Gyakori kérdések

e-mail

www.elektroncso.hu » cikkek

 

Az elektroncsöves stabilizált tápegység.


Bozó Balázs

Az elektronikus készülékek számára már láttuk hogyan lehet - érdemes - egyenfeszültséget előállítani a váltakozó áramú hálózatból a tápegység cikkben. Láttuk, hogy annak érdekében, hogy a tápfeszültséggel ellátni kívánt készülék mentesüljön a hálózatból jövő (és az egyenírányítás során is keletkező) zavaroktól, nem elegendő a tápfszültséget egyenírányítani, hanem azt szűrni is érdemes. A követelményeknek megfelelően kisebb vagy nagyobb mértékben. Sok felhasználásnak elegendő a csak pufferkondenzátoros szűrés, a több többfokozatú áramköröknek nagyobb fokú szűrésre lehet szükségük mert a többi áramkőr okozta zavartól kell megszűrni a tápfeszűltséget. Néhány áramkörnek mindazonáltal ez még nem elegendő és az LC, RC szűrésnél is stabilabb tápfeszűltségre van szüksége. Ezen áramkörök számára a stabilizált tápegységek adnak megfelelő tápfeszűltséget, ennek a cikknek tehát ezek az áramkörök lesznek témái, természetesen inkább az elektroncsöves megvalósításokat tárgyalva.

A hangerősítők szempontjából ilyen stabilizált tápfeszütségre rendszerint az első vagy is bemenőfokozatoknak lehet leginkább szüksége. Vegyük figyelembe azt is miszerint az erősítőnk erősítése sajnos nem csak a hasznos jelre vonatkozik, hanem a jelhez adodó zajra is, mert hát az erősítő nem igen tudja megkülönböztetni a kettőt egymástól. Ezért érdemes az első fokozatot a lehető leginkább szűrt feszültséggel táplálni, hogy a bemenő jelhez kissebb mértékű zaj és brumm adódjon és így az ne erősődjön a hasznos jellel zavaróan a kimenetig. Különösen a tápfeszültség szűrésére az igen kis jeleket erősítő fokozatoknak van szüksége, mert ott könnyedén előfordulhat, hogy a tápegység szüretlenségéből eredő zavaró feszültség a hasznos jel nagyságával összemérhető, így a jelhez adódva a kimenetet értékelhettlenné teszi.
Mi sem természetesebb, hogy a stabilitást előállító áramkör szintén jelentős mértékben lessz jelen a zenében. Itt is, mint mindenhol a zenei élmény vissza adásában fontos a megvalósítás és a felhasznált alkatrészek minősége. Sajnos az is szintén elmondható, hogy nem feltétlenűl hallható jobbnak a kevésbé veszteséges, vagy a jobb technikai paraméterekkel megépített kapcsolások, mint a "jó hangú" kapcsolások. Itt is mindenkit a megépítésre és az ebből nyerhető tapasztalat szerzésre ösztönzök és arra a szokásos vessző paripámra, hogy az Ön tapasztalata soha nem mérhető máséhoz, és a másé sem az önéhez.

A technikai részénél maradva a dolognak alapvető feladata egy ilyen stabilizált tápegységnek, hogy az Uki feszültség értékét a zavaró jellemzők hatásától független értéken tartsa. Ilyen zavaró jellemzők az Ube bemeneti feszültség; az Iki kimeneti áram; és a Tk környezeti hőkérséklet, illetve ezek megváltozásai. A feszültségstabilizálási jósági tényező tehát: Q= ( δUbe/Ube) / ( δUki/Uki ) mind amellett, hogy az Iki és a Tk állandó. A kimeneti ellenállás Rki= δUki / δIki mind amellett, hogy az Ube és a Tk állandó. A kimeneti feszültség hőmérsékletfüggését jellemző hőmérsékleti tényező αU= ( δUki/ δTk ) * 1/Uki mind amellett, hogy az Ube és az Iki állandó. Ezekkel a jelölésekkel;

∆Uki/Uki=(1/Q·∆Ube/Ube)-(Rki/Rt·∆Iki/Iki)+(αU·∆Tk).

