Кенотрон — выпрямитель переменного тока — Меандр — занимательная электроника

Выпрямление переменного тока является одним из весьма распространенных применений полупроводникового или вакуумного диода. Последние, предназначенные для этой цели, получили даже специальное название – кенотронов. В радиоаппаратуре с питанием от сетей переменного тока, и, в частности, в сетевых радиоприемниках или схемах выходных каскадов строчной развертки ламповых телевизоров применяют кенотронные выпрямители.

Однако кенотронный выпрямитель такого простого типа, как мы представляем классический вакуумный диод, лишь в сравнительных редких случаях пригоден для использования. Его недостаток состоит в том, что он дает пульсирующее напряжение. Чтобы разобраться в этом явлении, представим себе, что в цепь нашего выпрямителя включен какой-то потребитель тока – приемник, усилитель или какой-либо другой аппарат. В технике принято называть потребителей, пользующихся энергией из какой-нибудь цепи, нагрузкой. В соответствии с эти сопротивление R , олицетворяющее собой нагрузку, называется сопротивлением нагрузки, нагрузочным сопротивлением, а иногда для краткости и просто

нагрузкой.При прохождении тока через сопротивление нагрузки R на нем образуется падение напряжения U. Знак и величина этого напряжения зависят от направления и величины тока. Поскольку пульсирующий ток в цепи диода течет всегда в одном направлении, знак напряжения на нагрузке будет постоянным, но величина его окажется переменной. В течение положительного полупериода переменного тока напряжение на нагрузке будет возрастать вместе с током, дойдет до наибольшего значения, затем уменьшится до нуля. Во время отрицательного полупериода переменного тока напряжения на нагрузке вообще не будет. Следовательно, в итоге на нагрузке создастся пульсирующее напряжение, то появляющееся, то снова исчезающее. Между тем для питания большинства приборов и аппаратов требуется постоянное напряжение, знак и величина которого строго постоянны. Поэтому пульсирующее напряжение, которое дает наш простейший выпрямитель, надо превратить в постоянное, надо, как говорят, сгладить пульсации. Такое сглаживание производится при помощи специальных фильтров.

Простейшим фильтром является конденсатор С, присоединенный параллельно нагрузке R. Во время прохождения по цепи импульса выпрямленного тока конденсатор этот зарядится напряжением, равным по величине наибольшему падению напряжения на нагрузке. Когда ток в цепи начнет уменьшаться, падение напряжения на сопротивлении R должно было бы точно также уменьшаться. Но наличие конденсатора меняет картину. При уменьшении величины тока в цепи конденсатор начнет разряжаться через сопротивление нагрузки, поддерживая этим самым в нагрузке ток такого же направления. Поэтому при разряде конденсатора на сопротивлении нагрузки образуется падение напряжения такого же знака, как и при прохождении выпрямленного тока.

По мере разряда конденсатора напряжение на его обкладках будет постепенно уменьшаться и падение напряжения на сопротивлении нагрузки.

Такая компенсация уменьшения напряжения может быть показана графически. Хотя ток и остается пульсирующим, но характер пульсаций изменился. Периоды, когда ток отсутствует, исчезли, хотя величина тока все же уменьшается очень значительно. Заряд, накопленный на конденсаторе, позволил заполнить просветы между импульсами выпрямленного тока.

Чем больше емкость конденсатора, тем больше и его заряд и, следовательно, тем дольше он сможет поддерживать ток в нагрузке. Если емкость конденсатора достаточно велика, то он не успевает разрядится до нуля за время отрицательного полупериода переменного тока, и поэтому ток в нагрузке не прекратится, а лишь уменьшится. Если бы емкость конденсатора была бесконечно велика, то конденсатор вообще не успевал бы разрядиться и напряжение на нагрузке оставалось постоянным. Поэтому на практике всегда стремятся сколь возможно увеличить емкость конденсатора фильтра.

Дальнейшее улучшение сглаживающих свойств фильтра достигается путем введения в него дросселя L – катушки со стальным сердечником, обладающей большой индуктивностью, и второго конденсатора C2. Дроссель обладает свойством препятствовать нарастанию и убыванию тока в цепи и поэтому способствует сглаживанию пульсаций выпрямленного тока. Назначение второго конденсатора С2 такое же, как и первого С1. В результате действия такого фильтра на нагрузке получается постоянное напряжение практически лишенное пульсации. В фильтрах недорогих аппаратов, потребляющий небольшой ток, вместо дросселя иногда применяют сопротивления.В рассмотренной нами схеме выпрямителя кенотрон пропускал ток в течении одного полупериода. Второй полупериод не использовался. Можно значительно улучшить выпрямитель, включив в схему не один кенотрон, а два. Проследим, как будет проходить выпрямленный ток в такой схеме.Переменное напряжение на аноды ламп будем подавать через трансформатор, вторичная обмотка которого имеет от середины отвод, соединенный с катодами. Напряжение на концах этой обмотки будет периодически изменятся относительно ее средней точки: в течение одной половины периода оно будет положительным на одном конце и отрицательным на другом. Во время второй половины периода полярность будет обратной.

