A tápegység.
Bozó Balázs

A különféle gyengeáramú berendezések működésükhöz többfajta tápteljesítményt igényelnek. Ez a teljesítmény részben a berendezés működésben tartásához (pl. csövek fűtése), részben a működés célját szolgáló váltakozó áramú teljesítmény létrehozásához szükséges. A teljesítményt nyerhetjük különböző, egyenfeszültségű telepekből, de lehetséges magából a hálózati váltakozó áramból is megfelelő átalakításokkal előállítani.
A működéshez szükséges teljesítményt tehát alapvetően két módon szokás előállítani, elemekkel, vagy akkumulátorokkal és a hálózatból. Ebben a leírásban inkább a hálózati ellátásra térnék ki részletesebben.

Az egyes egyenirányító kapcsolásokat aszerint osztályozzák, hogy a váltakozó feszültség két félperiódusából csak az egyiket vagy mindkettőt hasznosítják-e. Az első esetben egyutas, míg a második esetben kétutas egyenirányításról beszélünk. A hálózat kapcsolásától függően lehetnek egyfázisú vagy többfázisú kapcsolások is. Ezek mellett használnak még – főleg magas feszültségek előállítására – feszültség duplázó vagy sokszorozó kapcsolásokat.

Annak érdekében, hogy a fogyasztón váltó komponens ne haladjon át, a váltó komponensek visszatartásáról vagy levezetéséről külön kell gondoskodni. Így alkalmas erre a célra az ábra szerinti kapcsolás, amelynél a sorosan alkalmazott L induktivítás nagy impedenciát jelent a váltóáramokkal, és közel nulla ellenállást az egyenárammal szemben. A jelen kapcsolást induktív bemenetű szűrőnek nevezik. Leginkább gáztöltésű egyenirányító-csöves kapcsolásokban alkalmazzák azért, hogy az induktív reaktancia is segítsen korlátozni a működés közben esetleg fellépő és a csövekre káros nagy áramcsúcsokat. Hátránya a kapcsolásnak, hogy a keletkező egyenfeszültség értéke kisebb, mint a pufferkondenzátoros kapcsolásnál, viszont előnye, hogy a terhelésváltozás hatására sokkal kisebb mértékben változik a feszültsége.

A váltókomponensek levezetéséről minden ( a képeken látható) megoldásokban a terheléssel párhuzamosan kapcsolt kondenzátor (C) gondoskodik. Az egyenirányítón áthaladó váltóáramok a kondenzátoron folynak át, nem a terhelésen, és ezért a sarkain sokkal kisebb váltakozó feszültség jelenik meg, mint kondenzátor nélkül. Ezt a kapcsolást alkalmazzák a leggyakrabban készülékeinkben. Az elnevezése pufferkondenzátoros egyenirányító kapcsolás. Az elnevezés azon tulajdonságára utal, miszerint a kondenzátor feltöltődik az egyenirányítón átfolyó áramlökések következtében, és az áramszüneti idők alatt is szolgáltat áramot a terhelésen keresztül, ezzel nagy mértékben hozzájárul a lüktetés csökkentéséhez. A méretezéshez érdemes gyakorlati képleteket alkalmazni, így a kondenzátor kapacitásának meghatározásához jól használható a C = 0,25 ∙ (Iki / (Ub∙fb)); képlet. Ahol a búgófeszültség, az Ub = 0,05 ∙ Uki; és a búgófrekvencia fb = fbe egyutas egyenirányító esetén és fb = 2 ∙ fbe kétutas vagy Graetz esetén. A pufferkondenzátor feszültség igénybevétele Uszekunder ∙ √2.
A kondenzátor azonban nem képes mentesíteni a kimenetet minden váltakozó komponenstől, ami marad azt jól közelítik az alábbi képletek:

Ukib=4,2 ∙ Iki(mA) / Cpuff (µF) egyutas esetén,
míg kétutas egyenirányításnál Ukib=1,5 ∙ Iki(mA) / Cpuff (µF).