Ez az egyenlet a stabilizátor méretezésének és a paraméterek mérésének alapja. Hálózati stabilizált tápegységeknél készüléktől függően ezek a jellemzők Q=10...104, Rki=10-3...10Ω és αU=±10-3...10-5/K értékek között változhat.
A tápegységekben lévő stabilizátorok feszültségszabályozás elvén működnek, a szabályozó elem ellenállás jellegű alkatrész. A stabilizátorok a szabályozóelemnek a szabályozási körben elfoglalt helye szerint lehetnek;

  • sorosak, ahol a szabályozó elem a terheléssel sorba van kötve, és
  • párhuzamosak, ahol a szabályozó elem a terheléssel párhuzamosan van kapcsolva.

A stabilizálás soros stabilizátorral úgy működik, hogy ha például az Ube nő, akkor RS is nőnie kell ahhoz, hogy Uki állandó maradjon. A stabilizált tápegységekben rendszerint ezt a kapcsolást a soros áteresztő szabályozóelemes stabilzátort alkalmazzák a leggyakrabban jó hatásfoka révén. A párhuzamos stabilizátor előnye ezzel szemben az, hogy a szabályozó eleme a kimenet rövidre zárására érzéketlen, és az egyik pontja földelhető, hátránya a már említett rosszabb hatásfok. Hifi felhasználás szempontjából a párhuzamos szabályozók szólnak szebben, de a rosszabb hatásfok miatt nem annyira elterjedtek.

NévNévleges fesz.
[V]
Istab.
[mA]
755-40
0B3 - VR90 905-40
0C3 - VR105 - SG3S (СГ3С)1055-40
0D3 - VR150 - SG4S (СГ4С)1505-30

Uki= ( Ube/(1+µ(1-p)) ) ∙ ( Rt / ( (Rb/(1+µ(1-p))) +Rt).

Ebből a kifejezésből látható, hogy a kapcsolás egy,

forrás feszültség: Ube/(1+µ(1-p))

belső ellenállású: Rb/(1+µ(1-p))

feszűltségforrásként működik. A kimenőfeszültség képletéből megállapítható, hogy a kapcsolás stabilizálási tényezője, az 1V bemenőfeszültségváltozás által előidézett kimenőfeszültségváltozás jó közelítéssel:

∆Uki/∆Ube ≅ 1/(1+µ(1-p))

A kapcsolás stabilizáló hatása a következőképpen magyarázható: a bemenőfeszültség megváltozása a kimenőfeszültségben változást idéz elő, például ha a bemenőfeszültség csökken, akkor a kimenőfeszültség következtében a cső rácsa és katódja közé jutó feszültség különbség is csökken. A csökkenő kimenőfeszültség következtében a cső rácsa és katódja közéjutó feszültségkülönbség is csökken. A cső rácsa a katódhoz képest kevésbé lesz negatív, így a cső anódárama megnövekszik. Az anód áramnövekedés az Rt terhelő ellenálláson fellépő feszültség esés, illetve a kimenőfeszültség növekedését idézi elő. A bemenőfeszültségnek és a cső anódáramának változása által előidézett kimenőfeszültség aránylag kevésbé változik meg. Hasonló módon magyarázhatjuk meg a kapcsolás kis kimeneti ellenállását is. A terhelő ellenállás csökkenése a kimenőfeszültség csökkenését idézi elő, azonban a kimenőfeszültség csökkenése a cső rácsa és katódja között fellépő feszültségcsökkenését jelenti. A rácsfeszültség kevésbé negatív, tehát a cső anódárama megnövekszik. A megnövekedett anódáram a terhelő ellenálláson a feszültségesést növelni igyekszik, ezáltal a kimenőfeszültség változást bizonyos mértékig kompenzálja. Ez a megoldás 100Ω körüli belső ellenállást és 0,1 körüli stabilizálási tényezőt eredményez, amely gyakran nem elegendő. A stabilizálás és a belső ellenállás nagymértékben javítható, ha a feszültségosztó és a cső rácsa közé egy egyenáramú erősítő fokozatot helyezünk be. Ezzel a megoldással a belső ellenállás 1-2Ω-ra csökkenthető, a stabilizálási tényező pedig 0,001-re javítható.

Felhasznált irodalom:
[1] Dr Horváth Elek:Méréstechnika (BMF KKVFK -1161)
[2] F. Benz:Rádiótechnika (Műszaki könyvkiadó, Bp 1959 ETO:621,396)
[3] Mészáros Sándor, Garai László:Különleges Elektroncsövek (Műszaki könyvkiadó, Bp. 1982)
[4] Tarnay Kálmán:Elektroncsöves kapcsolások (Műszaki könyvkiadó Bp. 1959 ETO: 621.385.1. 061:621.373./.375)
[5] Steve Bench:Tube Based Voltage Regulators (2000)