Schaltnetzteil für Teletyp aus den 1940er Jahren (mit leuchtenden Quecksilberthyratrons!)

Vor kurzem haben wir mit der Wiederherstellung des Teletyps Modell 19 begonnen, eines Seekommunikationssystems aus den 1940er Jahren [1] . Dieser Teletyp wurde von einer massiven Gleichstromversorgung gespeist, die als „REC-30-Gleichrichter“ bezeichnet wurde. Es wurden spezielle Thyratrons für Quecksilberdampf verwendet, die beim Einschalten einen schrecklichen blauen Schimmer ausstrahlten, wie auf dem Foto unten.


Die Thyratronröhren im REC-30-Netzteil erzeugen einen solchen blauen Schimmer. Orangefarbenes Licht kommt von einer Neonlampe, die als Spannungsreferenz verwendet wird.

Der REC-30 ist ein interessantes Beispiel, vor allem, weil es sich um ein sehr frühes Schaltnetzteil handelt. (Ich weiß, dass es sehr umstritten ist, dieses Gerät als Schaltnetzteil zu bezeichnen, aber ich sehe keinen guten Grund, dies nicht zu tun). Trotz der Tatsache, dass heutzutage überall Schaltnetzteile verwendet werden (aufgrund der geringen Kosten für Hochspannungstransistoren), waren sie in den 1940er Jahren eine Kuriosität. Der REC-30 ist riesig - sein Gewicht übersteigt 45 Kilogramm! Wenn Sie es mit 300 Gramm Netzteil für das MacBook vergleichen, können Sie beeindruckende Fortschritte bei der Entwicklung von Netzteilen aus den 1940er Jahren sehen. In diesem Beitrag werde ich einen Blick in das Netzteil werfen, die Funktionsweise beschreiben und es mit dem Netzteil für MacBook'a vergleichen.

Was ist ein Fernschreiber?

Teletyp Modell 19. Bild aus dem BuShips Electron Magazin von 1945.

Teletype ist eine Marke des Herstellers von Ferndruckern, bei denen es sich im Wesentlichen um Schreibmaschinen handelt, die über große Entfernungen über eine Kabelverbindung kommunizieren können. Möglicherweise kennen Sie Teletypen in alten Filmen über Journalismus, in denen diese Geräte zur Übertragung von Newslettern verwendet wurden. Oder vielleicht haben Sie Computer aus den 1970er Jahren mit dem Teletyp ASR33 als Terminal gesehen. Der größte Teil der Terminologie für die serielle Schnittstelle in modernen Computern stammt aus der Zeit der Teletypen: Start- und Stoppbits, Baudrate, TTY und sogar die Break-Taste. Teletypen wussten auch, wie man Zeichen von Lochbändern mit 5-Bit-Codierung schreibt und liest [2] .


"Teletyp wird für immer bleiben." Das Foto zeigt ein Lochband für die 5-Bit-Codierung, das von Teletypen verwendet wird. Bild von 1945 BuShips Electron .

Teletypen erschienen in den frühen 1900er Jahren. In dieser vorelektronischen Ära wurden die Auswahl, Serialisierung und das Drucken von Zeichen durch den Einsatz komplexer elektromechanischer Geräte erreicht: Elektromagnete, Schalter, Hebel, Zahnräder und Nockenmechanismen. Durch Drücken einer Taste in einem Teletyp wurden bestimmte Schalter geschlossen, die einem Symbol zugeordnet sind. Ein motorisierter Verteiler serialisierte diesen Satz von Bits für die Drahtübertragung. Auf der Empfangsseite wandelten die Elektromagnete die empfangenen Datenbits in die Bewegungen der mechanischen selektiven Stege um. Die Bewegung der Grate bildet eine Kombination von Aussparungen, die dem angenommenen Symbol entsprechen, und fällt mit dem typischen Hebel zusammen, der dem Zeichen zugeordnet ist. Als Ergebnis erhalten wir das gedruckte Zeichen [3] .


