КЕНОТРОНЫ – путешествие в архейскую эру вакуумных приборов.
Одна из старейших радиоламп предназначенная для выпрямления переменного тока. Является разновидностью электровакуумного диода.
Началом истории его создания можно считать 1873 год, когда британский профессор и автор научных трудов в области магнетизма и электричества Фредерик Гатри открыл принцип работы ламповых вакуумных диодов с прямым накалом.
Интересно, что практически параллельно, шло изучение явления полупроводникового диода. Уже в 1874 году немецкий ученый Карл Фердинанд Браун сформулировал принцип действия кристаллического (твердотельного) диода.
Не смотря на несомненную важность этих двух открытий, результаты работы ученых не получили должной поддержки научного сообщества и о них на некоторое время позабыли. Лишь в 1880 году Томас Эдисон заново открывает принцип работы лампового диода. И хотя ученый прекрасно представлял потенциал этого элемента и даже получил на свое открытие патент в 1884 году – идея снова не получила должного отклика и о диоде позабыли.
В 1899 году Карл Фердинанд Браун все таки патентует твердотельный диод, а в 1990 году американский инженер-электротехник Гринлиф Пикард создает первый в мире радиоприемник на твердотельном диоде, а точнее детектор на кристаллах кремния для радиоприемного устройства.
Патент на первый ламповый (термионный) диод и, по сути, первую в мире электронную лампу получает в 1905 году (на год раньше твердотельного диода) английский ученый-электротехник Джон Амброз Флеминг.
Понятие «диод» появилось в научном обиходе лишь в 1919 году, когда британский физик Вильям Генри Иксл объединил две части греческих слов: Di (два) и odos (путь). До этого диод, даже его открыватели, как только не называли. В лучшем случае он был «детектором» - из-за принадлежности поначалу в основном к радиоприемникам.
Сам же кенотрон является комбинацией фактически двух диодов с раздельными анодами и общим катодом в одном баллоне.
Принцип действия этого прибора такой : катод диода нагревается до температур, при которых возникает термоэлектронная эмиссия. При подаче на анод отрицательного относительно катода напряжения все эмитированные катодом электроны возвращаются на катод, при подаче на анод положительного напряжения часть эмитированных электронов устремляется к аноду, формируя его ток. Таким образом, диод выпрямляет приложенное к нему напряжение. Это свойство диода используется для выпрямления переменного тока .
Чаще всего используются двухполупериодные выпрямители:
Данные выпрямители наиболее распространены в радиолюбительской практике.
Их преимущество в том, что в них, из-за использования обоих полупериодов переменного напряжения, частота пульсации выпрямленного напряжения получается в два раза выше частоты пульсации при однополупериодном выпрямлении (часта пульсации в два раза выше частоты питающего переменного напряжения). Благодаря этому, при одном и том же сглаживающем фильтре, величина пульсации на выходе двухполупериодного выпрямителя будет значительно ниже, чем однополупериодного.
Недостаток двухполупериодного выпрямления является применение силового трансформатора с почти удвоенным напряжением повышающей обмотки.
По прошествии полутора сотни лет, вакуумные диоды все так же популярны в звукоусилительной аппаратуре.
Что же так привлекает конструкторов в этом доисторическом приборе ?
- В отличие от подавляющего большинства полупроводниковых диодов, у кенотронов отсутствует "пороговое напряжение" и поэтому они не генерируют импульсы широкополосных радиочастотных помех во время работы.
- У них намного больше внутреннее сопротивление , в следствии этого , происходит существенное падение напряжения (до нескольких десятков вольт) и ведет себя блок анодного питания с кенотроном при динамической нагрузке иначе, нежели с выпрямителем на полупроводниковых диодах.
- вакуумный диод (кенотрон) постепенно, с задержкой входит в рабочее состояние, при этом достаточно плавно и главное, после предварительного прогрева остальных радиоламп, подает анодное напряжение, продлевая их жизнь.
- и последний, самый важный довод
– выглядит все это охрененно эстетически
У кенотронов максимально допустимая емкость первого конденсатора фильтра (сразу же после выпрямителя) ограничена. Например, с 5Ц3С и 5Ц4С не рекомендуется ставить значение больше 22 мкф, типа потому, что из-за броска напряжения в момент включения кенотрон может пробить с катастрофическими последствиями для него, а то и для всего усилителя.
Ни в коей мере не отрицая вышеизложенного, скажу, что лично, обложившись тестерами , вольтметрами и амперметрами, нагружал кенотрон на достаточно большую емкость, порядка пары сотен микрофарад и не наблюдал никакого импульса и резкого броска тока. По мере нагрева кенотрона , стоящий за ним конденсатор очень, медленно и плавно начинает заряжаться до рабочего напряжения и далее подпитывается выпрямленным током кенотрона, с относительно низким и постоянным показателем.
Возможно рассматривать и изучать его работу нужно более глубоко и применяя аппаратуру посерьезнее.
