Шаг за шагом. Транзисторы - Рудольф Сворень

Приятный вывод такой. Увеличивая Сф1 можно поднять постоянное напряжение U= вплоть до амплитуды переменного напряжения U~макс. Это значит, например, что если подвести к выпрямителю напряжение 6,3 в с обмотки накала ламп силового трансформатора, то можно получить U= около 9 в (при эффективном напряжении 6,3 в амплитуда достигает 6,3·1,4 = 8,8 в; см. стр. 148). Аналогично прямо от сети с напряжением 127 в можно получить постоянное напряжение до 180 в, а от сети 220 в — до 310 в. Не забудьте, что это максимально возможные величины. В действительности постоянное напряжение меньше, причем тем меньше, чем больше потребляемый от выпрямителя ток.

Теперь второй вывод — диод должен иметь трехкратный запас по обратному напряжению. При достаточно большой емкости Сф1 и небольшом токе I=, а кроме того, во всех случаях жизни при обрыве цепи Rн напряжение U= примерно равно амплитуде переменного U~макс. А это значит, что во время отрицательного (обратного) полупериода, когда диод не пропускает тока, к нему приложено два согласованно действующих и равных напряжения U= и U~макс. А поскольку U~макс ~= 1,4U~, то общее обратное напряжение на диоде достигает 2,8U~ (для круглого счета примем 3U~). Отсюда и сам вывод — подбирать диод для выпрямителя нужно с таким расчетом, чтобы допустимое обратное напряжение диода Uобр-доп было в три раза больше, чем эффективное переменное напряжение U~ подводимое к выпрямителю.

Для мостовых схем, где в каждое плечо последовательно включено два диода, запас напряжения для каждого из них нужен лишь полуторный. Попутно заметим, что если запаса электрической прочности у диода не хватает, если допустимое обратное напряжение у него слишком мало, то во всех схемах можно включать несколько одинаковых диодов последовательно вместо одного. При этом диоды нужно зашунтировать одинаковыми сопротивлениями по 30—100 ком (рис. 27–14), чтобы уравнять обратные сопротивления диодов и чтобы обратное напряжение распределялось между ними поровну. При последовательном соединении Uобр-доп всех диодов суммируется.

рис. 27–14

При выборе диода по величине наибольшего прямого тока Iпр-макс расчетов делать не нужно. В таблицах 1–5 указан допустимый средний выпрямленный ток Iвып и уже учтено, что импульс тока может быть в два-три раза больше. Если нужно увеличить допустимую величину прямого тока, включают параллельно несколько одинаковых диодов. Так, например, при параллельном включении трех диодов общая величина Iвып будет в три раза больше, чем для одного. Чтобы всем диодам досталась равная доля общего тока, включают выравнивающие резисторы с небольшим (1–5 ом) и обязательно одинаковым сопротивлением (рис. 27–15). (В некоторых выпрямителях ток в момент включения может в десять — двадцать раз превышать средний выпрямленный ток. Чтобы диод в этот трудный момент не вышел из строя, последовательно с ним включают резистор с небольшим сопротивлением 5—10 ом.)

рис. 27–15

В качестве «бесплатного приложения» познакомимся с одной остроумной схемой спасения диода от опасного обратного напряжения (рис. 27–16). Эта схема применяется почти во всех вольтметрах, где большое переменное напряжение нужно измерить с помощью стрелочного прибора постоянного тока. Для этого прежде всего используют простейший выпрямитель — диод Д1 который под действием измеряемых напряжений создает в цепи прибора постоянный ток. При этом, естественно, по отклонению стрелки можно определять величину подводимого напряжения U~.

рис. 27–16

Но обратное сопротивление может оказаться больше добавочных сопротивлений вольтметра, и тогда при измерении достаточно высокого U~ диод может выйти из строя. И именно в тот момент, когда на него действует обратное напряжение. Эту возможность как раз и исключает диод Д2. Во время обратных для Д1 полупериодов диод Д2 пропускает ток и шунтирует участок аб. Поэтому сопротивление участка аб никогда не бывает большим и напряжение на Д1 даже в обратные для этого диода полупериоды не превышает долей вольта. Такая схема защиты выпрямляющего диода применяется в большинстве авометров.