Az egyenirányító és a készülék közé egy szűrőláncot szokás bekötni, ami az előbb kiszámolt, a pufferkondenzátor utáni búgófeszültséget van hivatva megakadályozni a tovább jutásban. A szűrőlánc egy- vagy többtagú lehet, és tagonként általában soros induktivitásból vagy soros ellenállásból és keresztbe kapcsolódó levezető kondenzátorból áll. Az előbbit induktív, a másikat ellenállásszűrőnek nevezik. Mindkét esetben a szűrés hatásfokának növelése érdekében szokásos a szűrőkből egymás után többet, illetve többfélét is alkalmazni, ilyenkor a szűrők jósági tényezője összeszorozható.

U1 = U1 ∙ ( 1 / ( 1-ω2LC ) );
Melyből a szűrés jósága:
β = U1/U1 = 1-ω2LC;

Gyakorlati megfontolásokból szokásos a búgófeszültség értékét %-os formában is megadni, az alábbiak szerint:

Búgó fesz.[%] = 1000 / L(H) ∙ C(µF).

Ha a ω2LC=1, vagyis rezonancia esetén, az U1 kimenő feszültség igen nagy lesz. Ilyenkor az L-C tagok soros rezgőkört alkotnak, tehát az ohmos komponensek nem hanyagolhatók el, és a kondenzátoron megjelenő feszültség értéke U1 = U1 ∙ Qo lesz. Ebben az esetben nem csökkenne a búgófeszültség, hanem jelentősen megnőne. Ezért a szűrőt alkotó alkatrészek értékeit célszerű úgy megválasztani, hogy a szűrőkör önfrekvenciája sokkal kisebb legyen, mint a búgó feszültség frekvenciája. A szűrési fok a búgási alapfrekvencián lesz a legkisebb, és a magasabb harmonikusoknál négyzetesen emelkedik.
Az elemek megválasztását a felhasználási terület igen befolyásolja. Az alacsonyabb feszültségeknél az elektrolit kondenzátorok olcsóbbak, ezért ilyenkor a kisebb fojtótekercs nagyobb kondenzátor elvét szokás követni. Nagyobb feszültségek esetén a kondenzátorok ára megnövekszik, ezért a kisebb kapacitás és a nagyobb induktivitást részesítik előnyben. A választási szempontokat tovább bonyolíthatjuk ha erősítőt tervezünk. A hangok ugyanis a minél kisebb, és kevesebb kondenzátor hívei, de leginkább az elektrolit kondenzátorokat nem kedvelik, mivel a nagy elektrolit kondenzátorok lustává tehetik a tápegység reakció idejét, és az elterjedt megoldás - miszerint a kondenzátort egy jóval kisebb értékű (tipikusan 1µF), és nem elektrolit kondenzátorral hidalják át, is csak félmegoldás, bár sok esetben hatásos. Természetesen a hang minőségét a felhasznált kondenzátorok anyaga is befolyásolja, nem különben a fojtótekercs vas anyaga és a tekercselés megvalósítása.
Kiemelném, az LC szűrő azon jó tulajdonságát is, hogy mivel az induktivitás a bekapcsolási tranziens alatt szakadásnak tekinthető, jótékonyan lekapcsolja a bekapcsolás időtartamában a még "éhes" kondenzátorokat, mentesítve így az egyenirányító diódát terhelő kezdeti áramlökéstől. Ez egy vákuumdióda esetében hálás dolog tud lenni, mert annak élettartamát megnöveli.


U1=U1∙( 1 / ( 1+jωCR ) ).
A szűrés foka:
β = U1/ U1 = √(1 + ω2C2R2);


Itt is, a gyakorlati megfontolásokból szokásos a búgófeszültség értékét %-os formában is megadni, az alábbiak szerint:


Búgó fesz.[%]= 320 / R(KΩ) ∙ C(µF).


