива изоляционно платно или изолационна по- ливинилхлоридова лепенка. Платното или лепенката трябва да се иавият възможно най-стегиато — това увелнчава механич- иата якост на навнтия трансформа- тор. Сърцевината се монтира в псследовател- ност, обратна на последователността при разглобяването. Между отделните пласти- пн се нанася тънък слой от изолационен лак. По време иа сглобяваието сърцевинат може да бъде стегната в стиски. Ако по- следните няколко пластики не могат да се вместят в макарата, по-добре е те да не се слагат, вместо да се вкарват със сила. ИЗПРАВИТЕЛИ Еднопътен нзправител На фиг. 4-8 са показани най-често из- ползуваните в любителската практика схеми на изправители. На фиг. 4-8А е схе- мата на еднопътен нзправител. Изправите- лят е устройство, което пропуска ток само 1Д1 ЕЗнопътн .А,./УД. -СИ9С.М, * М-МЕцм Яулсации- -M/W /Уулгзции;. *з*А IB) Д₽у.итвн JCt MocmoS А/УУД *НМ • «-«с.™ Дулсачич’- Фиг. 4-8 — Основнн схеми на изправите- ли. (А) — еднопътен нзправител (обратно- го иапрежеиие върху диода е 1,4 пъти по- високо от капрежението на вторнчната на- мотка при активен товар и 2,8 пъти по- високо при употреба на филтър с капади- тивеи вход. (В) — двупътен нзправител. (С) — мостов нзправител. Във формулнте за нзходното напреженне не са взети пред вид напрежителните падове в изправите- ли в една посока. През единня полупернод из- правителят пропуска ток към товара, а през другия през веригата не протича ток. Формата на нзходното напрежение е показана на фнг 4-8А вдясно. Може да се види, че токът тече само в една посока, ио не е непрекъснат и се измени по амплиту- да. Среднего изходно напрежение (напреже- нието, отчетен© от обикновен волтметър за постоянен ток) е 0,45 от ефективното променливо напрежение на вторнчната намотка на трансформатора. Необходимо е много добро филтрирано, понеже честотата на пулсациите е сравнително ниска Това е пркчината схемата да се нзползува само за слаб ток, например за получаване на високо иапрежеиие за електрониолъчепи тръби или за преднапрежение в предава- телите. Максималното обратно напрежение, кое- то диодът трябва да издържа, когато е запушен, зависи от товара. При активен товар то е 1,4 пъти по-високо от сфектив- ното иапрежеиие на вторнчната иамотка, а при канацнтивен товар и малък ток на консумация обратного напрежение може да е 2,8 пъти по-високо от ефективното. Друг недостатки на еднопътння нзправи- тел е, че мощността на трансформатора трябва да е с около 40% по-голяма, откол- кото при другите изправителни схемн. Двупътен нзправител Този широко използуван нзправител е показан на фиг. 5-8В. Той е съчетание иа два еднопътни изправители, конто работят
136 МРЕЖОВИ ТОКОЗАХРАНВАЩИ УСТРОЙСТВА през двата полу периода па вълната. За тази схема е необходим трансформатор с отвод от срсдата на вторичиата иамотка. Среднего напрежение на изхода е 0,9 от ефективното напрежение на половината на вторичиата намотка; това е максималис- те напрежение, което можем да получим при употреба на подходящ филтър с индук- тивен вход. Максималното изходно напре- жение е 1,4 пъти по-високо от мапреже- нието иа половината на вторичиата намот- ка; това е максималното напрежение. което може да се получи с филтър с капа- цитивен вход при малка консумация Максималното обрати© напрежение върху всеки диод е 2,8 пъти по-високо от ефек- тивиото напрежение на половината на вторичиата намотка на трансформатора. От формата на изходното напрежение вдясно се вижда, че честотата па пулса- циите е два пъти по-висока от тази при едно- пътния изправител. Затова изискваннята към филтъра са по-малки. Двата изправи- тел я работят последователно, всеки от тях пропуска половината от тока през товара, затова максималиият средеи ток на дкоди- те може да бъде раней на половината от тока, който се консумира от товара иа изправителя. В двупътния изправител могат да се използуват два отделяя трансформатора с първични намотки, свързани в паралел, и вторични намотки, свързани с правилна яолярност последователно. При такова евързване обаче сумарната мощност на двата трансформатора е с около 40% по-ниска от удвоеиата иомнпална мощ- иост на един трансформатор. Двупътен мостов изправител Схемата иа друг изправител. ври който се използуват и двете полувълни на про- менливото напрежение, е показана на фиг. 5-8С. По време иа всеки полупериод ток пропускат два диода: едипият — от единия крал на вторичиата намотка към товара, а другият — от товара към дру- гня край иа вторичиата намотка. През другите два диода ток ми пава по време на другия полупериод. Формата на изходно- то напрежение — вдясио, е същата, както при обикновепия двупътен изправител’ Максималното напрежение на изхода при употреба на подходящ филтър с индуктивен вход е 0,9 от напрежепието на вторичиата иамотка; максималното напрежение, което може да се получи с филтър с капацитивен ток, при малка консумация е 1,4 пъти по- нисоко от ефективното напрежение върху вторичиата намотка. Максималното обратно напрежение, приложено върху диодите, е 1,4 пъти по-високо от иапрежението. което дава трансформаторът. Всеки диод трябва да може да пропуска средеи ток, по-голям от половината на средняя ток, консумиран от товара. Макснмално допустими стойности при изправителните диоди Всички изправителии диоди могат*да пропускат ограничен ток и да издържат определено обратно напрежение. При никоя лампови диоди е ограничено максималното ефективио напрежение, което може да се подава за кзправяне па аиодите им. Това зависи понякога от типа на използувания филтър. Други изправителии диоди, като живачиите токоизправители и полупро- водниковите диоди, имат ограничено мак* сималио обратно напрежение. Изправителните елементи имат опреде- лен максимален ток, който могат да оси- гурят на коксуматора. За никои се дава н максималиият импулсен ток, който могат да издържат. За да работят надеждно, диодите ие трябва да се претоварват «о ните един от дадените в характеристиките допустими лараметри. Лампови изправителии диоди Работата на ламповите изправителии диоди се определи от термойоината еми- сня на загретия катод и се характеризира със сравиително високото вътрешно съ- противление на изправителя. Затова те обикновено се употребяват при малки мощ- ности, въпреки че иякои лампи са конструи- руй и за работа в изправителя със средня и голима мощност, при конто сравиително големият пад на напреженнето върху дио- дите може да се пренебрегне. Високото вътрешно съпротивление прави вакуумни- те изправители по-иадеждни при случайна претоварвания. Освен това те не създават досадните електрическн смущения, при- същи за иякои други тнпове изправители. Никои от изправителните лампи, пред- нидеии за работа в радиоприем и ини. могат да дадат до 275 mA при 450—500 V. По- мощиите вакуумии диоди издържат до 0,5 А пр к 2000 V в схеми за двупътно из- правяне. Повечето от маломощнитс лампи са предназначен и за включване в такнва схеми, докато тези. конто са предназначен и за по-голям ток и по-високо напрежение, обикновено са конструирани за работа в еднонътни схеми — т.е. за направата иа двупътен изправител са необходими два диода. Катоднте на никои маломощни из- правители са с индиректно отопление, ио при тях има ограничения върху максимал- ното напрежение между катода и отопле- нието.
Яолупроводиикови изправителни диоди 137 ПОЛУПРОВОДНИКОВИ ИЗПРАВИТЕЛНИ ДИОДИ В захранваяето на любителе к ите апара- тури се нзползуват почти изключителни силициеви из прав ите.; н и диоди. Много от тях могат успешно да заменят вакуумии- те изправители и газотроните (живачните изправители). Техни преднмства са малките размер и, малкото вътрешпо съпротивле- ние в права посока, незначителното на- гряваие и възможпостта за получаване на голям изпранен ток- Прн тях не е необ- ходим трансформатор за отоплително на- прежение. Силициевпте диоди се произвеждат н широк асортимент. за различии токовеи напрежения. При максимално обратно напрежение до 600 V можем да получим нэп равен ток до 400 А. а при иапрежеиие 1000 V — ток около 1.5 Л- Малките разме- ри на но. ц проводников ите елементи поз- воляват последовател ното свързване на няколко диода, ако е необходимо да из- правим по-високо напрежение. Произвеж- дат се изправителни стълбове. конто из- държат в обратна посока до 10 000 V при ток през товара 0,5 Л, но за любителя е по-изгодно сам да евърже необходимия брой диоди Мерки за предпазване на изправителиите диоди Най-важ*!ите параметра на изправител- ните диоди са: I. Максималиста обратно иапрежеиие 2. Допустимият среден изправен ток /0. 3. Максималиият ток в права посока. 4. Максималкият нмпулсек ток през диода в права посока. Първите два параметъра обикиовено се дават в повечето каталози. Другите два са също много важки. въпреки че те често не се споменават. Времето, през което диодът пропуска ток, иикога ие е ио-голямо от един полу- нериод.Ако филтъръте с капацитивеи вход, диодът работи много по-малко от това вре- ме, затова токът през него може да над- вишава средняя ток през товара от два до около двадесет пъти. Това е максималиият ток в права посока, който диодът трябва да издържи. При включване на апаратурата разре- деният кондензатор на филтъра представ- лява иъсо съединение за изправители, затова в първия момент протича много силен ток. Това е максималиият импулсен ток в права посока, конто обикиовено се дава за времето на един период, или около 20 ms (за честота 50 Hz). Ако нямаме пълни данни за диола.който ще употребим, можем да използуваме след- ните осповни правила, конто важат за повечето диоди, използувани в любител- ей ите апаратури: Правило I — Максималиият ток в пра- ва посока може да се приеме четирн пъти по-голям от допустим и я среден изправен ток. Правило 2 — Можем да приемам, че максималиият импулсен ток в права по- сока е пркблизителло дванадесст пъти по- голям от допустимия среден изправен ток. (Това дава необходимия запас, за- щото допустимият максимален импулсен ток на 750-мил нам перов ите силициеви дио- дн много рядко е иод 15 Л; някои из- държат повече от 35 А.) Оттук следва, че диодът трябва да се подбира по донусти- мкя максимален импулсен ток, а не iiq допустимия среден изправен ток. Предпазване на диодите от загряваие Размерите иа ирехода на диода са много малки, затова плътпостта на тока през пего е твърде голяма. Вследствие па това диодите са много чувствителни иъм пре- гряване. Обикиовено нямаме затруднения в това отношение при високоволтните из- правители за слаб ток. При използуваие на диодите в режими, близки до пределно допустимите (в повечето случаи това се отнася за диоди за голям ток, с винт за закреиваке), е необходимо да се предвидн радиатор. Често пъти е достатьчно да се монтира диодът на общото шаси, като при нужда се нзползуват изолира щи слюдеии шайби и силикопова паста, която осигу- рява добро предаване на топлината Тънък слой от пея трябва да има както между диода и слюдената шайба, така и между шайбата и шасито. Ако изправитслят е за много силен ток. е необходимо да се из- ползуват отделни радиатори, за да весе допуске превишаване на температурата. Крайна мярка в това отношение е използу- ването на принудително въздушио охлаж- даие. Допустимата максималиа темпера- тура на корпуса на диода се дава в справоч- ннцнте и тя не бива да се превишава, аио искаме да използуваме пълните му въз- можности Предпазване на диодите от токов пробив При включване на изправителя той е патовареп с разредения входен конденза- тор ка филтъра, който дава изхода накъсо. Необходимо е да се вземат мерки за защита на диодите, докато кондензаторът се заре- ди. Може да се разчита на съпротивлението на намотките на трансформатора, но обик-
