|
| |
|
A tápegység. 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 különböző váltófeszültségek egyenirányításához olyan egységekre van szükség, amelyek a rajtuk áthaladó áram folyásának egyik iránya ellen, a lehető legnagyobb ellenállással viseltetnek (záró irány), míg a másik irányban akadálytalanul, kicsi ellenállással engedik folyni. Ezen követelményeknek az elektroncsövek elsősorban a diódák, valamint a száraz egyenirányítók felelhetnek meg. Ezek közül a dióda előnye, hogy záró irányban ténylegesen végtelennek vehető ellenállással rendelkezik és igen magas zárófeszültséget bír ki, viszont nyitó irányban az ellenállása elég magas. A szeléncellás és kuprox egyenirányítók nyitóirányú ellenállása jóval kisebb, de záró irányban nem zárnak tökéletesen, és megengedhető zárófeszültségük igen alacsony. A jelenlegi, elterjedt egyenirányítók a félvezetős egyenirányítókat használják azok jó tulajdonságai miatt. Ezen tulajdonságokba az alacsony ár mellett a jó hatásfok, kis méret is számottevő előnyként jelentkezik. Meg kell azonban említenem a szintén kiszoruló félben lévő teljesítmény egyenirányítókat is, mint amelyek pl. az izzókatódos gáztöltésű egyenirányítók, vagy az erősáramú technikában alkalmazott folyékony higanykatóddal bíró egyenirányítók. Csak a teljesség kedvéért említsük meg a mechanikus szaggatókat, valamint az elektrolitikus alumínium és tantálcellás egyenirányítókat is.Jelenlegi gyakorlati szempontok alapján csak a vákuumcsöves és a félvezetős egyenirányítással foglalkozom. A csöves egyenirányításnak létjogosultsága már csak a hangtechnikában, az erősítőkben, illetve az ezekhez kapcsolódó készülékekben akad, jó terek és életszerű hangvisszaadás érdekében. A hátrányaikat különösebben nem kívánom részletezni, de fussuk át azért nagy léptékekben.
 Ilyen hátránya minden elektroncsőnek a félvezetőkkel szemben a fűtéshez használt teljesítmény, a viszonylagos nagy fizikai méret és a mérethez képest kicsi teljesítmény. (A félvezetős egyenirányítással szemben) Ezekért a hátrányokért cserébe viszont eleven élő zenét, jó térleképzést kaphatunk, ha a tápot jól méreteztük. A jelenlegi erősítő technikában még találkozhatunk gáztöltéses izzókatódos egyenirányítókkal is, amik jelentősége abban rejlik, hogy aránylag igen nagy áramokat tudnak egyenirányítani. Nagy feszültségekhez is használhatók, nyitóirányban ellenállásuk igen kicsi, és az átfolyó áramtól független állandó feszültségesést okoznak, ezáltal a nagy egyenirányított teljesítményhez képest a veszteségük kicsi, de használatuk bizonyos kényelmetlenséggel jár; mert a fűtésüket néhány perccel korábban kell bekapcsolni, mint az egyenirányítandó feszültséget. Ezért ritkábban alkalmazzák kisebb berendezésekben.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.  A legegyszerűbb kapcsolás az egyfázisú egyutas egyenirányító kapcsolás. Mint ahogyan az a képen is látható a váltófeszültséget, vagy egy transzformátor szekunder tekercse, vagy maga a hálózat is szolgáltathatja. Az egyenirányított áram erősen lüktet, további szűrés igen kívánatos. A fellépő alap harmonikus frekvenciája a hálózatéval egyenlő. A kapcsolás hátránya, hogy a nyert egyenáram középértéke kicsiny a fél periódus kiesése következtében, és hogy a transzformátor szekunder tekercsén átfolyva, azt egyenárammal előmágnesezi. A nyert egyenfeszültség az 1,2 ∙ Uszekunder érték közelíti. A diódát záró irányban a 2 ∙ Uszekunder ∙ √2 feszültség terhel. Sematikus ábrája. Ha hasznosítani akarjuk a fentebbi kapcsolásban elveszett másik fél periódust is, két szekunder tekercset kell alkalmaznunk és két egyenirányítót. A kétutas egyenirányító képén látható, hogy a tekercsek és az egyenirányítók úgy vannak kapcsolva, hogy mindig csak egy fél periódusban és felváltva dolgozzanak. A terhelő ellenálláson mindkét átengedett fél periódus áthalad, az áram időbeli alakja az ismert kommutált áramgörbe lesz. Az így előállított áram is tartalmaz váltókomponenseket, tehát szűrésre itt is szükség van, bár a komponensek kisebbek, mint az egyutas egyenirányításnál. A fellépő alapharmonikus frekvenciája azonban kétszerese a hálózati frekvenciának. A kapcsolás hátránya, hogy két egyenirányítóra és kétszeres tekercselésre van