Partielles Teletypmodell 19

Stromschleife

Teletypen kommunizieren über eine 60-mA-Stromschleife miteinander: Das Vorhandensein von Strom in der Schaltung gibt den Wert „Marker“ an (Teletyp wird jeweils mit Lochstempel gestanzt), und wenn der Stromfluss unterbrochen wird, erhalten wir einen Wert namens „Leerzeichen“. Jedes Zeichen wird in sieben Bits übertragen: Startbit, 5 Datenbits und Stoppbit. Wenn Sie jemals serielle Geräte auf Ihrem PC verwendet haben, wissen Sie, dass es Teletypen sind, die die Konzepte von Start- und Stoppbits eingeführt haben. Und die Baudrate wurde nach dem Erfinder der 5-Bit-Codierung - Emil Bodo - benannt . Das REC-30-Netzteil gab 900 mA bei 120 V DC aus, was ausreicht, um 15 Teletypen mit Strom zu versorgen.

Vielleicht fragen Sie sich, warum Teletypen anstelle dieser seltsamen Stromschleife einfach keine Spannungspegel verwendet haben? Der Hauptgrund ist, dass es beim Senden von Signalen per Kabel an eine andere Stadt aufgrund eines Spannungsabfalls entlang des Pfades sehr schwierig ist, herauszufinden, wie hoch die resultierende Spannung an diesem Ende sein wird. Wenn Sie jedoch 60 mA senden, empfängt der Empfänger dieselben 60 mA (wenn natürlich kein Kurzschluss vorliegt) [4] . Ein großer Strom ist erforderlich, um Elektromagnete und Relais in Teletypen anzutreiben. In Zukunft verwendeten Teletypen häufiger eine 20-mA-Stromschleife anstelle von 60 mA.

Warum ein Schaltnetzteil verwenden?

Es gibt verschiedene Möglichkeiten, eine stabilisierende Stromquelle zu entwickeln. Das einfachste und offensichtlichste ist das lineare Netzteil, das auf Lampen oder Transistoren aufgebaut ist, um die Spannung zu stabilisieren. Das Netzteil verhält sich wie ein variabler Widerstand und senkt die Eingangsspannung auf den erforderlichen Ausgangspegel. Das Problem bei linearen Netzteilen besteht darin, dass sie im Prinzip nicht sehr effizient sind, da überschüssige Spannung in Wärme umgewandelt wird, die niemand benötigt.

In der Tat schalten modernere Netzteile um. Sie schalten sich mit hoher Frequenz ein und aus und bringen so die durchschnittliche Spannung auf den gewünschten Ausgangspegel. Da das Schaltelement (ob es aktiv ist oder nicht) keinen so hohen Widerstand wie eine lineare Stromversorgung aufweist, verbrauchen Impulseinheiten vergeblich viel Energie. Außerdem sind sie normalerweise viel kleiner und leichter, aber es ist offensichtlich, dass die Entwickler von REC-30 diesem Kanon nicht gefolgt sind (seine Breite beträgt mehr als 60 cm) [5] . Die meisten Netzteile, die Ihre Aufmerksamkeit auf sich ziehen, sind gepulst - vom Aufladen des Telefons bis zur Stromversorgung Ihres Computers. Impulsstromversorgungen wurden in den 1970er Jahren nach der Entwicklung von Hochspannungshalbleitern immer beliebter. Daher ist der REC-30 mit einer Röhrenkomponentenbasis ein sehr ungewöhnliches Exemplar.


Teletyp REC-30 Netzteil in grau lackiertem Gehäuse. Die Stromkabel sind oben. Die Lampen befinden sich rechts hinter der Tür.

Im Inneren des REC-30 Netzteils

Auf dem Foto unten sehen Sie die Hauptkomponenten des Netzteils. Wechselstrom fließt nach links und wird einem großen Spartransformator zugeführt. Ein Spartransformator ist ein spezieller Mehrzwecktransformator mit einer Wicklung, der die Eingangswechselspannung (die zwischen 95 V und 250 V liegen kann) umwandelt [6]. in festen 230V. Aufgrund dessen kann das Netzteil einen großen Bereich von Eingangsspannungen verarbeiten, indem einfach das Kabel an die entsprechende Klemme des Spartransformators angeschlossen wird. Der Ausgang 230 V des Spartransformators wird dem Anodentransformator (Steuerung) zugeführt, der 400 V für Thyratronröhren erzeugt [7] . Sie korrigieren und stabilisieren wiederum die Spannung und wandeln den Wechselstrom in Gleichstrom um. Dann wird der Strom durch Kondensatoren (sie sind auf dem Foto nicht sichtbar) und Induktivitäten (Induktivitäten) gefiltert und schließlich beträgt der Ausgang 120 V DC.