Как же будут в таких условиях работать кенотроны?

Пусть в некоторый начальный момент напряжение на конце обмотки Н1, а следовательно, и на аноде кенотрона Л1 положительно. Кенотрон Л1 будет пропускать ток, который пройдет по сопротивлению нагрузки R и создаст на нем падение напряжения, полярность которого показана на схеме. На аноде второго кенотрона в это время будет минус, и ток в его цепи не возникает.

В следующий полупериод картина изменится. Положительное напряжение появится на аноде лампы Л2. Ток через лампу Л1 прекратится, он потечет уже через лампу Л2. Но направление тока в нагрузке от этого не изменится. Как в первой, так и во второй половине периода ток будет «выходить» из одного из концов обмотки, проходить через тот или иной кенотрон и «возвращаться» через нагрузку в середину обмотки. Ток в нагрузке в течении обеих половин периода будет одинакового направления.

Такая схема выпрямления называется двухполупериодной в отличие от первой, рассмотренной нами, которую называют однополупериодной.

На схеме, которую мы только что рассматривали, показаны два диода – два одинаковых кенотрона. Нельзя ли упростить устройство и заменить две лампы одной?

Сделать это можно. Из схемы видно, что катоды обеих ламп соединяются вместе, значит, у этих ламп может быть один общий катод. Аноды у ламп должны быть отдельные, потому что они присоединены к двум различным точкам обмотки трансформатора. Следовательно, можно сделать лампу, у которой будет один катод и два анода, одна лампа заменит два отдельных анода.

Большинство кенотронов имеет два анода, почему их и называют двуханодными кенотронами. Такие кенотроны широко использовались в отечественных радиоприемниках. Наиболее были распространены кенотроны 5Ц4С, 6Ц5С, 6Ц4П. Но выпускались и одноанодные кенотроны. Например, в телевизорах для выпрямления очень высокого напряжения применялись одноанодные кенотроны 1Ц1С или 1Ц11П.Полная практическая схема двухполупериодного выпрямителя несложна. Выпрямитель состоит из трех частей: трансформатора, кенотрона и фильтра. У трансформатора три обмотки – сетевая, включающаяся в бытовую сеть, накала кенотрона, с которой соединяется нить накала кенотрона и повышающая, с концов которой подается напряжение на аноды кенотрона; может быть еще обмотка накала ламп, работающих в том аппарате, который питается от выпрямителя. Повышающая обмотка обычно содержит больше витков, чем сетевая, и напряжение на ней выше напряжения сети.Если требуется небольшой выпрямленный ток, то в качестве кенотрона можно использовать детекторный диод, например 6Х6С или 6Х2П, которые с успехом будут выпрямлять ток промышленной частоты. Но обратно, т. е. замены детекторного диода кенотроном, делать нельзя, так как кенотрон по своей конструкции совершенно не приспособлен для работы в цепях высокой частоты.

Кенотрон — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 13 марта 2013; проверки требуют 25 правок. Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 13 марта 2013; проверки требуют 25 правок. Кенотроны 1Ц21П, U_обр=25 кВ (СССР, 70-е годы)

Кенотро́н (от др.-греч. kenos — пустой и (elec)tron) — электронная лампа, предназначенная для выпрямления переменного тока. Является разновидностью электровакуумного диода. Используется в схемах выпрямителей переменного тока высоких напряжений, ранее широко применялся в схемах выходных каскадов строчной развертки ламповых телевизоров и в рентгеновских установках.

Кенотроны имеют два основных типа конструкции: одноанодный и двуханодный. Одноанодный кенотрон содержит один вакуумный диод в баллоне лампы. Двуханодный кенотрон содержит два вакуумных диода в одном баллоне. Обычно в конструкции двуханодного кенотрона эти диоды имеют один общий катод и два анода, для использования в схеме двухполупериодного выпрямления со средней точкой.

Кенотроны обычно выполнены в стеклянном баллоне. Конструкция катода зависит от назначения кенотрона. Силовые кенотроны имеют подогревные катоды, что обеспечивает достаточно большую силу выпрямленного тока. Высоковольтные кенотроны имеют катоды прямого накала, позволяющие лампам выдерживать большие обратные напряжения (снимается проблема высоковольтной изоляции между катодом и подогревателем). Анод кенотрона металлический, обычно трубчатой конструкции. Высоковольтные кенотроны имеют аноды, оформленные в виде стакана; вывод анода сделан отдельно от других выводов на верхнем колпачке баллона лампы. Размеры анода зависят от допустимой силы выпрямленного тока и допустимого обратного напряжения. Чем выше эти величины тем больше размеры анода.

В СССР кенотроны маркировались буквой «Ц» (например, 1Ц11П, 1Ц21П, 3Ц22С), однако некоторые кенотроны маркированы буквой «Д», предназначенной для детекторных (сигнальных) диодов. Это исключение было сделано для силовых кенотронов малой мощности и демпферных диодов (например 6Д20П). В Единой европейской системе (вторая литера) они маркировались Y — одноанодный кенотрон, Z — двуханодный.

