Лабораторная работа n 218. Изучение кенотронного выпрямителя

ТЕОРИЯ

1. Принцип выпрямления и сглаживания тока.

В основе работы всякого выпрямительного устройства лежит использование свойства проводящего элемента электрической схемы, в котором сила тока зависит не только от величины, но и от направле­ния приложенного к нему напряжения. Сила тока в таких проводниках не подчиняется закону Ома (нелинейный проводник).

Основной частью кенотронного выпрямителя является КЕНОТРОН-электронный прибор с накаливаемым катодом и холодным анодом (двух­электродная лампа-диод). Кенотроны обладают односторонней (унипо­лярной) проводимостью: ток в лампе возможен только в том случае, когда потенциал анода выше потенциала катода, т.е. ко­гда анодное напряжениеU_a=->0. В обратном направлении ток через кенотрон идти не может, ибо способностью испускать электроны обладает лишь катод: анод будучи холодным, электронов не испускает.

Схема простейшего однополупериодного кенотронного выпрямите­ля приведена на рис.1.

Рис.1.

Первичная I обмотка трансформа­тора Т_р соединена с источником переменного тока. Одна из вто­ричных обмоток III служит для питания нити накала кенотрона. Концы другой вторичной обмотки II присоединены к аноду и като­ду кенотрона. В эту цепь вклю­чен потребитель выпрямленного тока, сопротивление которого R.

Электрический ток I в лампе и сопротивление К может иметь только одно направление, показанное на чертеже стрелками. Численное значение этого тока периодически из­меняется. Такой ток называется пуль­сирующим. Если выпрямленный перемен­ный ток изменяется по гармоническому закону, то в течение первой половины периода, когда анодное напряжение на лампе

отрицательно, ток 1=0, а в течении

второй половины периода постепенно возрастает до максималь­ного значения и затем снова уменьшает­ся до нуля./рис.2/.

Для сглаживания пульсаций выпрямленного тока I параллельно потребителю R включают специальные устройства, называемые ФИЛЬТРА­МИ. Простейшим фильтром служит конденсатор С, показанный на черте­же

Рис.2

/рис.1/ пунктиром. В процессе возрастания тока I и напряжения U_R на сопротивлении R конденсатор заряжается, а затем при уменьше­нии I и U_R разряжается, сглаживая пульсации тока. Более совершенен фильтр, изображенный на рис.4. Он состоит из катушки с железным сердечником, называемой ДРОССЕЛЕМ, двух конденсаторов С₁ и С₂. Сглаживающее действие дросселя на пульсирующий ток основано на яв­лении самоиндукции. Так как по катушке течет переменный по величине ток, то вокруг нее возникает переменное магнитное поле, за счет которого в катушке будет возникать ЭДС и ток самоиндукции. Ток самоиндукции, согласно закону Ленца, всегда противодействует изменению основного тока. Поэтому ток самоиндукции будет уменьшать растущий ток и под­держивать /увеличивать/ уменьшающийся, способствуя уменьшению пульсации выпрямленного тока.

Используя два диода или диод с двумя анодами /сдвоенный диод/, можно осуществить двухполупериодное выпрямление тока. Схема двухполупериодного кенотронного выпрямителя показана на рис.З. По­требитель тока R присоединен к катоду сдвоенного диода и к средней точке 0 вторичной обмотки трансформатора Тр. Направление выпрямле­нного тока I показано стрелкой. Аноды А₁ и А₂ работают поочередно. Пусть в течение первого полупериода ЭДС вторичной обмотке трансфо­рматора Тр имеет такой знак, что напряжение U₁ между анодом А₁ и катодом положительно, а напряжение U₂ между анодом А₂ и катодом отрицательно. В этом случае ток в лампе идет от анода А₁ к катоду /I=I₁/. Во втором полупериоде знак ЭДС во вторичной обмотке трансфор­матора изменяется на противоположный так, что U₁<0,а U₂ >0 . Поэтому ток в лампе идет уже от анода зависимости выпрямленного I от времени представлен на рис.5.

Сглаживание такого пульсирующего тока проще, чем в случае однополупериодного выпрямителя.