138 МРЕЖОВИ ТОКОЗАХРАНВАЩИ УСТРОЙСТВА 115Ул» Фиг. 4-9— 115-волтовото промен ливото- ково реле К! и резнсторът /?, служат за защита при зареждане на кондензатора С. Обратното напрежение не се разпределя равномерно върху свързаните последова- телно диоди. Изравняването на напреже- нието върху тях става с включване на па- ралелни резистори. За предпазване от пробив при преминаване на диоднте от отпущено в запушено състояние паралелно на тях се свързват кондензатори с капа- цитет 0,01 pF. Два 400-волтови диода, свързаии по такъв начин, могат да се раз- глеждат като един диод за 800 V, като е желателно да се включи известен «коефи- цнеит на с игу р ноет» и да из ползу ваме този «днод» за нал режен ия до 750 V. Днодите CRJ —CR4 трябва да бъдат от един тип новено то не е достатъчно, ако изправите- лят е за високо напреженне. Между дио- днте и вторнчната иамотка могат да се включат ограничаващн тока резистори (фиг. 4-4), но те влошават стабилпостта на нзходното напрежение. Включването в първичната намотка на трансформатора на верига, ограничаваща тока през днодите, позволява да се избегне употребата на тези резистори. Практнческа схема е дадена на фиг. 4-9. До зареждането на коидезатора С токът е ограничен от резистора Ra, вклю- чен в първичната намотка на Т1. След като С се заредн, напрежителният пад върху Rg намалява и релето Kj се задействува, като контактите му К1А дават накъсо Ra — на трансформатора се подава цялото напре- жение на мрежата. Rg е 25-ватов резистор със съпротивление между 15 н 50 £2, като точната му стойност се подбира в зависн- мост от дайните на нзправителя. Защита на диоднте от свръхнапреженпя Свръхнапреженнята при преходии про- неси в електрическата мрежа често пъти водят до повреждаие на изправителинте (А) Фиг. 4-10-—Методи за предпазване иа изпрьвителя от свръхнапрежения в елек- трическата мрежа диоди. Това са къси импулси, по време на конто напреженнето, приложено на диода, се увелнчава много пъти в сравнение с на- прежението, подавано от трансформатора. Ге се пора ждат от атмосферни слектрн- ческн разряди, включване и изключване на електрически двигатели и др. Свръхна- преженията са причина за иеочаквани ив повечето случаи необясними пробиви на полупроводниковите диоди. За препоръчване е да се вземат мерки срещу проинкването иа импулсите в за- храиването — схемите, употребявани за та- зи цел, са сравнително прости. На фнг. 4-ЮЛ е дадена такава схема. Импедансът на Cj при честота 50 Hz е около 300 кР, но той осигурява добро филтрираие на на- прежителните пикове. С2служи за фнлтри- ране във вторнчната намотка на трансфор- матора. За напрежения под 100 V стой- ността му е 0,01 р F, а за по-високн напре- жения трябва да има капацитет 1000 pF. На фиг. 4-10В е дадена схема, в която за подтискане ва високите импулени напре- жения се използуват селенови диоди. про- извеждани спецнално за такива приложе- ния под фирменото название «тиректори» или «клнп-волт» ДИОДИ. При получаване на свръхнапрежения в мрежата е възможно иапрежението върху из правители ите диоди да надмине работно- то напрежение около два пъти независимо от взетите мерки. Затова се препоръчва да се използуват диоди, чието допустимо обратно напрежение е поне два пъти по- високо от работаете. Последователно свързване на диоднте Последователното свързване на изправи- телните диоди се прилага, когато допустк- мото обратно напрежение на един от тях
Фи л триране 139 е по-малко от необходимого (два последова- телно свързани 500-волтови диода ще из- държат 1000 V). При такова свързваие па- ралелно на всеки диод се включват рези- стор и кондензатор, коитз изравняват на- преженията върху отделимте диоди и ги предпазват от свръхнапрежения, както е показано на фиг 4-9. Съпротивленията на диодите при обратно включване могат да се различават значнтелно дори когато те са от един и същ тип. Приложеиото на- преженне в обратна посока се разпредели пропорциоиално на тяхното съпротивлеиие. Прн това напреженнето върху никой диод може да превиши допустимого и той ще пробив. При включване на паралелиите резисто- ри R-напрсжепието се разпредели равно- мерно (съпротивлението на еднаквите ре- зистори R е много по-малко от съпротивле- иието на запушения диод). Практически стойността на резисторите можем да полу- чим, като умножим допустимого обратно напрежение на диода по 500 й . Примерно паралелно на 500-волтов диод трябва да включим резистор 500x500—250 000 Р Преминаването на диодите от отпущено в запушено състояние не става изведнъж. При никои диоди това отнема повече вре- ме. За да се предпазят диодите, конто са си възстановили обратного съпротивление по- бързо, е необходимо да се включат пара- Фиг. 4-11 — Паралелно свързаните диод» трябва да имат включен и изравняващи резистори. Въпросът за подбора иа съ- противлението им се разглежда в текста лелно на резисторите R-кондензатори с капацитет 0,01 pF. На фиг. 4-9 е показана- цялата верига. Кондензаторите трябва да бъдат безиндуктивни, например диско- ви керамични. По възможност трябва. да се използуват кондензаторн с 10% толеранс. Паралелно евързване на диодите За да се увеличипропусканият ток, дио- дите могат да се евързват паралелно. По- следователно на всеки от тях се вилючва изравняващ резистор, както е показано на фиг. 4-11; в противен случай токът може да се разпредели неравномерно. На- прежителният пад върху всеки резистор, трябва да е около 1 V при протичане на максималния ток. ФИЛТРИРАНЕ Променящата се амплитуда на пулси- ращото напрежение на изхода на изпра- вителя води до б рум с честота, равна на честотата на пулсациите. За да получим постоянно напрежение,е необходимо между изправителя и товара да се включи из- глаждащ филтър. Неговата схема опреде- ли до голяма степей големината на изход- ното напрежение, стабилнсстта на послед- него и максималния ток, който може Да бъде чернен от захранването, без да бъдат надхвърляни максимално допустимите стой- ности на диодите. Филтрите в захранва- нето представляват нискочестотни филтри, в конто се използуват последователи© свързани индуктивности и паралелно свър- зани кондензаторн. Товарно съпротивление За но-лесното разглеждане на работата на филтрите е удобно да представим това- ра, включен към изхода на захранването, като едно съпротивление. Товарного съ- противление е равно иа изходното налреже- нне, разделено на общия консумираи ток. включително тока на разрядния рези- стор. Стабилност на изходното напрежение Изходното напрежение на захранващите- устройства винаги намалява при по-голяма консумация. Причина за това е както по- голямата загуба на напрежение в трансфор- матора, дросела и диодите (особено ако са. лампови), така и в разреждането на първия кондензатор на филтъра до по- ниско напрежение при по-иискоомни това- ри (ако на изхода ияма товар, иапреже- нието върху този кондензатор е почти равно на върховото напрежение иа вторич- ната намотка ла трансформатора). При пра- вили© конструиран филтър нестабилност- та на напреженнето вследствие иа втората причина може да бъде избягната. Измеие- нието на изходното напрежение при иато- варване се нарича стабилност на напрежение' и се изразява в процента: 100(Е/-Е2к стабилността на напреженисто—---р?----г
140 МРЕЖОВИ ТОКОЗАХРАНВАЩИ УСТРОЙСТВА •Пример. Напрежение иа празен ход — —1550 V Напрежение при максимално матова рва не — £2^ 1230 V ‘Стабилност на напрежеиието — 100 f 1550-1230) _ 1230---=!B% Стабилността на захранването на стьпа- ла с постоянна консумация (приемник, микрофонеи усилвател или предавателни -стъпала, в конто не се манипулира) може да не е много добра, стига да имаме необ- ходимого напрежение- Във всички случаи филтровите кондензаторн трябва да из- държат напрежеиието, което се получава на изхода при липса на товар. Стабилността на захранването е не- добра при бързи изменения в товарното съпротивление, отколкото при изменения, който продължават по-дълго. Стабилност- та при дълготрайни изменения на товара често се нарича статична стабилност за разлика от динамичиата стабилност (при бързи изменения на товара). При товар, който се измени при произиасяието на отделимте срички или при натнскането иа ключа, както е при някои НЧ и при мот- ните ВЧ усилватели, е необходимо да има- ме добра динамична стабилност на захран- ването, за да имаме малки изкривявания. Това може да се лостигне с увеличаваие на капацитета на изходнпя кондензатор на филтъра. Когато е необходимо да имаме съвсем •стабилио напрежение, независимо от изме- ненията на консумирания ток (например та захранване на стабилен генератор) трябва да използуваме специалните ста- -бнлизаторни схеми, описан и по-нататък в тази глава Разрядки резистори Разрядният резистор е резистор, вклю- чен паралелно па изхода на захранването Предназначенного му е да разреди филтро- вите кондензаторн след изключване на захранването и да подобри стабилността на напрежеиието, като осигури един минима- лен товар. Ако стабилността ие е от голямо значение, можем да определим стойността на резистора, като пресметнем по 100 й на 1 V-Подобряването на изходните харак- теристики на нзправителите посредством разрядните резистори и определянето на съпротивлението в такъв случай се раз- глеждат ло-иатвтък в тази глава. От гледна точка на сигуриостта долустимата разсейваиа мощност на резистора трябва да бъде възможно пай-голяма, защото е много по-опасно да имаме изгорял разряден резистор, отколкото да нямаме изобщо такъв’! Честота и напрежение на пулсацинте Пулсациите на изхода на захранването, наричаии често брум или фон, могат да се разглеждат като променливо иапреже- ние, наложено на постоянно напрежеиие. От тази гледна точка филтърът се състои от паралелни кондензаторн, контозаземяват променливата съставна, без да влияят на постоядната, и от последователи и дросели, конто пропускат постояиния ток и пред- ставляват голямо съпротивление за про- мен ЛИВИЯ ток. Ефективността иа филтъра може да сс изрази посредством коефиниента на лулса- циите: отиошението на ефективната стой- ност на пулсациите към постоянного на- прежение в процеити. Променливата съ- ставна иа напрежеиието, захранващо умно- жители или усилватели в телеграфен пре- давател, трябва да е по-малка от 5%. При л иней ните усилватели е допустимо анодно иапрежеиие с 3% лулсацин.Напре- жението за решетките иа лннейния усил- вател н за анодите на модулаторните и анодно модулираните лампи трябва да има пулсации под 1%.В фякои случаи се иалага те да бъдат иод 1%, например в геиерато- рите с променлива честота, микрофонните усилватели и пр нем ниц и те. Честотата на брума иа изхода на за- храиването е равна на броя иа пулсациите на изхода на излравителя за I s. При одно- пътните изправители тя е равна на често- тата на елсктрнческата мрежа — 50Hz. Честотата па пулсациите при двупътно изпра- вяие е двойно по-висока — 100 Hz. Стой постите иа иидуктивпостите и кои- дензаторите, включени иъв филтъра. за- висят от честотата на пулсациите, като те се увеличават при намаляване на тази че- стота. Видове филтри Фнлтрите в захранването могат да бъдат с индуктивен и с капацитинен нход. Фил- трите с капацитивеи вход имат сравнително високо изходно напрежение в сравнение с напрежеиието, получаване от трансформа- тора. Това негово преимущество може да бъде използувано, ако употребяваме сили- циеви диоди или ако товарното съпротнв- леиие е високо независимо от употребените изправителни диоди. Допустимого отно- шение между максималния и средн ия ток при силициевите диоди е ло-високо, отиол- кото при електронните лампи. Това позво- лява употребата на филтрови кондеиза- тори с голям капацитет, конто иначе биха съкратмли живота на ламповите диоди. Когато лоследователиото съпротивление на изправители и филтъра е голямо (например