Силовые кенотроны[править | править код]

Применяются в схемах выпрямителей переменного тока низкой частоты порядка 10-100 герц. Эти выпрямители используются в схемах источников питания постоянного тока с напряжением порядка 100-1000 вольт и силой тока порядка сотен миллиампер. Эти источники питания предназначены для питания ламповой электронной аппаратуры малой мощности (бытовая радиоаппаратура, маломощные радиостанции, маломощные трансляционные установки, электронные измерительные приборы, простые автоматические устройства). Блоки питания мощной электронной аппаратуры используют в своих схемах газотроны, которые имеют больший выпрямленный ток и обратное напряжение. Производство полупроводниковых диодов, выдерживающих обратное напряжение порядка сотен вольт (например, 1N4004) позволило отказаться от применения силовых кенотронов в массовой электронной аппаратуре. В настоящее время силовые кенотроны используются в ламповой аппаратуре высококачественного звуковоспроизведения. Здесь используются преимущества кенотронного выпрямителя по сравнению с полупроводниковым: «мягкий старт», защищающий нагрузку и силовой трансформатор от броска напряжения и тока при включении, и отсутствие переключательных помех, свойственных кремниевым диодам.

В современной практике распространены такие кенотроны:

• 5Ц3С (аналог 5Z3, отличающийся цоколем, приближенный аналог 5U4G) — прямого накала, двуханодный, ток нагрузки до 250 мА, октальный цоколь
• 5Ц4С (аналог 5Z4G) — косвенного накала, двуханодный, ток нагрузки до 125 мА, октальный цоколь
• 5Ц8С — косвенного накала, двуханодный, ток нагрузки до 420 мА, специальный стеклянный цоколь
• 6Ц13П — косвенного накала, одноанодный, ток нагрузки до 120 мА, 9-штырьковый малогабаритный цоколь
• 6Ц4П — косвенного накала, двуханодный с общим катодом, ток нагрузки до 75 мА, 7-штырьковый малогабаритный цоколь

В промышленной практике, исходя из требований заменяемости и ремонтопригодности, в подавляющем большинстве используются только те кенотроны, выпуск которых продолжается в настоящее время (РФ, Китай) — вышеупомянутые 5Y4G, 5Z4G и 5AR4/GZ34, не имеющий советского аналога.

Демпферные диоды[править | править код]

Разновидность кенотронов применяемых для демпфирования колебаний тока в выходном трансформаторе строчной развёртки ламповых телевизоров. Имеют оксидный подогревный катод с большим током эмиссии. Способны выдерживать кратковременные импульсы тока силой порядка нескольких ампер и длительностью порядка нескольких микросекунд. Сила тока в импульсе превышает на порядок силу тока в обычных кенотронах той же мощности. Напряжение на катоде демпферного диода может быть порядка нескольких тысяч вольт, поэтому вывод катода демпферного диода сделан отдельно от других выводов на верхнем колпачке баллона лампы.

В настоящее время ламповые телевизоры не выпускаются и почти вышли из употребления, поэтому демпферные диоды по прямому назначению не используются. Они применяются в силовых выпрямителях ламповой аппаратуры.

В современной любительской (но не промышленной) практике распространены:

• 6Д22С — ток нагрузки до 300 мА, цоколь магноваль
• 6Д14П — ток нагрузки до 150 мА, цоколь новаль
• 6Ц10П — ток нагрузки до 120 мА, цоколь новаль

Высоковольтные маломощные кенотроны[править | править код]

Широко использовались для преобразования импульсного напряжения обратного хода строчной развёртки телевизоров в постоянное высокое напряжение для питания анодов кинескопов. Такие источники питания развивали постоянное напряжение от 10-30 кВ и силу тока порядка одного миллиампера. Кенотроны имеют характерную конструкцию анода, похожую на металлический стаканчик, хорошо видимый через стеклянный баллон (см. кенотрон 1Ц21П на фотографии). Анод обычно выведен к колпачку на баллоне. В настоящее время не используются в электронике, однако активно используются радиолюбителями для построения самодельных маломощных рентген аппаратов^[1].

Высоковольтные мощные кенотроны[править | править код]

Импульсный высоковольтный кенотрон. 

Предназначены для выпрямления переменного тока высокого напряжения (от единиц до сотен киловольт). Сила выпрямленного тока зависит от назначения и может быть от десятков миллиампер до десятков ампер. Применяются в современной электронной аппаратуре (научные приборы, мощные радиопередатчики, рентгеновские установки). В СССР выпускались рентгеновские кенотроны с допустимым обратным напряжением до 1 мегавольт при прямом токе до 30 мА.

