gloeistroom/-spanning > Amateurtele.com

Elektronenbuizen hebben doorgaans een gloeidraad om een "elektronenwolk" te produceren. Door het opwarmen van de gloeidraad komen er elektronen vrij die nodig zijn om de elektronenbuis op te laten werken. De elektronenafgifte is optimaal bij een zekere spanning en stroom. En volgens de wet van Ohm hoort hier een zekere weerstandswaarde bij. Een eigenschap van een gloeidraad is dat de weerstand in koude toestand lager is dan in warme "bedrijfstoestand". Dit kan voor problemen zorgen in de vorm van slijtage met falen als gevolg. Dit artikel behandeld een aantal mogelijkheden om de levensduur en prestaties van elektronenbuizen te verlengen.

PCL86 triode/pentode

Het meest eenvoudig is om de mogelijkheden aan de hand van een voorbeeld te beschrijven. In mijn geval was ik aan het testen met een setje PCL86 elektronenbuizen. Dit is een buis met een triode en een pentode in één. Deze is ideaal om een audio versterker van te bouwen van een paar Watt. "P" buizen zijn heel veel toegepast in oude (kleuren) televisies. Deze televisies zijn massal gedemonteerd en daarmee zijn er veel van dergelijke "P" buizen te vinden. De gloeidraden van meerdere buizen stonden in serie waardoor deze een ongebruikelijke spanning (kunnen) hebben. Doorgaans is 6,3V een gebruikelijke spanning, maar in het geval van de PCL86 is de werkspanning 13,3V.
De gloeidraad van de PCL86 werk zoals gezegd op 13,3V en dan loopt er een stroom van 300mA. De spanning gedeeld door de stroom is de weerstand. Dus afgerond is de weerstand in warme toestand: 13,3V / 0,3A = 44,3Ohm. In koude toestand meet ik met de multimeter 7Ohm als weerstand van de gloeidraad. Dit is aannemelijk doordat de gloeidraad in koude toestand een lagere weerstand heeft. En hier zit ook het mogelijke probleem...

Het (voort)bestaan van deze website wordt mede mogelijk gemaakt door aanbieden van onderstaande reclame.

optie 1: zonder regeling

In deze situatie is de gloeidraad op 13,3V gevoed zonder bijkomende componenten. Zo blijkt dat er in warme toestand de gewenste 300mA loopt bij 13,3V. De problemen verschijnen echter bij de koude toestand. De interne weerstand is in koude toestand 7Ohm. 13,3V / 7Ohm = 1,9A! De slijtage van een gloeidraad wordt primair bepaald door de stroom. En ruim zes maal de nominale stroom is niet goed voor een elektronenbuis. Doordat de stroom zo extreem is, warmt de gloeidraad zeer snel op en verhoogt de weerstand dat vervolgens het negatieve effect compenseert. Ondanks de compensatie zal er zeer waarschijnlijk onherstelbare schade opteden. Ga maar na, een "normale" gloeilamp gaat vrijwel altijd kapot bij het inschakelen van de spanning. Daaruit is af te leiden hoe veel langer een lamp mee kan gaan als de inschakelstroom beperkt wordt...

optie 2: weerstand

In deze situatie is een weerstand toegevoegd. Weliswaar is de waarde niet van een bestaande E12 waarde, maar het is ook maar een rekenkundig voorbeeld. De weerstand en de gloeidraad nemen dezelfde stroom op doordat deze in serie staan. Uit de berekening blijkt dat in warme toestand de spanning over de weerstand 1,71V is en de spanning over de gloeidraad (vrijwel) de gewenste 13,29V is. In koude toestand zal er door de lage weerstand in de gloeidraad alsnog een stroom van 1,18A lopen! Door het kiezen van een andere voedingsspanning en bijbehorende weerstand waarde kan de stroom worden beperkt, maar het zal nooit ideaal worden. Temeer omdat er een groot gedeelte van de energie in de weerstand om wordt gezet in "verloren" warmte, ongeveer 513mW contimue. (1,71VDC * 0,3A = 0,513A)

Het (voort)bestaan van deze website wordt mede mogelijk gemaakt door aanbieden van onderstaande reclame.

optie 3: stroomregeling (optimaal)

