В статье о конструкции аварийного электролитического выпрямителя с анодом из подручного алюминиевого предмета и катодом из стали (железа) или меди, мы с методическими целями привели метод формовки анода с целью образования на алюминии окисной пленки, обладающей полупроводниковыми свойствами, постоянным током.
Это позволило нам снять и привести вольт-амперную характеристику вентиля в прямом и обратном включении, уяснить недостатки электролитического вентиля в сравнении с полупроводниковыми диодами (слишком великое прямое сопротивление и большой ток утечки).
Электролитические выпрямители появились в начале 20-го века, но промышленные образцы использовались вплоть до 70-х годов, и их описание как курьезных самоделок неоднократно приводилось в популярных изданиях. Вот цитата из прекрасной книги П. Стрелкова "Пионер-электротехник" в части формования собранного, но еще не готового к работе выпрямителя.
Описание снабжено рисунком, приводится ниже.
В эпоху Интернета никакая информация, вброшенная в сеть, уже никогда не исчезнет, даже если она неверная. Эффект "испорченного телефона" никто еще не отменил.
Описанный выше метод формовки, даже если не знать лежащих в его основе электрохимических процессов, внушает подозрение. В том, что маломощная лампочка, включенная через неотформованный выпрямитель, будет гореть полным накалом, сомнений нет, прямое сопротивление выпрямителя мало, в предыдущей статье мы измерили, что даже при токе через вентиль порядка 3 А прямое падение напряжения на нем составляет около 5 В.
Но вот факт почти полного погасания лампочки внушает сомнение. Любой радиолюбитель знает способ питания электрического паяльника через полупроводниковый диод, когда паяльник лежит на подставке, с переключением на прямое питание от сети при взятии его в руки. "Секрет" в запрятанном в подставку микропереключателе с нормально закрытым контактом.
Поскольку диод отсекает одну полуволну питающего напряжения, мощность паяльника в дежурном режиме падает вдвое, что позволяет считать, что он питается от источника с эффективным напряжением 220/1,41=156 В.
Осветительным лампам накаливания традиционной конструкции (лампочкам Ильича) свойственна независящая от их мощности зависимость потребляемой мощности и светового потока от напряжения, в случае отклонения его от номинального.
При питании лампы 70,7% номинального напряжения световой поток составляет 30% номинального. Лампочка в 60 Вт будет светить как 18 свечей, а ведь при свете всего одной свечи создавались литературные шедевры. До полного погасания еще далеко. Где неточность? Заглядываем если не в первоисточники, то в литературу 20-х годов, когда электролитические выпрямители собирались радиолюбителями для питания своих передатчиков и приемников, ввиду дороговизны кенотронных выпрямителей. (Будете смеяться, но не редкостью было и питание анодных цепей телеграфных передатчиков напрямую от сети - тогдашний эфир выдерживал и не такое варварство).
Журнал Радиолюбитель_1929_г._№06. Одна банка выдерживает напряжение 120 В, для изготовления выпрямителя по мостовой схеме на 480 В требуется 16 банок. После изготовления всех элементов предлагается отформовать не готовый выпрямитель (как в "Пионере-электротехнике"), а отдельно алюминиевые пластины, и лишь после их формовки собрать банки. Притом не возбраняется и наготовить лишних пластин, для оперативной замены вышедших из строя. Вот здесь и кроется коренное отличие в методе формовки переменным током, утраченное в ходе неаккуратного переписывания первоисточников без критической проверки рекомендаций на опыте.
Цитата: "При электрической формовке в банку наливается электролит, туда опускаются две алюминиевых пластины и весь прибор присоединеются к городской сети переменного тока (Конечно, нужно следить, чтобы пластины не касались друг друга). Проходящий через пластины и электролит ток будет формовать алюминий, что всегда заметно по выделению пузырьков, похожему на кипение. ... Кипение, вначале бурное, постепенно начнет стихать. Когда кипение прекратится, а останется лишь едва заметное выделение пузырьков, можно считать, что алюминиевые пластины готовы и их можно собирать в пары со свинцовыми, т. е. собирать весь выпрямитель."
Обратите внимание, формуются сразу 2 алюминиевые пластины (или четное их количество при соединении пластин в группы), что принципиально отличается от формования алюминиевой пластины в паре со стальной (медной, свинцовой, угольной). Если остается еще какой элемент сомнения, открываем другой источник.
"CQ-SKW", №5, март 1929 год (приложение к "Радио Всем", №5), стр. 36. Формуются уже собранные банки, но вот схема их подключения к источнику переменного тока 110 В:
Обратите внимание, в нижней цепи к сети подключены 2 алюминиевых электрода, свинцовые соединены между собой. По факту, свинцовые электроды никакого влияния на процесс формовки не оказывают, они служат лишь для электрического контакта электролитов в 2 банках. Тот же эффект достигается путем помещения 2 алюминиевых пластин в одну банку, этот метод описан выше в "Радиолюбителе".
