Przegląd układów zasilających
RADIOAMATOR, Rok I, KWIECIEŃ 1951 R. Nr 4, MAJ 1951 R. Nr 5, CZERWIEC 1951 R. Nr 6
Henryk Borowski
Artykuł niniejszy polega na podaniu schematów odstawowych układów zasilających, używanych w odbiornikach, urządzeniach radiowych oraz wszędzie tam, gdzie wymagane jest stałe napięcie zasilające. Praca polegała na przejrzeniu setek schematów, wybraniu i opracowaniu układów standardowych i najczęściej spotykanych w praktyce. Korzystałem tu z literatury niemieckiej, radzieckiej i amerykańskiej. Teoretyczne zasady działania, oraz sposoby projektowania i obliczania poszczególnych części ("trafo", dławików, lamp itd.) zostały pominięte. Znajdą je bowiem czytelnicy w każdej mniej czy więcej popularnej literaturze radiotechnicznej, krajowej lub zagranicznej jak również w miesięcznikach "Radio" czy "Radioamator".
1. Prostowniki jednopołówkowe
Rys. 1
Prostownik najprostszy - prostowanie jednopołówkowe. Uzwojenie S2, załączone między anodą lampy i chassis aparatu. Wysokie napięcie stałe wyprostowane otrzymujemy z katody lampy. W wypadku lampy żarzonej pośrednio źródłem napięcia stałego jest katoda (odizolowana od grzejnika).
Rys. 2
Prostownik jednopołówkowy z filtrem sieciowym, wygładzającym napięcie wyprostowane (usuwającym tętnienia). Indukcyjność dławika L winna być nie mniejsza niż 20 H, o jak najmniejszej oporności omowej uzwojenia (około 80 – 150Ω). Kondensatory C3 (4 – 16 μF) C4 (8 – 32 μF) - są członami filtru. Kondensatory C1 i C2 (0,02 µF) usuwają (zwierają) szumy i częstotliwości radiowe z sieci. C5 (0,1µF) - bezindukcyjny, zwiera częstotliwości radiowe, które mogą przedostać się przez filtr. Musi to być kondensator nie polaryzowany (blok). W wypadku zastosowania kondensatorów blokowych w filtrze. kondensator C5 odpada. W celu usunięcia przydźwięku sieci, który może przechodzić przez żarzenie lamp, stosuje się regulowany (50 – 100 Ω) w uzwojeniu żarzenia.
Rys. 3
Typowy filtr oporowy. Wartość R1 i R2 zależna jest od zaprojektowanego odbiornika i może wahać się w granicach od setek - do kilku tysięcy omów. C1, C2, C3 mają wartości (8 – 32 μF). Układ spotykany często, ze względu na stosunkowo niski koszt oporów, w porównaniu z dławikami.
Rys. 4
Napięcie zmienne do prostownika pobiera się wprost z sieci (najlepiej z odczepu 240 V). Natomiast sam transformator służy tylko do żarzenia lamp.
Można stosować bardzo małe transformatory np. dzwonkowe, głośnikowe (odpowiednio przewinięte), w wypadku gdy lampy odbiornika łączone są w szereg (lampy uniwersalne, wojskowe i inne) i żarzone wprost z sieci.
Rys. 5
Układ do prostowania jednopołówkowego z transformatorem. Brak tu odczepów na uzwojeniu pierwotnym. Napięcie na anodę dostarczane wprost z sieci, więc napięcie wyprostowane zależne jest od napięcia sieci. Układ ten często jest spotykany w praktyce. Można tu używać całkiem małych rdzeni (transformator nie może się jednak grzać). Lampa prostownicza żarzona pośrednio - aby uniknąć dodatkowych uzwojeń żarzenia. Prowadzenie żarzenia jednoprzewodowe.
Rys. 6
Układ często używany, w wypadku gdy lampa końcowa jest dużej mocy. Stosuje się wtedy filtr indukcyjno - oporowy. Wyższe napięcie pobierane jest z odczepu +(1) - zaś na pozostałe części odbiornika z +(2). R spełnia rolę regulatora napięcia, a więc musi być oporem o dostatecznym watażu. Pojemności C1, C2, C3 mają wartości standardowe.
