Казалось бы, над таким вопросом и думать нечего — витков надо брать как можно меньше, например 1 и 5. Во-первых, это даст огромную экономию дорогого медного провода, во-вторых, уменьшит габариты трансформатора, в-третьих, упростит его конструкцию, в-четвертых… Но, пожалуй, не стоит перечислять достоинства, делить шкуру медведя, который еще не убит.
Всю энергию, которая подводится к первичной обмотке, можно разделить на две части. Часть энергии теряется в самой обмотке, затрачивается на преодоление ее сопротивления.
Другая часть энергии создает магнитное поле и с его помощью перекочевывает во вторичную обмотку. Здесь-то и находится главный потребитель, например нити накала ламп. Для того, чтобы во вторичную обмотку передавалось как можно больше энергии, а в первичной терялось как можно меньше, нужно, чтобы обычное, или, как его еще называют, активное сопротивление обмотки было небольшим по сравнению с ее индуктивным сопротивлением, которое характеризует отбор энергии на создание магнитного поля. Знакомясь с фильтрами, мы отмечали, что индуктивное сопротивление катушки зависит от ее индуктивности и частоты переменного тока. Чем больше индуктивность и чем больше частота, тем больше индуктивное сопротивление катушки.
Естественно, что для получения большого индуктивного сопротивления обмоток трансформатора на низкой частоте нужно делать эти обмотки с очень большим числом витков. Если бы мы захотели строить силовой трансформатор по образцу высокочастотного, то, наверное, должны были бы делать обмотки с десятками, а может быть, и с сотнями тысяч витков. К счастью, есть другой способ повысить индуктивность — применить уже знакомый нам стальной сердечник.
* * *
«ГРУЗОВИКИ» И «ЛЕГКОВЫЕ»
Большая семья автомобилей далеко не однородна. Здесь вы найдете и 25-тонный самосвал-гигант, и вездеход с передними ведущими колесами, и маленький юркий «Запорожец». Однако какую бы систему классификации автомобилей мы ни придумывали, придется обязательно выделить две основные группы — грузовики и легковые машины. Точно так же в огромном семействе полупроводниковых вентилей выделяются две похожие и в то же время отличные друг от друга группы точечных и плоскостных диодов.
Плоскостные диоды — это своего рода грузовики — они предназначены в основном для выпрямителей, пропускают довольно большой ток и выдерживают значительные обратные напряжения. Подобная нагрузка определила и конструкцию этих приборов — в них анод и катод, то есть соответственно зона р и зона n. имеют большую поверхность. Вот почему такие диоды называются плоскостными. В то же время рn-переход плоскостного диода — это не что иное, как конденсатор, и с весьма внушительной емкостью — десятки и сотни пф. Если включить плоскостной диод в высокочастотную цепь, например в цепь детектора, он практически не будет выполнять своей основной обязанности — выпрямлять переменный ток. Не обращая внимания на диод-вентиль, сигнал легко пройдет через диод-конденсатор.
В высокочастотных выпрямителях и детекторах работают «легковые». точечные полупроводниковые диоды. Основа такого диода маленький кристалл германия или кремния, к которому примыкает тонкая металлическая игла. Возле нее и образуется «миниатюрный» рn-переход с очень небольшой емкостью. Вот некоторые данные некоторых плоскостных и точечных диодов.
По принятой в настоящее время новой системе обозначения, название всех типов полупроводниковых диодов начинается с буквы Д — диод. Далее следует цифра, в какой-то степени отражающая особенности диода:
от 9 до 99 — точечные германиевые,
от 101 до 199 — точечные кремниевые,
от 201 до 299 — плоскостные кремниевые,
от 301 до 399 — плоскостные германиевые,
от 401 до 499 и от 601 до 699 — специальные типы точечных диодов.
Кроме того, имеются еще и диоды особого назначения, своего рода пожарные или санитарные автомобили. Это диоды — стабилизаторы напряжения, диоды — переменные конденсаторы и, наконец, туннельные диоды, которые сами усиливают и генерируют электрические колебания.
