ПАРАМЕТРЫ КЕНОТРОНА.

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 напряжение U_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.

ПАРАМЕТРЫ КЕНОТРОНА.

Теоретическое рассмотрение зависимости силы тока от напря­жения в двухэлектродной лампе приводит к так называемому закону "трех вторых", выведенного Богуславским, I_a=В U_a ^3/2, где В- константа. Этот закон справедлив только до тех пор, пока кено­трон работает вдали от тока насыщения. При приближении к насыще­нию, т.е. к такому состоянию, когда все электроны, испускаемые катодом достигают анода, рост тока I_а при увеличении U_a замедляется.

Рис.3

Увеличение сверх напряжения насыщения почти не вли­яет на силу тока I_a, но зато резко увеличивает скорость, с которой электроны достигают анода. В последнем случае вен­тильное /выпрямляющее/ действие кенотро­на прекратится. При сильном нагреве /за счет ударов быстрых электронов/ анод раз­рушается.

График зависимости Ia = f(Ua), называется характеристикой кенотрона. Эта характеристика в некоторой области положительных мзначений напряжения на аноде близка к прямой линии /линейный учас­ток графика/. Она дает возможность судить о качествах кенотрона, выражаемых определенными параметрами. Основным параметром кенотрона служит крутизна характеристики S:

S = I_a / U_a

Крутизна характеристики имеет размерность проводимости, и чем

она больше, тем кенотрон лучше.

I ____L ___ I

Рис.4 Рис.5

Величина R_i= U_a/ I_a, обратная крутизне, представляет собой внутреннее сопротивление кенотрона.

Если кенотрон включен последовательно с нагрузкой сопротивле­ния R, то коэффициент полезного действия схемы с кенотроном будет равен:

=

Отсюда и видно, что повышается при увеличении R. Однако мощность, отдаваемая выпрямителем, при увеличении R сверх R при постоянном питающем напряжении уменьшается, так как при этом силь­но падает сила тока в цепи. При R = R отдаваемая мощьность макси­мальна .