Rys. 7
Prostownik jednopołówkowy wraz z uzyskiwaniem ujemnych przednapięć siatkowych. Spadek napięcia, jaki otrzymujemy na oporze R1 może być wykorzystany do spolaryzowania siatki (napięcie ujemne). Wartość R1 zależy od wymaganego "minusa". R2 (0,25 MΩ) i C2 (0,25 µF), jest układem odsprzęgającym, służącym do dokładnego wyfiltrowania napięcia ujemnego.
Rys. 8
Często budowane są transformatory o jednym wysoko napięciowym uzwojeniu S1, i uzwojeniach wtórnych, nisko napięciowych (w celach oszczędnościowych). Anoda pracuje tu pod napięciem 240 – 250 V, niezależnie od napięcia sieci. Jest to właściwie autotransformator. R pracuje jako opór katodowy. Ujemne napięcie na lampę końcową brane jest ze spadku napięcia na pierwszym elektrolicie.
2. Prostowniki dwupołówkowe (cz. I)
Rys. 9
Zasadniczy schemat prostownika dwupołówkowego. Jest to obecnie powszechnie stosowany układ prostowniczy. Każda z anod pracuje tu przez pół okresu. Środek uzwojeń wysokiego napięcia - na chassis. Napięcie wyprostowane z katody.
Rys. 10
Prostownik dwupołówkowy. Układ bardzo potrzebny przy małych wymiarach "trafo". Jedno tylko uzwojenie niskowoltowe żarzy wszystkie lampy. Lampa prostownicza pośrednio żarzona.
Rys. 11
Prostownik dwupołówkowy. Bezpiecznik B (100 mA), w odczepie uzwojeń anodowych, chroni przed spaleniem lampy przy przebiciu pierwszego kondensatora filtru. Opór regulowany R3 (50 – 100 Ω), bocznikujący żarzenie lamp odbiorczych, redukuje przydźwięk sieciowy. Napięcie ujemne dostarczane jest z dzielnika R1, R2 (rząd setek omów zależnie od żądanego napięcia). Anody blokowane są przez C1 i C2 (0,01 µF).
Rys. 12
Filtr składa się tu z dwóch dławików L1 i L2, C1 (4 – 12 µF) i C2 C3 (3 – 8 µF) - każdy. Układ ten spotykany jest tam, gdzie wymagane są dwa oddzielne napięcia zasilające, dobrze filtrowane.
Rys. 13
Jeżeli chcemy zupełnie (praktycznie) usunąć tętnienia, dajemy dwa dławiki na filtrze w szereg. Muszą one być dobrze obliczone, gdyż przez nie płynie duży prąd, i pracują pod wysokim napięciem. Układ powyższy używany jest tylko w dużych urządzeniach. C1 (8 – 12 µF), C2 (8 – 16 µF), C3 (8 – 32 µF).
Rys. 14
Wartości R1 (reg. 1000 Ω), R2 (0,2 MΩ), C3 (1 – 2 µF), - służą do wytwarzania ujemnego napięcia. Prostownik normalny dwupołówkowy.
Rys. 15
Układ z regulowanym napięciem dodatnim. Z punktu (2) otrzymujemy około 130 V przy poborze 10 mA, a więc regulowany opór P2 winien mieć 10 KΩ. C1 (1 – 2 µF) - można pominąć. C2 (6 µF) - elektrolit.
3. Prostowniki lampowe w urządzeniach uniwersalnych
Rys. 16
Układ przystosowany do pracy wprost z sieci prądu stałego i zmiennego, bez transformatora. Oporem regulowanym R obniżamy napięcie żarzenia dla lamp łączonych szeregowo. Napięcie sieci przyłożone jest bezpośrednio do anody lampy prostowniczej V5. Przy pracy na sieć prądu zmiennego - lampa jest prostownikiem jednokierunkowym, załączona zaś w sieć prądu stałego przedstawia opór niskoomowy. Stałe napięcie z katody filtrowane jest normalnym filtrem C1 (16 µF), C1 (32 µF).
Rys. 17
Na wejściu wbudowany jest filtr przeciwzakłóceniowy: D1, D2, C1 (0,1 µF). Napięcie żarzenia lamp regulowane jest bareterem R (opór żelazny w atmosferze wodoru). Ma on za zadanie utrzymać prąd żarzenia, niezależnie od wahań sieci (w pewnych granicach). Układ filtrujący normalny. Kondensator C4 (0,01 – 0,1 µF) oddziela uziemienie od masy odbiornika, ze względów bezpieczeństwa.
