Borowski H. - Zasilacze

~I
HENRYK BOROWSKI
ZASILACZE '
I
li
[
SPIS TRESCI
l . Wstęp
1. 1. Ogólne warunki techniczne
1. 2. Maksymalne graniczne napięcia i prądy żarzenia
1. 2. 1. Elektronówki żarzone równolegle
1. 2. 2. Elektronówki żarzone szeregowo
1. 2. 3. Elektronówki żarzone szeregowo lub równolegle
1. 3. Maksymalne napięcie między katodą a włóknem żarzenia
1. 4. Maksymalna oporność opornika katodowego Rk
1. 5. Graniczne wartości napięć dodatnich na elektrodach elektro-
nówek
1. 6. Maksymalne napięcie anadowe U8
mox .•
1. 7. Maksymalne napięcia na elektrodach w zimnym stanie katody
1. 8. Graniczne prądy elektrod
1. 9. Graniczne moce admisyjne elektrod
Str.
7
7
8
9
9
13
13
14
15
15
16
16
16
2. Elementy zasilaczy 18
2. 1. Elektronówki prostownicze 18
2. 1. 1. Diody prostownicze próżniowe 18
2. 1. 2. Diody prostownicze rtęciowe 20
2. 2. Prostowniki stykowe 23
2. 3. Kondensatory elektrolityczn1; 30
2. 4. Oporowe stabilizatory prądu 33
2. 5. Stabilizatory napięcia 40
2. 5. 1. Jarzeniowe stabilizatory napięcia 41
2. 5. 1. 1 Napięciowo-prądowa charakterystyka stabiliza-
tora jarzeniowego 43
2. 5. 1.2. Obliczanie stabilizatora jarzeniowego 44
2. 5. 1. 3. Uwagi końcowe 49
2. 5. 2. Pozostałe typy stabilizatorów napięcia 50
2. 6. Autotransformatory 54
2. 6. 1. Zasada pracy autotransformatora 54
2. 6. 2. Obliczanie autotransformatora 56
2. 7. Dławiki i transformatory sieciowe 61
3. Układy prostownikowe i ich obliczanie
3. 1. Prostowniki półokresowe
3. 2. Prostowniki pełnookresowe
62
62
68
3
3. 3. Układy mostkowe prostowników
3. 4. Układy podwajaczy napięcia .
3. 5. Układ potrajania napięcia
3. 6. Układ czterokrotnego zwiększania napięcia
3. 7. Powielacze napięcia
4. Obliczanie prostowników
4. 1. Wybór układu prostownika
4. 2. Wybór diody prostowniczej
4. 3. Określanie oporności obwodu prostownika
4. 4. Obliczanie napięcia wtórnego uzwojenia transformatora
4. 5. Obliczanie prądu wtórnego i pierwotnego uzwojenia trans-
formatora
4. 6. Obliczanie napięcia wyprostowanego
4. 7. Obliczanie powielaczy napięcia
4. 8. Określanie pojemności kondensatora wejściowego filtru pro-
stownika
5. Filtry i ich obliczanie
5. 1. Napięcia tętnień
5. 2. Podział filtrów
5. 3. Obliczanie filtrów LC
5. 4. Obliczanie filtrów RC
5. 5. Inne typy filtrów .
6. Budowa i obliczanie transformatorów sieciowych
6. 1. Budowa i materiał korpusu
dławików
•
6. 2. Budowa i materiał uzwojeń
6. 3. Rdzenie transformatorowe
6. 3. 1. Wybór rdzenia transformatora sieciowego
6. 3. 2. Obliczanie uzwojeń transformatora
6. 3. 3. Sprawdzanie rozmieszczenia obliczonych uzwojeń
6. 4. Uproszczony sposób obliczania transformatorów sieciowych .
6. 5. Obliczanie dławików stosowanych w filtrach sieciowych
6. 5. 1. Obliczanie rdzenia dławika
6. 5. 2. Obliczanie uzwojenia dławika
6. 6. Określanie obciążalności dławików
7. Stabilizacja napięcia i prądu. Układy stabilizatorów
4
7. 1. Układy jonowych stabilizatorów napięcia
7. 1. 1. Układ zasilania odbiornika
7. 1. 2. Układ zasilania nadajnika
7. 1. 3. Układ pracy stabilizatorów wielokrotnych
7. 1. 4. Układ o podwyższonym współczynniku stabilizacji
7. 1. 5. Układ włączenia stabilizatora jako filtru anodowego .
7.1. 6. Stabilizator jako element sprzęgający
7. 2. Elektroniczne stabilizatory napięcia
Str. Str.