Нам предстоит познакомиться еще с одной профессией диода — с детектированием. Собственно говоря, в детекторе диод работает так же, как выпрямитель. Главная особенность в том, что в подавляющем большинстве случаев — в частности, в приемниках и телевизорах — детектируется высокочастотный сигнал и для этого пригодны лишь точечные диоды (рис. 20).

В типичной схеме детектора (рис. 27–21) переменное напряжение Uвч-мод подводится к диоду с колебательного контура LкCк который в свою очередь получает сигнал либо непосредственно из антенны, либо от предварительного усилителя высокой частоты (ВЧ). Переменное напряжение Uвч-мод, подводимое к детектору, модулировано по амплитуде (рис. 29).

рис. 27–21

Рис. 29. Низкочастотная составляющая продетектированного сигнала — это копия низкочастотного сигнала, который на передатчике осуществлял модуляцию.

Именно в изменениях амплитуды сигнала записана та информация— речь, музыка, телеграфные знаки, — которую радиоволны принесли с передающей станции к приемнику. Выделить эту информацию — вот задача детектора.

Сам модулирующий сигнал, который на передатчике оставил свои «отпечатки» на высокочастотном сигнале, — это сигнал низкой частоты. Мы получили бы его график, если бы соединили амплитуды высокочастотного тока пунктирной линией (часто применяют выражение «низкочастотная огибающая»). Но то, что легко сделать карандашом, не так-то просто может повторить электрическая цепь. И не всякая цепь может «прочесть», что записано в радиосигнале, не всякая цепь может обнаружить, что амплитуда его модулирована.

В спектре модулированного сигнала нет низкочастотной составляющей (рис. 29, листки в, г). Это может показаться странным, но это факт. Выделив из модулированного тока все его составляющие, вы не обнаружите среди них тока низкой частоты, который отображал бы принесенную информацию. Низкочастотная составляющая появляется лишь после того, как за дело берется диод. Именно он меняет форму модулированного высокочастотного тока таким образом, что в его спектре появляется нужный нам ток низкой частоты.

Происходит это довольно просто: благодаря диоду в цепи детектора появляется уже не переменный, а пульсирующий ток высокой частоты (листок д), который состоит из трех составляющих — высокочастотной Iд-вч, точнее, нескольких высокочастотных составляющих (листок е) у низкочастотной Iд-нч и постоянной Iд=. Дальше в дело вступают фильтры. Они-то и выделяют основную продукцию детектора — низкочастотный сигнал.

На всех наших схемах пути составляющих Iд-вч и Iд-нч для удобства показаны тонкими стрелками. Но это совсем не значит, что речь идет о постоянных токах — Iд-вч и Iд-нч, это самые настоящие переменные токи, которые, лишь сложившись с Iд=, дают в сумме пульсирующий ток одного направления. Стрелки, которые относятся к переменным токам, сделаны «волнистыми», а нужны они лишь для того, чтобы легче проследить путь того или иного тока.

Несколько слов о выборе деталей фильтра. Емкость Сф-нч выбрана так, чтобы этот конденсатор легко пропускал низкочастотную составляющую. Высокочастотная составляющая через Сф-нч не пойдет, так как ей при этом придется преодолеть довольно большое сопротивление Rн~. Резистор Rн~ — это низкочастотная нагрузка, на которой получают выходной сигнал: напряжение низкой частоты Uнч. Сопротивление Rн~ во много раз больше, чем емкостное сопротивление конденсатора Сф-вч на высокой частоте. В то же время Сф-вч не «уведет» от нагрузки Rн~ основную продукцию детектора — низкочастотную составляющую Iд-нч, так как на низкой частоте емкостное сопротивление этого конденсатора очень велико за счет его небольшой емкости. С конкретными значениями деталей фильтра вы можете познакомиться на рис. 45, а также на других практических схемах ламповых и транзисторных приемников.