Hauptkomponenten des REC-30

Im Moment lassen wir den Netzschalter selbst weg. Die Umwandlung von Wechselstrom in Gleichstrom in REC-30 erfolgt durch Verwendung eines Vollweggleichrichters und eines Mittelpunkttransformators (Steuertransformator), ungefähr wie in der folgenden Abbildung (anstelle von Dioden werden Thyratronröhren zur Gleichrichtung des Stroms verwendet). Die Transformatorwicklungen geben zwei Sinuskurven gegenphasig aus, so dass wir immer eine positive Phase des Stroms haben, den wir durch eine der Thyratronröhren leiten und der einen pulsierenden Gleichstrom empfängt (mit anderen Worten, die negative Phase des Wechselstroms wird invertiert und ein positives Ausgangssignal wird erhalten). Dann gleicht die Stromversorgung mit Induktivitäten (Drosseln) und Filterkondensatoren die Welligkeit aus und liefert eine gleichmäßige Ausgangsspannung.

Das Schema eines Vollweggleichrichters (in der Mitte), der Wechselstrom (links) in eine pulsierende Konstante (rechts) umwandelt. Bild gehört zu Wdwd , CC BY 3.0 .

Im Gegensatz zu den Dioden im obigen Diagramm können die Thyratronröhren in der Stromversorgung ein- und ausgeschaltet werden, wodurch die Möglichkeit besteht, die Ausgangsspannung zu steuern. Die Hauptidee besteht darin, das Thyratron in eine bestimmte feste Phase des Wechselstromzyklus einzubeziehen, wie in der folgenden Animation. Wenn das Thyratron einen vollen Zyklus enthält, erhalten wir die volle Spannung, wenn ein halber Zyklus eingeschaltet ist, dann die halbe Spannung, und wenn nur ein kleiner Teil des Zyklus, dann hat der Ausgang eine sehr kleine Spannung [8] . Diese Technik wird als Phasensteuerung bezeichnet , da sich das Gerät nur unter einem bestimmten Phasenwinkel einschaltet (z. B. zwischen 0 ° und 180 ° für eine Wechselstrom-Sinuswelle). Eine sehr ähnliche Methode wird in einem herkömmlichen Lichtdimmer verwendet , außer dass sie Halbleitertriacs anstelle von Thyratronröhren verwenden [9]. .


Schema der Phasenregulierung. Der obere Teil der Animation zeigt, welcher Teil des Impulses verwendet wird, und der untere Teil zeigt den Moment, in dem das Thyratron eingeschaltet wird. Das Bild gehört Zureks , CC BY-SA 2.5 .

Die Thyratronröhren des Netzteils ähneln Funkröhren, enthalten jedoch im Gegensatz dazu Argon- und Quecksilberdampf in einem Glaskolben (während in den Funkröhren ein Vakuum aufrechterhalten wird). Die Thyratronröhren bestehen aus drei Komponenten: einem Glühfaden (Kathode), einer Anode und einem Gitter. Ein Glühfaden, ähnlich dem bei herkömmlichen Glühbirnen verwendeten, erwärmt sich und emittiert Elektronen. Eine oben auf der Röhre montierte Anode nimmt diese Elektronen auf und ermöglicht so den Stromfluss von der Kathode zur Anode. Eine zwischen Anode und Kathode angeordnete Referenzelektrode (Gitter) dient dazu, den Elektronenfluss zu blockieren. Wenn Elektronen zur Anode fließen, wird der Quecksilberdampf ionisiert, wodurch das Thyratron geöffnet wird und ein Nebeneffekt in Form eines blauen Lichts entsteht, das Sie auf dem Foto sehen können (aber in gewöhnlichen Funkröhren gibt es einen Elektronenstrom, aber es gibt nichts zu ionisieren). Ionisiertes Quecksilber erzeugt einen hochleitenden Pfad zwischen Kathode und Anode, so dass ein ziemlich starker Strom fließen kann (1,5 A). Sobald Quecksilber ionisiert ist, steuert das Gitter das Thyratron nicht mehr und bleibt offen, bis die Spannung zwischen Anode und Kathode auf Null abfällt. Zu diesem Zeitpunkt fällt die Ionisation ab und die Röhre schaltet sich aus, bis sie wieder in den offenen Zustand übergeht.