70 7. 3. Wtórniki katodowe stabilizatorami napięcia 166
71 7. 4. Elektroniczne stabilizatory wysokiego napięcia 171
76 7. 4. 1. Stabilizacja napięcia układów powielaczy nap1ęc 172
77 7. 4. 2. Stabilizacja prostownika wysokiego napięcia z genera-
80 torem wielkiej częstotliwości 175
85
85
86
7. 4. 3. Stabilizacja prostowników wysokiego napięcia z gene-
ratorem drgań nietłumionych 177
7. 5. Elektroniczne stabilizatory prądu 181
88 8. Układy i źródła zasilające 185
91 8. l. Zasilacze uniwersalne 185
8. l. 1. Zasilacz pracowni radioamatora 185
92 8. 1. 2. Zasilacz o regulowanym, stabilizowanym napięciu wyj-
94 ściowym 190
95 8. 1.3. Zasilacz uniwersalny dużej mocy 192
8. 2. Zasilacze na kilka napięć 198
97 8. 2. 1. Zasilacz dla dwóch napięć stałych: 600 i 1200 V . 198
99
99
103
104
107
110
8. 2. 2. Prostownik dla dwóch napięć I 98
8. 3. Żródło napięć ujemnych . 199
8. 4. Zasilacz do odbiornika bateryjnego 200
8. 5. żródła i zasilacze wysokiego napięcia 200
8. 5. 1. Zasilacz do odbiornika telewizyjnego 200
8. 5. 2. Prostownik impulsowy wysokiego napięcia 204
8. 5. 3. Zasilacz do oscyloskopu .· 206
112 8. 6. Akumulatory żarzenia i baterie anodowe 208
112 8. 7. Zasilacze wibratorowe 210
115 8. 7. 1. Rodzaje przetwornic wibratorowych 211
120 8. 7. 2. Elementy prZE~tworników wibratorowych 219
122 8. 8. Samodzielna budowa wibratora 223
129 8. 8. 1. Konstrukcja wibratora 225
130 8. 8. 2. Regulacja wibratora 230
138 8. 9. Inne rodzaje zasilaczy 232
141
142
144
146
149
149
149
150
151
152
153
154
l
154
5
SPIS TABLIC
Str.
Tablica 1-1 Graniczne wartości napięć żarzenia 9
Tablica 1-2 Graniczne wartości prądów żarzenia 9
Tablica 1-3 Graniczne wartości napięć żarzenia elektronówek bezpo-
średnio żarzonych 13
Tablica 2-1 Niektóre typy europejskich diod prostowniczych . 21
Tablica 2-2 Wartości charakterystyczne niektórych diod prostowni-
czych produkcji radzieckiej 22
Tablica 2-3 Niektóre typy niemieckich wojskowych diod prostowni-
czych
Tablica 2-4 Wartości charakterystyczne płytek selenowych
Tablica 2-5 Wartości charakterystyczne niektórych typów oporowych
stabilizatorów produkcji europejskiej
Tablica 2-6 Wartości charakterystyczne niektórych typów oporowych
stabilizatorów produfocji radzieckiej
Tablica 2-7 Wartości charakterystyczne niektórych typów stabilizato-
rów jarzeniowych produkcji europejskiej .
Tablica 2-8 Wartości charakterystyczne niektórych typów stabiliza-
torów jerzeniowych produkcji radzieckiej
23
26
35
36
40
48
Tablica 3-1 Napięcia pracy na kondensatorach układu niesymetrycz-
nego czterokrotnego zwiększania napięcia (napięcie sieci
120 V) 80
wklejka (88-89)
104
Tablica 4-1 Wzory do obliczania prostowników
Tablica 5-1 Dopuszczalne wartości tętnień .
Tablica 6-1 Najmniejsze dopuszczalne wymiary części korpusu i izo-
lacji międzyuzwojeniowej
Tablica 6-2 Zestawienie danych nawojowych izolowanych drutów
miedzianych do transformatorów
Tablica 6-3 Zależność wartości B, 11 i j od mocy transformatora .
Tablica 6-4 Zależność współczynnika kw od średnicy drutu i ro-
dzaju izolacji
Tablica 6-5 Znormalizowane wymiary blach transformatorowych
(wg Tesli)
Tablica 6-6 Podstawowe wielkości rdzeni typu płaszczowego
Tablica 6-7 Wzory do obliczeń rdzeni typu E i L
Tablica 7-1 Wielkości cewek układu z rys. 7-23
Tablica 8-1 Napięcie ujemne w funkcji pojemności kondensatora C1
6
ll5
116
125
126
127
127
128
180
200
WSTĘP
W każdym radiowym odbiorniku, nadajniku lub innym urządze­
niu obwody anodowe są zasilane ze źródeł prądu stałego. W od-
biornikach bateryjnych do tego celu służą baterie, a w sieciowych
- prostowniki. Prostownik jest urządzeniem, które przekształca
prąd zmienny na prąd stały. Prostowniki mogą być z transforma-
torami lub bez. Jedne i drugie bywają elektroniczne (lampowe)
lub stykowe (selenowe bądź miedziowe). Prostowniki mogą praco-
wać w układzie prostowania półokresowego lub pełnookresowego.
