Tubo regulador de voltaje

Un tubo regulador de voltaje ( tubo VR ) es un componente electrónico utilizado como regulador de derivación para mantener un voltaje constante a un nivel predeterminado.

Físicamente, estos dispositivos se parecen a los tubos de vacío , pero hay dos diferencias principales:

• Sus envolturas de vidrio están llenas de una mezcla de gases y
• Tienen un cátodo frío ; el cátodo no se calienta con un filamento para emitir electrones.

Eléctricamente, estos dispositivos se parecen a los diodos Zener , con las siguientes diferencias principales:

• Se basan en la ionización del gas , en lugar de la ruptura del Zener.
• La tensión de alimentación no regulada debe ser entre un 15 y un 20 % superior a la tensión de salida nominal para garantizar que se inicie la descarga.
• La salida puede ser mayor que la nominal si la corriente a través del tubo es demasiado baja.

Cuando se aplica suficiente voltaje a través de los electrodos, el gas se ioniza y forma una descarga luminiscente alrededor del electrodo del cátodo . El tubo VR actúa entonces como un dispositivo de resistencia negativa ; a medida que aumenta la corriente a través del dispositivo, también aumenta la cantidad de ionización, lo que reduce la resistencia del dispositivo a un mayor flujo de corriente. De esta manera, el dispositivo conduce suficiente corriente para mantener el voltaje a través de sus terminales en el valor deseado.

Debido a que el dispositivo conduciría una cantidad casi ilimitada de corriente, debe haber algún medio externo para limitar la corriente. Por lo general, esto se proporciona mediante una resistencia externa aguas arriba del tubo VR. El tubo VR conduce entonces cualquier parte de la corriente que no fluye hacia la carga aguas abajo, manteniendo un voltaje aproximadamente constante a través de los electrodos del tubo VR. El voltaje de regulación del tubo VR solo estaba garantizado cuando conducía una cantidad de corriente dentro del rango permitido. En particular, si la corriente a través del tubo es demasiado baja para mantener la ionización, el voltaje de salida puede aumentar por encima de la salida nominal, hasta el voltaje de suministro de entrada. Si la corriente a través del tubo es demasiado alta, puede entrar en un modo de descarga de arco donde el voltaje será significativamente menor que el nominal y el tubo puede dañarse.

Algunos tubos reguladores de voltaje contenían pequeñas cantidades de radionucleidos para producir una ionización más confiable. ^[1]

El tubo Corona VR es una versión de alto voltaje que se llena con hidrógeno a una presión cercana a la atmosférica y está diseñado para voltajes que van desde 400 V hasta 30 kV a decenas de microamperios. Tiene una forma coaxial ; el electrodo cilíndrico externo es el cátodo y el interno es el ánodo. La estabilidad del voltaje depende de la presión del gas.

Un tubo regulador de voltaje de hidrógeno exitoso, del año 1925, fue el tubo Raytheon , que permitió que las radios de la época funcionaran con corriente alterna en lugar de baterías.

En Estados Unidos, los tubos VR recibieron números de pieza de tubo RETMA . Al carecer de calentador (filamento), los números de pieza del tubo comenzaban con " 0 " (cero).

En Europa, a los tubos VR se les asignaron números de pieza bajo el sistema profesional (" ZZ1xxx ") y bajo un sistema dedicado .

En la URSS, los estabilitrones de descarga luminiscente se designaban en cirílico con el número de serie de desarrollo. ^[2] Por ejemplo, "СГ21Б", "СГ204К" y es decir ^[2]

Los tubos VR solo estaban disponibles en determinados voltajes. Los modelos más comunes eran:

Tubos octales, corriente de 5 a 40 mA : ^[3]

• 0A3 – 75 voltios
• 0B3 – 90 voltios
• 0C3 – 105 voltios (la mejor regulación de estas cuatro)
• 0D3 – 150 voltios

Tubos en miniatura, corriente de 5 a 30 mA:

• 0A2 – 150 voltios
• 0B2 – 108 voltios (la mejor regulación de estas tres)
• 0C2 – 72 voltios

Tubos en miniatura, corriente 1–10 mA:

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

Referencia de voltaje de corriente 1,5–3,0 mA:

• 5651 – 87 voltios (la referencia de voltaje más popular jamás realizada)

• 5651A – 85,5 voltios

Tubos subminiatura:

• Varios modelos como el 991 ^[4] que se parecían a las lámparas de neón , pero estaban optimizados para una regulación de voltaje más precisa.

Tubos de corona en miniatura, corriente de 5 a 55 μA:

• CK1022 1 kV ^[5]

Tubos corona subminiatura con extremos de cable:

• CK1037 (6437) 700 voltios, 5–125 μA ^[6]
• CK1038 900 voltios, 5–55 μA ^[7]
• CK1039 (6438) 1,2 kV, 5–125 μA ^[8]

Algunos tubos reguladores de voltaje tienen un puente interno conectado entre dos de los pines. Este puente se podría utilizar en serie con el devanado secundario del transformador. Entonces, si se quitara el tubo, en lugar de dejar el voltaje sin regular, la salida se apagaría.

Debido a que la descarga luminiscente es un proceso "estadístico", se introduce una cierta cantidad de ruido eléctrico en el voltaje regulado a medida que varía el nivel de ionización. En la mayoría de los casos, esto se puede filtrar fácilmente colocando un pequeño capacitor en paralelo con el tubo VR o utilizando una red de desacoplamiento RC aguas abajo del tubo VR. Sin embargo, si la capacitancia es demasiado grande (>0,1 μF para un 0D3, por ejemplo), el circuito formará un oscilador de relajación , arruinando definitivamente la regulación de voltaje y posiblemente provocando que el tubo falle catastróficamente.

Los tubos VR pueden funcionar en serie para rangos de voltaje mayores. No pueden funcionar en paralelo : debido a variaciones en la fabricación, la corriente no se compartiría equitativamente entre varios tubos en paralelo. (Obsérvese el comportamiento equivalente con diodos Zener conectados en serie y en paralelo).

En la actualidad, los tubos VR han sido reemplazados casi en su totalidad por reguladores de estado sólido basados ​​en diodos Zener y diodos de ruptura por avalancha .

Los tubos VR que funcionan correctamente brillan durante el funcionamiento normal. El color del resplandor varía según la mezcla de gases utilizada para llenar los tubos.

Aunque carecen de calentador, los tubos VR a menudo se calientan durante el funcionamiento debido a la caída de corriente y voltaje a través de ellos.