Das Netzteil REC-30 für einen Teletyp. Man kann das blaue Leuchten der Thyratronröhren sehen, das orange Leuchten der Neonlampe, die als Spannungsreferenzquelle verwendet wird. Timer und Relais sind oben links sichtbar

Die Spannung am Netz steuert das Thyratron. Die negative Spannung reflektiert negativ geladene Elektronen und behindert so den Elektronenfluss zwischen Kathode und Anode. Wenn jedoch die Spannung an der Anode stark genug wird, überwinden die Elektronen die Abstoßung des Gitters und das Thyratron öffnet sich. Der wichtige Punkt ist, dass je höher die negative Spannung im Netz ist, desto stärker die Abstoßung auftritt und desto höher die zum Öffnen des Thyratrons erforderliche Spannung ist. Somit steuert die Spannung über dem Netz die Phase des Wechselstromzyklus, in dem sich das Thyratron öffnet.

Der Steuerkreis des Netzteils stabilisiert die Ausgangsspannung durch eine Änderung der Netzspannung und steuert die Timings des Thyratrons [10]. . Ich habe das Einstellpotentiometer des Netzteils verwendet, um zu zeigen, wie sich die Spannung beim Ändern der Timings ändert. Ich konnte die Ausgangsspannung (blau auf der Wellenform) im Bereich von 114 V bis 170 V einstellen. Der Stabilisierungskreis regulierte die Netzspannung (rosa) und steuerte durch sie die Thyratron-Timings (blau-grün und gelb) [11]. . Die Wellenform ist etwas knifflig - achten Sie auf die entsprechende Note . Das wichtigste Detail, das zu beachten ist, ist, wie sich die Spitzen der blau-grünen und gelben Kurven mit zunehmender Ausgangsspannung nach links verschieben. Dies bedeutet, dass Thyratrons früher ausgelöst werden.


Durch Ändern der Phase wird die Ausgangsspannung von 130 V auf 170 V geregelt. Gelb und Blaugrün zeigen die Spannung an den Thyratrons an. Pink - Steuersignal steuern. Blau ist die invertierte Ausgangsspannung.

Das Bild unten zeigt die Schaltung des Netzteils REC-30 (das größere ist hier ). Der AC-Eingangsstromkreis ist grün hervorgehoben. Darin stabilisiert der Spartransformator die Eingangsspannung auf 230 V und speist sie dem Steuertransformator zu. Installierte Thyratronröhren haben ein interessantes Merkmal: Sie müssen vor der Verwendung vorgewärmt werden, um sicherzustellen, dass sich Quecksilber in einem gasförmigen Zustand befindet. Aufwärmen mit einem Bimetall- Timer für 20 Sekunden [13] . Die Sekundärseite des Steuertransformators, die eine Spannung von 400 V erzeugt, ist rot markiert, die Thyratron-stabilisierte Spannung ist orange hervorgehoben und die Niederspannung ist blau [14]. . Die Steuerschaltung (unten in der Schaltung) ist etwas komplizierter. Die Steuergitterlampe (Pentode 6J6) versorgt die Thyratron-Netze mit Steuerspannung. Ich steuere, wann sie eingeschaltet werden sollen. Diese Lampe empfängt die Rückkopplungsspannung (Pin 5) über ein Potentiometer (unter Verwendung der Spannungsteilung). Der Lampenausgangspin (Pin 3) stellt die Spannung des Thyratron-Gitters ein und hält so die Ausgangsspannung stabil. Der Spannungsabfall an der Neonlampe ist nahezu konstant, wodurch sie sich als Referenzspannungsquelle verhält und der Kathode der Kontrolllampe (Pin 8) eine feste Spannung verleiht.


