K ochraně vláken elektronek pro sériové žhavení 100 mA

[Lojza1]

Nevím, jestli obohatím něčím neznámým, nebo jen připomenu něco starého. Počítám spíše s druhou možností, ale já jsem to neznal.
Elektronky žhavené proudem 300 mA, jaké známe z televizorů, bývají při zapnutí přístroje proti přepálení vláken mezi trubičkou katody a kolíkem nebo počátečnímu nerovnoměrnému nažhavení elektronek různých typů chráněny negastorem sériově včleněným do žhavicího okruhu, tedy rezistorem s neobvykle silnou zápornou teplotní závislostí odporu a s dostatečně velkou tepelnou kapacitou. Při zapnutí je negastor studený a svým velkým odporem dostatečně omezuje proud v okruhu. Ten po zapnutí jen pomalu stoupá, přitom katody všech elektronek postupně absorbují dost energie ke svému šetrnému ohřátí a zvýšení odporu vláken uvnitř.
Nemohl jsem si podle nákupů z Aukra nevšimnout, že u významného podílu elektronek pro sériové žhavení 100 mA dojde k náhodnému přepálení ještě tenčího a choulostivějšího žhavícího vlákna dříve, než je elektronka opotřebována zeslábnutím katody a případně čerpací schopnosti getru. Přitom jsem si nevšiml, že by se pro sériový okruh 100 mA vyráběl a používal vhodný negastor. Možná protože se rozhlasové přijímače se sériovým žhavením, jako dnes módní Talismany a jiné, vyráběly dříve, než byly negastory obecně k dispozici. Nebo nebylo ekonomické se ochranou elektronek zabývat. V současné době jsou historické elektronky do těchto přijímačů vzácnější a pravděpodobně jejich mizející zásoby už nikdo nedoplní novou výrobou. V této situaci mi při renovaci připadá jako přijatelný zásah do originálního zapojení historického přijímače.
Pokusil jsem se proto najít vhodný způsob ochrany žhavicího okruhu 100 mA. Výchozí situace je typicky taková, že je žhavicí okruh rozdělen na dva segmenty, které se podle voliče síťového napětí zapojí sériově nebo paralelně. V každém segmentu je žhavení několika elektronek a malý předřadný rezistor. Předřadný rezistor může být částečně nebo úplně nahrazen ochrannými prvky. V porovnání se speciálním ochranným negastorem pro žhavicí okruh 300 mA mají negastory z produkce Pramet určené pro obecné použití výrazně menší teplotní závislost. U dostupných typů je i méně příznivý vztah uvolňovaného tepla k povrchu a přípustný rozsah provozních teplot. Jako asi nejvhodnější se mi ukázal negastor NR121 470 Ohm obalený vhodnou tepelnou izolací, dostupný zde:
https://ferity.cz/polovodice/termistory/ntc/id-1699/kod-nr121-470r/ean-0000000039833
Výsledek ale není tak dobrý, jak bych si přestavoval. K úloze lze přistoupit i opačným směrem. Namísto prvku se zápornou teplotní závislostí a velkou tepelnou kapacitou použít prvek se silnou kladnou teplotní závislostí a velmi malou tepelnou kapacitou. Ze stylových důvodů nejlépe prvek dostupný už v době výroby příslušných elektronek a přijímačů. Tedy žárovku s tenkým wolframovým vláknem. Nebo lépe více žárovek zapojených paralelně, protože vlákna pro menší proud mají příznivější poměr objemu a povrchu, rychleji se tedy rozžhaví. Při zapnutí jsou sice vlákna studená a proudový náraz je větší, než s originálním předřazeným rezistorem, ale rozžhaví se do pro ně normálního jasu dříve, než se stihnou výrazněji ohřát choulostivé úseky žhavicích vláken elektronek. Tím řádově stoupne odpor vláken žároviček a účinně tak omezí proud sériovým žhavicím okruhem, jen o desítky procent pak přesahující jmenovitou hodnotu. S postupným šetrným ohříváním katod elektronek proud klesá a v ustáleném stavu žárovky jen slabě oranžově žhnou, dále se neopotřebovávají a úbytek napětí na nich vyhovuje originálnímu rozpočtu přístroje. Po vypnutí přístroje jsou okamžitě připraveny k ochraně při novém zapnutí. Při pokusech s jedním segmentem žhavicího okruhu 100 mA pro přibližně 100V se mi pro dostatečnou ochranu osvědčila trojice paralelně spojených telefonních žároviček POLAM T6,8 48V/50mA dostupných skoro zdarma zde:
https://www.hadex.cz/k700-100-zarovka-telefonni-48v50ma-t68-polam-baleni-100ks/
Patice žároviček lze spojovat opatrným pájením, není třeba používat hůře dostupné a rozměrné objímky s potenciálně nespolehlivými kontakty. Samotné žárovičky v rozpočtu segmentu žhavicího okruhu typického přijímače nahradí předřazený rezistor svým úbytkem napětí v ustáleném stavu jen částečně. Je proto možné do série s nimi zařadit ještě negastor uvedený výše. Celkově tedy ve dvou segmentech žhavení v přijímači budou dva negastory a při potřebné vzájemné elektrické izolaci je vhodné je umístit do společné tepelné izolace. Použití samotných žároviček je pro ochranu elektronek sice dostatečně účinné a stylovější, negastory jsou dražší a méně stylové, ale kombinovaná ochrana je ještě dokonalejší, protože je omezen i počáteční krátký proudový náraz.
Jistě lze polemizovat o vhodnosti zásahů do renovovaných historických přístrojů. Ale klesající dostupnost a rostoucí cena náhradních a rovněž historických elektronek k tomu dříve či později nějak motivuje. Dočasnou alternativou by pak mohlo být včlenění nějakých ochranných prvků do patice polovodičové náhrady usměrňovací elektronky.

