inleiding
|
|
Stabilisatie buizen (EN: Voltage Regulator Tubes of Glow Tubes) zijn koude kathode elektronenbuizen die tot de jaren '60/'70 gebruikt zijn in diverse apparaten zoals (leger) zendontvangers, meetapparatuur en andere elektronica. Deze buizen kunnen zeer handig zijn, vandaar dat hier een stuk tekst aan besteed is.
|
|
functie
|
|
Stabilisatie buizen (EN: Voltage Regulator Tubes) hebben als doel een (voedings)spanning te stabiliseren. Zo kunnen schommelingen in (voedings)spanning worden opgevangen. Als de invoer spanning iets verloopt, blijft de uitgangsspanning gelijk. Ook als de stroom en/of spanningafname aan de uitgang van het circuit verhoogt, kan de stabilisatiebuis, tot zekere hoogte, deze schommelingen opvangen en voor een stabiele spanning zorgen.
|
|
werking
|
|
Een stabilisatiebuis is een gas gevulde buis zonder gloeidraad. Het is een "koude" buis met een anode (+) en een kathode (-). De gasvulling (vermoedelijk Neon) heeft als eigenschap dat bij het verhogen van de spanning "over" de buis, de stroom groter wordt en meer energie op neemt (in de vorm van warmteafgifte) zodat de spanning omlaag wordt "getrokken". Zo wordt de spanning constant gehouden.
|
|
types
|
Er zijn meerdere type spanningregelaars. De verschillen zitten voornamelijk in de werkspanning, stroom en buisvoet. Toch is het mogelijk dat één type buis wel tien andere coderingen kan hebben terwijl de buis feitelijk gelijk is.
Enkele types zijn:
- 85A2 - STV85/10 - 0G3: 85V (125V min) / 1...10mA / miniatuur;
- STV108/30 - 0B2: 105V (133V min) / 5...30mA / miniatuur;
- GL-0A3 - VR-75: 75V (105V min) / 5...40mA / octal;
- GL-0B3 - VR-90: 90V (125V min) / 10...30mA / octal;
- GL-0C3 - VR-105: 105V (133V min) / 5...40mA / octal;
- GL-0D3 - VR150: 150V (185V min) / 5...40mA / octal.
|
|
draadbrug
|
|
De octal modellen hebben doorgaans een draadbrug in de buisvoet zitten. Dus naast een anode (+) en kathode (-) aansluiting zijn er twee andere pennen met elkaar verbonden. Dit bied de mogelijkheid voor extra veiligheid. Het is verstandig om de toevoer van de spanning via deze draadbruig te laten lopen. Als de buis uit de buisvoet is gehaald, is de toevoer van spanning onderbroken. Als deze draadbrug niet ie toegepast en de buis is verwijderd, wordt de spanning niet gestabiliseerd en wordt de te hoge spanning niet gecompenseerd waardoor de te hoge spanning wordt doorgelaten. Dit kan leiden tot schade door overspanning hetgeen onwenselijk is. De kleine 7-pen modellen hebben deze mogelijkheid doorgaans niet.
|
|
berekenen
|
Het ontwerpen van een shakeling met een stabilisatiebuis is vrij eenvoudig. Naast de buis er ier maar één component te bepalen, namelijk een weerstand. De weerstand zorgt er voor dat de stroom beperkt wordt zodat de buis niet overbelast wordt. Hieronder staat een ontwerp met een 0B3 buis ofwel een GL-VR90, een stabilisatiebuis voor 90VDC.
De eerste stap is het tekenen van de "kale" schakeling. De stabilisatiebuis, de serie weerstand en de belasting dat weergegeven wordt als een weerstand. Om een treffend voorbeeld te nemen, heb ik een TR-70/GRC lezerzender genomen als belasting. Daarvan heb ik de volgende gegevens: 90VDC bij 80mA. Als ik de belasting als weerstand teken, kan ik bepalen dat het gezien wordt als een 1.125 Ohm weerstand en het geheel 7,2Watt opneemt. Dit laatste is niet relevant voor de schakeling, maar wel aardig voor de beeldvorming. Afijn, de verbruiker ofwel belasting is bekend.