szükség. Mindkét egyenirányítónak a kétszeres üzemi feszültséget kell záró irányban kibírni. Mindegyik egyenirányító a terhelésen átfolyó áram felét szolgáltatja, a transzformátor nincs előmágnesezve, mert a két szekunder tekercsen egy-egy fél periódusban ellenkező irányban folyik az áram. Elektroncsöves egyenirányítókban főképpen ezt a kétutas megoldást alkalmazzák. A nyerhető kimenő feszültség az 1,25 ∙ Uszekunder képlet közelíti. Egy diódát a záró irányban a 2 ∙ Uszekunder ∙ √2 feszültség terhel. Sematikus ábrája. Ha nincs lehetőségünk vagy nem, akarunk két szekunder tekercset alkalmazni, vagy közvetlenül a hálózatból nyerjük a tápláláshoz szükséges energiát (bizserát) a Graetz- vagy hídkapcsolású egyenirányítókkal, mindkét fél periódust hasznosíthatjuk. A képen látható, hogy a Graetz-egyenirányító négy egyenirányítóból épül fel, amelyekből kettő – kettő sorban kapcsolódik. A terhelésen átfolyó áram időbeli lefolyása azonos lesz a kétutas egyenirányítóéval. A megvalósításához tehát négy egyenirányító egység szükséges, melyek mindegyikén a terhelésen átfolyó áram fele értéke halad át. Ezen tulajdonságaiból következik, hogy elektroncsöves egyenirányítókkal nem érdemes az egyfázisú hídkapcsolást megépíteni, mivel az egyik szekunder tekercs elmaradása, szemben a fűtésükhöz felhasznált három tekercshez képest, nem túl nyereséges. A nyerhető kimenő feszültség az 1,25 ∙ Uszekunder képlet közelíti. Egy diódát záró irányban az Uszekunder ∙ √2 feszültség terheli.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.
Ukib=4,2 ∙ Iki(mA) / Cpuff (µF) egyutas esetén,
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.  Az induktív szűrő. Az induktív szűrő kapcsolását az ábra mutatja. Az egyenirányító pufferkondenzátoráról érkező búgófeszültség az induktivitásra érkezvén annak nagy ellenállásával találkozik. A C kondenzátor levezeti az átjutó búgó komponenst. Mivel az induktivitás ohmos ellenállása aránylag kicsiny, az átfolyó egyenáram csak kis feszültség esést okoz, így a kondenzátoron megjelenő feszültség éppen ezen feszültséggel lesz kisebb, mint az egyenirányító kimenetén illetve annak pufferkondenzátorán. A pufferkondenzátoron fellépő U1 komplex búgófeszültség a szűrőn áthaladva az U’1 értékűre csökken. Az U1 / U’1 = β viszony a szűrés jósága. Elhanyagolva az induktivitás ohmos ellenállását az induktív reaktanciához képest, az induktivitásból és kapacitásból álló feszültségosztást könnyen meghatározható: U’1 = U1 ∙ ( 1 / ( 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 U’1 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 U’1 = 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 ellenállásszűrő. Az ellenállásszűrő kapcsolását az ábra mutatja. Látható, hogy az induktivitás helyére ohmos ellenállás került, amelynek segítségével a búgó komponens leosztása szintén megvalósítható. A szűrés után előálló búgó komponens:
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. Feszültség többszörözők.
Transzformátorok alkalmazása esetén elvileg semmi akadálya tetszőleges feszültségek előállításának. Gyakorlatilag ezen módszer nem alkalmazható minden esetben. A nagyfeszültségre alkalmas alkatrészek ára feszültség növekedésével rohamosan növekszik, és aránylag hamar elérhető egy határ, mely fölött az alkatrészek ára túlságosan nagy lesz. A felmerült problémákra gyakran megoldást jelenthet a feszültség többszöröző kapcsolások alkalmazása. Delonhídas feszültség kétszerező.  Az ábra mutatja a leggyakrabban használt feszültség kétszerező kapcsolást a Greinacher- vagy Delonhídas kapcsolást. Az ábrán látható hogy a kapcsolásban tulajdonképpen két egyutas egyenirányító pufferkondenzátorai vannak sorba kapcsolva, a két kondenzátort viszont az ellentétesen kapcsolt két egyenirányító eszköz a váltófeszültség egymásután következő félperiódusai alkalmával tölti fel. A Delonhídas feszültség kétszerező kihasználja mindkét félperiódust, és az egyenfeszültség búgó feszültségének frekvenciája a kétszerese a tápláló váltakozó feszültségnek. Mivel mindkét egyenirányító tulajdonképpen egyutas működésű, a búgó feszültség ennek megfelelően számítandó ki, a két egyutas egyenirányítón fellépő búgásfeszültség szuperponálása tekintetbevételével.