[jirka5]

Máš úplnou pravdu. Jenom připomínám, že poslední u nás vyvinutý univerzál 420U Trio už termistor měl (zřejmě jednoúčelově vyvinutý pro toto použití), za to však pro naše poměry zcela nevhodné kopie amerických elektronek se žhavicím proudem 150 mA. U předválečných přijímačů se používaly urdoxy, viděl jsem dokonce i žárovky. U Talismanů se přece také používají dvě žárovičky E10/6,3V 0,3A v sérii s přívodem proudu.
To řešení s telefonními žárovkami je zajímavé, ovšem pokud dojde k přepálení vlákna u jedné z nich, tak ty dvě zbývající to nevydrží a okamžitě odejdou taky. Kromě toho ty NOS zásoby v Hadexu nevydrží věčně, ale díky na upozornění.

Ještě taky připomínám, že ty nalinkované typy termistorů jsou smaltované a poměrně malých rozměrů. Nemám k dispozici žádný katalog, ale asi budou určeny pro stabilizaci pracovních bodů tranzistorů, nikoliv pro výkonové použití. Ty televizní výkonové pokud vím, měly mnohem robustnější keramický korpus a žádnou povrchovou úpravu.

Elektronky UY1N už dávno žádné nemám a jejich náhradu řeším dvěma 1N4007 + rezistor 100 Ω 12 W ještě z myslíkárny. Jedna dioda + omezovací odpor jako usměrňovač, druhá náhrada vlákna pro půlvlnné žhavení zápornou půlvlnou bez dalších změn v zapojení. Ty diody by se do patice určitě vešly, ale ten odpor (zde silně předimenzovaný) přece jen trochu topí. Kdyby se někomu podařilo vyvinout na to nějaké zapouzdření, nejlépe samozřejmě ve tvaru elektronky, tak by se mi to líbilo.

[Lojza1]