De spanning van 90V is prettig omdat er een stabilisatiebuis van 90V bestaat, namelijk de 0B3 ofwel GL-VR90. De eigenschappen van deze buis is dat de spanning dus 90VDC is. Daarbij is de werkstroom van 5 tot en met 30mA. Hieruit volgt het opgenomen vermogen en de equivalente weerstand. Het vermogen kan nuttig zijn zodat bekend is hoeveel warmte de buis afgeeft, dit in verband met mogelijke koeling. Tussen 450mW en 2,7W zit nogal een verschil namelijk.
Het laatste component is de serie weerstand. Deze beperkt de stroom en moet berekend worden. De stroom van de belasting is met 80mA bekend. De stroom van de stabilisatiebuis ligt tussen de 5 en 30mA. Omdat de spanning beide kanten op zou kunnen, is besloten om de gemiddelde stroom te nemen. (Vaak is er een advies stroom bekend per type buis.) De gemiddelde stroom is bepaald op: 30-5=25mA > 25/2=12,5mA > 12,5+5=17,5mA. De serie weerstand moet de stroom van de stabilisatiebuis (17,5mA) en de stroom van de belasting (80mA) doorlaten, dus opgeteld is dat 97,5mA. In de ideale situatie zal de weerstand dus 97,5mA moeten verwerken. De opstart spanning van de stabilisatiebuis is in dit geval 125VDC. Uit gemak is deze ideale spanning als bronspanning gekozen om het voorbeeld niet onnodig moeilijk te maken. Tussen 125 en 90VDC zit 35VDC. Dus de "spanningsval" over de weerstand is 35VDC. In theorie is de waarde van de weerstand dan 35V/97,5mA=358,97 Ohm. Dit is een niet bestaande waarde, dus lastig. Omdat de stroom door de buis te variëren is, is er ruimte om een bestaande weerstand te kiezen. De dichtstbijzijnde waarden uit de E12 reeks zijn 330 en 390 Ohm. Hier is 390 Ohm gekozen omdat dat resulteert in iets minder warmte verlies in de buis. Omdat de spanning gelijk blijft en de weerstand iets anders is dan in de theorie bepaalt, zal de stroom wijzigen van 97,5mA naar 89,7mA. Dat betekent dat als er 80mA voor de belasting af gaat er 9,7mA overblijft om "weg te regelen" in de stabilisatiebuis. 9,7mA ligt tussen de 5 en 30mA, dus is een geschikte waarde. Als er 90VDC over de buis staat bij 9,7mA, zal er 873mW omgezet worden in warmte.
Hiermee is de berekening ten einde. Afhankelijk van de situatie kan op inzicht de berekening worden aangepast. Als het aannemelijk is dat de ingangsspanning uitsluitend onder de gemiddelde spanning daalt of stijgt, kan de marge verlegd worden door de serie weerstand te vergroten of te verkleinen om het werkpunt te verleggen. Dan is de marge groter zodat de buis niet buiten de grensspanningen komt.
Ter illustratie is ook de "jumper" aansluiting (pen 3 en pen 7) opgenomen in het ontwerp. Als de buis uit de buisvoet wordt genomen, is er geen toevoer van spanning meer mogelijk zodat de belasting beschermt wordt. Als deze "jumper" er niet is zal de spanning niet gestabiliseerd/gereduceerd worden.
Als er een "vreemde" spanning nodig is zoals 180VDC, kunnen er twee buizen in serie worden gezet en op dezelfde manier worden berekend. Ook kunnen er bijvoorbeeld drie buizen in serie worden gezet van bijvoorbeeld, 105, 85 en 85VDC om drie gestabiliseerde spanningen te verkrijgen zoals 105, (105+85=) 190 en (105+85+85=) 275VDC. Vermijd het parallel plaatsen van stabilisatiebuizen om een grotere stroom te kunnen verwerken. Omdat er productie verschillen zijn zal de buis met de minste weerstand al de stroom opnemen van de twee buizen. Het parallel plaatsen is echter wel relevant als bedrijfszekerheid van belang is. Als er namelijk één van de twee buizen kapot gaat of ontbreekt, zal de andere buis de werking overnemen.
|
|
waarschuwing
|
|
Houd er rekening mee dat stabilisatie buizen gevuld zijn met een gas. Vermoedelijk Neon. Dit maakt dat de buizen iets oplichten bij werking, maar ook dat het gas (licht) radioactief kan zijn. Omdat het een gesloten bron is, is er feitelijk niets aan de hand, dus schrik niet. Maar bij breken van de glazen omhulling is voorzichtigheid geboden. Ventileer de ruimte, voer de glasresten af en was goed je handen.
|
|