Prąd uzyskany z prostownika jest pulsujący i jako taki do zasi-
lania urządzeń radiowych się nie nadaje. Aby prąd pulsujący ,,wy-
gładzić", stosuje się filtry.
Włókna elektronówek żarzonych z sieci mogą być połączone
szeregowo lub równolegle. Przy równoległym połączeniu włókien
źródłem ich zasilania jest niskonapięciowe uzwojenie na transfor-
matorze.
Jak widzimy, do zasilania odbiornika z sieci elektroenergetycz-
nej potrzebne są dwa lub trzy elementy: transformator (nie zaw-
sze), prostownik i filtr. Zespół zbudowany z tych elementów na-
zywa się zasilaczem.
1. 1. OGÓLNE WARUNKI TECHNICZNE
Przez warunki techniczne rozumiemy podawane w katalogach
i czasopismach technicznych nominalne i dopuszczalne wartości
elektryczne poszczególnych elementów zasilaczy oraz dane elek-
tryczne układów i elementów zasilanych. Jeżeli układ zasilający
czy zasilany ma dobrze pracować, muszą być spełnione następu­
jące podstawowe warunki:
1) zasilacz i układ zasilany powinny mieć odpowiednie elektro-
nówki o dostatecznej emisji;
7
2) elektronówki zastępcze powinny odpowiadać parametrom
elektrycznym właściwych elektronówek;
3) napięcia zasilające elektronówki powinny odpowiadać war-
tościom katalogowym;
4) dopuszczalne wahania napięć zasilających nie mogą prze-
kraczać ..:::. 100/o, a napięcia żarzenia ± 50/o;
5) części obwodu zasilacza muszą mieć wartości elektryczne za-
pewniające bezpieczną pracę (kondensatory - odpowiednie na-
pięcie pracy, oporniki - odpowiednią moc itd.);
6) dopuszczalne tolerancje wartości elektrycznych użytych ele-
mentów powinny być takie, aby nie obciążały zasilacza oraz aby
nie doprowadziły do przekroczenia maksymalnych mocy admisyj-
nych zasilanych elektronówek;
7) w urządzeniach bateryjnych napięcia zasilające mogą wahać
l'iQ od + 100/o do - 300/o napięcia nominalnego.
Ogólne warunki techniczne podają poza tym wysokość poszcze-
gólnych napięć, graniczne prądy i napięc·a, maksymalne napię­
cia itd.
1. 2. MAKSYMALNE GRANICZNE NAPIĘCIA I PRĄDY ŻARZENIA
Dla uzyskania normalnej pracy urządzenia konieczne jest utrzy-
manie we wszystkich użytych elektronówkach stałej temperatury
katody. Osiąga się to przez utrzymywanie nominalnej wartości
napięcia lub prądu żarzenia.
Nieutrzymanie nominalnego napięcia żarzenia zakłóca pracę,
a głównie zagraża żywotności użytych elektronówek. Zarówno
niedożarzenie, jak i przeżarzenie włókna jest szkodliwe. Dotyczy
to zwłaszcza elektronówek żarzonych bezpośrednio.
Niedożarzenie powoduje ograniczenie zdolności emisyjnej ka-
tody; przeżarzenie może spowodować uszkodzenie części masy
emisyjnej katody.
Katalogi podają tolerancje napięcia lub prądu żarzenia. Według
sposobu żarzenia elektronówki podzielone są na trzy grupy : eh~k­
tronówki żarzone tylko równolegle, elektronówki żarzone tylko
szeregowo i elektronówki żarzone równolegle lub szeregowo.
8
1. 2. I. Elektronówki żarzone równolegle
Do grupy tej należą wszystkie elektronówki, które przyłącza się
iównolegle do źródła żarzenia (transformator, bateria akumulato-
rów). Dozwolona tolerancja nominal-
nego napięcia żarzenia wynosi w tej
grupie ± 50/o. Wymieniona tolerancja
jest właściwie teoretyczna, gdyż
elektrownie praktycznie nigdy nie
dostarczają napięcia znamionowego.
Tablica 1-1 podaje obliczone war-
tości dla różnych napięć żarzenia
używanych w praktyce, z uwzględ­
nieniem tolerancji ± 50/o, która po-
winna być utrzymana.