A kapcsolás hátránya, hogy a váltófeszültség két bemenő pontja és az egyenfeszültség sarkai között egyik sem közös, ezért egyrészt a feszültség kétszerezővel táplált készülék negatív pontja nem földelhető, ha nem használnak transzformátort. Kaszkádkapcsolású feszültség kétszerező.  A kaszkádkapcsolású feszültség kétszerező a váltófeszültség pozitív félperiódusa alkalmával a D1 feltölti a C1 kondenzátort a bejelölt polaritású közel Uo feszültségre. A következő félperiódusban a hálózati feszültség és a C1 kondenzátoron lévő feszültség összege a közben nyitó D2-n át feltölti a C2 kondenzátort 2Uo feszültségre. Mindkét félperiódus felhasznált, de a C2 kondenzátor periódusonként csak egyszer kap töltést, tehát a búgási frekvencia a hálózati frekvenciával lesz egyenlő. A szűrési viszonyok tehát rosszabbak, mint a Delonhídas kapcsolásnál, de a hálózat és a készülék egyik pólusa közös.
Feszültség többszörözők.  A kaszkád kétszerező kapcsolást minden további nélkül lehet többször egymás után alkalmazni. A kapcsolás előnye, hogy minden kondenzátoron a megjelenő feszültség csak 2Uo értékű. Az egyenirányítók legnagyobb záró irányú igénybevétele is csak 2Uo nagyságú. Az elérhető nagyfeszültségnek gyakorlati korlátot szab az egyenirányítók belső ellenállása, melyeken a külső terhelés által kivett áram, jelentős feszültségesését okoz.
Az elektroncsöves táp gyakorlata
 Mint említettem még az elején, sajnos a tápegységekből egyre inkább kiszorulnak a csövek, és nem elsősorban a fentebb már felsorolt hátrányaik miatt, hanem mert a brumm alacsony szinten való tartása, viszonylag magas elkóértékeket követel meg. A bekapcsoláskor még üres elkók áram éhségük csillapítására, az elektroncsöves egyenirányítótól túl sokat követel. Amin egyrészt a túlméretezett egyenirányító használata, másrészt és - olcsóbb megoldásként a félvezetős egyenirányítás, segít. Jó megoldás lehetne még az általam is gyakran alkalmazott gáztöltésű egyenirányítók alkalmazása. Ezek alkalmazásához ugyan be kell tartani pár játékszabályt, de ezek egy része, egy valamire való erősítőben már úgy is kialakításra került. Ilyen szépséghiba a magasabb fűtő teljesítmény igény, és az anódfeszültség késleltetett bekapcsolása.
Ott tartunk, hogy az elkók árai olyan szintre csökkentek amikor a szűrőben a kisebb fojtó, magasabb elkó érték álltalános. Sőt még elkóval is lehet spórolni, hiszen a félvezetők ára még kevesebb, és gyakran még a hűtőbordájukkal sem foglalnak több helyet, mint a passzív szűrés. A félvezetős stabilizálás lassan kiszorítja a passzív tápot is és a ködfénylámpás vagy stabilizáló csöves megoldásokat is. A hangminőség oltárán érdemes azért áldozni. A passzív szűrő és a csöves egyenirányítást sokkal jobban kedvelik a hangok. Mint ahogyan az analóg hangreprodukáló eszközök is fülbarátibbak. Sajnos a brummot nagyon nehéz távol tartani a hangszóróktól egy hálózati táplálású készülékben, de számos példa létezik erre a szakirodalomban. Az ilyen passzív szűrést alkalmazó kapcsolások közül a legismertebb a HIRAGA előerősítő, illetve RIAA korrektor kapcsolása. Maga a kapcsolás nem mai gyerek már, éppen ezért hozom példának, sokan, sok helyen megépítették már. Ha lehet észrevételem - egyáltalán - akkor az elkókkal párhuzamosan kötnék még legalább 330K/1W-os ellenállásokat, egyrészt életvédelmi szempontok miatt, másrészt a sorbakapcsolt elkók feszültség terhelésének elosztására. Természetesen a C12 és C14 valamint a C15, C17 valamilyen papír vagy fólia kondenzátor.  Remélem tudtam segíteni, és kevesebben idegenkednek az elektroncsöves tápoktól. Végezetűl pár pontban összefoglalom a szem előtt tartandókat:
|