Rys. 18
Prostownik załączony do sieci poprzez bardzo skuteczny filtr w.cz., składający się z dwóch dławików D1 i D2, i kondensatorów C1, C2, C3, C4 (0,1 µF). Opór R3 zabezpiecza lampę (ogranicza szczyty napięcia), R4 (około 40 KΩ) ogranicza nadmierne napięcie w chwili włączenia i wyłączenia aparatu z sieci. Filtrowanie prądu pulsującego normalne. Można stosować stały opór redukcyjny R1 oraz regulator prądu (bareter) R2. Żarówki oświetlające skalę, mogą pobierać inny prąd niż lampy i dlatego niekiedy stosuje się boczniki R5.
Rys. 19
Aby uniezależnić się od prądu pobieranego przez uzwojenie wzbudzenia głośnika elektro-dynamicznego, a zatem od "siadania' napięcia na odbiorniku, stosujemy lampę prostowniczą o dwóch niezależnych katodach. Jedna z nich zasila wzbudzenie głośnika, filtrowane przez C1 (8 µF), druga katoda zasila pozostały układ bądź wprost, bądź poprzez filtr C2 i C3 (32 µF) i R4 (1500 – 3000 Ω – 15 W). R1 jest oporem redukcyjnym napięcia żarzenia. R2 opór zabezpieczający anody lamp.
Rys. 20
Potrzebne są w tym układzie trzy różne wartości prądu żarzenia (lampa prostownicza bocznikowana przez R2, lampy V1, V2 bocznikowane przez R3 i żarówki przez R4). Można w ten sposób wykorzystać różne posiadane lampy o różnych prądach żarzenia stosując boczniki. R1 redukuje napięcie żarzenia całego układu. R5 wytwarza ujemne napięcie siatki.
Rys. 21
Opory R1, R2 (50 – 100 Ω) włączone w szereg z każdą anodą, mają na celu ograniczenie przepływu prądu, przy szczytach napięcia. Uzwojenie wzbudzenia (3000 – 6000 Ω) załączone równolegle. Filtrowanie na zwykłym układzie filtrującym L, C2, C3. Lampa prostownicza ma dzieloną katodę, można ją wykorzystać do dwóch różnych celów. Na rysunku anody zwarte.
Rys. 22
Prostownik uniwersalny z autotransformatorem AT. Przy zasilaniu prądem zmiennym przełączniki w pozycji jak na rysunku. Pozwala to otrzymać napięcie niezależne od napięcia sieci prądu zmiennego.
4. Prostowniki stykowe
Rys. 23
Lampę prostowniczą można zastąpić z powodzeniem prostownikiem stykowym (selenowym lub kuprytowym). Unikamy w ten sposób stosowania drogich nieraz lamp, podstawek lampowych i innych części. Efekt prostowania nie ustępuje w niczym prostowaniu przy pomocy lamp. Prostowniki metaliczne stosujemy zwłaszcza w urządzeniach tanich i mało skomplikowanych. Pokazana jest tu współpraca z transformatorem. Filtrem jest C1 (4 – 8 µF) i dławik. Z powodzeniem stosować tu można tańsze bloki, zamiast drogich elektrolitów.
Rys. 24
Układ taki bywa często wbudowany w elektrodynamiczny głośnik (którego uzwojenie zasilane jest jak wiadomo prądem stałym). Unika się w ten sposób prowadzenia wysokiego napięcia stałego z odbiornika lub wzmacniacza - do odległego nieraz głośnika. Sprawę dobrze rozwiązuje prostownik stykowy, z wbudowanym filtrem: C1 i C2 (4 – 8 µF) - bloki, i dławik L (10 – 20 H).
Rys. 25
Układ Graetza z transformatorem. Wykorzystujemy obie połówki prądu zmiennego. Układ ten jest drogi, ze względu na to, że należy stosować cztery stosy selenowe. Stosujemy w technice pomiarowej. Może pracować z transformatorem lub wprost z sieci.