♦нлтрнране 14Г От иэпра,- ' Жители [н Пост, тонов иЗход От озпра.л_ (В) вцтели "П Л^шпра-. битела ’ к> Пост, тонов > изход J_______0. к$Пост.токов ? изход Фиг. 4-12 — Схеми на филтри с кавацити- нен вход. (Л) — об и к новей капацитивен филтър. (В) — еднозвенен филтър. (С) — двузвеисн филтър От кривата 0.1 и RC «=40 отчнтаме изходното по- стоянно напрежение — 350X 1.06«=370 V Стабилност ка изходното напрежение Лко разрядният резистор в горния при- мер има съпротивлеиие 20 Ш и иа изхода не е включен товар, изходното напрежение 1це се повнши до 470 V. За получаване на по-добра стабилност при филтър с капа- цитивен вход е необходимо да използуваме разряден резистор с възможно най-висока стойност, диоди и трансформатор с мини мално серийно съпротивление и филтрон кондензатор с голям иапацитет, като вни- маваме да не превншим допустимте стой- ностк за тока през диодите и трансформа- тора. Максимален ток иа консуматора От фиг. 4-13 може да се определи мак- сималният ток, който може да се «тегли» от захранване с филтър с иапацитивен вход, без да се превиши допустимият ток през при употреба на .тампон изправител). ста- билпостта на панрежен исто при използува- не на филтър с капацитивен вход е писка Изходното напрежение на правил но кон- струирано захранване с филтър с индукти- вен вход е но-ниско от изходното напреже- ние, получено с филтър с капацитивен вход при употреба на един и същ трансформа- тор Филтри с капацитивен вход Схеми на филтри с капацитивен вход са дадени на фиг. 4-12. Ако пренебрегнем загубите в дроселите, всички имат един и същи характеристики, като разлииата е в получените на изхода пулсации. Тяхното подтискане се постига с употреба иа LC- звепа, както е показано на фиг. 4-12В к С. Изходио напрежение За определяне на приблизится и ата сюн- ност на изходното напрежение при упо- треба на филтър с капацитивен вход се използува фиг. 4-5. Пример. Ефектнвно напрежение от трансформа- тора — ЗБО V Товарно съпротивлеиие — 2000 Q Последователно сопротивление на веригата на захранването — 200 О 200 : 2000=0,1 Кондензатор на входа иа филтъра — 20 ц F Фиг. 4-13—Графики, показващи зависи- мостта между тока през товара и максимал- ния ток врез диодите при филтър с капа- цитивеи вход за различии стойности на съпротивленията на изправителя и товара RC 2Q00 X 20 1000 = 1000
442 МРЕЖОВИ ТОКОЗАХРАНВАЩИ УСТРОЙСТВА диода. Ако използуваме даниите от горния пример, можем да определим отношеиието между максималния ток през диода в пра- ва посока и тока през консуматора при то- варно съпротивление 2000Q —от фиг. 4-13 отчитаме: 3 пъти. Оттук получаваме. че токьт проз товара не тпябва да надви- шава lfs от лопустимия максимален ток през изправителиия диод. Ако консуми- ран нят гок е 185 mA (370 V : 2000 й), Диодът трябва да издържа най-малко 3X185=555 mA. От фиг 4-13 можем да отчетем, че ако на изхода е включен само разрядният рези- стор, отношението ще се увеличи на 6,5, но в такъв случай консумацията е само 23,5 mA и допустимият максимален ток през диода трябва да е само 153 mA. Филтри с индуктивен вход Изправителите с термойонни лампи да- ват по-добра стабилност иа изходното на- •прежение. ако работят с филтър с индук- тивен вход, какъвтэ е показан на фиг. 4-4. Такъв филтър позволява по-добро изпол- зуване на лампата, защото той позволява токът през товара да надвишава допусти- мия максимален ток през диода. Минимална индуктивноет иа дросела Ако индуктивността на входния дросел на филтър с индуктивен вход е по-малка от една критична индуктинност, филтърът ще работи като филтър с капацитивен вход. Критичната индуктивност се изчислява по формулата , _ £(V) Ор(Н)-/(тД) > където Е е изходното напрежение, а / е токът през филтъра. Ако индуктивността на дросела е равна -или по-голяма от критичната индуктив- ност, изходното иапрежеиие ще достига най-много до средното напрежение на входа на филтъра. когато изходният ток е много малък. При филтър с капацитивен вход при високоомни токари изходното на- прежение се стреми да достигне максимал- ната величина на напрежеиието на входа. Минимално товарно съпротивление । и съпротивление на разрядния резистор От формулата за критичната индуктив- ност се вижда, че ако няма консумация, индуктивността трябва да е безкрайно го- ляма. За да може да се нзползува дросел с практически възможна индуктивност, е необходимо да имаме консумация във всеки момент на работата на захранваието. От формулата получаваме,че необходимият минимален ток е В повечето случаи съпротивлението на разрядния резистор се подбира така, че той осигурява минималния ток. От горна- та формула е ясно, че критичната индук- тивност намалява при увеличаваие на консумацията. Дрэсели с «плаваща» индуктивност В практиката намират приложение и дросели, конто поддържат индуктивиост, по-голяма от критичната, при изменяне на протичащия през тях ток в определеии граници. Това са т. нар. дросели с «плава- ща» индуктивност. Такъв дросел може да има индуктивност 5/25 Н при максимален ток 200 mA. Ако напреженнето на изхода на изправцтеля е 1000 V, мннималният ток през товара трябва да бъде 1000/25=40 mA. При макс им а лио патова рва не от 200 mA индуктивността пада на 5 Н. Критичната индуктивност при този ток е 1000/200= =5 Н. Следователио дроселът с «плаваща» индуктивност сам нагажда своята стойност така.че дае лриблизително равна на критич- ната при изменение на тока през товара от 40 до 200 mA. Изхэдно напрежение При положение, -че индуктивността на дросела е равна или по-голяма от критич- ната, изходното напрежение може да се преемстве сравнително точно по следната формула: Ео = 0,9 Ег — (/в + ZL). (R1 4- 7?2) - Е,, където Ео е изходното напрежение; Ет е ефективното напрежение, приложено на диода (ефективното напрежение между сре- дата и края на вторичиата намотка при двупътно изправяне); /в и /г са токът през разрядния резистор и токът през товара в ампери; R1 и R2 са съпротивленията на двата филтрови дросела за прав ток; Ег'е падът на напрежение върху изправителния диод. Напреженията върху отделяйте еле- менти на схемата са дадени на фиг 4-4. Ако нямаме консумация. Zl е нула и можем да изчислим изходното напрежение иа празен ход, като имаме пред вид само тока през разрядния резистор, Стабилността на напреженнето се определи от разликата между напреженията при пълно натоварва- не и на празен ход, изчислени по горната формула.
Филтрнране Капацитет на изходния кондензатор Независимо от това, дали фидтърът е с капацитивеи или индуктивен вход, импе- дансът на изходния кондензатор трябва да е достатьчно нисък за най-ниската ра- ботна честота, ако захранването е предна- значено за стъпало, работещо в клас А; капацитет над 16 р. Fe достатъчен в повече- то случаи При захракване на усилватели клас В или телеграфии стъпала също е необходимо да имаме кондензатор с голям капацитет иа изхода на филтъра, за да се лодобрят динамичните характеристики на захранването. Разбира се, това си има свои- те разумни граници и в повечето случаи капацитет от 20 до 30 ц F е достатъчен за изправители, чийто ток се измени вслед- ствие на пулсациите при говор или мани- пуляция. * Резонанси във филтъра Трябва да се избягват резонансните явле- ния, евързани със серийнии кръг, образу- ван от входния дросел и първия конден- затор, защото това води до многократно на- растване на пулсациите. При това, освен че се влошава работата на филтъра, се увеличава токът през диодите и се получа- ват високи обратим напрежения. При двупътно изправяне честотата на пулса- циите е 100 Hz (ако честотата на електри- ческата мрежа е 50 Hz) и дроселът и кон- дензаторът резонират, ако произведението от индуктивиостта в хенри и капацитетът в микрофаради е 2,06. За избягване на резонансните явления произведението от стойностите на филтровите елементи тряб- ва да е най-малкото два пъти по-голямо. Ако използуваме дросел с «плаваща» ин- дуктивност, при изчисленията се взема индуктивиостта му при нан-голяма консу- мация на товара. Данни за използуваните във филтъра елементи • При филтър с индуктивен вход и добре подбраии стойкости на нндуктивността на дросела и на разрядния резистор напреже- нието върху филтровите кондензаторн е около в/10 от ефективното напрежение, подавано на изправители. Независимо от това се препоръчва да се нзползуват кон- дензатори с работно напрежение, равно на върховото (пиковото) напрежение на транс- форматора. Тези мерки се вземат, защото 143 напрежеиието върху тях може да достигне тази стойност, ако ияма консумации и разрядният резистор е прекъснал. Ако филтърът е с капацитивеи вход, работното напрежение иа кондензаторите трябва да е равно или по-високо от върхо- вото напрежение иа трансформатора. На- пример, ако използуваме двупътно изправя- не с трансформатор с две намотки по 550 V, минималното работно напрежение на кои- дензаторите трябва да е 550X 1,41=775 V. Може да се използуват 800-волтови конден- затори, ио е желателно те да издържат и 1000 V. Последователио свързване на филтровите кондензаторн Кондензаторите във филтъра могат да бъдат от най-различки типове. Електро- литните кондензаторн за напрежения до 800 V имат голям капацитет при малки раз- мери, защото днелектрнкът им е много тънък слой от алуминиев окис. Такива кои- дензатори могат да се съединяват после- дователно, за да се получи по-високо до- пустимо напрежение върху тях, въпрекиче при това се намалява капацитетът. При последователио свързване е необходимо да включим паралелно на всеки конденза- тор резистор, като съпротивлението му се подбира така, че на всеки волт, приложен, на кондензатора, да се падат но около 100 Q Тези резистори трябва да могат да разсей- ват съответната мощност и могат да се използуват като разряден резистор или да бъдат част от него. Кондензаторите за по-високи напрежения обикиовено имат за днелектрик тънка хартия, импрегпира- на с масло. Работно напрежение на кон- дензатора е напрежеиието, което той може да издържи продължително време. Филтрови дросели Филтровите дросели се навиват на сър- цевини от трансформатории ламели, като в сърцевината се предвижда малка въз- душна междина, за да се избегне насища- нсто й при сил ни токове. При насищане магннтната проницаемост на желязото на- малява и оттам намалява и индуктивност- та. Даже ако имаме междина, индуктив- ността на дросела се измени в известии граници при промяна на тока, протичащ през него; затова е необходимо при оразме- ряване на дросела да се има пред вид ра- ботният му ток. Индуктивиостта му при малък ток през намотките е обикиовено значително ло-висока, отколкото при пълио иатоварване на изправители.