Ламповые усилители, блок питания и применение кенотронов

Согласно утверждениям «аудиофилов» классический ламповый усилитель непременно должен быть построен с применением кенотронов в выпрямителях блока питания. По здравому размышлению могу заключить, что это собачий бред. Однако выглядит идея симпатично. И запрос обчественности на такое чудо существует, поэтому привожу основные сведения, необходимые для применения кенотронов, а также практические конструкции. Для применения кенотронов с традиционным трансформатором питания анодов лампового усилителя нужно иметь пару симметричных обмоток, рассчитанных прямо на номинальное напряжение анодов. Например для пары 6П3С с напряжением под нагрузкой +400 вольт в аноде к кенотрону нужно иметь две анодные обмотки трансформатора с напряжением около ~310-320 вольт каждая. На батарее конденсаторов напряжение подскочит до +450 вольт. Но вольт 30 просядет в кенотронах, вольт 30 просядет в медных проводах. И останется как раз +390-400 вольт. А если обмотки анодного трансформатора дохлые, намотанные тонким проводом, то и +390 не выйдет. Применение кенотронов не всегда приемлемо именно по условию наличия пары симметричных обмоток. В случае с кенотронами нужен добротный силовой трансформатор, который стоит денег. А это не всегда возможно и не всегда целесообразно. Нередко анодное напряжение приходится собирать из мелких обмоток, не свегда симметричных. Главнее при этом оказывается другое условие — мелкий ток холостого хода всех трансформаторов. А блок питания лампового усилителя при этом создаётся как автономный модуль, со всеми дополнительными устройствами внутри, компактный модуль с автоматикой и микроконтроллером, в котором кенотроны просто излишни. Именно такой принцип конструирования лампового усилителя является правильным. Я бы сказал — единственно правильным. Убавьте понты, мало цености в конструкции, создаваемой как солянка из кучек трансформаторов и ламп, которые вначале раскладывают как пасьянс на общем каркасе, а затем собирают навесным монтажом, заранее закладывая конструкционные ошибки. А затем начинают борьбу с фоном переменного тока. Проектировать и конструировать ЛУМЗЧ нужно иначе, принципиально иначе. Выделить нужно в прокте два главных модуля: 1.Блок питания с автоматикой и 2.Усилитель звука (выходные трансформаторы и лампы — 2 комплекта). После их раздельного проектирования, моделирования, конструктивной проработки, сопряжения решений, изготовления, испытания и тщательной настройки модули соединяют. Но при этом следует хорошо продумать конструкционную и электромагнитную совместимость всех узлов в рамках выбранного дизайна. Вот так.

6Ц4П — кенотрон под пальчиковый цоколь. Сравнительно удобный и малогабаритный кенотрон. Его применение будет уместным в ламповых конструкциях, построенных на пальчиковых лампах. В этом случае дизайн будет единым, а конструкция вполне лаконичной. Ну о достоинствах применения кенотронов говорить бессмысленно, поскольку таковых просто нет. Недостатков огромное количество, начиная с большого внутреннего сопротивления и большой потери напряжения на лампе. При пиках нагрузки просадка напряжения питания может приводить к дополнительным искажениям сигнала. Надёжность ламповой конструкции снижается пропорционально увеличению в усилителе электронных компонентов. Есть в применении кенотронов и проблема пусковой (пиковой) перегрузки выпрямителя. Приходится жестко ограничивать броски токов, особенно в случае применения батарей конденсаторов повышенной ёмкости. Кроме того, потребляется явно излишнее количество электроэнергии и нагревается усилитель существенно больше.

Но  зато в дизайне усилителя появляются новые разноцветные огоньки горящих лампочек. Количество понтов в ламповом усилителе с применением кенотронов увеличивается, поэтому ценник естественно уходит в гору. Ну и ладно, помашем ему рукой. Клиент пусть платит за свои капризы.

6Ц5С — мелкий кенотрон под октальный цоколь. Сравнительно малогабаритный кенотрон, использование которого будет уместным в ламповых конструкциях, построенных с применением ламп под октальную панельку. Это кенотрон считают почти полным аналогом показанного выше пальчикового кенотрона 6Ц4П, но нагревается он поменьше. Если в усилителе не нужны большие токи анода, то применение таких кенотронов вполне приемлемо. При увеличении мощности УМЗЧ до определенного предела можно рекомендовать применение сдвоенных мелких кенотронов, при параллельном включении их анодов. Конечно панелек придётся потратить вдвое больше. При этом эквивалентный ток накала будет существенно меньше, чем у здоровенных кенотронов, показанных ниже. По моему разумению применение кенотронов на 6,3 вольта предпочтительнее, чем с накалом на 5 вольт. Выше коэффициент использования накальных обмоток трансформатора и меньше токи и больше удельная мощность, загоняемая в накалы. По соображениям удобства и безопасности лучше применять кенотроны и косвенным накалом.

5Ц3С — кенотрон повышенной мощности под октальный цоколь. Указанный кенотрон может обеспечить питание одного канала мощного двухтактного лампового усилителя на 6П3С. Это довольно неплохой результат. Для питания анодов «токовых» ламп такого кенотрона уже недостаточно. Естественно, что можно применить пару 5Ц3С или перейти в следующий габарит, например использовав 5Ц8С. Излагаю вам обыкновенные тривиальные сведения, которые может рассказать столь же обыкновенный школяр. Многим инженерам и телезрителям очевидны удобства и неудобства применения тех или иных ламп. А есть у меня ещё и сведения, которые многим просто невдомёк. Но это серьёзная и основательная информация, к которой большинство лампостроителей просто не готово.