* * *
Сердечник трансформатора собирается из стальных пластин, похожих на букву Ш (рис. 42, а, в). К каждой такой пластине примыкает стальная полоска. В результате после сборки получается стальной пластинчатый брус с двумя большими окнами. На средний стержень одевается каркас с обмотками, расположенными одна поверх другой (рис. 42, б).
Рис. 42
Кстати, ширина среднего стержня в миллиметрах входит в название типа пластин. Ш-32, например, означает, что пластины имеют Ш-образную форму и ширина среднего стержня равна 32 мм. Главной же характеристикой сердечника является его сечение, точнее сечение среднего стержня, которое, естественно, можно получить, умножив его ширину на толщину набора пластин. Сечение сердечника, его размеры, а значит и габариты всего трансформатора, зависят от аппетитов потребителей. Чем больше мощность, потребляемая от трансформатора, тем больше должен быть его сердечник.
Раз уж мы заговорили о мощности, то придется отметить очевидный факт: если сложить все мощности, потребляемые во всех вторичных обмотках, то как раз получится та мощность, которую сам трансформатор потребляет от сети и на которую должна быть рассчитана первичная обмотка. Теперь, по-видимому, нужно пояснить, что это значит: рассчитать обмотку на какую-либо мощность. Мощность — это произведение тока на напряжение (рис. 10). Если трансформатор потребляет от сети мощность 60 вт при напряжении 120 в, то в первичном обмотке протекает ток 0,5 а. Вот эта величина и является исходной для расчета обмотки, точнее для выбора провода.
Ток, проходя по проводнику, нагревает его. Чтобы проводник не накалился, как спираль электроплитки, и не сгорел, как плавкий предохранитель, он должен хорошо отдавать тепло, иметь достаточно большую поверхность охлаждения. Это одна из причин, по которой диаметр провода для той или иной обмотки трансформатора выбирается, исходя из величины тока — чем больше ток, тем толще должен быть провод. Так, например, накальная обмотка (так для краткости называют обмотку накала ламп) всегда выполняется довольно толстым проводом, диаметром 1–2 мм. Кстати, диаметр провода указан в его названии. Так, провод ПЭ 0,14 имеет диаметр 0,14 мм, ПЭ 1,2 — диаметр 1,2 мм и т. д. Буквы ПЭ означают «провод эмалированный». Часто применяются разновидности этого провода — ПЭЛ, лакостойкий, и ПЭВ, покрытый винифлексной эмалью. В большинстве случаев эти провода взаимозаменяемые.
В силовом трансформаторе должно быть как минимум две сетевых обмотки, точнее две секции сетевой обмотки, одна, рассчитанная на напряжение 127 в, другая — на 220 в. В первой из них число витков меньше, чем во второй, а диаметр провода больше. Это объясняется очень просто. Когда мы переключаем приемник с 220 в на 127 в, то, чтобы не уменьшились выходные напряжения, необходимо примерно в 1,7 раза увеличить коэффициент трансформации (220:127 = 1,7). Сделать это можно двумя путями — либо увеличить в 1,7 раза число витков всех вторичных обмоток, либо уменьшить в 1,7 раза число витков первичной обмотки. Поскольку вторичных обмоток несколько, а первичная одна, всегда производят необходимые переключения только в сетевой обмотке. Секция, рассчитанная на 127 в, естественно, выполнена более толстым проводом — мощность, потребляемая приемником, всегда одинакова, а значит при меньшем напряжении потребляется больший ток.
Если вы посмотрите на схемы приемников, то увидите, что специальной секции для сети 220 в не делают. К обмотке, рассчитанной на 127 в, просто добавляется секция, рассчитанная на 93 в. В итоге получается необходимая обмотка для сети 220 в (рис. 42, г). В некоторых приемниках можно встретить «хитрую» систему переключения сетевых обмоток (рис. 42, д).