Stromversorgungskreis REC-30. Aus irgendeinem unbekannten Grund sind in der Zeichnung Ohm in Kleinbuchstaben (ω) anstelle des üblichen Ω mit Omega markiert

Vergleich mit MacBook Power Supply

Es ist interessant, dieses Netzteil mit einem modernen Netzteil für das MacBook zu vergleichen, um festzustellen, wie viel Schaltnetzteile sich in den letzten 70 Jahren entwickelt haben. Das Netzteil für das Apple MacBook ist mehr oder weniger mit dem REC-30-Netzteil vergleichbar: Es erzeugt 85 W Gleichstrom und wandelt die Eingangsvariable um (für REC-30 beträgt diese Anzeige 108 Watt). Gleichzeitig wiegt das Netzteil des MacBook etwa 280 Gramm, während das Gewicht des REC-30 etwa 45 Kilogramm beträgt. Darüber hinaus ist die Größe sogar deutlich kleiner als 1% der Abmessungen des REC-30, was den unglaublichen Erfolg bei der Miniaturisierung der Elektronik seit den 1940er Jahren deutlich zeigt. Massive Thyratrons zur Schaltleistung wurden durch kompakte MOSFETs ersetzt. Die Widerstände nahmen von der Größe eines Fingers auf Größen ab, die kleiner als ein Reiskorn waren. Moderne Kondensatoren sind kleiner geworden, aber nicht im gleichen Verhältnis wie Widerstände - sie sind eine der größten Ladekomponenten für das MacBook, wie Sie auf dem Foto unten sehen können.


In einem 85-Watt-Netzteil für das Apple MacBook. Trotz seiner geringen Größe ist das Netzteil im Vergleich zum REC-30 wesentlich komplizierter. Es verfügt über eine PFC-Schaltung (Power Factor Correction) zur Verbesserung der Effizienz der Stromleitung. Zahlreiche Sicherheitsfunktionen (für die es sogar einen 16-Bit-Mikrocontroller in der Schaltung gibt!) Überwachen den Status des Netzteils und schalten es im Falle einer Bedrohung oder eines Fehlers aus.

Das Ladegerät des MacBook verlor den größten Teil seines Gewichts, indem es den massiven Spartransformator und den Anodensteuertransformator durch kleine Hochfrequenztransformatoren ersetzte. Das Netzteil des MacBook arbeitet mit Frequenzen, die bis zu 1000-mal höher sind als die des REC-30, wodurch Induktivitäten und Transformatoren viel kleiner werden können. (Ich habe hier einen ausführlicheren Artikel über das Aufladen des MacBook und über die Geschichte der Netzteile hier geschrieben .)

In der folgenden Tabelle habe ich die Unterschiede zwischen dem REC-30 und dem Netzteil des MacBook zusammengefasst.

	REC-30	MacBook 85W
Gewicht	47,4 kg	0,27 kg
Abmessungen	64,5 cm x 20,3 cm x 27,9 cm (36,5 Liter)	7,9 cm x 7,9 cm x 2,9 cm (0,18 Liter)
AC-Eingang	95-250 V, 25-60 Hz	100-240 V, 50-60 Hz
Ausgangsstrom	108 W, 120 V DC bei 0,9 A.	85 W, 18,5 V DC bei 4,6 A.
Leerlauf (unechter) Energieverbrauch	60W	weniger als 0,1 W.
Schadstoffe	Quecksilber, Bleilot, möglicherweise Asbestdrahtisolierung	Nein ( RoHS- zertifiziert)
Externe Verwaltung	Bimetall-Timer und Relais	16-Bit-MSP430-Mikrocontroller
Schaltelemente	Thyratronröhren 323	N-Kanal-Leistungs-11A-MOSFETs
Referenzspannungsquelle	Neonentladungslampe GE NE-42	Bandlücke TSM103 / A.
Schaltsteuerung	Pentode 6F6	Resonanzregler L6599
Schaltfrequenz	120Hz	ungefähr 500 kHz

Ich habe die Ausgabequalität des REC-30 gemessen (im Bild unten). Das Netzteil erzeugt ein viel besseres Signal als ich erwartet hatte - eine Welligkeit von nur 200 mV (Wellen auf einer blauen horizontalen Linie), was sehr nahe am Niveau der Geräte von Apple liegt. Auf der Wellenform sehen Sie jedoch auch schmale Bursts (vertikale Linien) von etwa 8 Volt, die beim Schalten von Thyratrons auftreten. Diese Spannungsspitzen sind im Vergleich zum Netzteil von Apple recht groß, aber immer noch viel geringer als bei billigen Ladegeräten .