Излагаю пример. У меня есть фактические доказательства крайней вредности присутствия в ламповой конструкции нескомпенсированных переменных токов, амплитудой 4,5 и 7 ампер. А об чём собственно идёт речь? А вот об чём. Это токи питания накальных цепей ламповых монстров — кенотронов 5Ц3С и 5Ц8С. Собственно эта неприятность и является причиной моего отказа от таких ламп и вынужденной их замены мелкими собратьями. Дело всё в том, что большие переменные токи служат причиной интенсивного электромагнитного поля, создающего ощутимые наводки на звуковые цепи. Причём это взаимодействие крайне затруднительно подавить комплексом мер, описанных у классиков. Даже экранирование ферромагнитными оболочками имеет неидеальности. Ради собственного любопытства, была построена параметрическая математическая модель одного из моих ламповых усилителей. Исследование квазистационрного электромагнитного поля и совокупности нестационарных режимов выполнено с применением профессионального программного пакета Ansys. Удалось выполнить математическое моделирование полей мощного двухтактного ламповика с разными краевыми условиями. Удалось оценить импульсные электромагнитные помехи при пуске. Прозрачной стала динамика векторов плотности полной мощности и векторного магнитного потенциала в материалах разных экранов, в сердечниках трансформаторов, в горячекатанной стали, в меди обмоток. Кроме того, были получены предварительные сведения о характере распределения векторов напряженности магнитного поля в подвале стального каркаса. Оказалось, что последствия накальных синусоидальных токов большой амплитуды просто чудовищные. При особенно неудачной компоновке они могут стать причиной возникновения электрических напряженностей в мелких проводниках входных цепей величиной до 110-150 мкВ/м. Поэтому применение таких мер, борьбы, как заземление средней точки накальных цепей, с моей точки зрения, не лучше чем применение малинового варенья в борьбе с инфекционной пневмонией.

Несколько более позитивные результаты дает смещение катодов в область положительных электрических потенциалов. Однако это решение, было получено уже в области цепного представления лампового усилителя, с применением упрощенных моделей электронных ламп. Собственно поэтому результаты исследования такой гибридной цепно-полевой задачи в подсистеме анализа нелинейных цепей в известной мере следует считать приближенными. Вполне возможно, что это результаты, расположенные на уровне погрешности вычислительных методов. Как оказалось, наиболее радикальным способом противостояния фону переменного тока и электромагнитным помехам является не что иное, как питание накальных цепей постоянным током. Такое решение обеспечило крайне высокий уровень электромагнитной совместимости цепей силового питания и входных цепей первых ламп, уменьшив плотность магнитного потока рассеяния в подвале почти на два порядка. Но как получить на практике идеальный постоянный ток по 5 ампер на каждый кенотрон? А если например в двухтактном оконечном каскаде двухканального усилителя поставить 6С33С с амплитудами переменных токов в накалах около 10 ампер на каждый баллон. Это же означает присутствие в общем проводе тока с амплитудой до 40 ампер! Жесть! А вот значение эквивалентного постоянного тока выгодно отличается. Это всего 26 ампер. Но как на практике разумно обеспечить эти амперы? Полученные в исследовании результаты требуют детализации. Объём информации просто колоссальный, нужно её осмыслить и систематизировать. Некоторые картинки результатов моделирования электромагнитного поля лампового усилителя будут приведены на этом сайте позднее в специальном цикле статей. Кроме того, попутно решена задача моделирования нестационарного температурного поля ЛУМЗЧ и получены довольно любопытные результаты по теплу. В любом случае, заинтересованных телезрителей у меня будет чем порадовать. Кроме всех прочих соображений есть определённая уверенность, что рассмотрение особенностей конструирования ламповых усилителей с позиций классической теории электромагнитного поля обладает новизной. Скорее всего будут подготовлены материалы для центральной печати, возможно к исследованиям в этой области будут привлечены некоторые аспиранты.

5Ц8С — кенотрон повышенной мощности, под цоколь ПЛК-50, совместимый с лампами типа ГУ-50. Весьма дубовый, крепкий и надёжный выпрямительный баллон. Выделяет много тепла, поскольку рассеиваемая в единице мощность может достигать 30 Вт. Можно рекомендовать применение пары таких кенотронов в комплекте с четвёркой упомянутых выше 6С33С, особенно при построении теплового электрического обогревателя, успешно рассеивающего мощность 300-350 Вт.

Ну  как тут не назвать бредом сивой кобылы мысли некоторых «матёрых» авторов о малозначности таких факторов как неразумные массогабаритные показатели трансформаторов и чудовищное электропотребление самопальных ламповых усилителей, создаваемых с претензией на категорию Hi-End.

6Ц10П — демпферный диод, пальчикового исполнения, компактный, с очень приличной вольтамперной характеристикой. Применение в блоке анодного питания лампового усилителя такой электронной лампы вполне может составить конкуренцию кенотронам. По напряжению диод очень хорош, даже для питания ГУ-50 и ГИ30, а характеристика падения напряжения такого демпфера превосходит большинство кенотронов. Есть на сайте отдельная статья про этот диод.