Azonos impedenciájú L és R szűrőelemeket használva, a szűrés jósága azonos – adott frekvencián, de az ellenállás szűrés esetén a felharmonikusok szűrése nem négyzetesen, hanem csak lineárisan növekszik.
A másik jelentős hátránya az ellenállás szűrésnek az, hogy az ellenálláson nem csak a váltófeszültség, hanem az egyenfeszültség-esése is jelentős. A jó szűrés érdekében R értéke elég nagy szokott lenni (500 – 1000 Ohm) és ezért ha az átfolyó egyenáram 10 – 15mA-nál nagyobb, az egyenfeszültség-esése is jelentős.
Érdemes megjegyezni, hogy szűrőegységeket, különösen ellenállásszűrőket nem csak az egyenirányítók után használnak, hanem áramkörök egymástól való elválasztására is. Ilyen leválasztó-szűrő körökkel lehet egyes erősítő fokozatok egymásra hatását lehetőség szerint kiküszöbölni.

Rezonanciaszűrők. Ha valamilyen ok miatt növelni akarjuk az LC-szűrő hatásosságát érdemes megpróbálni a rezonanciaszűrővé alakítását. Előnye, hogy csak egy további alkatrészt igényel, mégpedig egy kondenzátort párhuzamosan a fojtótekerccsel (Cp) A kondenzátor értékét úgy kell megválasztani, hogy az L fojtóval párhuzamos rezgőkört alkosson a szűrni kívánt frekvencián. Az így kialakított rezgőkör nagy impedanciát képvisel, sokszorosát a fojtótekercsének. Kevésbé elönyös tulajdonsága, hogy a kívánt szűrés csak a kihangolt frekvenciára hatásos, annak felharmonikusait továbbra is szűrni kell. Ennek ellenére illetve éppen ezért még jól használható. A Cp kondenzátor értékének meghatározására az alábbi képlet használható: Cp= 10/(k2L) [µF]. A k a felhasznált egyenirányító utak számára utal. Egyutas egyenirányításnál a k, 1 értékű míg kétutasnál 2.

Remélem tudtam segíteni, és kevesebben idegenkednek az elektroncsöves tápoktól. Végezetűl pár pontban összefoglalom a szem előtt tartandókat:

  • Mindig használjunk utánna kondenzátort mint ahogyan a gyári adatlapja javasolja is.
  • Minden diódán esik valamennyi feszültség (10% körül), amiről ne feledkezzünk meg a hálózati trafó tervezésekor.
    • 83: 2-3%
    • 5AR4/GZ34: 3-7%
    • 5V4/GZ32: 6-12%
    • 5U4/GZ37: 8-16%
    • 5R4: 12-22%
    • 5Y3: 13-23%
    • 6087: 18-30%
  • Néhány dióda mint a (GZ32 is és más gáztöltésű dióda) nem szereti ha rögtön utánna kondenzátor következik. Ellenőrizzük le a cső adatlapját, hogy mekkora a csővet követő kondenzátor maximális kapacitása. A túl nagy kapacitás a cső tönkremenetelét is okozhatja! Ezt elkerülendő használjunk utánna rögtön fojtót, és csak azután kondenzátort. Ha még is kondenzátort használunk legyen az papír, vagy más olyan kondenzátor ami kisebb áramot vesz fel.
  • A diódák alapvető tulajdonsága, hogy a kimeneti feszültség állandó az áram függvényében. Ha azonban az áram változik annak fügvényében a feszültség is fog!

Felhasznált irodalom:
[1] Berta István:Rádiókészülékek és Erősítők - Tankönyvkiadó 1956 (Egyetemi tankönyv)
[2] Rádióamatörök Kézikönyve 1978. ISBN 9633265
[3] Stefanik Pál, Békei Ferenc, Dr. Hetényi László, Kollár Ernő: Készüljünk a rádióamatőr vizsgára - Műszaki könyvkiadó, Budapest 1984 ISBN-9631057984
[4] Szűcs Péter:Elektronika Mindenkinek - Műszaki könyvkiadó, Budapest 1984