157. Кенотрон — ламповый выпрямитель

Как известно, в металлах имеются в большом количестве свободные электроны. При обыкновенной температуре кинетическая энергия свободных электронов настолько мала, что они не могут покинуть поверхность металла. Если же металл нагреть до высокой температуры, то скорость свободных электронов и их кинетическая энергия увеличиваются и накаленный металл начинает испускать электроны. Это явление называется термоэлектронной эмиссией.

Нить катода, или нить накала, нагретая электрическим током от батареи накала, испускает электроны, которые, скапливаясь около нити, образуют электронное «облако», препятствующее дальнейшему вылету электронов с поверхности нагретой нити. Если включить вторую батарею аккумуляторов 5 (анодную батарею) напряжением 80—100 В таким образом, чтобы плюс батареи был соединен со вторым электродом — анодом, а минус батареи был соединен с катодом, то между нитью накала и ано-. дом внутри стеклянного баллона будет образовано электрическое поле.

Под действием электрических сил поля электроны, испускаемые нитью накала, приду в движение, направляясь к аноду. От анода по внешней цепи через анодную батарею электроны направятся к катоду. В цепи установится электрический ток, причем направление его в самом стеклянном баллоне будет от анода к катоду. Путь тока от катода по внешней цепи до анода называется анодной цепью.

С увеличением напряжения анодной батареи увеличивается анодный ток. Это объясняется тем, что по мере возрастания потенциала анода все большее и большее количество электронов будет достигать анода. Наконец, при некотором потенциале анода ток в анодной цепи более не возрастает. Наибольший анодный ток, который может быть при данном накале катода, называется током насыщения. Число электронов, испускаемое накаленным катодом, зависит от величины поверхности катода и температуры нагрева его. Температура катодной нити из вольфрама обычно достигает 2300—2500°. Увеличение нагрева вольфрамовой нити выше указанной температуры приводит к увеличению мощности, идущей на нагрев ниги, а также к резкому сокращению срока службы катода.

Были проделаны опыты с нитями из различных материалов, с тем чтобы найти нить, которая могла бы давать большой ток насыщения при более низкой температуре. Было обнаружено, что прибавка к вольфраму окиси тория сильно увеличивает эмиссионный ток. В настоящее время торированные катоды изготовляются из вольфрама, на поверхность которого особым способом нанесен очень тонкий слой тория. Торированные катоды нагреваются обычно до 1600—1850°. В результате исследований было замечено также, что окиси щелочно-земельных металлов (бария, кальция, стронция), нагретые уже до 1000°, дают очень сильный электронный поток.

Металлические (никелевые) катодные нити, покрытые слоем окнси щелочно-земельных металлов, называются оксидными катодами. Рабочая температура таких нитей составляет 900—1200°.

Электроны, испускаемые катодной нитью, под действием электрического поля устремляются к аноду, причем по мере приближения к аноду скорость их увеличивается. Ударяясь о поверхность анода, электроны отдают ему свою кинетическую энергию, вызывая нагрев анодной пластины. Материалом для анода обычно служит никель или молибден.

Если пересоединить анодную батарею так, чтобы анод баллона был соединен с минусом батареи, то электроны, испускаемые катодом, станут отталкиваться отрицательно заряженным анодом, и тока в анодной цепи не будет. Следовательно, ток в цепи анода может проходить только в одном направлении: от анода к катоду, т. е. когда анод относительно катода заряжен положительно. Замечательная способность электронной лампы пропускать ток в одном направлении попользуется для выпрямления переменного тока. Прилагая к цепи анода переменное напряжение, мы получим в анодной цепи лампы выпрямленный пульсирующий ток. Лампа, применяемая для этой цели, называется кенотроном.

На фиг. 310 представлена схема включения кенотрона. Недостатком этой схемы является использование только одной полуволны тока, откуда она и получила название схемы однопо-лупериодного выпрямления. Для использования тока

в течение полного периода применяются схемы с двухполупе-риодным выпрямлением. На фиг. 311 дана схема двух кенотронов, а на фиг. 312 — одного кенотрона с двумя анодами. В последней схеме питание катода производится переменным током от специальной обмотки трансформатора. Для сглаживания пульсаций выпрямленного тока применяют фильтр, состоящий из конденсаторов и катушек с железом (дроссели).

Пульсирующий выпрямленный ток можно представить состоящим из двух слагающих — постоянной и переменной. Для постоянной слагающей тока конденсаторы представляют очень большое сопротивление. Наоборот, катушки, не обладающие индуктивным сопротивлением при постоянном токе, дают ему возможность свободно проходить через фильтр. Для переменной слагающей тока конденсаторы представляют очень малое сопротивление. Наоборот, индуктивные катушки представляют большое сопротивление.

Такое расположение конденсаторов и индуктивных катушек, как показано на фиг. 312, дает возможность переменной слагающей тока свободно проходить через конденсаторы, не заходя к потребителю. В то же самое время постоянная слагающая тока, проходя свободно через индуктивные катушки, направляется в цепь потребителя.

Таким образом, в цепи потребителя практически проходит постоянный ток.

В схеме с двумя кенотронами или одним двуханодным кенотроном ток будет проходить через тот анод, который в данный момент будет положительным относительно катода. Средняя точка обмотки трансформатора, дающей напряжение на аноды кенотрона, служит минусом цепи постоянного тока. Средняя точка обмотки накала катода служит плюсом цепи постоянного тока. Кенотроны применяются в сетевых радиоприемниках, аппаратах для испытания кабелей, рентгеновских аппаратах и т. д.