Ниже представлены практические схемы применения кенотронов в блоках питания ламповых усилителей. Как правило, показанные схемы есть воспроизведение и доработка известной схемотехники применительно к конкретному усилителю, поэтому приводимые катринки чаще всего особенностей не имеют. Возможны и ошибки, их рассматриваю как стимул для научения и преодоления трудностей при воспроизведении. В первой схеме применен плавный пуск анодного питания диодов. Накальные цепи питаются без задержки. От обмотки 20 вольт можно запитать модуль с реле, например РЭС9. Этот модуль на схеме не показан, он задерживает на 30-40 секунд замыкание контактов К1.1, пока конденсаторы не зарядятся примерно до половины напряжения через эквивалентный резистор 3 кОма. За это время параллельные резисторы изрядно нагреваются, поэтому их шесть штук. Можно применить и меньшее число резисторов, но вероятность их выгорания будет больше.

Применение балластных резисторов это стандартный приём заряда БК. Он позволяет ограничивать анодный ток при пуске. При таком подходе есть возможность увеличить в разумных пределах ёмкость батреи конденсаторов. Это весьма полезно для уменьшения пульсаций по анодному питанию усилителя. Нужно заметить, что показанные на схеме кенотроны довольно мелкие, поэтому их накальные токи сравнительно не велики. Вместе с тем, это пример не очень правильного включения накальных цепей. Можно включить накалы лучше, применив выпрямитель с импульсным регулятором. Это избавит усилитель от фона, обусловленного влиянием сильночных цепей переменного тока. 

Схема, показанная ниже, несколько лучше, поскольку накалы кенотронов включены церез импульсный источник DC-DC. В остальном картинка особенностей не имеет. Трансформатор ТАН62 выдаёт напряжения вполне пригодные для анодного питания. 

Уважаемые телезрители, помните, что применение кенотронов в блоке питания лампового усилителя, это индивидуальная прихоть, не имеющая под собой объективных показаний. Желание подчеркнуть собственную «особость» не следует порицать. Нужно просто отдавать себе в этом отчёт. Особость звучания усилителя на кенотронном питании никем не доказана и не может быть доказана в принципе. Соображения о специфическом «аудиофильском» звучании имеют под собой какие-то основания, но не имеют физического материального подтверждения. Человеку очень приятно выделить себя умением отличить качество по звуку. Желание выделиться вполне нормально, хуже обстоит дело с объективными фактами и практическим обоснованием. Среди таковых обоснований я признаю только основания типа симпатии, когда человек говорит, что ему это нравится и не признаю барабашек. Ну и пусть нравится, в добрый путь. Человеку нужно иметь почву под ногами, чтобы было за что себя любимого уважать. Если не хватает знаний и квалификации, пусть пробавляется любовью, эмоциями, заблуждениями, пусть себе пляшет с бубном в руках. Пусть оценивает искажения и качество звучания на слух. Запретить это людям никто не имеет права.

                                 Евгений Бортник, Красноярск, Россия, октябрь 2016 года

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.

маленький ликбез: tubesound_ru — LiveJournal

Вот некоторые кенотрончики из моей коллекции — слева направо: 5U4GB современного производства от Электро-Хармоникс, 5Ц4С cоветский, 5Y3GT современного производства фирмы Совтек и 5Y3GT cтарого выпуска от Дженерал Электрик.

Кенотроны, для тех кто не знает , это фактически два диода с раздельными анодами и общим катодом в одном баллоне — они отличаются от просто двойных диодов типа 6Х2П или 6Х6С тем, что выводы катодов обоих диодов соединены вместе внутри баллона, а не выводятся наружу по отдельности. Применяются кенотроны в двухполупериодных выпрямителях переменного тока — трансформатор в таком случае должен иметь отвод от средней точки вторичной обмотки; поскольку катоды обеих диодов соединяются вместе, мостовую схему на кенотронах реализовать невозможно.

См. также статью о выпрямителях на сайте Игоря Шаева.

Кенотроны с охаль… октальным цоколем — 5Ц3С, 5U4, 5Ц4С, 5Y3 итд имеют как правило аналогичное расположение выводов и различаются в основном по потребляемому току накала и максимальному значению выпрямленного тока, который составляет порядка 120-250 мА.

У кенотронов с косвенным накалом (5Ц4С, 5Y3GT Sovtek) катод выводится на штырёк 8. У кенов с прямым накалом — 5Ц4С, 5Y3 старого выпуска, катодом является собственно нить накала и поэтому подключение «катодного вывода» к 2 или 8 штырьку здесь непринципиально (хотя существующая конвенция — подключать к 8.) Стоит заметить, что кенотроны с прямым накалом не рекомендуется устанавливать в горизонтальном положении, поскольку в этом случае возрастает физическая нагрузка на нить накала, она провисает и скорее перегорает. Особенно этому подвержены 5Ц3С советского выпуска и cтарые 5U4G.

