Redresorul de inalta tensiune - pe scurt

Gheorghe Andrei Radulescu   YO4AUP

1 Redresorul – pe scurt 2 Redresorul – constructia 3 Panoul XXI 4 Etajul 2 – auxiliare • 4.1 Regulatoarele pentru negativare • 4.2 Circuite secundare [Fil. Rel. etc] • 4.3 Cuplarea redresorului IT cu circuitele auxiliare 5 Etajul amplificator PA - HF • 5.1 Panoul din spate – tuburile • 5.2 Catometrul • 5.3 Corectarea greselilor • 5.4 Panoul frontal • 5.5 In loc de incheiere

Cu toate ca unii declara sus si tare ca "a murit lampa", altii se incapatineaza sa o foloseasca si o fac chiar cu succes . Recent [in numarul 3/2010 al revistei Radiocomunicatii si Radioamatorism, la pagina 23 si urmatoarele] am citit articolul domnului Ion Nichifor, YO4CVT, intitulat "Un amplificator regulamentar pentru clasa a I-a " in care, in al doilea paragraf, cu referire la realizarea practica, se spune: "modulul sursa de alimentare inalta tensiune: 1800V cu multiplicare de tensiune direct de la retea si cu protectie la pornire. Dimensiuni 242 x 120 mm. Tensiunea de 230V nu este conectata la sasiu." Am analizat schema propusa de autor, si fiindca erau citeva lucruri care mi se pareau putin altfel decit le stiam eu, am considerat ca este bine sa-mi improspatez memoria.

Prima observatie este aceea ca in schema de la pag 26 din revista, [ bibl. 6 ], curentul masurat de miliampermetrul de 1A (cel din stinga in schema) masoara in fapt Ik [curentul de catod al lampii Ik = Ia + Ig ] si nu numai pe Ia, asa cum se sugereaza din desen.

In continuare fuga la bibliografie.

Am scos din biblioteca bibliografia care a supravietuit timpului si cele ce urmeaza sint rezumatul celor recitite si al masuratorilor facute pe un montaj experimental.

Bibliografia supravietuitoare:

1. Liviu Macoveanu - Aparate de receptie si emisie de unde scurte si ultrascurte - Editura Tehnica 1958, pag. 244 - 274 2. Stanciulescu Gh. - Cartea Radioamatorului. Editura Sport Turism 1975 [pag. 380 si urmatoarele] 3. Kulikovski A. A.-Indreptar de Radioelectronica. Trad.Lb.Rusa Editura Tehnica 1963 [pag. 343 si urmatoarele ] 4. ARRL The Radio Amateur's Handbook - 1981. [Cap.5 Ac- Operated Power Supplies pag. 5.1 si urmatoarele.] 5. Smirenin B. A. - Manual de Radiotehnica. Trad lb rusa Editura Energetica de Stat 1954 [pag. 501 si urmatoarele.] 6. F.R.R. Revista Radiocomunicatii si Radioamatorism Nr 3 / 2010, pag 23 - 27

Diversele scheme practice de redresoare, mono sau dubla alternanta, directe, cu dublare sau cu multiplicare de tensiune, cu alimentare din transformator sau de la retea se gasesc in toata bibliografia de referinta. Formulele pentru calculul rapid ale elementelor componente sint foarte bine sintetizate numai in Indreptarul de Radioelectronica [bibl. 3] Urmatoarele figuri sint preluate si sint prelucrate dupa Indreptarul de Radioelectronica [ bibl. 3 ]

 Fig. 01 Scheme de redresoare

 Fig. 02 Redresor Mono - alternanta

 Fig. 03 Redresor Dubla - alternanta

 Fig. 04 Dublor de tensiune

 Fig. 05 Multiplicator de tensiune

 Fig. 06 Nomograme RTr

Desigur, astazi nu mai sta aproape nimeni sa calculeze valorile pieselor dintr-un redresor de inalta tensiune, dar cred ca sint utile citeva comentarii. Toate redresoarele de inalta tensiune debiteaza tensiunea continua la bornele unui condensator care este filtrul de netezire al tensiunii pulsatorii rezultate. Valoarea capacitatii de filtraj se determina in functie de intensitatea curentului debitat in rezistenta de sarcina [lampa] si de pulsatia admisa a tensiunii continue [!!!]. Este bine de verificat daca condensatoarele disponibile satisfac aceste doua cerinte. Daca capacitatea disponibila este mai mare decit cea necesara, este bine. Daca nu, fluctuatia de tensiune anodica intre mersul in gol si cel in sarcina va fi nepermis de mare. [ Adevarat este si faptul ca un condensator cu capacitate mare este mai scump decit unul cu capacitate mai mica.]

