|
Gyakori kérdések |
|
|
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. 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 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.  A feszültségstabilizátor cső. (Ködfénylámpás, parázsfénylámpás, glimmlámpás stabilizátor)A ködfénylámpának vagy parázsfénylámpának az a különleges tulajdonsága, hogy pontosan meghatározott gyújtási feszültsége, vagyis olyan feszültségértéke van, amelynél fényjelenséggel összekötött ugrásszerű áramnövekedés következik be. A ködfénylámpa vagy gázkisülési diódának mint a neve is elárulja két elektródája van. A hideg katód és az anód. Az elektródák többnyire neon és hélium keverékkel töltött üvegballonba helyezik el. A nagyfelületű, henger alaku elektróda a katód, amelynek tengelyvonalában van elhelyezve egy egyenes huzal darab, az anód. Az elektródák anyaga rendszerint nikkel. A katódot néha báriummal is szokás aktíválni. A gyújtási feszültség elérése után a térerősség elég nagy a gázmolekulák mozgásba hozatalához és ionizálásához. A gázmolekulák atommagjai a katódhoz, az elektronok az anód felé vándorolnak. Az elektronok útjukon újabb gázmolekulákat ionizálnak, és így az anódáram jelentős lessz. A feszültség szabályozás úgy történik, hogy az Ube feszültségforrást az R ellenálláson keresztül a stabilizátorra kapcsoljuk. A stabilizátor kimenetén az Ube hálózati feszültségtől és a terhelő ellenállástól független Uki feszültség van. Ha ugyanis az Ube nő, akkor természetesen nagyobb lessz az I áram is amivel arányosan növekedni fog az ellenálláson eső feszültség is, viszont a fogyasztó mindig ugyanakkora Uki nagyságú feszültséget kap. Az ellenállást az R= (Ube-Uki) / (Iki+Istab.) képlettel határozhatjuk meg. Ahol az Iki a terhelés árama; az Istab. pedig a stabilizátor nyugalmi árama. Érdemes az Iki ≤ 3Istab., és az Ube ≥ 1,5Uki gyakorlati írányelveket betartani. A feszültség stabilizátor csöveket párhuzamos stabilizálású tápegységek építésére használhatók. A csövek árama behatárolja felhasználási területeiket, leggyakrabban kisfogyasztású előerősítő részeknél találkozhatunk velűk illetve soros átersztőcsöves stabilizátorokban mint referencia forrás. Az alábbi három elterjed típusa fordul elő (mezei erősítő kapcsolásokban legalább is):
Áteresztőcsöves stabilizátor  Ennek a kapcsolásnak az alapgondolata a katód erősítő azon tulajdonságából indul ki, hogy a katóderősítő katódja és a földpont között fellépő feszültség jóformán csak a rácsra adott feszültségtől függ. Kapcsolásunkban a cső működését az Ia=SUg+(Ua/Rb). Lineáris egyenlet közelíti meg. A cső anódja és katódja közé a bemenő feszültség és a kimenő feszültség különbsége jut: Ua=Ube-Uki. A kimeneten fellépő feszültség p-ed részét egy igen nagy ellenállású feszültségosztón keresztül a cső rácsára vezetjük. A cső rácsa és katódja közé jutó feszültség, a cső rácsfeszültsége: Ug=(p-1)Uki. A kimenetre kapcsolt Rt ellenálláson átfolyó áram I=Ia=Uki/Rt. Ezekből az összefüggésekből meghatározható a kimenő feszültség: 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. 
Áteresztőcsöves stabilizátor, hibajel erősítővel.  Az előző gondolatmentet tovább bővíthetjük, ha a cső vezérlőrácsára a kimeneten fellépő úgynevezett hiba jelet egy aktív elemmel erősítjük, majd ezt használjuk fel az áteresztő tag vezérlésére. Ez a megoldás mintegy vissza csatolás működik, annak jó és rossz tulajdonságaival. A jó tulajdonságai, hogy a szabályozási tényező javul, alacsonyabb lesz a kimeneti impedancia, kevesebb lesz a "brum". A negatív hatásai, hogy ha nem megfelelő esetben hajlamos lehet az oszcillációra, a kimeneti impedanciája frekvenciafüggő. Mindezen negatív hatások elnyomják a sok jót. A megfelelő eredmény érdekében és az olcsó beszerezhetőség kedvéért az áteresztő elem is és a hiba erősítőt is pentódára választottam. Mindkettőből a könnyen beszerezhetőket, így lett az áteresztő pentóda EL84, és a hiba erősítő a jó öreg EF86. A hiba erősítő katód feszültségét egy zéner diódával állítjuk be, ennek osztó köréből nyeri az EF86 a segédrács ellátmányát is. A zéner dióda feszültsége es az EF86-on eső feszültség limitálja a kimeneti feszültség minimumát. A zéner dióda természetesen kiváltható stabilizátor csővel (pl. VR150) is, ha van elegendő helyünk, és a hangja is szebb. A kimenti feszültséget a R10, P1, R11 állítja be. Ennek beállítását limitálja az áteresztő elem (EL84) disszipációja, de amúgy széles határok között beállítható; 250 - 450V (100mA). A megépítés során, figyeljünk az áteresztő cső katód - fűtőszál megengedett feszültségére, érdemes külön tekercsről járatni. Én még forrlécre építettem meg, akkor még nem volt cső prototípus panelem, most érdemes lenne erre építeni, mert így ráférne még a fűtéseket stabilizáló áramkörök, és maga az előerősítő is. A komplett kapcsolási rajz: itt. Az egyenirányító cső anódját tápláló tekercs feszültségét érdemes olyan nagyra állítani, hogy az áteresztő csövet minél kevésbé melegítse az elnyelt energia. 
|
| [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) |