В отличие от подавляющего большинства коммерческих полупроводниковых диодов, у кенотронов отсутствует пороговое напряжение и поэтому они не генерируют импульсы широкополосных радиочастотных помех во время работы (для борьбы с ними, диодные выпрямители часто шунтируются RC-цепочками). У них так же на несколько порядков большее внутреннее сопротивление — в следствии этого на них происходит существенное падение напряжения (от одного до нескольких десятков вольт), да и ведет себя блок анодного питания с кенотроном при динамической нагрузке иначе, нежели с выпрямителем на полупроводниковых диодах. (См. интересную дискуссию о разнице между кенотронами и диодами на форуме Александра Клячина)

У многих кенотронов максимально допустимая емкость первого конденсатора фильтра (сразу же после выпрямителя) ограничена. Например, с 5Ц3С и 5Ц4С не рекомендуется ставить значение больше 22 мкф, потому что из-за броска напряжения в момент включения кенотрон может пробить с катастрофическими последствиями для кенотрона, а то и для усилителя. Из-за высокого внутреннего сопротивления кенотрона напряжение на выходе классического выпрямителя на кенотроне с LC П-образным фильтром можно регулировать в широких пределах с помощью изменения первой емкости фильтра. Если используется достаточно качественный дроссель фильтра, значительной индуктивности, то уровень пульсаций на выходе почти не зависит от значения первой емкости.

На сайте DuncanAmps доступна очень неплохая программа по расчету блоков анодного питания — как ламповых, так и на диодах. (Скачать можно здесь)

В настоящее время выпускаются следующие кенотроны:

5U4GB Electro-Harmonix (Саратов, Россия) — фактически является прямой копией 5U4GB RCA. Полный аналог и эффективная замена для 5Ц3С (5Ц3С — аналог 5U4G). Допускает токи порядка 250-274 мА. Имеет меньшие размеры и более высокую надежность, нежели 5Ц3С — из-за того, что вместо тоненькой нити в качестве катода используется довольно широкая лента.

5Y3GT Sovtek (Саратов) — является всего лишь приближенным аналогом настоящего американского 5Y3GT. Это не копия, а довольно оригинальная разработка, в СССР наиболее близким аналогом 5Y3GT можно было считать 5Ц4М, а Совтековский 5Y3 в отличии от американского оригинала имеет косвенный накал, а по конструкции весьма напоминает 6Ц5С, только больших размеров. Я сравнивал параметры старого и нового 5Y3 и совтековский по сравнению с оригиналом рассчитан на больший выпрямленный ток (144 мА против 120 мА), а так же на нем меньше падение напряжения — на 20 вольт. В то же время, он вполне эффективен для замены лампы 5Ц4С.

5AR4 / GZ34 — популярный в гитарных усилителях кенотрон с косвенным накалом. В СССР аналога этой лампы не выпускалось (в литературе рекомендовалась замена на два 5Ц4С в параллель), сейчас выпускается Совтеком, а так же в Китае и Словакии. По выпрямленному току сравнима с 5U4/5Ц3С — 225 мА, при вдвое/втрое меньших габаритах. Падение напряжение на ней несколько ниже, чем на этих лампах. Все современные версии — хорошего качества, хотя еще 5 лет назад китайские 5AR4 страдали ужасным качеством и часто выходили из строя при первой подаче напряжения.

6CA4/ EZ81 — другой популярный кенотрон, в миниатюрном 9-штырьковом оформлении. Отечественного аналога нет (теоритически можно использовать 2 х 6Ц4П в параллель.) Работает с токами до 150 мА. Выпускается в России и Словакии.

Двухполупериодный кенотронный выпрямитель | Техника и Программы

Принципиальная схема выпрямителя, который можно использовать для питания сетевых приемников или усилителей низкой частоты, показана на рис. 10.

Рис. 10. Схема двухполупериодного кенотронного выпрямителя.

Рис. II. Конструкция выпрямителя.

Обмотка I трансформатора питания рассчитана на напряжение электросети 220 и 127 е. Обмотка II — повышающая, напряжение которой выпрямляется кенотроном типа 5Ц4С. Обмотка III служит для питания нити накала кенотрона, а обмотка IV — для питания нитей накала ламп приемника, усилителя или другого радиотехнического устройства.

Сглаживание пульсаций выпрямленного тока осуществляется фильтром, состоящим из дросселя Др1 и конденсаторов С1 и С2.

В выпрямителе можно использовать трансформатор радиовещательного приемника или телевизора, имеющий обмотку питания нити накала кенотрона (5 в) и повышающую обмотку с отводом от середины (250вх2).

Все детали выпрямителя размещают на шасси (рис. 11) размерами примерно 140X200X50 мм. Шасси может быть цельнометаллическим, например из листового алюминия толщиной 1—1,5 мм, или комбинированное из толстой фанеры или досок (боковые стенки) и металла (верхняя панель).