Un alt comentariu este necesar asupra alegerii diodelor redresoare. [ bibl. 4]

Acestea sint definite prin patru parametrii care ar trebui sa se gaseasca in fisa de catalog a producatorului, si anume: Uinv - tensiunea inversa, Io - curentul redresat, Irep - curentul de virf repetitiv si Isc - curentul de scurtcircuit. Daca se cunosc tensiunea inversa si curetul direct redresat, in lipsa altor informatii, cu un coeficient de siguranta acoperitor se poate considera ca Irep = 4xIo si Isc = 12 x Io. [ bibl.4]

Am spus mai sus ca tensiunea la bornele condensatorului este pulsatorie. Cu cit este capacitatea mai mica, cu atit scade mai mult tensiunea pe condensator in perioada de descarcare. Faptul ca tensiunea pe condensator ramine la o valoare mai mare decit zero face ca pe catodul diodei sa existe o tensiune pozitiva a carei prezenta micsoreaza unghiul de conductie al diodei foarte mult sub 180°. In timpul scurt cit este deschisa dioda, curentul prin dioda ia o valoare mult mai mare decit curentul continuu debitat in sarcina. Acest ciclu se repeta cu frecventa de 50 Hz. Acest curent prin dioda trebuie sa fie mai mic decit Irep admis de dioda. La primul ciclu de incarcare al condensatorului, dioda lucreaza practic in scurtcircuit si deobicei pentru protectia sigurantelor si a diodelor,se monteaza o rezistenta de limitare [care apoi se scurtcircuiteaza automat]. Variatia in timp a curentilor prin dioda redresoare este reprezentata grafic in Fig. 07. [ bibl. 4]

 Fig. 07 Curentul prin dioda

Deoarece fondul discutiei este redresorul de inalta tensiune pentru alimentarea tuburilor din amplificatorul de putere, in continuare dezvolt subiectul multiplicatorului de tensiune. Un multiplicator de tensiune poate fi alcatuit prin inserierea unor celule dubloare de tensiune. Condensatoarele se incarca succesiv de la sursa de tensiune alternativa iar la sfirsitul lantului se obtine tensiunea continua necesara alimentarii tubului amplificator. O alta varianta este in Cartea Radioamatorului, [ bibl. 2], in care YO7DZ prezinta schemele unui quadruplor de tensiune si a unui multiplicator cu 6 celule [trei dubloare cu iesirile in serie], alimentate de la retea in paralel.

Schema unui multiplicator cu 4 celule [doua dubloare inseriate] alimentat de la retea, in care sint desenate cele doua secvente de incarcare in timpul primelor doua semiperioade ale unui ciclu complet este desenata in Fig.0 8. iar schemele lui YO7DZ, impreuna cu ciclurile de incarcare sint prezentate detaliat in Fig. O8.1

 Fig. 08 Functionarea redresorului cu multiplicare de tensiune.

In Fig. 08 trebuie observat faptul ca in timpul unei semiperioade se incarca C1 si C3 iar in timpul celeilalte semiperioade se incarca C2 si C4. Se poate asimila ca fluxul de energie [sarcini electrice ] de la retea spre consummator, intii este inmagazinat in C1 si apoi este transferat in C2, apoi este transferat in C3 si in final este transferat in C4 de unde circuitul se inchide prin consummator [Rs] inapoi la retea. Cantitatea de sarcini electrice acumulate de un condensator este direct proportionala cu marimea capacitatii sale si cu tensiunea aplicata pe armaturi.

Deoarece energia transferata din reta spre consumator strabate intreg lantul de condensatori si deoarece tensiunea la bornele condensatorului C1 este numai jumatate din tensiunea la bornele celorlalti condensatori, pentru a utiliza intreaga capacitate de acumulare a condensatorilor C2, C3 si C4, condensatorul C1 trebuie sa aibe capacitatea dubla fata de ceilalti condensatori. [ ipoteza de verificat !!! ]

 Fig. 08.1 Functionarea redresorului cu multiplicare de tensiune YO7DZ.

In Fig. 08.1, in care dubloarele de tensiune au intrarea de la retea in paralel si iesirile in serie, tensiunea la bornele lui C3 este 3U iar la bornele lui C5 este 5U [am notat U = 1.41 Uo] fata de numai 2U cit este in schemele cu celule dubloare alimentate in serie.

Asa dupa cum se cunoaste, multiplicatoarele de tensiune au o legatura galvanica intre un pol al sursei de tensiune alternativa si un pol al consumatorului de tensiune continua. In cazul alimentarii direct de la retea, conectarea cu faza la sasiu duce la arderea sigurantei.