Díky za odpověď a za doplňující informace z historie.
Ty žárovičky v napájení jsou ale na moc malé napětí, mají robustnější vlákna a jde přes ně i anodový proud, tak nevím, jak moc se na ochraně vláken elektronek podílejí. Ty zničené elektronky nejspíš žily právě v takových přijímačích.
Urdox jsem jako slovo ani neznal, ale znal jsem proudový stabilizátor pro termočlánkovou vakuoměrku a je to i s těmi telefonními žárovkami stále stejný princip stabilizace proudu. Jen ty žárovičky k tomu nejsou navržené a nejsou tak dokonalé. Ale jsou dostupné a vyhovují.
S přepálením vlákna telefonní žárovky je to samozřejmě pravda, ale předpokládám, že pokud jsou všechny z jedné krabičky po 100 ks, tak ani při sériovém spojení žhavicích sekcí se žádné vlákno ani při zapnutí moc nezatíží a ochrana by měla mít velmi dlouhou životnost. Uvnitř paralelní sestavy se každá žárovička chrání svou teplotní závislostí.
Těch telefonních žároviček je v Hadexu zatím obrovská zásoba a pokud si jich restaurátor koupí do zásoby pár krabiček, relativně jim jich tam neubude a on sám nezchudne.
U NTC Pramet celkově souhlasím, jen jsem nic vhodnějšího mezi dobře dostupným materiálem nenašel. Tedy smaltované nevím, spíš i podle popisu jen nějak lakované. Mají podle grafu zatížitelnosti teplotní rozsah samotného tělesa do 120 st. C, tedy nic moc. Limitem může být i pájecí slitina a její intermetalické napojení. Malé rozměry nejsou dostatečně malé, proto doporučuji tepelnou izolaci k dosažení výsledné teploty. Jinak by šlo i použít třeba 680 Ohm, ale už to myslím vycházelo hůře katalogově s výkonovým zatížením a s rozpočtem napětí žhavicího segmentu, má to i trochu vztah ke vlivu okolní teploty na ustálený žhavicí proud. Vše k NR121 je zde:
http://www.teslakatalog.cz/NR121.html
UY1N jsou už v dobrém stavu dost vzácné. Já mám možná tak dvě po regeneraci katod docela dobré a raději bych si je šetřil, tak si asi také postavím nějakou náhradu. V tom případě opravdu nezasáhnu do konstrukce přijímače, ale ochrana bude plně funkční jen pro 220 resp. 230 V. Jen nejspíš musím nějak obstarat patici. Ono to z ní asi musí trčet do volného prostoru už kvůli chlazení. Proto bych určitě neuvažoval o žádném krytu. Někdo by třeba mohl zkusit navrhnout a vyrobit dva plošné spoje tak, že do jednoho by se zapájely nějaké kolíky pro objímku, druhá by se k ní připájela kolmo a osadila by se součástkami. To půlvlnné žhavení mě nenapadlo - jde o to, že žhavicí napětí pro ostatní elektronky je vyšší o zkratované kolíky v pozici usměrňovačky a jejich průměrný žhavící příkon je snížen zpět na polovičku diodou? Asi by to mohlo ve výsledku vyjít správně. Někde jsem ale kdysi četl, že stejnosměrné žhavení může vést k nesymetrickému zatížení konců vlákna kvůli emisi elektronů ze záporného konce ke kladnému. Tady je menší proud a větší napětí, tak by to mohlo být významnější. Nebylo by už lepší místo diody použít vhodný kondenzátor? Možná by to nakonec i dobře chránilo vlákna bez dalších ochranných prvků. Stálo by to za úvahu a případně pokus. Jen se potom nesmí prošlehnout.

[Sendyx]

Nápad omezovat žhavící proud u U elektronek jsme kdysi taky řešili, někde mám i vyexperimentované zapojení s MOSFETem. Výkonový NTC pro tak malý proud jsem sice kdysi našel, ale dostupnost velmi problematická.
Co bych ale vřele nedoporučoval, to jsou právě ty polské telefonní žárovky. Z mých zkušeností mají katastrofální spolehlivost . Možná s tím hráli fotbal při přepravě, nebo špatná várka, ale dělat s nima bylo za trest.

[Sendyx]

Nápad omezovat žhavící proud u U elektronek jsme kdysi taky řešili, někde mám i vyexperimentované zapojení s MOSFETem. Výkonový NTC pro tak malý proud jsem sice kdysi našel, ale dostupnost velmi problematická.
Co bych ale vřele nedoporučoval, to jsou právě ty polské telefonní žárovky. Z mých zkušeností mají katastrofální spolehlivost . Možná s tím hráli fotbal při přepravě, nebo špatná várka, ale dělat s nima bylo za trest.

[Lojza1]

Sendyx:
Je to s tou spolehlivostí možné. Měl jsem za to, že pokud přežije zapájení do paralelní sestavy a vyzkoušení, tak by už měla fungovat normálně. Jsou +- zadarmo. Nevím. Sám jsem u nich problém se spolehlivostí nepozoroval.

[Sendyx]

Kolega jich měl několik set ks v takových demonstračních panelech... dokud tam byly Tesly, tak to bylo vcelku v pořádku. Jak se tam naflákaly polské, měnilo se to doslova po hrstech.

[Sendyx]

Kolega jich měl několik set ks v takových demonstračních panelech... dokud tam byly Tesly, tak to bylo vcelku v pořádku. Jak se tam naflákaly polské, měnilo se to doslova po hrstech.