Deze schakeling is de voorgestelde schakeling als zijnde optimaal. Er is een LM317T spanningsregelaar toegepast. Dit is een spanningsregelaar die gelijkspanning tot 1,5A stroom kan verwerken en een spanningsverschil van maximaal 40VDC aan kan. Door de referentie aansluiting is het mogelijk om een gewenste spanning in te stellen. Echter is hier een truc toegepast om met de spanningsregelaar de stroom te regelen. Het is een gegeven dat het spanningsverschil tussen de uitgang van de regelaar en de referentie aansluiting altijd 1,25VDC is. Spanning gedeeld door de stroom is de weerstand. Dus afgerond is 1,25VDC / 0,3A = 4,2Ohm. Met andere woorden zal er altijd 300mA lopen door de weerstand bij 1,25VDC. Het gevolg is dat volgens de schakeling de elektronenbuis in warme toestand 297mA heeft bij 13,16VDC. In koude toestand zal de stroom ook altijd 300mA zijn, dus de spanning terug regelen bij een lagere belastingsweerstand van de gloeidraad. In de praktijk zal bij inschakelen van de voeding, de spanning terug worden geregeld tot ongeveer 2VDC in koude toestand bij 7Ohm gloeidraadweerstand. Naar mate de draad warmer wordt en de gloeidraad weerstand toeneemt, zal de stroom oplopen totdat deze stabiliseert op 297mA. Kortom, de gloeidraad wordt qua stroom altijd gelijk belast en zal hierdoor veel langer mee gaan. De vaste weerstand heeft in dit geval 1,25V bij 300mA te verwerken, dus zal 375mW in warmte omzetten. Dat ten opzichte van 3,9W warmteverlies in de gloeidraad is netjes lijkt mij.
Als je voornemens bent om een apparaat met elektronenbuizen te bouwen, zou ik deze schakeling in het ontwerp integreren. De levensduur van de elektronenbuizen wordt verlengt hetgeen prettig is.
Om de schakeling helemaal netjes te maken is het aan te raden een LM317T spanningsregelaar daadwerkelijk als spanningsregelaar voor de stroombeperking toe te passen. Dan wordt de spanning of de stroom beperkt al na gelang het eerst bereikt is. Dit kan overspanning tegen gaan, hoewel de kans hierop nihil is. Ik heb de spanningsregeling zelf niet toegepast omdat de stroom leidend is. Vergeet in het geval van de spanningsregeling niet om 1,25VDC bij de gewenste gloeispanning op te tellen omdat dit verloren gaat in de weerstand van de stroomregeling.

opgloei tijden

Voor drie elektronenbuizen heb ik de opgloeitijden van de gloeidraad bepaald. Dat wil zeggen wat de tijd is tussen inschakelen van de voeding, via stroombegrenzing, waardoor de spanning oploopt tot de werkspanning. Deze tijd is nodig om de gloeidraad van de elektonenbuis op te laten "starten". Voordat de gloeidraad opgegloeid is, is het advies om de hoogspanning niet op de elektronenbuizen te zetten. Doordat er in koude toestand geen elektronenwolk is, is de interne weerstand van de buis anders dat kan leiden tot verkeerde spanningen en stromen in de schakeling.

testresultaten
Voor drie buizen die ik bij de hand had, heb ik onderstaande opgloeitijden bepaald.
- EL34 eindpentode (AF): 1,5A @ 6,3VDC (9,45W) = 17 seconden
- ATP4 eindpentode (RF/AF): 340mA @ 2,3VDC (782mW) = 4,2 seconden
- ECC83 voorversterker dubbeltriode (AF): 150mA @ 12,6VDC (1,89W) = 13 seconden

rekenkundig verband
Op basis van de bevindingen heb ik geprobeerd om een rekenkundig verband te bepalen. Dan zou aan de hand van de stroom, spanning, weerstand of vermogen de opgloei tijd bepaald kunnen worden. Op basis van deze drie metingen is helaas geen rekenkundig verand te bepalen. Wel is duidelijk dat een gloeidraad van een hoger wattage meer tijd nodig heeft om op te gloeien. Daar het beperkt blijft tot een tiental seconden wordt aangenomen dat de opwarmtijd tot een halve minuut tot een minuut voldoende is.

Het (voort)bestaan van deze website wordt mede mogelijk gemaakt door aanbieden van onderstaande reclame.

Het aanbieden van de kennis via deze website kost tijd, energie en geld. Het is heel leuk om kennis te kunnen delen en anderen hiermee te kunnen helpen, maar ook alle kosten worden uit privé middelen voldaan. Er zijn onder andere kosten voor de hosting aanbieder om de site te kunnen laten bestaan. Mijn doel is om de inhoud aan te kunnen blijven bieden zonder reclame, maar de kosten worden hoger waardoor financiële middelen nodig zijn. Dus een bijdrage van €3 wordt zeer op prijs gesteld. Het is mogelijk om op een veilige manier een financiële bijdrage van €3 (of een veelvoud hiervan) te kunnen leveren. Klik op de knop hieronder om via Ko-fi een donatie te verzorgen.

open de afdrukbare pagina door hier te klikken
klik hier voor de mobiele versie. (Beta test.)