144 МРЕЖОВИ ТОКОЗАХРАНВАЩИ УСТРОЙСТВА Фиг. 4-15 — «Икономична» схема на за- хранване — комбинация между двупътен и мостов изправител Фиг. 4-14 — В много от случайте филтро- вите дросели могат да бъдат във веригата на отрицателнии извод на захранването. Това намалява опасността за пробив между иавивките на дросела и желязната сърцс- нина ВКЛЮЧВАНЕ НА ФИЛТЪРА ВЪВ ВЕРИГАТА НА ОТРИЦАТЕЛНИЯ ПОЛЮС Дълго време дроселите на филтъра се включваха във веригата иа положителния полюс на захранването. Това означава, че изолацията между намотката и сърце- вината, която от съображения за безопас- ност трябва да бъде заземена, трябва да издържи изходното напрежение на изпра- вителя. Ако дроселите на филтъра са вклю- чени пъв веригата на отрицателния извод иа захранването, това изискване отпада. При такова евързване (фиг. 4-14) капаци- тетът на вторичиата намотка иа трансформа- тора шунтира дроселите, поиеже е свързан паралелно на тях. Това може да се пре- неб регне в повечето случаи в практиката освен при схеми, конто изискват много ниско пиво на пулсациите. Обикновено то- ва са апаратури и възли, захранвани със сравиително ниско напрежение — прием- ницн, микрофонни усилвателн, генератори с променлива честота, където не е трудно да се осигури иеобходимата изолация и филтрирането може да се осъществи във веригата на положителиото напрежение. При по-високи напрежения е желателно филтрирането да става във веригата на отрицателния извод на захранването, за да се облекчи осигуряването на изола- цията. Игводитс на дросела. отрицателни- те изводи на кондензаторите и средният извод на трансформатора трябва да бъдат добре защитенн от евеитуално доп и ране, защото при повреда на дросела върху тях се получава пълиото изходно ианрежен ие на изправителя «Икономична» схема на захранване Използуваието на посочената на фиг. 4-15 «икоиомична» схема иа захранването позволява да се получат аиодно и екраино напрежение за 100-ватов предавател, бел да се губи мощиост в гасящи резистори. Тя е комбинация от един двупътен и един мостов изправител. Нанрежението EI се получава от двупътния изправител,а напрс- жсиието Е2 —от мостовия изправител (фиг. 4-8). Общата постояннотокова мощност, получена от трансформатора, разбира се, е същата, която имаме при употребата на два отделим изправители. Ако захраива- нето е предназначено за телеграфии или SSB-апаратури, можем да получим до- пълиителната мощност без опасност ог загряване, особено в случайте, когато на- мотката за отопление на изправителпата лампа не се използува. УМНОЖИТЕЛИ НА напреженнето Въпреки че в умножителите на иапреже- нието могат да се използуват и лампови изправителии диоди, желателна е употре- бата на полупроводиикови елементи. На фиг. 4-16 е дадена схемата на прост еднопътен изправител. Строго поглед- пато, топа не е схема иа умножител иа иа- прежението, но ако коисумацията е малка (до 1 mA), изходното напрежение е прибли- зително 1,4 пъти по-висоио от ефективно- то напрежение, което лодаваме на изправи- теля. Типично приложение на схемата е получаването на ииско решетъчпо прсд- налрежеиие от иамотка за отопление на лампите; ако поляритетът на диода и кон- деизатора се лроменят, можем да заземим положителния полюс на изходното напре- жение. Изходното напрежение бързо спа- да при увеличаване иа консумираиия ток. каито е при всички еднопътни изправител».
Умножители па напреженнето 145 Фиг. 4-16 — При малка коисумации мо- жем да получим по-високо напрежение от еднопътен нзправител.Примерни стойности за напрежение на вторнчната иамотка 117 V и ток на товара 1 mA са: С1 —50 pF, 250 V. електролитен; изходио напрежение — 160 V; R1—22 Q Резнсторът R1 на фиг. 4-16 ограничава имлулсния ток през диода съобразно. с данните на производителя. Той може да ие се включва, ако съпротивлението иа намотката ва трансформатора е достатъчно голяь^. Удвоители на напрежение Употребяват се ияколко схеми иа удвои- тели иа напрежение. Ако ие е необходимо да се заземи вторичиата намотка на транс- форматора, се нзползува схемата на фиг. 4-17. Тя има няколко предимства пред схемите, конто са описани по-нататък. Диоднте, из ползуна ни в нея, трябва да имат двойне по-нисио допустимо обратно Л/УУУ\А Еиш ВЯЕнмг Фиг. 4-17 — Двупътен удвоител иа на- прежеиие. Стойността на ограничаващите резистори R1 зависи от допустимый пиков ток иа използуваните диоди иапрежеиие от диоднте, използувани в двупътния нзправител (фиг. 4-8В) за ло- лучаване иа едно и също напрежение. Ако сравним броя на днодите в схемата иа фиг. 4-17 с броя на диодите в мостовия из- правител (фиг. 4-8В),виждаме,че при удвоя- ването иа напрежеиието те са два пъти по-малко (като при това допустимого им обратно напрежение е еднакво). Резисторите R1 ограиичават тока през диодите при вилючване иа апаратурата. Тяхиото съпротивление се определи от Фиг. 4-18 — Изходно постоянно иапрежеиие от двупътен гудвоител ' на” иапрежеиие в зависимсст ст капацитета на иондензаторите на филтъра и съпротивленнето на то- вара. Съпрстивлеиията са в £2, а капацитетите — в pF Прието е, че резисторите R, имат еднакви стойности. Същото иажи и за кондеизаторите_С 10 Наръчяик на радиолюбителя
146 МРЕЖОВИ ТОКОЗАХРАНВАЩИ УСТРОЙСТВА —L I и зп режен ието от трансформатора и от допустимия импулсен ток на диодите, защото при включване празните филтрови кондензаторн да ват изхода на из прав ите л я практически накъсо. Ако могат да из- държат моментния свръхток при включва- не, по-нататък те пропусках ток, равен на тока през коисуматора. Изходното напрежение иа схемата иа фиг. 4-17 е приблизително равно на удвое- ното максимално напрежение, даваио от трансформатора. Графиките на фиг. 4-18 дават зависимостта между отиошението на последователиото съпротивление във веригата иа захранването и товарното съ- противление и произведението и а товар- ното съпротивление и капацитета на фил- тровите кондензаторн. Схемите от фиг. 4-19 се използуват, когато е необходимо да се заземи единият край иа вторичната иамотка иа транс- форматора — например когато напреже- иието се взема от намотката за отоплител- но напрежение. В схемата на фиг. 4-19А С2 се зарежда през левия диод по време на единия полу период; през това време дру- гият диод е запушен. През другия полу- период се отпушва десиият диод и през него се зарежда С2; напрежеиието, подаде- но на С2, е равно на напрежеиието върху вторичната иамотка иа трансформатора плюс напрежеиието върху С1. Можем да заземим положителния полюс иа изходно- то напрежение, ако обърнем лолярността иа диодите иа кондензаторите. Утроители и учетворителн на напрежение Схемата иа утроител на напрежение е дадена на фиг. 4-19В. 'През първия полу- период се зарежда С1 през левии диод. По Фиг. 4-19—-Схеми иа умножители иа иа- прежеиие, при конто може да се заземй един от изводите и а вторичната иамотка иа трасформатора. (А) — удвоител иа иа- прежеиие; (В) — утроител иа напреже иие; (С) — учетворител иа напрежение. €• Капацитетът на иоидеизаторите може да е от 20 до 50 р F в зависимост от коисумира- ния ток. Те трябва да издържат постоянно иапрежеиие, съответно по-високо от вър- ховото напрежение на вторичната намотка (1,4 пъти по-високо от ефективното); С1 —• по-високо от върховото иалреже- иие; С2 — по-високо от 2 пъти върховото на- прежение; СЗ — по-високо от 3 пъти върховото иа- прежеиие; С4 — по-високо от 4 пъти върховото на- прежение време на следващия пол у период се от- пушва средният диод и С2 се зареж- да до удвоеното напрежение на транс- форматора, защото на него се подава су- мата от напрежеиието на вторичната на- мотка и напрежеиието върху С1 (през това време левият диод е запушен). Едно- временно е оглушен и десният диод, като иа него се подава сумата от напрежеиието от трансформатора и напрежеиието върху С2. СЗ се зарежда до напрежение, преви- шаващо три пъти максималното напреже- иие на вторичната иамотка на трансформа- тора. Положителният полюс на мзходно- то напрежение може да се заземи, ако се смени поляритетът иа вснчки диоди и кондензаторн. Работата на схемата на учетворителя на иапрежеиие от фиг. 4-19С е подобна иа описаната по-горе. 1 При всяка от схемите на фиг. 4-19 ще получим умножаване на напрежеиието с цяло число (2, 3, 4 или много близки до тях р зависимост от схемата)» ако консуми- раният ток е малък и капацитетите иа кондензаторите са големи.
