На рисунке показано 8 разных схем. Все они нагружены на нагрузку, через которую течёт ток 1А независимо от выходного напряжения. Считаю, что такой способ корректный при проведении анализа выпрямителей, напряжение на выходе которых несколько отличается друг от друга. При анализе использовал данные самого мощного унифицированного трансформатора ТА288 (510W), который имеет по две вторичные обмотки на 200V и 355V, рассчитанные на максимальный ток 0,45А. Хотя трансформатор несколько перегружен, но это распространенный случай для любительских передатчиков и такой трансформатор при таком токе и непостоянной нагрузке может нормально работать. Соединив последовательно 200V и 355V обмотки, получаем две обмотки на напряжение 555V, амплитудное значение около 800V. Измеренное сопротивление так соединённых вторичных обмоток около 30W, первичной обмотки трансформатора около 1W. Для упрощения будем считать, что реактивные сопротивления обмоток и активное сопротивление первичной обмотки равны нулю, что на сравнения схем выпрямителей мало влияет. Для удобства сравнения напряжение источников переменного тока выбрано таким, чтоб такое напряжение (800V) и отдавали без нагрузки показанные однофазные выпрямители, если не указанно иначе. Вместо обмотки трансформатора использовал источники напряжения, которые программируются на амплитудное значение. Последовательно им включил резистор, имитирующий сопротивление вторичной обмотки трансформатора. Во всех схемах общая ёмкость конденсатора фильтра 100µF. На выходе каждой схемы включён вольтметр (DC AVG). Падение напряжения можно оценить, от 800V отняв его показания. Цветные квадратики с буквой около вольтметра по цвету показывает конкретную осциллограмму выходного напряжения, я этими буквами также буду называть конкретную схему. В осциллограммах можно посмотреть форму напряжения на выходах схем.
В схеме А обе обмотки на 555V соединены параллельно, общее сопротивление получаем 15W. Выпрямитель диодный мост. В схеме В вторичная обмотка имеет отвод от середины, всё остальное как и в схеме А. В этом случае можно использовать и половинное напряжение, например, для питания экранной сетки. В схеме С обмотки соединены последовательно, для выпрямления используется два диода. Двухполупериодная схема выпрямления. В схеме D показана схема удвоения. Сопротивление обмотки в таком случае в два раза меньше потому, что она должна отдавать два раза меньшее напряжение, и ещё два раза, потому что для получения два раза большего тока площадь сечения провода должна быть в два раза больше. Итого 15/4=3,75W. В схемах Е - Н применяется умножение напряжения сети. Напряжение сети для сравнения подобрано так, чтоб выходное напряжение холостого хода умножителей соответствовало получаемых с трансформаторных выпрямителей (800V). Сопротивление сети выбрано 0,1W. Схема Е - удвоитель, F - утроитель, G и H учетверители напряжения, разница между ними только в номинале двух конденсаторах. Как видим в осциллограммах, при одинаковой общей ёмкости фильтра пульсации во всех схемах имеют частоту 100Hz и практически по амплитуде одинаковые. Исключение только удвоитель по схеме Е, который ведёт себя как однополупериодный выпрямитель, на его выходе присутствуют пульсации с частотой 50Hz с амплитудой в два раза больше остальных. Лучший результат по падению напряжения получаем от хорошо известного мостового выпрямителя по схемам А и В, как без вывода вторичной обмотки, так и с выводом. Падение напряжения в данном случае будет 87V (11%). Хуже работает выпрямитель с удвоением напряжения по схеме D. У него падение напряжения 111V (14%). Его можно применять, если трансформатор рассчитан на два раза меньшее напряжение, намотать много витков на высоковольтный трансформатор всегда сложнее, чем в два раза меньше и проводом, у которого площадь сечение в два раза больше. Ещё хуже работает двухполупериодная схема С, у которой падение напряжения 130V (16%). Такую схему можно применять только в низковольтных выпрямителях, где падение напряжения на выпрямительном диоде одного порядка с падением напряжения на обмотке трансформатора. Для высоковольтных выпрямителей плюсов такой схемы не вижу, лучше обмотки подключить параллельно и применить мостовой выпрямитель.
Теперь про умножители напряжения сети. Они, как и все умножители, имеют большее падение напряжения, чем мостовые выпрямители. Но их прелесть в том, что не надо тяжёлого, громоздкого анодного трансформатора. Как уже писал, удвоитель по схеме Е имеет повышенную пульсацию, а также у него падение напряжения больше (124V, 15%) чем в схеме D, он имеет больше ёмкостей. Его в таком виде применять не стоит. Для удвоения лучше использовать схему D. Но если к нему добавить ещё один выпрямитель отрицательного напряжения, получим утроитель (F) или учетверитель (G, H). У утроителя при данных ёмкостях падение напряжения 132V (16,5%), у учетверителя зависимо от ёмкости конденсаторов С12 и С13 (С14, С15) в схеме G 179V (22%), в схеме Н 130V (16%). Как видно в осциллограммах, пульсации от номиналов конденсаторов С12 и С13 (С14, С15) не зависят, от них зависит только падение напряжения. Пульсации зависят только от ёмкости конденсаторов на выходе. Для уменьшения падения напряжения следует увеличивать ёмкость конденсаторов С8, С12, С13, но это увеличивает цену, габариты блока питания передатчика, а на уменьшение падение напряжения это влияет всё меньше. Считается, что оптимально тогда, когда их ёмкость в два раза больше фильтрующих конденсаторов. При подключении таких умножителей к реальной эл. сети 230V и нагрузив выходным током 1А, в схеме F падение напряжения получим около 135V (14%), в схеме G 185V (14,5%), в схеме H 136V (10,6%). После трансформатора такие умножители в мощных цепях включать не стоит, но можно применять для получения напряжения экранной или управляющей сеток.
Интерес представляет ушестерение напряжения сети (рис. А и В). Выходное напряжение холостого хода схемы около 1,8kV.
Схема содержит 14 шт. конденсаторов 470µFх400V (С5 состоит из двух последовательно включённых конденсаторов, С3 из четырёх последовательно - параллельно включённых конденсаторов, то же самое и для другого плеча). При токе 0,5А (рис. А) падение напряжения будет около 180V (10%), при токе 1А (рис. В) 335V (19%), что уже многовато. Таким выпрямителем можно питать, например ГУ-74Б. Увеличение мощности умножителя, как и коэффициента умножения, вряд ли целесообразно, так как резкое увеличение количества довольно дорогих конденсаторов сильно повышает цену и габариты выпрямителя.
Блок питания можно делать и смешанным способом, т.е. часть напряжения получить путём умножением напряжения сети, а другую часть получить с трансформатора. На рисунке показана схема блока питания 2kV/1А, в которой применено учетверение напряжения сети и трансформатор ТА288. При токе 1А падение напряжения около 200V (10%), амплитуда пульсаций около 125V. Такой выпрямитель анодного напряжения я применяю в РА на 2хГУ-74Б.
Следует иметь в виду, что в умножителях напряжения сети в схемах указанную точку заземления ни в коем случае нельзя подключать прямо к корпусу усилителя. Дело в том, что один провод эл. сети заземлён и, в случае подключения точки заземления к корпусу, корпус относительно земли будет иметь большое напряжения (300, 600 или 900 вольт). Катод лампы подключается к минусовой точке выпрямителя. Возбуждение на лампу надо подавать через ВЧ трансформатор. На выходе усилителя между лампой и П контуром обычно стоит развязывающий конденсатор, который функцию развязки и так выполняет.