Das Ausgangssignal des REC-30-Netzteils. Sie sehen eine leichte Welligkeit und platzen beim Umschalten.

Fazit

Das REC-30-Netzteil erzeugt mehr als 100 Watt Gleichstrom für den Teletyp. Der in den 1940er Jahren erschienene REC-30 war ein extrem frühes Schaltnetzteil, das Quecksilber-Thyratron-Röhren für eine höhere Effizienz verwendete. Für ein 100-W-Netzteil war es ungeheuer groß: Das Gewicht betrug mehr als 45 Kilogramm. Ein vergleichbares modernes Netzteil ist mehr als 100-mal kompakter und leichter. Trotz seines Alters funktionierte das Netzteil einwandfrei, wie Sie im Video von Mark sehen können. Darüber hinaus sieht der Prozess selbst sehr schön aus - blaues Leuchten von Thyratrons und Orange von einer großen Neonlampe.



Vielen Dank an Carl Claunch und Marc Verdiell für ihre Arbeit mit diesem Netzteil!

Anmerkungen

1. Die erste Erwähnung der Einführung von Teletypen für die Marine erfolgte ab September 1945 in BuShips Electron . Die Entwicklung eines Funkteletyps (RTTY), der typischerweise Frequenzumtastung (FSK) verwendet, hat die Verwendung von Teletypen für die Bedürfnisse der Marine ermöglicht. Zunächst benutzte die Flotte Funkfernschreiber, um Küstenstationen miteinander zu verbinden, und begann erst dann, sie auf Schiffen einzusetzen. Der Hauptvorteil des Teletyps war die Geschwindigkeit: Er war viermal schneller als das manuelle Senden einer Nachricht per Funk an einen Betreiber. Außerdem könnten Nachrichten auf Lochstreifen automatisch kopiert und weitergeleitet werden. Der Teletyp könnte in kryptografische Geräte wie SIGTOT integriert werden , die auf einem Kryptosystem aus Einweg-Notebooks basieren. Sie können mehr über Teletypen des Zweiten Weltkriegs lesen.hier . ↑

2. In den 1870er Jahren erfand Emile Bodo einen nach ihm benannten 5-Bit-Code. Ein weiterer 5-Bit-Code wurde 1901 von Donald Murray erstellt und als ITA-2 (CCITT-2) standardisiert. Beide Codierungsschemata sehen willkürlich aus - die Zeichen scheinen zufällig verteilt zu sein. Der ursprüngliche Bodo-Code war jedoch auch ein Gray-Code, und der Murray-Code wurde optimiert, um weniger Perforationen für die häufigsten Zeichen zu erzielen und dadurch den Verschleiß der Mechanismen zu verringern. 5-Bit-Codes waren bis zur Standardisierung von ASCII in den 1960er Jahren relevant, bei der die alphabetische und binäre Reihenfolge der Zeichen übereinstimmt. ↑

3. Weitere Informationen zur Funktionsweise des Teletyps finden Sie hier . Darüber hinaus gibt es ein noch umfangreicheres Dokument - Fundamentals of Telegraphy (Teletypewriter) , Technisches Handbuch der Armee TM 11-655, 1954. Zeichnungen zum REC-30 können hier heruntergeladen werden , und die Dokumentation hier . ↑

4. Beachten Sie, dass im Gegensatz zu einem auf Spannungsmessung basierenden System die Komponenten der Stromschleife, wie der Name schon sagt, eine topologische Schleife bilden müssen, damit Strom durch sie fließen kann. Wenn ein Gerät vom Stromkreis ausgeschlossen wird, wird die Schleife unterbrochen, wenn kein Mechanismus zum Schließen der Schleife vorhanden ist. Infolgedessen enthält das Fernschreibkommunikationssystem viele Steckdosen, die beim Ausschalten der Komponente geschlossen werden, damit die Stromschleife weiter funktioniert. ↑

5. Der Hauptgrund dafür, dass der REC-30 im Vergleich zu modernen Schaltnetzteilen so groß und schwer ist, ist, dass die Pulsfrequenz nur 60 Hz beträgt, während moderne Netzteile mit einer Frequenz von mehreren zehn Kilohertz arbeiten. Da die EMF eines Transformators proportional zu seiner Betriebsfrequenz ist, können Hochfrequenztransformatoren viel kleiner sein als Niederfrequenztransformatoren ( mehr ). ↑