Se pot construi atit multiplicatoare de tensiune "pozitiva " cit si "negativa" si in cazul inserierii a doua astfel de multiplicatoare consumatorul Rs se leaga intre plusul si minusul sursei de current continuu. In acest fel se poate folosi o priza cu nul de protectie care se leaga la sasiul aparatului fara pericol de ardere a sigurantei. In cazul legarii inverse a cordonului in priza, firul de faza se va afla la potential 0 fata de masa dar fara sa aibe contact galvanic cu masa = sasiul = nulul de protectie, asa cum se vede in Fig. 09

 Fig. 09 Multiplicatoare inseriate.

Calculele efectuate cu formulele pentru calcul rapid din Indreptarul de Radioelectronica [bibl.3] dau ca rezultat, pentru un redresor de 1000V/ 0,5A , valoarea condensatoarelor C1=C2=C3=C4 = 470 µF.

In referinta bibliografica pe care am avut-o la dispozitie nu se face vre-o mentiune asupra faptului ca C1 ar avea alta valoare decit ceilalti condensatori sau ca in schemele de multiplicare condensatorii Ci ar fi diferiti unul de altul.

Verificarea afirmatiei ca, la doua celule dubloare de tensiune legate in serie, pentru maxim de performanta, trebuie ca C1 [µF] = 2x Ci [µF] [i=2,3,4] este si subiectul partii experimentale a acestui mic compendiu despre multiplicatoarele de tensiune.

In partea practica a lucrarii mi-am propus sa ridic prin puncte diagramele Tensiune - Curent pentru un quadruplor de tensiune, executat cu condensatori electrolitici de 470 µF / 400V, [valoarea necesara rezultata conform bibliografiei [3], pentru 1000V / 500 mA] dar verificind aspectul curbei de sarcina si la diferite alte rapoarte ale valorii capacitatiilor din montaj. Am inlocuit diodele cu punti redresoare tip KBPC50A10M. Montajul l-am realizat pe o placa din sticlotextolit simplu-placat. Am dezvoltat [crescut capacitatea blocurilor de condensatoare] schema pe masura ce treceam de la o varianta la alta. Schemele si rezultatele masuratorilor sint prezentate in Fig. 11, in Fig. 12 si in Fig. 13 iar imaginea multiplicatorului de tensiune testat este in Fig. 14. Sarcina este realizata din becuri 100W/220V [este tot o refolosire de la alta lucrare anterioara - mot]. Imaginea arata montajul schemei 2 la prima masuratoare cu toate cele 15 becuri legate in serie.

 Fig. 11 Scheme masurate 1 (1) [C1= C, C2 = C/2 ,C3 = C/2 , C4 = C/2 ] ;

 Fig. 12 Scheme masurate 2 (2) [C1= C, C2 = C, C3 = C/2 , C4 = C/2 ] ; 

(3) [C1= C, C2 = C, C3 = C, C4 = C/2 ] ; (4) [C1= C, C2 = C, C3 = C, C4 = C ] ;

 Fig. 13 Schema max (5) [C1=2C, C2= C, C3= C, C4= C ] ; 

si diagramele U - I

 Fig. 14 Multiplicatorul de tensiune masurat

Diagrama U - I desenata in Fig. 13 este trasata prin puncte. "Consumatorul de forta" a necesitat un numar mai mare de becuri decit cele dispuse in panoul din Fig. 14. Alte 15 becuri sint asamblate intr-o alta ghirlanda care se introduce in montaj pentru masuratori la un current mai mare de 400 mA. [ in masuratoarea 5, curentul de 540 mA se obtine legind in paralel o ghirlanda de 15 becuri cu una de 10 becuri, toate de 100W/220V]

Privind diagramele U - I trasate in Fig. 13 se constata ca:

formula de calcul pentru valoarea capacitatii C din bibliografie [3] este corecta.

C [ µF ] = 34*Io*(K+2) / U1 [ Io = curentul continuu consumat exprimat in mA si U1 = tensiunea sursei de tensiune alternativa, exprimata in Vrms ]

Rezultatul C = 470 µF, pentru o tensiune alternativa de 220 V, asigura o tensiune de iesire de 1000V la un current de sarcina de 500mA ! Diagrama 4 trece prin punctual de calcul 1000V - 500 mA !!!

Daca C1 = 2C atunci cuadruplorul poate debita 650 mA la 1000 V si mai departe, marind curentul la 1,25 A, tensiunea scade numai pina la 900 V. [ Ipoteza verificata !!! ] Cu pretul unui singur condensator montat in plus fata de schema 4, se obtine in schema 5 un spor de 30% la curentul debitat la 1000V !