Можно так же предположить, что во времена, когда разрабатывались кенотроны, малогабаритных, качественных, электролитов с большой емкостью просто не существовало. Так в современные технические характеристики и проползли ограничения по емкости.
Другое дело что в мире гитарных усилителей емкости более 100 мкф абсолютно не нужны и даже вредны для звука! Это бесспорный постулат!
Небольшое , найденное мной описание современных кенотронов: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.
Немного о их каменных братьях – полупроводниковых диодах.
Их эволюция шла так же достаточно успешно, породив огромное количество разновидностей. Эксперименты и поиск физиков для получения одностороннего проводника тока привели к вариациям в строении слоев полупроводника и внедрению в кристал таких веществ как барий, алюминий, галлий или индий, получая при этом различные, порой удивительные свойства. Это выпрямление низкочастотного и высокочастотного напряжения, его стабилизация (стабилитроны и стабисторы), изменение емкости (варикапы), генерирование электрических колебаний (тунельные диоды), переключение (тиристоры), излучение света разной длины волны и свойств (светодиоды и полупроводниковые лазеры) и приемники света (фотодиоды). Наверное, после резистора и конденсатора это самый широко распространенный радиоэлектронный прибор.
Массовое распространение диодов началось в 20-х – 30-х годах прошлого столетия и продолжается до сих пор. К слову сказать, в первые десятилетия массовое производство полупроводниковых диодов было, мягко говоря: «не на самом высоком уровне». Например в СССР, разброс параметров популярного тогда диода Д220 был настолько велик, что половину партии приходилось либо отбраковывать, либо использовать не по назначению. Так стабилитрон Д220С на самом деле являлся перемаркированным Д220 из бракованной партии. А радиолюбители еще и умудрялись использовать его в качестве варикапа – изменялась емкость элемента в зависимости от приложенного к нему напряжения.
Работы по усовершенствованию диодов продолжались, диоды конструктивно объединяли в один корпус (диодный мост)
росли их технические характеристики. Для интересных нам выпрямительных диодов, это прямое и обратное напряжение, ток, быстродействие. Именно с последним фактором связано куча поломанных копий, разбитых голов и подсвеченных синим светодиодом глаз
.
Бытует мнение, что в выпрямителях усилителей должны использоваться либо диоды Шоттки, либо сверхбыстрые диоды (superfast и ultrafast). Если поставить обычные "медленные" диоды, то хорошего звука вам не видать.
Процессы коммутации диодом тока, весьма сложны но стоит отметит два фактора.
1-й это возникновение высокочастотных колебаний с широким спектром во время процесса запирания диода, при смене на нем полярности приложенного напряжения;
2-й обычные кремниевые диоды имеют порог включения 0,6—0,7 вольт. То есть, при выпрямлении переменного напряжения, существует временной интервал, когда диод находится в так сказать не проводящем состоянии. В выпрямителе возникает как бы щелчок тока, резкое его увеличение после прохождения порога включения.
В связи с этим, я являюсь противником повсеместного распространения выпрямления накала, когда это не нужно!
В кенотроне принципиально такое явление отсутствует. Там все плавно, от 0 и до максимума амплитуды напряжения. Германиевые диоды имеют гораздо меньший порог, но никудышные по остальным параметрам и сильно зависимы от температуры кристалла. Хотя есть любители применять старый германий. Лично я их в анодном выпрямителе не пробовал, потому как не нашел с подходящими характеристиками. Но желание послушать своими ушами не пропало
.
Применение же быстрых диодов позволяет в некоторой степени уменьшить побочные явления работы кристаллического выпрямителя, но далеко не сравнять их с вакуумным диодом.
Еще одно мнение, разница у "быстрых" и "медленных" диодов в процессах их открывания-закрывания сопровождаются резким изменением тока в цепи, а это вызывает появление в нем довольно мощных спектральных составляющих высокой частоты. И спектр напрямую связан со скоростью открывания/закрывания диода (смотрим пункт 1 выше). Исходя из этого, "медленный" диод оказывается лучше, так как для него спектр получается сравнительно узким и не содержит очень уж высокочастотных составляющих, которые излучаются и проникают гораздо сильнее, чем низкочастотные.
Где преимущества скоростных диодов неоспоримы, так это в импульсных блоках питания, где выпрямляется переменное напряжение порядка нескольких десятков кГц. Но сложилось так, что в мире гитарного усиления к импульсникам относятся очень недоверчиво и осторожно, стараясь их избегать даже в питании педалей эффектов, что там говорить о усилителях. И вполне обосновано!
На практике, разница в звучании кенотронного выпрямителя и на полупроводниковых диодах без сомнения есть. Что выбрать, зависит от вашего звукового предпочтения. Есть легендарные усилители и с кенотронным выпрямлением и с обычными полупроводниковыми (не Ultra-Fast!) диодами, а так же с возможностью выбрать два типа выпрямления питания . А вот заменив в ряде своих усилителей обычные выпрямительные диоды на модные скоростные, я ничего не ощутил, абсолютно!
Выбор остается за Вами!
Размещение рекламы