6. REC-30 kann mit einem weiten Bereich von Eingangsspannungen (95, 105, 115, 125, 190, 210, 230, 250 Volt Wechselstrom) und Strom verschiedener Frequenzen (25, 40, 50 und 60 Hz) betrieben werden. Moderne Schaltnetzteile passen sich automatisch an die Eingangsspannung an. Für den REC-30 muss jedoch ein Kontakt an die entsprechende Klemme des Spartransformators angeschlossen werden, um die Eingangsspannung zu ändern. Sie mögen die Frequenz bei 25 Hz für den Eingangsstrom des Netzteils sehr seltsam finden, aber viele Regionen der Vereinigten Staaten verwendeten in den 1900er Jahren 25 Hertz Leistung. Insbesondere die Niagarafälle erzeugten aufgrund der Konstruktionsmerkmale der Turbinen einen elektrischen Strom von 25 Hz. Im Jahr 1919 lag mehr als 2/3 der Energieerzeugung in New York bei einer Frequenz von 25 Hz, und in Buffalo wurde erst 1952 begonnen, 60 Hz-Strom in größeren Mengen als 25 Hz zu verbrauchen.Aufgrund der Beliebtheit des 25-Hz-Stroms konnten viele IBM-Puncher des frühen 20. Jahrhunderts mit 25 Hertz (mehr Details ). ↑

7. Die Trennung des AC-Eingangs vom DC-Ausgang ist ein wichtiges Sicherheitselement bei den meisten Netzteilen, einschließlich Ladegeräten, Computer-Netzteilen und dem betreffenden REC-30. Diese Isolierung verhindert einen starken elektrischen Schlag bei Kontakt mit den Ausgangskontakten. Für REC-30 spielt der Anodentransformator eine entscheidende Rolle als Isolator. Beachten Sie, dass der Spartransformator keinen Isolationsschutz bietet, da er nur eine Hauptwicklung hat und das Berühren seines Ausgangs dem Berühren des Eingangswechselstroms entspricht. Der Rest der Schaltung ist ordentlich ausgelegt, so dass kein direkter Pfad zwischen Eingang und Ausgang besteht: Das Steuersystem befindet sich vollständig auf der Sekundärseite, das Thyratronfilament wird von einer vom Spartransformator isolierten Wicklung gespeist.und Relais isolieren den Timer. Darüber hinaus erfolgt der 120-V-Ausgang per Push-Pull, anstatt einen der Kontakte zu erden. Dies bedeutet, dass Sie zwei Kontakte gleichzeitig greifen müssen, um einen elektrischen Schlag zu erhalten. ↑

8. Moderne Schaltnetzteile verwenden PWM-Schaltungen (Pulsweitenmodulation), um die Leistung mit einer Frequenz von tausendmal pro Sekunde zu schalten. Dies ermöglicht ihnen eine viel kleinere Größe und ein gleichmäßigeres Ausgangssignal im Vergleich zu Netzteilen, die nur einmal in einem Wechselstromzyklus schalten. Gleichzeitig benötigen sie ein viel komplexeres Managementsystem. ↑

9. Das moderne Festkörperäquivalent von Thyratrons ist ein Siliziumgleichrichter , der auch als SCR oder Thyristor bezeichnet wird (eine Kombination der Wörter „Thyratron“ und „Transistor“). SCR hat vier Halbleiterschichten (im Vergleich zu einer 2-Schicht-Diode und einem 3-Schicht-Transistor). Genau wie ein Thyratron ist der SCR ausgeschaltet, bis ein Strom an die Steuerelektrode angelegt wird. SCR bleibt eingeschaltet und wirkt als Diode, bis die Spannung auf 0 abfällt (genau genommen, bis der fließende Strom kleiner als der Haltestrom wird). Ein Triac ist ein Halbleiterelement, das dem SCR sehr ähnlich ist, mit der Ausnahme, dass es Strom in beide Richtungen überträgt, was es in Wechselstromkreisen bequemer macht. ↑