Намаляване иа напреженнето 147 НАМАЛЯВАНЕ НА НАПРЕЖЕННЕТО Огпэа- хранВа- н»то (в) Х Фиг. 4-20 — (А) — включване ' на сернен резистор. (В) — прост делител на напреже- иие където /2 се избира предварително. (С) — делител иа напрежение, с който се получават повече напрежения: К /3 ’ /24-/3 ’ Л,“/14-/24-/3 ’ където /3 се избира предварително. Намаляване иа иапрежението с последователей резистор За захранване иа аиодите и решетките в предавателя и приемника често са необ- ходими напрежения, разлнчаващи се -от изходното напрежение на изправителя. В повечето случаи не е оправдано да се използуват различии изправители за полу- чаване на всяко от тези напрежения. Ако токът, консумиран от иякои електрод (или от няколко електрода, работещи с едно и също напрежение), е сравиително постоянен, той може да сезахрани от из- точиик на по-високо напрежение през т. иар. «гасящ» резистор, както е показано на фиг. 4-20А. Съпротивлението на после- дователния гасящ резистор се изчислява по закона на О л където Еа е разликата между иапреже- иието иа източиика и необходимого иа- прежение, а / е токът през товара. Пример- Анодът на една лампа и екранните решет- ки на две други лампи и щскват захранване 250 V. Захранващото напрежение. с което pain’лагаме. е 400 V. а общияг ток на анода и екранните решетки е 75 тА.Необходимият гасящ резистор ще има съпроти- вление п,., 400 ~ 250 ,50—^2ооо а Яв^075--------- 0.075 - 2000 ° Резисторът ще разсейза р=7««=[0,075рх2000=1I.2W Най близхата по-голяма стандартна стойност за допустимата разсеяна мощност е 20 W. Делители на напрежение Стабилността иа иапрежението, получе- но по описания по-горе начни, очевидно е лоша, защото всяка промяна иа тока през резистора ще предизвика пропорционална промяна на пада на напреженнето върху него, Стабилността може да се подсбрн чрез включване на втори резистор пара- лелно на товара, както е показано на фиг. 4-20В. Това е т. нар. делител иа напреже- иие. Резисторът R2 служи като постоянен товар на R1, така че промените на тока през товарного съпротивление са относи- телно по-малки. Колкого е ио-голям токът през резисторите, включени паралелно на товара, толкова е по-добра стабилността на иапрежението в точката на отвода. Делителят на напрежение може да има повече от един отвод, ако искамеда получим няколко захранващи напрежения. Ти- пична схема на такъв делител е показана иа фиг. 4-20С. Напреженнето от изправите- ля е означено с Е, а двете по-ниски напре- жения, при който се консумира ток И и 12 — съответно с Е1 и Ё2. Кол кото е по-малко съпротивлението между два отво- да, толкова е по-малка разликата между иапреженията върху тях. Показаният на схемата делител е съставен от трите рези- стора: RI, R2 и R3. През R3 протича само токът на делителя; през R2 — токът на делителя, 13 и токът 12; през R1 про. тичат 11, 12, 13. За да се изчислят съпротив. ленията на резисторите, трябва да се прне. ме иякаква стойиост за тока през делите-
148 МРЕЖОВИ ТОКОЗАХРАНВАЩИ УСТРОЙСТВА ля 13 Обикновено той е малък в сравнение с тока през товара — около 10%. Съпро- тивленията на резисторите могат да се начислят по формулите, дадени в текста към фиг. 4-20, където токът е в ам- пери. Методът може да cej нзползува за нэ- числяваието на произволен делител, като всеки резистор се изчислява по закона иа Ом, имайки пред вид напреженнето върху него и общня ток, който той пропуска. Мощи остите, разсейвани върху резисто- рите, се нзчисляват като произведении и» / и Е или на /2 и R. * СТАБИЛИЗАЦИЯ НА НАПРЕЖЕИИЕТО Газонапълнеии стабилизатории лампи Често е необходимо да се поддържа по- стоянно едно сравнително ниско напреже- ние, с което се захранва маломощна вери- га независимо от напреженнето на източ- иика и измененията и а товарного съпротив- ление. В такъв случай могат да свършат добра работа газонапълнените стабилиза- торни лампи (или стабилитрон и), като OB2/VR105, OA2/VR150 и др. Напреже- нието върху тях е постоянно при умерени изменения иа протичащия ток. Произвеж- дат се лампи за стабилизиране на 150, 105, 90 и 75 V. Основната схема иа такъв-стабилизатор е дадена на фиг. 4-21. С включения после- дователио ограничаващ резистор R1 ста- билитронът е свързан паралелио на за- хранване с напрежение, по-високо от за- пал ител исто му иапрежеиие. То е с около 30—40% по-високо от работното. Товарът се включва паралелио на лампата. Ста- билна работа се получава при минимален ток през стабилитрона 5—10 mA. Повече- то лампи допусхат максимален ток 40 mA; независимо от това токът през товара не трябва да превишава 30—3& mA, аио иа- прежението трябва да бъде стабилно за товар, изменящ се от нула до максимална- та си стойност. Газонапълнената лампа може да стабилизира иалрежението при произволен товар,ако изменението на тока през него не иадвишава 30—35 mA. На- Фнг. 4-21 — Стабилизиране на напреже- ние с газоиапълнена стабилизаториа лам- па- Можем да получим отрицателно из- ходно напрежение, ако се сменят поляри- теты1 иа захранваието и изводите на стаби- литрона пример, ако средннят консумйран ток е 100 mA, със стабилизаториа лампа можем да поддържаме постоянно напрежение при условие, че токът през товара не пада под 85 mA и ие е по-голям от 115 mA. Стойността на ограничаващия резистор се подбира между стойността, при която ще протича минималииятток, и стойността, с която лампата ще пропуска максималния си допустим ток, ако изключим товара. Обикновено се избира последната стой- иост, която се изчислява по формулата където R е ограиичаващото съпротивление и Q , £, е напреженнето на източиика, към който са включени стабилитроиът и рези- сторът, Ег е напреженнето на стабилиза- ция и I е максималният допустим ток през лампата в А (обикновено 40mA или 0,04 А). За да се получи по-високо стабилизиране иапрежеиие (или за получаване иа две ставил изиран и напрежения), могат да се включат последователно две лампи. Ста- билността на напреженнето е от порядъка на 1%, ако схемата е правилио начислена. Кондензаторите, включени паралелио иа стабилитрона, трябва да нмат капацитет под 0,1 pF. В противен случай могат да възныкнат генерации и полученото иа- прежеиие ще се измеия между напреже- нията на запалване и стабилизация. Стабилизиране на напреженнето с ценеровн диоди За стабилизиране на иапрежеиия може да се използуват ценерови диоди (нарече- ии на името на откривателя им д-р Карл Ценер). Те се включват в схеми, подобии на схемите на включване на газонапълне- ните стабилизатории лампи. Примерна схема е дадена ва фиг. 4-22А. Трябва да се помни, че катодът иа диода е свързаи към положителния полюс иа захранваието. Характеристнките на ценеров диод в пра- ва и обратна посока са дадени в глава 4.
Стабилизация на напрежеиието 149 Фиг. 4*22 — Сгабилизираие на напреже- иие с ценеров диод. Можем да получим отрицателно изходно напрежение, ако се сменят поляритетът на захранването и изво- дите на диода Произвеждат се ценерови диоди за раз- личии напрежения и мощности. Напреже- «инта на стабилизиране могат да бъдат от 2 до ннколко стотици V, а допустимата разсеяна мощност от диода — от 0,25 W до повече от 50 W. Стабилизиращите каче- ства на днода са в зависимост от импедан- са му прн протичане на ток през него, който може да бъде по-нисък от 1 Q при нисковолтните мощни прибори и по-висок от няколко стотнци Q при маломощните диоди за високо напрежение. Мощиост, разсейвана от диода Ценеровите диодн за разлика от газо- напълнените стабилизаторни лампи могат да имат различии допустнми токове при едно и също иапрежеиие иа стабилнзиране в зависимост от типа мм — това се опреде- ли от допустимата разсеяиа мощност на диода. Тази мощност е равна на произве- дението на напреженмето върху прибора и тока, протичащ през него. Отдук можем да получим тока, който диодът може безопасно да пропуске — това е допусти- мата разсейвана мощиост, разделена на иапрежеинето иа стабилизация. Например 10-волтов, 50-ватов ценеров диод може да пропуске ток до 5 А. Този ток е 0,1 А за 10-волтов, 1-ватов диод. Импедансът на диода е равен иа напрежеиието му, разде- лено на тока, който минава през него, и ва горните примери ще бъде съответно 20 и 100 Q. Може да се каже, чесъществу- ва приблизителна обратно пропорционал- а зависимост между импеданса на диода н тока, протичащ през него. Данните за ценеровите диоди се дават при околна температура 25°С или прибли- зителната стайна температура. Ако ти е по-висока, допустимата разсеяна мощност намалява. При 100°С 1-ватовият диод допуска разсеяна мощност 0,5 W. Изчисляване иа ограничаващия резистор Съпротивлението на се определи от данните на товара. Ако то е голямо, ста- билнзацията ще се осъществява за малки токове на консумация. Ако /?, е с малко съпротивление, може да бъде превишена допустимата разсеяна мощност на диода при малка консумацня. Оптималната стой- ноет се намира по формулата р — ~ Е*_. л 1,1 (max) След това можем да определим разсейва- ната от диода най-голяма мощност: _/t(raln)]E, При съставяне на първата формула е предвидено токът през ценеровия диод да представлява 1/и отмаксималння ток през товара. Това позволява стабилизация иа иапрежеинето при най-голяма коисума- цня. Пример. От 12-волтов источник трябва да получим стаГялизнрано напряжение SV. Токът прея товара се измени от 200 до 350 гпА. Ея=9.1\'(най-близко стандартно напрежение) PD-р2, J,’'1 -O.2J«.1 -0,185 X 9,1 - 1.7 W Най-близката по-голяма стандартна до- пустима разсейвана мощност е 5 W; затова трябва да използуваме ценеров диод за 9,1 V и 5 W. Може да се провери, че мощ- ността, разсейвана от диода, ияма да пре- виши допустимата, даже ако товарът е изключеи, т.е. /£=0. Получаване иа по-високи напрежения На фиг. 4-22В е показано последовател- но свързване иа два ценерови диода, при което можем да получим по-високо нестан- дартно напрежение (или две стабилизирани напрежения). Не е необходимо диодите да имат еднакви напреженнн на стабилиза- ция, защото режимът на работа на схемата се установява автоматично. Във всички