[Lojza1]

Njn, tak díky za upozornění. Co jim bylo? Přepalovala se vlákna? Nebyly tam trochu přetížené? Nebo nějaká jiná vada? Třeba by se to v tomto použití tak nekazilo. Nedostanou se na jmenovité zatížení snad ani při zapnutí.
A byly to určitě ty samé z Hadexu?
Jistě by se daly sehnat a použít i obdobné žárovičky od jiného výrobce. Jen by nebyly tak laciné.

[Milan]

Je ještě jednodušší a spolehlivější řešení : Žhavení elektronek napájet přes kondenzátor. Dříve se to moc nepoužívalo, protože papírové kondy byly veliké a hlavně nespolehlivé, dnes polypropylénové kondy v provedení X1,X2
jsou dostatečně dimenzovány a pokud se doplní třeba varistorem a malým pojistkovým odporem i spolehlivé. Mám to vyzkoušeno v Talismanu , Triu
a Rytmusu . Vhodnou hodnotou kondů lze nahradit i to chybějící vlákno UY1N (S) bez tepla. Teoreticky při zapnutí rádia ve vrcholu napětí a prázdném kondu dojde k veliké proudové špičce, prakticky to není pozorovatelné vzhledem k tepelné setrvačnosti vláken a žároviček a dále pak teče proud z velké části určený velikostí kondu . Jediná nevýhoda je v tom, že nažhavení elektronek trvá mnohem déle než klasika .

[Lojza1]

Milan: Napsal jsem to před hodinkou o kousek výš jen jako námět a děkuji tedy za zkušenosti. Já jsem to s těmi žárovkami řešil pro případ, že jsou osazeny všechny elektronky a na ochranný prvek zbývá jen malé napětí, byť by na kondenzátoru díky kolmé fázi bylo větší. Jsou to tedy zkušenosti i s takovým kondenzátorovým řešením, ve kterém je jen třeba použít větší kapacity?
Proč polypropylén a ne třeba obyčejný polyester?
Tomu pojistkovému odporu nerozumím. Pokud se prošlehne kondenzátor, ustálený proud snad nestoupne tak strašně moc, aby to rozhodlo o spolehlivém nepřerušení / přerušení pojistky, ne? Stále jsou tam v sérii ta vlákna elektronek a ta proud v neprospěch vlastní životnosti stabilizují.
A vlastně už vím, co se mi na tom kondenzátoru nelíbilo. On nemá schopnost žhavicí proud stabilizovat při kolísání napájecího napětí, má sklony vnucovat elektronkám proud, proti kterému by se rády bránily změnou odporu vláken. Tohle je u žároviček příznivější. A u NTC zase ne.

[Sendyx]

Tak reaktanční kondenzátor ve žhavení byl snad popsaný v RK někdy v 60. letech i s dost rozsáhlým varováním. Zdánlivě je to dobré řešení, ale já bych tudy nešel.

Ty Polam telefonovky - z krabice 100ks bývalo tak 10ks, které se rozpadly v ruce, většinou s vývodem upadlým těsně u skla. Tak 10 ks přestalo svítit po pár minutách, několik ks mělo vlákno divně spadlé bokem. Byly vždy podžhavené, aby byla větší životnost, nicméně nepomohlo.
Co si pamatuju z dřívějška, kolega měl tzv. světelné tunely - to byly desková svítidla s polopropustnými zrcadly, uvnitř po obvodě 4 x 12 žárovek 24V/50mA, 12ks v sérii na 230V přes triak. Dokud tam byly originálky Philips, tak to žilo pár let, s telefoňáckýma Teslama asi rok a s polskýma z Tipy se to otvíralo co týden, vždycky nějaká chcípla

[Sendyx]

Tak reaktanční kondenzátor ve žhavení byl snad popsaný v RK někdy v 60. letech i s dost rozsáhlým varováním. Zdánlivě je to dobré řešení, ale já bych tudy nešel.