10. Anfangs glaubte ich, dass Thyratrons mit zunehmender Last für längere Zeiträume geöffnet sein würden, um mehr Strom abzugeben. Nachdem ich das Oszilloskop angeschlossen und das Verhalten von Thyratrons unter verschiedenen Belastungen untersucht hatte, bemerkte ich jedoch keine Phasenverschiebung. Es stellte sich heraus, dass dies das erwartete Verhalten ist: Der Transformator erzeugt unabhängig von der Last eine im Allgemeinen konstante Spannung. Somit bleiben die Thyratron-Timings während Laständerungen konstant und der Transformator erzeugt einfach mehr Strom. In diesem Video können Sie feststellen, wie sich das Thyratron-Leuchten mit zunehmender Stromstärke ändert. ↑

11. Unter geringer Last kann das Netzteil manchmal sogar den Wechselstromzyklus vollständig überspringen, anstatt die Thyratrons in der Mitte zu schalten. Visuell kann dies als Flackern von Thyratrons anstelle eines konstanten Glühens beobachtet werden. Ich bin mir nicht sicher, ob dies ein Fehler oder eine Funktion ist. ↑

12. Auf der Wellenform geben die gelben und blaugrünen Linien die Spannung bei zwei Thyratrons an. Der flache Teil der Leitungen (in diesem Moment beträgt die Spannungsdifferenz ungefähr Null) bedeutet, dass in diesem Moment das Thyratron eingeschaltet ist. Die Thyratronröhren sind asymmetrisch, und daher wird diejenige, an die das gelbe Signal angeschlossen ist, normalerweise später eingeschaltet (visuell können Sie beobachten, wie ein Thyratron heller leuchtet als das andere). Die rosa Linie ist die Spannung des Steuergitters. Beachten Sie, dass es ansteigt, um die Ausgangsspannung zu erhöhen, und dass diese Erhöhung dazu führt, dass die Thyratrons früher feuern. Der vertikale Ausbruch der rosa Linie ist nur ein Rauschen aufgrund der Auslösung von Thyratrons. Die blaue Linie unten ist die Ausgangsspannung (invertiert: Die Leitung fällt mit zunehmender Spannung ab).

Für mich ist das Rätsel, warum immer mindestens ein Thyratron funktioniert - entweder die gelbe oder die blaugrüne Linie ist immer bei Null. Ich würde erwarten, eine Lücke zwischen der Nullspannung an einem Thyratron und dem Moment zu sehen, in dem sich das zweite öffnet. Ich vermute, dass große Induktoren eine negative Ladung an der Kathode induzieren. Selbst wenn die Anode selbst negativ ist, ist die Potentialdifferenz zwischen der Kathode und der Anode immer noch positiv. ↑

13. Eine Verzögerung von 20 Sekunden vor dem Einschalten der Mobilteile wird durch einen Timer und ein Relais erreicht. Der Timer verwendet eine Bimetallplatte mit einer Heizung. Wenn Sie die Stromversorgung einschalten, wird die Kathode sofort
mit Strom versorgt, um die Röhren aufzuwärmen. Gleichzeitig erwärmt die Heizung im Timer die Bimetallplatte und irgendwann biegt sich die Platte so weit, dass die Kontakte geschlossen und die Röhren mit Strom versorgt werden. Gleichzeitig wird das Relais aktiviert und schließt wiederum auch die Kontakte. ↑

14. Die mit den Kathoden verbundene Kette ist etwas schwierig, da das Thyratronfilament sowohl als Röhrenheizung als auch direkt als Kathoden verwendet wird. Sie werden vom Spartransformator mit 2,5 V gespeist. Da Kathoden auch Filamente in Thyratrons sind, erzeugen sie selbst die Ausgangsspannung und sind mit der hohen Seite des Ausgangssignals verbunden. Um die Erfüllung beider Aufgaben zu gewährleisten, legt die geteilte Wicklung des Spartransformators eine Spannung von 2,5 V an das Filament an, lässt aber gleichzeitig die Ausgangsspannung direkt durch. Beide Thyratrons verbrauchen insgesamt nur 35 W nur ​​für Glühlampen. Wie Sie sehen können, verbraucht die Heizung viel Energie und es wird viel Wärme freigesetzt, wodurch die Vorteile einer Schaltstromversorgung in gewisser Weise zunichte gemacht werden. ↑