Трубка регулятора напряжения

Стабилизатор напряжения ( ТРН ) — это электронный компонент, используемый в качестве шунтового регулятора для поддержания постоянного напряжения на заданном уровне.

Физически эти устройства напоминают электронные лампы , но есть два основных отличия:

• Их стеклянные оболочки заполнены газовой смесью, и
• Они имеют холодный катод ; катод не нагревается нитью накала для испускания электронов.

Электрически эти устройства напоминают стабилитроны , но имеют следующие основные отличия:

• Они основаны на ионизации газа , а не на пробое Зенера.
• Нерегулируемое напряжение питания должно быть на 15–20% выше номинального выходного напряжения, чтобы обеспечить начало разряда.
• Выходной сигнал может быть выше номинального, если ток через трубку слишком мал.

При подаче достаточного напряжения на электроды газ ионизируется , образуя тлеющий разряд вокруг катодного электрода. Затем трубка VR действует как устройство с отрицательным сопротивлением ; по мере увеличения тока через устройство увеличивается и количество ионизации, что снижает сопротивление устройства дальнейшему току. Таким образом, устройство проводит достаточный ток, чтобы удерживать напряжение на своих клеммах на желаемом уровне.

Поскольку устройство будет проводить практически неограниченное количество тока, должны быть какие-то внешние средства ограничения тока. Обычно это обеспечивается внешним резистором, установленным выше по потоку от трубки VR. Затем трубка VR проводит любую часть тока, которая не течет в нагрузку ниже по потоку, поддерживая приблизительно постоянное напряжение на электродах трубки VR. Регулирующее напряжение трубки VR гарантировалось только при проведении тока в допустимом диапазоне. В частности, если ток через трубку слишком мал для поддержания ионизации, выходное напряжение может подняться выше номинального выходного значения — вплоть до входного напряжения питания. Если ток через трубку слишком велик, она может войти в режим дугового разряда , при котором напряжение будет значительно ниже номинального, и трубка может быть повреждена.

Некоторые трубки регулятора напряжения содержали небольшое количество радионуклидов для обеспечения более надежной ионизации. ^[1]

Трубка Corona VR представляет собой высоковольтную версию, заполненную водородом при давлении, близком к атмосферному, и рассчитанную на напряжение от 400 В до 30 кВ при десятках микроампер. Она имеет коаксиальную форму; внешний цилиндрический электрод является катодом, а внутренний — анодом. Стабильность напряжения зависит от давления газа.

Успешной водородной лампой-регулятором напряжения, созданной в 1925 году, была лампа Raytheon , которая позволяла радиоприемникам того времени работать от сети переменного тока вместо батареек.

В Америке трубки VR получили номера деталей RETMA . Из-за отсутствия нагревателя (нити накала) номера деталей трубки начинались с « 0 » (ноль).

В Европе трубки виртуальной реальности получили номера деталей в рамках профессиональной системы (« ZZ1xxx ») и специальной системы .

В СССР стабилитронам тлеющего разряда присваивалось обозначение кириллицей с указанием порядкового номера разработки. ^[2] Например, «СГ21Б», «СГ204К» и т.д. ^[2]

Трубки VR были доступны только в определенных напряжениях. Распространенные модели:

Октальные лампы, ток 5–40 мА ^{: [3]}

• 0A3 – 75 вольт
• 0B3 – 90 вольт
• 0C3 – 105 вольт (лучшая регулировка из этих четырех)
• 0D3 – 150 вольт

Миниатюрные трубки, ток 5–30 мА:

• 0А2 – 150 вольт
• 0B2 – 108 вольт (лучшая регулировка из этих трех)
• 0C2 – 72 вольта

Миниатюрные трубки, ток 1–10 мА:

• 85A2 – 85 вольт (эквиваленты: 0G3, CV449, CV4048, QS83/3, QS1209)

Опорное напряжение 1,5–3,0 мА ток:

• 5651 – 87 вольт (самый популярный источник опорного напряжения из когда-либо созданных)

• 5651A – 85,5 вольт

Субминиатюрные трубки:

• Различные модели, такие как 991 ^[4] , которые напоминали неоновые лампы , но были оптимизированы для более точной регулировки напряжения.

Миниатюрные коронирующие трубки, ток 5–55 мкА:

• CK1022 1 кВ ^[5]

Сверхминиатюрные коронирующие трубки с проволочным выводом:

• CK1037 (6437) 700 вольт, 5–125 мкА ^[6]
• CK1038 900 вольт, 5–55 мкА ^[7]
• CK1039 (6438) 1,2 кВ, 5–125 мкА ^[8]

Некоторые трубки регулятора напряжения имеют внутреннюю перемычку, подключенную между двумя штырьками. Эту перемычку можно использовать последовательно с вторичной обмоткой трансформатора. Тогда, если трубку удалить, вместо того, чтобы оставить напряжение нерегулируемым, выход отключится.

Поскольку тлеющий разряд является «статистическим» процессом, в регулируемое напряжение вносится определенное количество электрического шума, поскольку уровень ионизации меняется. В большинстве случаев это можно легко отфильтровать, поместив небольшой конденсатор параллельно трубке VR или используя развязывающую RC-цепочку ниже по потоку от трубки VR. Однако слишком большая емкость (>0,1 мкФ для 0D3, например), и схема сформирует релаксационный генератор , что определенно разрушит регулирование напряжения и, возможно, приведет к катастрофическому отказу трубки.

Трубки VR могут работать последовательно для более широких диапазонов напряжения. Они не могут работать параллельно : из-за производственных различий ток не будет равномерно распределяться между несколькими трубками, включенными параллельно. (Обратите внимание на эквивалентное поведение последовательно и параллельно соединенных стабилитронов.)

В настоящее время VR-трубки практически полностью вытеснены твердотельными стабилизаторами на основе стабилитронов и лавинных диодов .

Правильно работающие трубки VR светятся во время нормальной работы. Цвет свечения меняется в зависимости от газовой смеси, используемой для заполнения трубок.

Несмотря на отсутствие нагревателя, трубки VR часто нагреваются во время работы из-за падения тока и напряжения через них.