Дроссель низкой частоты можно использовать от радиовещательного приемника, телевизора или самодельный. Данные самодельного дросселя: сердечник из пластин Ш-19, толщина набора 15 мм; обмотка содержит 3 000 витков провода ПЭЛ 0,15—0,2. Включать выпрямитель без нагрузки (приемник, усилитель) нельзя — могут пробиться конденсаторы. При подключенной нагрузке, потребляющей ток до 80—100 ма, напряжение на выходе выпрямителя должно быть 230—250 в.

В.В. Вознюк. В помощь школьному радиокружку

Ключевые теги: радиолампы, блоки питания

«Мягкий» пуск кенотрона — Гитарные усилители

Самым тяжелым режимом работы кенотрона является момент пуска. В это время конденсаторы, являющиеся нагрузкой кенотрона, полностью разряжены и напряжение между анодами кенотрона и его катодом является максимальным.

По мере прогрева кенотрона через него начинает протекать ток заряда конденсаторов цепей питания. При этом напряжение между анодами и катодом кенотрона уменьшается, но все равно оно превышает напряжение, которое будет в установившемся режиме работы схемы. Если кенотрон имеет недостаточный вакуум вследствие дефекта или старения, то при повышенном напряжении в момент прогрева между его электродам возможен коронный разряд, что снижает срок службы кенотрона или даже может вывести кенотрон из строя, что особенно огорчительно во время концерта.

Решением этой проблемы видится в запуске кенотрона на уже предварительно заряженные конденсаторы цепей питания, по крайней мере, хотя бы того конденсатора, который непосредственно подключен к катоду кенотрона.

Предлагаемая схема на рис.1 обеспечивает такой способ пуска кенотрона, а также позволяет организовать переключение между выпрямителем на кенотроне и на диодах во время эксплуатации, если это необходимо.

Рис.1

Рассмотрим различные режимы работы схемы.

В момент подачи питания на сетевую обмотку силового трансформатора при положении тумблеров, указанных на схеме, кенотрон начинает прогреваться без нагрузки. При включении тумблера S2 (обе группы контактов замыкаются) и первый от выпрямителя конденсатор блока питания С6 начинает заряжаться через диоды D3, D4 и нормально-замкнутые контакты реле RLY. В это же время начинают заряжаться конденсаторы С2 и С4 током проходящим через диод D1 с отвода для организации смещения выходных ламп..

Теперь, если переключить тумблер S1 нижнее по схеме положение, то через резистор R1 начнет протекать ток цепи реле RLY, конденсатора С1, резистора R4 и светодиода LED1.

При этом напряжение на реле задается величиной резистора R1, а время его включения – величиной емкости конденсатора С1. По мере заряда конденсатора С1 напряжение на нем повышается и достигнув величины напряжения срабатывания реле RLY срабатывает и размыкает свои нормально замкнутые контакты, исключив таким образом диоды D3 и D4 из схемы заряда конденсатора анодного питания С6. Теперь конденсатор С6 заряжается от кенотрона RECT1 которому нужно только поддерживать напряжение на уже заряженном конденсаторе С6, а не заряжать его с нуля.

Выключение тумблеров S1 и S2, равно как и обесточивание силового трансформатора, приводят к разряду конденсатора С1 через сопротивление обмотки реле RLY и отпусканию реле. Таким образом, схема переходит в первоначальное положение, в котором диоды D3 и D4 подключены параллельно кенотрону RECT1 через нормально замкнутые контакты реле RLY. Теперь при подаче питания на сетевую обмотку силового трансформаторы и замкнутых включенных тумблерах S1 и S2 или же, если эти тумблера выключены и будут включены в дальнейшем – в любом случае конденсатор С6 будет заряжен через диоды D3 и D4 и кенотрону RECT1 не придется заряжать его с нуля. Это справедливо, даже в варианте, если тумблера S1 и S2 не нужны (в таком случае следует соединить по схеме их контакты.). Тогда при подаче напряжения на сетевую обмотку силового трансформатора конденсатор С6 заряжается через диоды D3 и D4, напряжение на реле RLY растет по мере заряда конденсатора С1, что приводит через какое-то время к срабатыванию реле и отключению диодов D3 и D4. С этого момента конденсатор С6 начнет разряжаться из-за появления анодных токов прогревающихся ламп питаемого устройства, одновременно с этим ток заряда проходящий через кенотрон RECT1 начинает расти за счет прогрева последнего. В любом случае напряжение между анодами кенотрона и его катодом значительно меньше, чем если бы кенотрон вынужден был заряжать полностью разряженный конденсатор С6.

Схемы, подобные приведенной, очень хорошо себя зарекомендовали, они очень просты, и очень надежны.

При повторении конструкции напряжения срабатывания реле следует выбирать как можно ближе к напряжению на конденсаторе С4. В таком случае реле и его гасящий резистор R1 в сумме будут потреблять меньшую мощность, что может быть важно при организации питания реле от отдельной слаботочной обмотки смещения.

Величина R4 зависит от типа и желаемой яркости свечения светодиода LED1 индикатора типа выпрямителя (диоды/кенотрон), расположенного на лицевой панели устройства.

Изменено 11 августа 2013 пользователем Victor ®