150 МРЕЖОВИ ТОКОЗАХРАНВАЩИ УСТРОЙСТВА случаи трябва да имаме пред вид допусти- мия ток през диодите. Ограиичаващият резистор се определи, както беше показа- но по-горе, като за Ек приемаме сумата иа напреженията иа двата диода, а за сумата от токовете през товарите. * Електронии стабилизатори иа напрежение Има разработени ияколко схеми за електроиио стабилизиране на напреже- ния. Те са по-сложни от описаните досега стабилизатори, но могат да работят при по-големи изменении на напреженнето иа източиика и на тока през товара, като из- ходиото им напрежение може да се измени плавно в широки граиици. Електрониите Стабилизатори на иапре- жеиие могат да се разделят на две големи групи Тези, конто се използуват най- често от любителите, се захранват от из- точник с напрежение, по-високо от напре- жеиието, което получаваме иа изхода на стабилизатора, като иамалнваме напреже- нието с гасящ резистор. Стабилизацията се постига или чрез промяна на тока през последователно свързан постоянен рези- стор при промниа на входното напреже- ние или консумираиия ток, или чрез про- мина на еквивалентното съпротивление на гасящня елемент при такива промени. Този метод се нзползува, когато за иама- ляване на напрежеиието се употреби 'елек- тронна лампа или транзистор на мястото на обикновен резистор. Като променяме напреженнето на решетката или тока през базата, можем да променяме проводимост- та на регул нращия елемеит, за да поддър- жаме постоянно изходното напрежение. В стабилизаторите с полупроводникови прибери този елемент наричаме проходен транзистор. Някои мощни транзистори издържат ток над 10 А н напрежение 200— 300 V, но подобия схеми се използуват обикновено за напрежения до 100 V. Вторият тип стабилизатори са т. нар. импулени стабилизатори, при конто на- прежението на източннка се включва и изключва много бързо (по електронен път). Средното изходно напрежение е пропор- ционално на коефициента на запълваие на получените импулси или с други думи, на отношеиието на времето, когато на изхода имаме иапрежеиие, към времето, когато това иапрежеиие е нула. Честотата на повторение на импулейте обикновено е от порндъка на няколко kHz, за да се осъще- стви по-лесно филтрирането на изходното напрежение. Всичко казано дотук се отиася за стаби- лизаторите на напрежение. КоНструирани са схеми за получаване на постоянен ток. Той се получава обикновено, като се огра- иичи максималиият ток, премииаващ през дадеиа верига. Токът, при който иастъпва ограничаване, може да бъде зададеи или може да се установява при всеки отделен случай. За ограничаване на протичащии ток се използуват прости схеми като опи- саиата по-нататьк. Схемите за огранича- ваие иа тока могат да се използуват в стабилизаторите на напрежение. Стабилизатори с транзистори Едиа от най-простите схеми на транзи- сторен стабилизатор на напрежение е дадена на фиг. 4-23. Получените от мосто- вня нзправител 25 V постоянен ток се по- дават иа проходния транзистор Q1, чието базово напрежение е установено с цене- ров диод CR5, който дава постоянно ста- билно иапрежеиие. Токът през ценеровия диод се определи от R1 в зависимост от пеговата разсейваиа мощност. Подходящ за схемата на фиг. 4-23 е какъвто и да е 1-ватов диод. R2 е разрядиият резистор, а СЗ служи за филтриране на високата че- стота. Ако са ни необходими няколко ста- билни напрежения, например от 6 до 18 V». чрез превключвателя S2 можем да пре- включваме стабилизатории диодн за напре- жения от 6 до 18 V. Ако Ql е 2N 1970, съпротивлението иа R1 трябва да е 680 Q. Това е една компромисна стойност при употреба на 5 диода (за 6, 9, 12, 15, 18 V). Изходното напрежение е равно на раз- ликата между напреженнето на стабили- зация на диода и напреженнето емитер- база на Q1 Напреженнето емитер-база е приблизително 0 V, ако за товар служи само R2, но се увелнчава до около 0,3 V при консумация 1 А. Увеличаването иа тока през товара води до намаляване иа на- прежението на изхода на изправителя, към което са включени CR5 и R1. Токът през диода намалява и това води до с па дане на напреженнето върху него. Точно с колко щеспадне това напрежение, зависи от типа иа използувания диод. Пулсациите на изхода на стабилизатора имат много ниско ниво. Главният недо- статьк на схемата е въи възможиостта за повреда на проходния транзистор Q1 при даване на изхода иа стабилизатора на- късо или при претоварването му. За да работи нормално, Q1 трябва да се монтира на голям радиатор, който е термично свър- зан с общия корпус (или шаси) иа захрап- ването. Транзисторът се изолира от радиа- тора с тьнка слюдена шайба и тънък слой силиконова паста. При такъв монтаж ра- диаторът се монтира направо върху шасито-
Стабилизация на иапрежението 151 Фнг. 4-23 — Електрическа схема на стабилизирано захранване. Капацитетите са в pF; кондензаторите, на конто е отбелязан поляритетът, са електролитни. Съпротнвленията са вй. Cl, С2 — електролитни, 2000 pF, 50 V; СЗ —дисков керамичен, 0,01 pF; CR1- CR4 — силициеви диоди за 50 V, 3 А (например 1N4719); CR5— ценеров диод; И — иеоиова лампа с ограничаващ резистор; Qi— 2N1970 (може да се използуват Т239 или Т240); S1 — еднспслюсен ЦК ключ; 52 — галетеи превключвател, 2X6 положения; Т1 — трансформатор с вторична намотка за 25 V, 2 А Стабилизаторн с ИС От транзисторная стабилизатор, описан по-горе, можем да получим само фиксирани напрежения. Има схеми па стабилизаторн с плавно изменение на изходното напреже- ние в голям обхват и с много добро стабили- зиране, но ако те се изпълнятс дискретви елементи, ще получим доста сложна кон- струкция. В зависнмост от изискваиията вместо всички отделии детайл и нли гол яма част от тях можем да употребим ИС. Ценеровият диод, регулиращата вернга. Фиг. 4-24 — електрическа схема на стаби- лизнрано захранване 15 V, 5 A (QST, ноември 1971); Q1 — мощен транзистор с ребрест радиа- тор с обем 200 ст2; R1 — резистор 0,1 О, навит от 2,5 го проводник с емайлова изолацня0 0,6; R2, R4 — да се види текстът; R3 — линеен потен циометър; ограиичителят на ток н транзисторите за управление на проходния транзистор се съдържат на една силициева подложка. При употреба на ИС постройката на ста- билизатора се свежда до осъществяването на няколко електрическн връзки. На фиг. 4-24 е дадена схемата на стабили- затор, в който се използуват ИС и прохо- Таблица 4-1 Делител на напрежение Максимален ток Ял(И) /?в (£2) 4лах (А) ^(£2) 3,6 6135 2967 0.05 12 5 4417 3654 0.1 6 9 11 043 2442 ОД 12 12 14 724 2314 1.0 0.6 13,6 16687 2272 1.6 0.4 15 18405 2243 2.0 0,3 20 24 540 2177 2.5 0,24 28 34 356 2122 3.0 0,20 5,0 0.12 10 0,06 Таблица 4-1 — Стойности па резисторите за различии изходни напрежения и различен мак- симален ток за стабилизатора иа фиг. 4-24. Тези стойности са определени математически и в повечето случаи не отговарит на стан- дартните съпротивления. Могат да се изпол- зуват стандартен стойности след съответното регулиране с R3. Ra — R2 и горната част на R3. RB — R4 и долната част на R3.
152 МРЕЖОВИ ТОКОЗАХРАНВАЩИ УСТРОЙСТВА Фиг. 4-25 — А — съставен транзистор, кой- то може да се нзползува за проходен тран- зистор в стабилизаторите. В и С — метод за свързване на няколко транзистора в- паралел за получаване на по-голям ток. Съпротнвлеиията са в Q. Схемата на А може да се нзползува за ток от 0,1 до 5 А; тази иа В — от 6 до 10 А; на С — от 9 до 15 А. Q1 — транзистор MJE 340 или еквивален- тен на него (например КТ801). Q2—Q7 — мощен транзистор (например 2N5305 нли 2N3772—може да се нзползува и съветският транзистор КТ805) ден транзистор. Ако на входа Е/дтподадем постоянно напрежение от 24 до 30 V, на изхода можем да получим регулируемо напрежение между 5 и 15 V. От схемата можем да консумираме до 5 А при положе- ние, че източннкът може да осигури такъв ток. Ако ии е нужен ток до 0,15 А, можем да изключим от схемата проходния тран- зистор, като съединим изводите 2 и 10 на интегралната схема. ИС NE550 издържа вход ни напрежения до 50 V, като изходното напрежение се измени между 2 и 20 V с подбор на стойно- стите на R2. R3 и R4. Стойността на R1 определи максималния ток, който схемата дава при късо съединеине на изхода и обик- новеио се подбира така, че да предпази от повреда проходния транзистор или транс- форматора в завиенмост от това, кой от двата елемента има по-малък допустим ток. В табл. 5-1 са дадени стойностите на рези- сторите в зависимост от напрежеиието и тока, конто трябва да получим от стабили- затора. Коефициеитът на стабилизация на схе- мата се подобрява, ако проходиият тран- зистор има голям коефициент на усилване по ток и затова често като такъв се изпол- зува съставен транзистор — два транзи- стора, евързани по схема Дарлингтон. В момента се произвеждат съставни тран- зистори, но любителят може да си направи сам по схемата на фиг. 4-25 А. За отбеляз- ване е, че някои от ИС, конто се произвеж- дат, имат твърде голямо усилване и изпол- зуването на проходен транзистор с голям коефициент £ обикиовено води до самовъз- буждане. Стабилизатори за силии токове Ако не можем да намерим подходящ транзистор, който да издържи необходи- мия ни ток, можем да увеличим допусти- мия ток на стабилизатора със евързването ца няколко проходни транзистора в пара- лел. Схемите на фиг. 4-25В и С показват този начин на включваие. Съ против л енията в емитерите изравняват токовете, проти- чащ и през отделяйте транзистори. Стабилизатори с ИС за определены напрежения Произвеждат се стабилизатори за опре- делени напрежения с ИС, при конто вснчки детайлиса върху еднасилициева подложка. Стабилизаторът за 5 V LM309 е една от тези интеграл ни схеми. Те са с трн извода, конто се включват към източника на поло- жително нестабилизирано напрежение, към изхода и към масата. Те са предназначени за стабилизиране на напрежеиието на отделяйте печатни платки на изчислител- ни апаратури, за да се избягнат затрудне- нията при захранването на цялата апарэ- тура от едно място. LM309 се произвежда в два вида стан- дартни траизисторни корпуса. LM309H, който се произвежда в корпус ТО-5, може да даде стабилизиран ток до 200 mA, ако е предвиден съответннят радиатор, а максималиият изходен ток на LM309K в корпус ТО-3 е над 1 А. Схемата на стабили- затора е такава, че е невъзможно той да бъде повреден от токово претоварване — ограничителят на ток е в г раден в самата ИС. Освен това е предвидена защита от пре- гряване. Ако разсейваната мошност пре-