Jeżeli elektronówki zasilane są z
transformatora sieciowego, napię­
cie sieci (z której transformator jest
zasilany) może wahać się w grani-
Tablica 1-1
Graniczne wartości
napięć żarzenia
U· Iznamtfnowe
4
5
6,3
12,6
20
25
35
50
55
Uż min
V
3,8
4,75
5,985
11,97
19
23,75
33,25
47,5
52,25
U;; max
V
4,2
5,25
6,615
13,23
21
26,25
36,75
52,5
57,75
cach ± 5°/o przy napięciach nominalnych 170 do 240 V i :±: 7°/o
przy napięciach 40 do 170 V. Przy stosowaniu baterii akumulato-
rów do zasilania włókien żarzenia obowiązują podane wyżej tole-
rancje.
1. 2. 2. Elektronówki żarzone szeregowo
Dla szeregowo żarzonych elektronówek źródłem napięcia jest
sieć oświetleniowa prądu zmiennego lub stałego. Zamiast trans-
formatora sieciowego stosuje się tyl-
ko opornik redukcyjny. Tolerancja
oporności użytych oporników nie
może przekraczać ± 50/o. Oporników
o większej tolerancji oporności nie
należy stosować, ponieważ mogą one
spowodować przeżarzenie lub niedo-
żarzenie elektronówek. Tolerancje
prądów żarzenia powszechnie uży­
wanych elektronówek podaje tabli-
ca 1-2.
Tab 1i ca 1-2
Graniczne wartości
prądów żarzenia
I· Iznaml~nowy
mA
25
50
100
200
300
1
ż min
mA
22,5
45
90
180
270
Iż max
mA
27,5
55
110
220
330
9
Opornik redukcyjny dla szeregowego obwodu żarzenia elektro-
nówek można łatwo obliczyć sposobem graficznym (rys. 1-1). Naj-
pierw należy określić różnicę napięć pomiędzy napięciem sieci
a sumą napięć żarzenia wszystkich użytych elektronówek, którą
należy zredukować opornikiem szeregowym. Wartość różnicy na-
pięcia Ut należy odszukać na poziomej podziałce wykresu. Ze zna-
lezionego punktu, odpowiadającego Ui, wyprowadza się prosto-
RsQ
5(}(}Q
4QQO
JQQQ
ZQQQ
/QQO
900
800
'/{}Q
ó/JQ
500
40Q
JOIJ
V
/
/
2QQ /
V
I/
/
/ I/
/
""
/
/
/
~
/
I/
V
// ;)
/ I
/ I
I/ /
/ I / ./
I/ /
V
I
V~/ „
/ '(1,.V 4'
V»/.~I V.J ~/ /
I;
)"1
;
'/ ,' ;
/ ~
V
I I
I / li ~;
I I/ I 4
~
/ ;
' :/
/ / ; j
/ I ;
, .J ~
„ .h
. ,
,,,-I / " J
'J/ / J,;
'Y
,,,_,
AV ~i.; „~)
1~1
; ~
~ ~I
; „~
I/
\' / ' .,,;
( /
/ I/ Io'
~
J
V „
)".'.'~,
V'f-111'f-H~~
M #~1-)\")
1:1~
V
2 20 JO 40 50 !OO -U.,
Rys. 1-7. Obliczanie opornika katodowego metodą graficzną
I. 6. MAKSYMALNE NAPIĘCIE ANODOWE Ua max
Uamax jest często przyjmowane za anodowe napięcie pr acy, które
jest mniejsze o spadek napięcia na anodowym oporze pracy. Mie-
rzy się je w stosunku do potencjału katody. Jeżeli w obwodzie
katodowym umieszczony jest opornik, napięci~ anodowe zmniejsza
się o spadek napięcia powstały na tym oporniku. Przy przekrocze-
niu katalogowych wartości ua max może dojść do przeskoków na-
pięcia : uszkodzenia elektronówek.
15
1. 7. MAKSYMALNE NAPIĘCIA NA ELEKTRODACH W ZIMNYM
STANIE KATODY
W urządzeniach mających elektronówki żarzone pośrednio na-
-pięcie wyprostowane na elektrodach elektronówek narasta o wiele
wcześniej in.iż ich katody zdążą się nagrzać. Ponieważ elektronówki
z nie nagrzaną katodą nie pobierają prądu, nie obciążają one źródła
wyprostowanego napięcia. Żródło pracuje przejściowo bez obcią­
żenia i osiąga większe wartości napięć niż przy obciążeniu.
Przy budowie zasilacza odbiornika należy zwrócić uwagę, aby
nie przekroczyć podanego przez wytw...