5. Układy wibratorowe
Rys. 26
Kiedy wyłącznik zostanie zamknięty. z akumulatora płynie prąd przez cewkę L. kontakt (1) - na kotwiczkę A - do kontaktu (2) i na pierwotne uzwojenie transformatora T. Prąd płynąc przez cewkę L, przyciąga kotwiczkę A, i przerywa zasilanie cewki L. Na skutek tego, kotwica opadnie na kontakt (3) wywołując wysłanie impulsu prądu przez P2 w odwrotnym kierunku. Kiedy prąd zostanie przerwany w cewce L, elektromagnes traci swój wpływ magnetyczny na kotwiczkę A, która wraca wtedy do pierwotnego położenia i zwiera kontakty (1) i (2). Zmiany te następują szybko po sobie. W uzwojeniu S indukuje się napięcie zmienne o częstotliwości drgań kotwicy. Przekładnia transformatora jest podwyższająca. Napięcie akumulatora 2 - 6 V.
Rys. 27
Wibrator w układzie samoprostującym (prostowanie mechaniczne). Kontakty (3) i (5) załączone są na pierwotne uzwojenie transformatora T oraz łączą się na zmianę z armaturą wibratora (z kotwicą A). Kontakty (2) i (4) przyłączone są do uzwojenia wtórnego. W pozycji pokazanej na rysunku prąd płynie w P1, indukując napięcie w S1. Kiedy kotwica uderza o kontakty (4), (5) prąd płynie w uzwojeniu P2, indukując napięcie w S2. W ten sposób na wtórnym uzwojeniu otrzymujemy prąd stały tętniący - wygładzany następnie na filtrze L1 C1 C2. Poza filtrem otrzymujemy dostatecznie wygładzony prąd, którym można zasilać odbiornik. Dł. w.cz. D i C3 (0,1 µF) zwiera prądy i zakłócenia w.cz., które mogłyby przedostać się na zasilany układ. Kondensatory C4, C5, C6, C7, C8 załączone są równolegle do kontaktów wibratora, a mają za zadanie zapobiegać iskrzeniu przy przerywaniu obwodu z prądem.
Rys. 28
Przedstawia typowy samochodowy zasilacz wibratorowy z zastosowanym wibratorem nieprostującym. Plus napięcia akumulatora płynie poprzez dławik w.cz. na środek pierwotnego uzwojenia transformatora T zasilając równocześnie cewkę L wibratora. Dwupołówkowe prostowanie odbywa się przy pomocy lampy prostowniczej. Dławik w.cz. DI i C1 (0,001 µF), nie dopuszczają zakłóceń w.cz. do obwodu grzejnika lampy i transformatora. Dławik w.cz. DII odgradza w.cz. od układu zasilanego. Kondensatory C3 i C4 (20 – 30 µF) są członami normalnego filtru. Oporami polaryzacji siatek są: R3 i R4. Odsprzężeniem jest R2 (0,1 MΩ) i C2 (0,1 µF) oraz R5 C5 (jak dla R2 C2). Kondensator C6 (0,0005 µF) musi posiadać napięcie pracy 1000V. Jest to układ bardzo rozbudowany, zapewniający zupełne wyeliminowanie zakłóceń i trzasków pochodzących z wibratora. Stosowany bywa tylko w droższych odbiornikach bateryjnych.
Rys. 29
Układ wibratora z prostownikiem selenowym i rozbudowanym stopniem polaryzacji siatek lamp poszczególnych stopni. Urządzenie używane do zasilania odbiorników bateryjnych domowych. Po stronie niskiego napięcia stałego, zastosowano filtr składający się z dwóch dławików w.cz. D1 i D2 i kondensatorów C1 (0,5 µF) i C2 (0,2 µF). Kondensator bocznikujący uzwojenie pierwotne C3 ma wartość (0,1 µF). Dławik L i kondensatory C5 (10 µF) i C4 (0,1 µF) są filtrem napięcia wyprostowanego. Polaryzacja siatek wytwarzana jest na R1 (700 Ω) dodatkowo załączonego do oporności omowej dławika L. Spadek napięcia z tego dławika przyłożony jest do lampy końcowej jako jej ujemne napięcie przez R2 (50 KΩ), odsprzęgnięty przez C7 (20 µF). Całkowite ujemne napięcie rozłożone jest na R3 i R4 (10000 Ω) każdy. R4 jest potencjometrem, z którego zbierane jest ujemne napięcie na lampę wzmacniacza w.cz. C8 jest kondensatorem filtrującym.