Стабилизация на напрежеиието 153 виши определено ииво, стабилизаторът се нзключва, за да се предотвратят повреди- те. Въпреки че филтрирането иа изхода на ИС LM309 подобрява дииамичните му ха- рактеристики, то не винаги е необходимо. Ако стабилизаторът се монтира далеч от филтровите кондензатори на направите- ля, трябва да се поставят филтриращи кон- дензатори на входа му — типични стой- ности са 0,15 и 0.22 pF. По начало LM309 е предвиден за получаване на фиксирано напреженне 5 V, ио при нужда от него можем да получим и по-високи напреже- ния. Това се постига чрез включване към делител между изхода и масата на този извод на ИС, който обикновено се заземява. Можем да получим плавно регулнране на изходното напрежение над 5 V, ако този извод е свързан с общата точка на последо- вателно съединените 300-омов резистор и 1000-омов потенциометър. Другият край иа резистора се свързва с изхода на стаби- лизатора, а останалите два края иа потен- циометъра са на маса. Импулсни стабилизатори иа иапрежеиие Импулсннте стабилизатори се използу- ват, когато е желателно илн необходимо да се намалят загубите в проходния тран- зистор (или транзистори) при големи изме- нения на входното нли изходното напреже- ние. Принципът на работа на такъв стаби- лизатор може да се разбере£от фиг. 4-26А. Нека приемем, че ключът е затворен и преходиите процеси във веригата са пре- мннали. Напреженнето върху товара е 0 V и токът през L се ограничена само от R j, вътрешното съпротивление на бобина- та. При отваряне на ключа напрежеиието върху товара става по-високо от напреже- Фиг. 4-26 — На А — схема, обясняваща действие на импулсеи стабилизатор на на- прежение. На В — възлите на практиче- ски из пъл нен стабил изатор нието на източиика Е, защото към него се прибавя индуктираното в бобината напре- жение. След известно време напреженнето върху Rt ще стаие практически равно на Е (ако пренебрегнем малкото напрежение върху Ri). Този процес се повтаря при всяко затваряне н отваряне на ключа. Ако това става достатъчно бързо. иа това- ра можем да получим напрежение, по- високо от Е. За да нмаме постоянно изход- но напрежение, на изхода се свързва кон- дензатор, чието разреждане при включен ключ се предотвратява с един диод, вклю- чен последователно на паралелио свърза- ннте кондензатори и товар. На практика за ключ се нзползува тран- зистор, както е показано на фиг. 4-26В. Той може да се управлява от няколко стъ-
154 МРЕЖОВИ ТОКОЗАХРАНВАЩИ УСТРОЙСТВА пала, като и практическата схема, дадена по-късно на фиг. 4-27, те са четири, което се вижда от блоковата схема на фиг. 4-26В. Генераторът, който определи работната честота, пуска чакащия мултнвибратор. Регулиращата схема измени широчината на имиулейте в зависимост от изходното напрежение. Усилвателят, включен след мултивибратора, възбужда мощния тран- зистор Qi. По-горе беше споменато за възможност- та да получим напрежение, по-високо от напреженнето на източиика, благодарение иа нндуктираното в Ll напрежение. Във всички случаи при подбиране на индуктнв- ността на тази бобина трябва да имаме пред вид енергийните съотиошения в схемата. Когато транзисторы е отпушен, в бобина- та се натруива еиергия, която, прибавена към енергията, получена от източиика, се подава на товара, когато транзисторът се запуши. Общата енергия трябва да бъде достатъчиа, за да захрани консумато- ра и да поддържа постоялно изходното напрежение. При по-голямо натоварване е необходимо да иатрупаме повече енер- гия в бобината, следователно транзисторът трябва да остане отпушен по-дълго време. Необходимата индуктивност на L1 зависи от работната честота, коефициента на за- пълване на импулейте и от необходимия изходен ток. Линейного изменение на тока през бобината показва, че се работи на малък участък на кривата й иа натоварва- не и разтоварваие и е едно от необходимите условия за добра работа. Обикновено се използува сърцевина от карбонилно же- лязо, за да се избегне голямата промя- па иа индуктивността при по-голямо нато- варване Коефицнентът и а полезно действие на схемата зависи главно от загубите в пре- включващия транзистор. При избора му трябва да се има пред вид, че преминава- щият през него импулсен ток е значително но-голям от входиия ток на схемата. Дио- дът за обратния ход трябва да бъде с малко време на възстаиовяване и с малки загуби в права посока. Ако диодът не изпълнява нървото от двете условия, токовите нм- пулси през транзистора могат да достигнат много големи стойности. Практически схема на импулсен стабили- затор е дадена на фиг. 4-27. Той може да отдаде в товара до 100 W при напрежение на изхода, с 6 V по-високо от входного на- прежение. Честотата на превключване на стабилизатора е 9 kHz, а входного напре- жение може да е между 22 и 28 V. Пулса- циите на изхода са по-малки от 1% при пълно натоварваие. От същия порядък е и изменен ието иа напреженнето прн промяна иа товара от минимален до максимален. В схемата е използуван за ключ съставен транзистор Q1. Коефициеитът на полезно действие иа схемата намалява при малка консумация. Това е, защото загубите ие са пропорцио- нални па нзходната мощност. Максимал- ииит к. п. д. е за мощност, отдадена в товара около 80 W, защото тогава се по- стига оптимално съгласуване между ре- жима на работа на транзистора н избра- ната стойност на индуктивността иа боби- ната. Ако входного напрежение е над 28 V, изходното напрежение е равно на разлика- ка между иапрежението на входа и напре- жителния пад върху диода. Изходното напрежение се нзменя при промени на околната температура по две причини: ценеровият диод има положите- лен температурен коефнцнент, а прехо- дите емитер-база и а транзисторите имат отрицателен температурен коефнцнент Един от начините за намаляване на зависи- мостта иа изходното напрежение от темпе- ратурата е да се включат диоди с отрица- телен температурен коефициент последо- вателно иа ценеровин диод. Ограничаващ тока двуполюсник Простата схема от фиг. 4-28 може да замени предпазителите, като при това тя има по-голямо бързодействие, по-голяма надеждиост и автоматично включва вери гата при премахване на претоварването. Времето за задействуване на предпазителите, конто обикновено се използуват в захран- ването на експерименталните схемн, е твърде голямо и те не реагират на бързи токови претоварвания. Схемата на фиг. 4-28 съдържа само два транзистора и два резистора. Захранването й става от за- хранващин източник през съпротивлението на_ товара. Q1 е проходен транзистор, който пропуска ток към товара, ако той не надминава определен максимум, благода- рение на R1, който го отпушва. Върхг R2, който е свързан последователно с Q] и консуматора, се получава базового на- прежеиие на Q2. При нормална работа то е ниско и Q2 е запушен. При протичане на ток, по-силен ст установена гранична стойност, напреженнето върху R2 става достатъчно за отпушването на Q2. С това Фиг. 4-28 — Електрическа схема на дву- полюсник, ограничаващ тока. Подборы на елементите се разглежда в текста
Стабилизация на напреженнето 155 се намалява нреднапрежението на Q1 и той ограничава тока към товара. Пра- гът иа задействуване на схемата се опре- деля от стойността на R2. като между тях зависимостта е обратна — при увеличава- не иа стойността на R2 се намалява токът на задействуване. При необходнмост R2 може да бъде променлив резистор. Ограничителя? работи добре както с герман иевн, така и със силициевн тран- зистори. Стойнсстите на елементите ие са критични, но, както при всяка друга схе- ма, не трябва да се надвишават техните максималио допустими напрежения и раз- сениа мощност. По начало само те опреде- лят приложението на схемата, като еле- ментите могат да се подберат с подходящи параметри. При работа с маломощни ве- ригн (нивото на ограничаване е ннско) за Q1 и Q2 могат да се използуват тран- зистори 2N4401 с допустима разсеяна мощност 310 mW. Прагът иа задействуване на схемата се получава около 2 mA,'ако R1 е 10 k£2, a R2 —350 0 при захраива- не 9 V. При R1 — 820 Q и R2 — 24 Q токът ще започне да се ограничава при кон- сумация около 30mA. Акозахранващото на- прежение е постоянно, токът на огранича- ване зависи донякъде от коефициента на усилване на употребените транзистори. За постигане на и о-добра стабилност на из- ходното иапрежеиие трябва да използуване германиеви транзистори, защото в такъв случай съпротивлението иа R2 трябва да бъде приблизително ,/3 от съпротивле- нието при употреба на силиаиеви тран- зистори. , ЗАХРАНВАЩИ ИЗТОЧНИЦИ ЗА ПРЕДНАПРЕЖЕНИЕ Тези източници се използуват за полу- чараие на предиапрежеине на модулато- рите и усилвателите на мощност на люби- телскит'е предаватели и за запушване на стъпала в приемника н предавателя. В повечето от модерните любителски въз- будители се нзползува манипулация във веригата на нреднапрежението. Типични схеми за получаване на отри- цателно напреженне за управляващата ре- шетка на лампите са дадени на фиг. 4-29. Изправителниятдиод CR1 на А изправя едно- пътно напрежение, което се измени с R1. Ако е необходимо да захрапим усилва- тел в клас С, е желателно да използуваме схемата на фиг. 4-29В. С R1 се измени променливото напрежение, което подава- ме за изправяне, a R2 е резнсторът в решетьчната верига иа усилватели. В схемата на фиг. 4-29С се нзползува нзправител с удвояване на напреженнето. Броят на навивките във вторнчната иа- мотка иа Т1 се подбира така, че иа изхода да получим необходимого напрежение. след като вземем вред вид f пада на напре- жение върху R4. Употребата иа ценерови- те диоди CR3 до CR5 осигурява добрата стабилност на трите напрежения, конто можем да получим. Те се подбнрат в зави- симсст от изискванията ни, като могат да бъдат повече или по-малко, а в никои слу- чаи можем да използуване само еднн днод Фиг. 4-29 — Типични схеми на източници ц? на преднапрежение, в конто се използуват ** полупроводникови диоди. Схемата на В се нзползува за усилватели, работещн в клас С. Стабилизацията на напреженнето с ценеров диод е показана на С С R4 се регулира токът през стабилитро- ните и неговата допустима разсеяна мощ- ност трябва да е достатъчна, за да работи иадеждно. R2 и R3 са резистори, ограни- чаващи тока съответио през CR1 и CR2. Очевидно е, че вместо еднопътните из- правители, показани на фиг. 4-29, могат да се използуват и двупътни схеми. Въз- можна е н употребата и на утроителн иа напрежение. В някои случаи е желателно да се използуват двупътни изправители, защото при тях филтрирането е улеснено.
