Jarzeniówka stabilizacyjna

Stabilitrony SG2S, SG3S i SG4S polskiej produkcji (Lamina)

Jarzeniówka stabilizacyjna (także: jarzeniowy stabilizator napięcia, stabiliwolt, stabilitron) to lampa gazowana z zimną katodą służąca do stabilizacji napięcia. Spełniała podobną rolę w układach lampowych jak dioda Zenera w półprzewodnikowych.

W sprzęcie powszechnego użytku stosowane były rzadko, tylko w najbardziej wyrafinowanych konstrukcjach. Często natomiast spotyka się je w urządzeniach profesjonalnych i pomiarowych. Były wytwarzne na napięcia pracy od około 70V do kilkudziesięciu kV.

Budowa i zasada działania

Przykład charakterystyki napięciowo-prądowej jarzeniowego stabilizatora napięcia

Jarzeniówka stabilizacyjna wykorzystuje fakt małej zależności napięcia wyładowania jarzeniowego od płynącego prądu (na rysunku odcinek BC na charakterystyce). Zbudowana jest z pręta anody otoczonego możliwie dużym cylindrem katody. Katoda wykonana jest z molibdenu, niklu albo glinu i pokryta warstewką metali silnie alkalicznych jak sód, potas czy cez. Całość otoczona jest bańką szklaną wypełnioną mieszanką gazów szlachetnych pod odpowiednim ciśnieniem (kilkunastu do kilkudziesięciu torów). Od jej składu i ciśnienia zależy robocze napięcie pracy. Zwykle stabilitrony zaopatrzone są w typowe cokoły, rzadziej zdarzają się niestandardowe wyprowadzenia elektrod.

W zakresie praktycznie stałego spadku napięcia na stabilitronie przyrost prądu odbywa się dzięki zwiększaniu powierzchni katody objętej wyładowaniem jarzeniowym. Występująca przy tym zmiana napięcia wynosi kilka procent dla całego zakresu pracy lampy.

Podstawowe parametry i właściwości

Najważniejsze parametry stabilitronów to:

• Znamionowe napięcie pracy. Stabilitrony były budowane na zakres napięć od 70 V do paru kV.
• Napięcie zapłonu. Zawsze jest większe od napięcia stabilizacji, zwykle o kilkadziesiąt V.
• Minimalny prąd roboczy. Przy zbyt małym prądzie wyładowanie jarzeniowe staje się niestabilne i napięcie stabilitronu wzrasta. Dla typowych lamp wynosił on od kilkudziesięciu μA do kilku mA.
• Maksymalny prąd roboczy - typowo wynosi on 0,1 - 80 mA, wyjątkowo jest większy. Przy zbyt dużym prądzie dochodzi do przekroczenia dopuszczalnej mocy strat i wydajności katody, ale stabilitrony bez szkody znoszą chwilowe przeciążenia często występujące przy włączeniu urządzenia.

Cechy charakterystyczne:

• Niektóre stabilitrony posiadają nieużywane styki na cokole połączone zworą. Można je wykorzystać do zabezpieczenia układu przed awarią w razie wyciągnięcia lampy z podstawki.
• Produkowane były także stabilizatory wieloelektrodowe dostarczające kilku napięć. Posiadały one kilka cylindrycznych katod umieszczonych jedna w drugiej.
• Stabilitrony charakteryzują się stosunkowo dużymi szumami własnymi.
• Przy konstrukcji zasilaczy ze stabilitronami włączenie równolegle do lampy kondensatora o zbyt dużej pojemności może spowodować oscylacje relaksacyjne, a nawet jej zniszczenie.

Zastosowania

Układ podstawowy

Parametryczny stabilizator napięcia na stabilitronie

• Równoległe parametryczne stabilizatory napięcia w układach niewielkiej mocy. Zasilanie stabilitronu odbywało się przez szeregowy rezystor, a obciążenie było do niego przyłączone równolegle. Trzeba pamiętać, że:

• Napięcie zapłonu stabilitronów jest większe od napięcia stabilizowanego. Napięcie wejściowe stabilizatora U musi mieć odpowiedni zapas.
• Należy bardzo uważać przy łączeniu kondensatorów równolegle ze stabilitronem. Może to spowodować powstanie oscylacji, a duży kondesator może łatwo zniszczyć lampę.
• Stabilizator jest "z definicji" zabezpieczony przed zwarciem, o ile rezystor R ma odpowiednią moc.
• Stabilistronów nie należy łączyć równolegle (ale można je łączyć szeregowo dla otrzymania wyższego napięcia).
• W ciemności stabilitrony "zapalają" sie dosyć długo - nawet kilkanaście sekund.

• Źródła napięcia odniesienia w układach pomiarowych i stabilizatorach zasilaczy.
• Przesuwniki poziomu we wzmacniaczach prądu stałego.
• Generatory relaksacyjne w elektronicznych instrumentach muzycznych i urządzeniach pomiarowych (na przykład jako generator piłokształtnej podstawy czasu w oscyloskopach).

Kaskadowe łączenie stabilizatorów

Szeregowe połączenie stabilitronów.

W celu uzyskania większego napięcia można łączyć szeregowo dwie (lub więcej) jarzeniówki. Równolegle do jednej z nich należy przyłączyć opornik o wielkości paru setek kΩ. W chwili włączenia napięcia na niezbocznikowanej jarzeniówce występuje wtedy pełne napięcie wydzielone na R_O, które powoduje jej zapłon i spadek napięcia na lampie do napięcia jarzenia, po czym następuje zapłon drugiego stabilitronu. Całkowite napięcie umożliwiające zapłon takiego połączenia jest więc równe sumie napięcia zapłonu i jarzenia pojedynczej lampy.

Oznaczenia typów

Oznaczenia stabilitronów nie były jednorodne, wiele firm produkowało je pod unikalnymi nazwami.

• W USA symbole typów często rozpoczynały się od cyfry "0", na przykład "0B3", "0A2".
• W ZSRR symbole typów rozpoczynały się od liter SG (СГ) i kończyły literą oznaczającą rodzaj cokołu.
• W Europie często stosowano oznaczenie rozpoczynające się od liter StR lub STV, po których następowały dwie liczby: napięcie(V)/prąd(mA), na przykład STV108/30.
• W Polsce stabilitrony typów SG2S (75V, 5-40mA), SG3S (105V, 5-40mA) i SG4S (150V, 5-30mA) produkowały zakłady Lamina w Piasecznie. Ich parametry odpowiadały lampom produkcji ZSRR o tych samych oznaczeniach, były one również identyczne konstrukcyjnie. Stosowano je jedynie w sprzęcie profesjonalnym.

Bibliografia

1. L. Niemcewicz, Lampy elektronowe i półprzewodniki, Wyd. III, WKŁ, 1968.

Zobacz też

• Kolekcja stabilitronów.