Ty Polam telefonovky - z krabice 100ks bývalo tak 10ks, které se rozpadly v ruce, většinou s vývodem upadlým těsně u skla. Tak 10 ks přestalo svítit po pár minutách, několik ks mělo vlákno divně spadlé bokem. Byly vždy podžhavené, aby byla větší životnost, nicméně nepomohlo.
Co si pamatuju z dřívějška, kolega měl tzv. světelné tunely - to byly desková svítidla s polopropustnými zrcadly, uvnitř po obvodě 4 x 12 žárovek 24V/50mA, 12ks v sérii na 230V přes triak. Dokud tam byly originálky Philips, tak to žilo pár let, s telefoňáckýma Teslama asi rok a s polskýma z Tipy se to otvíralo co týden, vždycky nějaká chcípla

[Lojza1]

Některé polské výrobky neměly dobrou pověst, ale nevím, jestli zavrhnout celou jejich produkci telefonních žároviček. Byl to typ na jiné napětí, mohlo to být vyrobeno v jiném období. Určitě bych si žárovičku před použitím dobře prohlédl a otestoval třeba křehkost vývodů. Mně se při té manipulaci, kdy se pájením plíšky patice vždy odlepily od skleněné baňky, vývody až překvapivě neulomily. Zrovna tohle může být jako výsledek tepelného zpracování průtavů na výrobní sérii závislé.

[Sendyx]

Nevím, no - chcípaly ty 48V/50mA, a chcípaly i ty 24V.

Nejsem si jist, ale nepoužívaly se nějaké variátory na proud 100mA?

http://www.alfaelektronky.cz/teorie/var.html

[Sendyx]

Nevím, no - chcípaly ty 48V/50mA, a chcípaly i ty 24V.

Nejsem si jist, ale nepoužívaly se nějaké variátory na proud 100mA?

http://www.alfaelektronky.cz/teorie/var.html

[Lukas-Peca]

Stavěl jsem kdysi malý superhet s televizními lampami a na žhavení jsem dal kondenzátor ze zářivky. Chodí to úplně bezvadně, žádnou špičku po zapnutí jsem nepozoroval. Tento nápad se objevuje už v časopise Radioamatér ze 40. let, ale tehdejší kondenzátory na síťové napětí byly asi dost velké a těžko dostupné.

230V žárovku místo variátoru jsem dal do rádia Telefunken Hymnus U. Vybral jsem kus, na kterém byl při 200 mA potřebný úbytek. Stabilizační účinek tam opravdu je. Když se místo variátoru dá pevný odpor, nestačí na zachycení proudového nárazu ani urdox, který v tom rádiu taky je. Urdox se nahřeje během pár vteřin a pak proud roste dále, katody C elektronek mají velkou tepelnou kapacitu, ale např. osvětlovací žárovka nebo náhodné slabší místo vlákna některé elektronky by to nepřežily. Žárovka nebo variátor proud účinně omezí. V žádném rádiu se žhavením 100 mA jsem variátor neviděl. Navíc prý dnes staré variátory nefungují správně, stabilizují menší proud. To ale nemám vyzkoušené, vím to jen z doslechu.

Polské telefonní žárovky zn. Helios používáme v práci po stovkách a za předpokladu, že jsou trochu podžhavené, je životnost rozumná.

[Lojza1]

Už jsem si tedy mohl přečíst i něco k urdoxu, díky za odkaz. Není to s ním tedy jako u vláknového stabilizátoru proudu, spíš je to předchůdce NTC, jestli správně rozumím. U variátorů není jasné, jestli mají menší tepelnou kapacitu, než kousek vlákna elektronky volně vedoucí prostorem mezi kolíkem a katodou. To je zvláště u U elektronek to choulostivé místo, které se dovede nejrychleji ohřát. Podstatou toho mého řešení je právě ta rychlost, s jakou reaguje žárovička na 50 mA díky tenkému vláknu a dobrému poměru objem / povrch. Pak je lepší ochranou, než variátor sice perfektně stabilizující ustálený proud, ale reagující moc pomalu.

[Lojza1]

Lukas-Peca:
U žhavení přes předřadný kondenzátor, na kterém je větší napětí, než součet napětí na vláknech, si opět říkám, že pokud nekolísá síť a je to dobře nastavené, tak to může fungovat, ale je to žhavení vnuceným proudem, kterému se elektronky nemohou bránit. I při normálním sériovém žhavení mají katody +- stejnou teplotu, vlákna se nějak navzájem dohodnou na proudu, který jim +- vyhovuje a ten je výrazně stabilnější, než napájecí napětí. Vnucený proud může s napětím na vláknech dost cvičit. Což mi vlastně i vysvětluje, proč Milan napsal, že elektronkám trvá nažhavení mnohem déle. Jsou napájené vnuceným proudem a ten je pro jejich studená vlákna moc malý.
K těm variátorům mě napadá, že pokud je to železo ve vodíkové atmosféře, je to něco jiného, než wolfram ve vakuu. Může to spolu časem nějak reagovat. Nevím.