156 МРЕЖОВИ ТОКОЗАХРАНВАЩИ УСТРОЙСТВА ПРАКТИЧЕСКИ КОНСТРУКЦИИ НА ТОКОЗАХРАНВАЩИ УСТРОЙСТВА В повечето от случайте дължината иа връзките в токозахранващите схеми ие е -от значение, затова раз положен ието на еле- ментите при тях ие е решаващо. Много по- важни са изискванията за добра изо- ляция, правнлно подбиране иа сеченията на свързващите проводници и това, което е най-важно — изискванията за без- • опасност на работещия с апаратурата. Не трябва да се допуска оставянето на изводи под високо напрежение, конто могат да бъдат случайно докоснати. Нужно е да бъдат покрити с необходимата изоляция или да се монтират на място, където не могат да се достигнет по време на работа на предавателя или по време на неговата на- стройка. Към всеки от отдели ите зах ран ва- ши блокове се предвиждатсъответните пред- пазители. Отрицателният полюс на анод- ното захранване и положителният полюс на изправители на преднапрежеиието се свързват надежд но с шасито, което на свой ред се съедкнява с водопроводната или отоплителната инсталация на жил ищете. -С шасито се свързват и корпусите на кон- дензаторите, трансформаторите и Дросе- лите. Недопустимо е върху мъжките кон- такта да имаме напрежение, когато те са отвореии. На едииия край иа мрежовия шнур слагаме мъжкия щепсел, който се включва към мрежовия контакт.а другият трябва да завършва с женски съединител към мъжкия съединител, монтиран иа апаратурата. Във всички случаи съедини- телят на изхода на захранването трябва да бъде женски, като мъжкият се монтира на края иа кабела, отиващ към апаратура- та, която захранваме. Не трябва да имаме открити контакти под напрежение незави- симо от това, къде сме направили пре- къеване. Изводите на намотката на трансформа- тора, даваща отоплителио напрежение за изправителната лампа, трябва да имат ми- ннмална дължина. Ако проводник с на- прежение над 500—750 V минава през метално шаси, той трябва да бъде изоли- ран с керамнчни проходни втулкн. Необ- ходимо е да монтираме разряди ите и гася- щнте резистори на открито за въздушния поток място, за да не се иамали допусти- мата им разсейвана мощиост. В началото на тази глава са дадени и други изисква- иия, конто трябва да се спазват най-стро- го, за да се осигури безопасност на рабо- тэта с апаратурата. СТАВИЛИЗИРАНО ТРАНЗИСТОРНО ЗАХРАНВАНЕ С ПРОМЕНЛИВО ИЗХОДНО НАПРЕЖЕНИЕ Изходното иапрежеиие на описаното захранване може да се променя от S.5 до 21 V, а максималиият консумиран ток е 1,5 А Това позволява той да се използу- ва при работа с полупроводников и прибе- ри или като лабораторен прибор при екс- перименти с различии транзистории схе- ми. Актнвните елементи, използувани в него, са интегралната схема СА3055 (ста- билизатор на напрежение) и проходният транзистор 2N-3055. В схемата е предви- дена защита от къси съедмнения на из- хода, чиято работа не зависи от положе- иието на регулатора на изходното иапре- жение. Фиг. 4-30 —• Стабилизираното захранване е оформено в саморъчно направена метал- на кутия. Изходните клеми не са заземени. като всяка от тях може да се евърже с трета клема, свързана със земя. От двете стран и на измервателния у ред са ключове- те за включване към мрежата и за пре- включване на уреда. Долу вляво е изведе- на оста на потенциометъра за изменяне на изходното напрежение
Стабилизирано транзисторно захранване". 157 Фиг. 4-31 — Електрическа схема на стабилизмраното захранване. Съпротивленията са в Q; резисторите са с разсейвана мощност ’/«W и толеранс 10%, ако ияма други за- бележки. Кондензаторите с означен поляритет са електролитни: остаиалите са ке- рамични. CR1 — CR4 — диоди за 100 V, 3 А (например 1N4720); Ml — уред с чувствителност 3 mA; Q1 .— смлициев мощен транзистор 2N3055 (може да се използува съветският тран- зистор КТ805); RI, R3, R5 — да се види текстът; R2 — линеен потен инометър; R4 — линеен тример — потенниометър за печатен монтаж; 1 .— Мрежов трансформатор с вторична намотка за 21 V,al,5 А; U1 — ннтегрална схема на стабилизатор на напрежеине , Схема На изхода на мосто^ия изправител е включен филтров кондензатор 3000 pF, върху който се получават около 26 V. Проходният транзистор Q1 се управлява от изхода на ИС LI. с което се измени и изходното напрежение. Регулатор на на- п режен ието е потенциометърът R2, а R1 със съпротивление 56 Й определи Прага на задействуване на токовата за- щита. Увеличаването на това съпротивле- иие води до намаляване на този враг и обратно — иамаляването иа съпротивле- нкето води до увеличаване на тока, при който се задействува защитата. При това съществува почти линейна обратна про- порционалност — ако резисторът е със стойност 27 £2, защитата ще се задейству- ва при двойно по-голям ток. Съпротивле- нието 56 И не позволява да бъдат надви- шен и допустимите параметри на тран- зистора Q1 и на Т1 при продължителна работа на схемата при изход, даден накъ- со За да може да се измени плавно токът на задействуване на защитата, трябва последователно на R1 да се свърже про- медлив резистор със съпротивление 1000 Q. Милиамперметърът Ml с чувствител- иост 3 mA се превключва за измерване на изходното напрежение или консумнранни- ток с превключвателя S2. R3, ксйто ® н ап равен от медей проводник 00,2 mm с дължина 38 mm, навит иа резистор 1 MQ, */8 W е шунтът на уреда при измерване на ток. R4 и R5ca добавъчните резистори, необ- ходими при измерване на изходното напре- жение. Ако дани ите иа уреда, който ще използуваме за Ml, са различии от поео- чените, трябва да подберем стойноститв иа R3, R4, R5 Във всички случаи при настройката на схемата трябва да из- ползуваме точен измерителен уред, чиыто показания да служат за сравнение. При измерване на напрежение уредът се калибр ира така, че стрел ката да се откло- ни до половината иа скалата при 15 V. Това се постига с R4, като се използува точен волтметьр. Конструкция Кутията иа токозахраиваието е наира- вена от две части. Долният капак служи и»
158 МРЕЖОВИ ТОКОЗАХРАНВАЩИ УСТРОЙСТВА като всяка от тях може да се свърже с третата, заземена клема. Повечето от малките части са монтирани иа печатна платка, която се закрепва вер- тикално. На фиг. 4-32 тя се инжда между лицевата плоча и саморъчно иаправения радиатор за Q1. Елементите, отнасящи се към милиамперметъра, са иа плаика, мои- тирана близо до предиата плоча. Корпусът на Q1 трябва да се изолира от шасито.За тази цел се използуват слю- дена шайба, покрита със силиконова ласта, и две изолнращи втулки за крепежните винтове. шаси. предна н задиа плоча.Горният капак служи и за странички степи На фиг. 4-30 и 4-32 е показано разположението на ча- стите в модела, но то не е критично. И двете нзходни клеми са изолираии от шаси, Фиг. 4-32 — Страницей изглед на стабилв- зираиото захранване. На огънатня радиа- тор е монтиран транзисторът Q1. Изпраии- телните диоди CR1—CR4 са монтирани иа монтажна планка под измерителиия уред и частично са скрити. Големият конден- затор над печатната платка е кондензаторът на филтъра с капацитет 3000 р. F 70С-ВОЛТОВО УНИВЕРСАЛ НО ЗАХРАНВАНЕ ЗА ТрАНСИВЪРИ Това захранване е предназначено за употреби с повечето от фабричните средио- мощнн трансивъри- Напреженията за за- Фиг. 4-33 — Въишен внд на уииверсалио- то токозахранваие. Вляво е Т1 — транс- форматор от невреден телевизионен прием- ник. Мощиите резистори са поставени в п?рфорирания екран вдясно. Шасито е за- крито отдолу и има поставени четири гу- мени стойки хранване иа иъзбудител ните стъпала и управляващите решетки могат да се про- менят, за да можем да ги нагодим за всеки конкретен случай. Високото напрежение е приблизително такова, каквото се изис- ква за крайни стъпала с лампи за хоризон- тално отклонение “за телевнзионни прием- ници или с лампата 6146. Напрежеиието за отопление иа лампите може да е 6,3 или 12.6 V. В конструкцията се нзползува стар трансформатор от телевизор. Схема Съгласно фиг. 4-34 във веригата на пър- вмчната иамотка на трансформатора са включени реле К1 и ограничаващ рези- стор R3 — 25 И. След включване токът през диодите се ограничава, докато се за- редят филтровите кондензаторн. Тогава напрежеиието върху R3 намалява и реле- то К1 се задействува, като закъеява огра- ничаващия резистор до изключваието иа апаратурата. Тази защита не позволява през диодите CR1 — CR4 да протече не- допустимо голям ток. В описаната конструкция се нзползува мостов изправител. На изхода му са вклю- чени три последователио евързани конден- затора по 200 р F, конто са еквивалентии на един 1350-волтов кондензатор с капа- цитет 66 |iF. Трите резистора по 50 МЭ,
700-волтвов универсално захранване за транснвъри] 159 Фиг. 4-34 — Електрическа схема на за- Храиваието. Кондензаторите са керамнчни дискови за 1000 V, с изключение иа тези, конто са с означен поляритет, конто са електролитни. Съпротивленията са в й. като к= 1000. CR1—CR4 — силицневи диоди за 1000 V. 1 А; CR5 — силициев диод за 200 V. 0.5 А; К1 — променливотоково реле за напреженнето на мрежата с едиа контак- । ’тна двойка за 10 А; L1 — дрссел за 0,13 А с индуктив- нсст 2,5 Н; 5 W изравняват напреженията върху отдел- яйте кендензатори. Те служат и за раз- рядни резистори. Анодного напрежение за усилвателинте и възбудителните стъпала се взема от отио- да иа иторичната намотка на Т1, филтрира се и се регулира с R1. При повечето тран- енвъри това напрежение трябва да бъде между 200 и 300 V. Точната’му стойност зависи от неебходимия ток. Във фотогра- фирания модел не бе използуван дросе- лът Ы във филтъра и като последствие от това при голяма консумация имаше доста внеоко пиво на пулсациите. От Т2 се получават 6,3 V за захранване иа отоплителните вериги на трансивъра. Разбира се, може да се нзползува и 6,3 волтовата намотка на Т1. За да получим отоплително напрежение 12 V, е необхо- димо да евържем точките X и Y, като иа- R1 — променлив резистор 2500 Q; R2 — жичен потенциометър; R3 — да се видн текстът; S1 — мрежов ключ с контакта за 10 А; Т1 — мрежов трансформатор с вто- рична намотка за 2X375 V и намотка за отоплително напрежение 6,3 V (намотка- та за 5 V не се нзползува); Т2 — мрежов трансформатор с вто- рична намотка за 6,3 V, 6 А; ТЗ — мрежов трансформатор с вто- рична намотка за 6,3 V, 1 А прежението се взема между точката Z и земя. При това трябва да се внимава за сфазирането иа двете намотки, за да полу- чим сумиране на двете напрежения. Ако пол ученого напрежение не е 12 V, трябва просто да размен нм местата иа изводите на едиа от тях. За получаване на решетъчно преднапре- жение се нзползува ТЗ, чиято намотка за 6,3 V, 1 А е евързана с вторнчната намотка на Т2. На нзхода на еднопътния нзправител (CR5) е свързан филтров кондензатор с капацитет 100 pF. Изходното напрежение се регулира с R2. Цялата конструкция е монтнрана на алу- миниево шаси с размери 28x25.5X6 ст. R1 и резнсторът 150 Q, 10 W са закрепе- ни върху шасито, за да се облекчн охлаж- дането им. Те са покрити с перфорираи екран, което предотвратява евентуалното им случайно допираие.
160 МРЕЖОВИ ТОКОЗАХРАНВАЩИ УСТРОЙСТВА УНИВЕРСАЛНО ТОКОЗАХРАНВАНЕ ЗА ЛЮБИТЕЛСКА СТАНЦИЯ Фиг. 4-35 — Универсалисте токозахран- ване е монтнрано иа алуминиево шаси. Чрез обръшане иа съединителите със за- късенн изводи може да се преминава от работа на 117 V към работа на 220 V и да се получи напрежение за отоплението на лампите 6,3 или 12.6 V Разглежданата конструкция е уиивер- сално токозахранване, предназначено за работа с мрежово напрежение 117 или 220 V, което може да се прнслособи към всяка фаб- рична апаратура, като се направят необ- ходим ите евързващи кабели. От него мо-