То, что в верхней цепи банки соединены также встречно-последовательно, но с соединением алюминиевых пластин вместо свинцовых, нас смущать не должно. Поменяйте левую банку с правой, ничего не изменится, а верхняя цепь станет идентичной нижней. Особенность схемы - всего лишь каприз автора, да и схема в таком виде напоминает схему выпрямительного моста.
В этом методе и возникает пресловутая лампа накаливания в 60 Вт, которая также "В первый момент лампа ярко загорится, но затем постепенно меркнет, когда она потухнет совершенно, группу можно считать отформованной". И действительно, в отличие от метода пионеров-электротехников, где вентиль никогда не отформуется, а лампа никогда не погаснет, при хорошем качестве вентилей ток в цепи отформованных вентилей почти прекратится.
А вот еще один источник, переводной. Г. Гюнтер и Г. Фаттер "КНИГА РАДИОСТРОИТЕЛЯ", 1926 год. Цитата:
"Изготовленные таким образом элементы сначала не оказывают выпрямляющего действия; оно появляется лишь после того, как первоначально чистые алюминиевые пластинки покроются слоем окиси, обусловливающим большое сопротивление. Часто рекомендуют для скорейшего образования слоя окиси перед употреблением включать элементы в цепь сильного постоянного тока (напр. от батареи накала), а именно так, чтобы алюминиевые пластинки служили анодом. При этом для контроля включают в цепь звонок или лампу. Сначала звонок действует сильно или лампа горит ярко. Однако уже через несколько минут действие будет слабее и наконец совершенно прекратится, – знак, что слой окиси уже образовался и, благодаря его большому сопротивлению, цепь тока разомкнута".
Явная рекомендация формовать пластины (в собранном вентиле) постоянным током. Лампа также гаснет, что является признаком конца формовки. А далее интересное замечание:
"Однако безусловной необходимости такого формирования постоянным током нет, так как защищающий слой окиси образуется также и при непосредственном включении в цепь переменного тока, лишь несколько медленнее".
Вот на основе этого "несколько медленнее" и пошел гулять в рекомендациях метод безусловной формовки вентилей от сети переменного тока. Но это метод очень ненадежный, и практически никогда не срабатывает.
Мы, в частности, после формовки описанного в предыдущей статье выпрямителя из кастрюли постоянным током и зарядки аккумулятора вновь очистили внутреннюю поверхность кастрюли от окиси, и отформовали поверхность за несколько минут переменным током от ЛАТРа, поместив в раствор электролита вместо стальной кружки случайно найденную алюминиевую вилку.
Ток устанавливался вначале порядка 1,5 А (амперметр переменного тока!), с прибавлением напряжения по мере спадания тока; когда же переменное напряжение формовки достигло 80 В, под поверхностью электролита по алюминию побежали искры, локальные точечные пробои окисной пленки, после чего формовка продолжалась под напряжением 60 В до ее завершения, что фиксируется амперметром.
Конечно, желательно было взять вместо вилки алюминиевую пластину большей площади, поскольку электролит на поверхности вилки вскипал ввиду большой плотности тока. Но выпрямитель ведь аварийный, берем что есть под рукой. После формовки переменным током вентиль проверен в работе, и показал ранее отмеченные характеристики.
Не советуем и вам прибегать к формовке вентиля переменным током в собранном виде, это дело безнадежное. Случайно может получиться, разберем ниже процесс формовки по данным журнала Radio-Craft, September 1930; Vol. II, No. 3, p. 146-150.
В статье поясняется, что на поверхности алюминия всегда, вследствие воздействия воздуха, существует тонкий слой окиси алюминия. Но слой настолько тонкий, что собранный без формовки вентиль может быть поврежден при приложении к нему напряжения.
Вследствие пористости пленки окиси, электролит проникает в поры и вызывает образование окисной пленки. При приложении к алюминиевому электроду "плюса" напряжения, а к медному "минуса", протекающий ток ионизирует электролит, и отрицательные ионы кислорода высвобождаются на медном электроде, притягиваются к положительному полюсу, где нейтрализуются с высвобождением кислорода, захватываемого окисной пленкой. Ток постепенно уменьшается, вплоть до полного его прекращения. Это и есть формовка вентиля.
Обратите внимание, что в тексте 1930 года даже не упоминаются свойства оксидной пленки как полупроводника - еще не пришло время. Разная проводимость вентиля в двух направлениях объясняется обволакиванием электродов тонким слоем газа.
Мы же хотим обратить ваше внимание на то, что ранее мы разместили здесь статью про аварийный выпрямитель из двух электролитических конденсаторов. Но одна банка электролитического выпрямителя также является электролитическим конденсатором, только вместо жидкого электролита, как в выпрямителях, в конденсаторах электролит твердый или гелевый.
Об этом поговорим в другой статье, не стоит в данной статье выходить за пределы темы.