Kezdjük talán egy régebbi, nagyrészt Ge anyagú félvezetőből felépített FOK-Gyem TR-9253 készülékkel.

Az akkoriban elérhető Ge alapú félvezetők legfőbb problémája azok nagy hőfokfüggése volt. Minden tranzisztornak a bázisárama (vezérlőárama) 2 összetevőből áll:

• egyrészt van, amit mi, szándékosan juttatunk a félvezetőre,
• és van egy Icb0-nak hívott vezérelhetetlen része, mely a hőfok emelkedésével akkorára is nőhet, hogy az eszköz vezérlését teljesen átveszi, és további melegedésre kényszeríti, vagyis a tranzisztor „megfut”, és tönkremegy.

Ennek elkerülésére a kimenő áramot szét kellett osztani több áteresztő tranzisztor között, hogy egy-egy elemen minél kevesebb hő keletkezzen, amit gondosan kialakított hűtéssel tovább próbáltak csökkenteni. 2,5 A-hez nem kevesebb, mint 8 db ASZ1018-as Ge áteresztőt (T12-19) használtak fel (a később fejlesztett Si tranzisztoros verzióban a 3A-re növelt kimenő áramhoz egyetlen 2N3055-ös tranzisztort kellett beépíteni).

Lássuk a részletes működést.

A hálózati oldalon található fixen bekötött vezeték biztosítókon, és feszültségválasztó egységen keresztül jut a hálózati trafó primer oldalára.  A szekunder oldalon látható a főáramköri tekercs, melynek a két végén megcsapolások találhatók. A 0-10-20 V-os átkapcsolóra a nagyobb lépésekben szabályzó megcsapolások vannak kötve, míg a V-onként szabályzó ágban a kisebb léptékű megcsapolások. Míg a 0-10-20V-hoz 2 megcsapolás tartozik, a tekercsvéggel együtt ez 3 féle feszültséget biztosít az egyenirányító diódahíd részére, a V-onként szabályzó kapcsolóra csak 4 megcsapolás megy, így a véggel együtt 5 tekercskivezetés 2 V-onként kerül átkapcsolásra. Miért is van erre szükség? A tápegység kimenetén beállított feszültség egy nagyobb feszültségből van előállítva, amit az áteresztők mindig a beállított értéken tartanak. A különbség rajtuk esik. Ez áramértéktől függően melegedést okoz. Mivel P=UxI, ezért a fogyasztó által meghatározott I hatása a melegedésre annál kisebb, minél kisebb az U. Értelemszerűen az egyenirányítás, és szűrés után a feszültség a terhelés hatására csökken, értékét úgy kell meghatározni, hogy teljes névleges terhelés hatására (és a hálózati feszültség tűrésen belüli csökkenése) után is legyen elegendő tartaléka a tranzisztorok jó működéséhez, ez általában 6-7 V, többre nincs szükségünk. Ez 2,5 A esetén 17,5 W, ez 8 felé szétosztva már csak 2,2 W, amit egy Ge félvezető is - kellően nagy hűtőfelülettel - biztonsággal tud kezelni.

Lássuk, mi az a probléma, amit a tervezőknek meg kellett még oldani?

Ma elvárás, ha elérjük a határáramot, az áram növekedése álljon meg, illetve a feszültség olyan értéket vegyen fel, ami az adott (túl)terhelésen éppen a határáramot hajtja keresztül. Ez rövidzár esetén 0 V, vagyis a beállított (esetünkben legyen 30 V) feszültségtől legalább 7 V-al magasabb (37 V), 2,5 A áram mellett. Ez esetben a tranzisztoroknak 92,5 W-ot kéne elfűteniük. Ezt az akkori félvezetők még 8 példányban sem tudták tartósan. A terhelést ilyen esetben rövid időn belül le kellett kapcsolni, ami az áteresztők lezárásával történt. Ez az állapot egész addig fennmaradt, amíg a RESET gombbal alaphelyzetbe nem állítottuk, ennek hatására a kimeneten újra megjelent a feszültség, ha a terhelés a korláton belül volt.  Ezzel el is jutottunk egy fontos információhoz, nevezetesen, hogy tápegységünk csak feszültséggenerátoros üzemmódban képes dolgozni, túlterhelés hatására kikapcsol, amit nekünk kell visszaállítani. Kényelmesebb azért, mintha minden esetben egy üvegcsöves biztosítót kéne cserélgetni, de adott esetben akár kényelmetlen is lehet, ha a határáram környezetében van a terhelés, vagy néha-néha zárlat keletkezik.

Most pedig elemezzük ki a működés apró részleteit.

A kapcsolási rajzon balról látható a hálózati transzformátor, a felső szekunder tekercse, amit a feszültségszabályzó Jackley tárcsák kapcsolnak a kimenő, és a puffer-kondenzátorok feszültségeinek összehangolása érdekében. Felül középen a 8 áteresztő tranzisztor található,  a transzformátor alsó szimmetrikus tekercséről táplált T9 vezérli őket emitterkövető kapcsolásban. Láthatjuk azt is, hogy a tervezők itt a hibajel-erősítő stabilizált feszültségétől független, jól terhelhető tápforrást alkalmaztak, hogy az áteresztők jelentős bázisáram-igényét ne a precíz áramköri tápforrásból vezessék el, itt a pontosságnak már nincs jelentősége. Egyúttal azt is elmondhatjuk, hogy a segéd-tápfeszültségek testpontja közös, illetve a negatív kivezetéshez van kötve. Így tápegységünk ún. lebegő kapcsolású, mert a segédfeszültségek (és vele együtt a hibajel-erősítő, és a referencia) is a negatív ág aktuális feszültségén van.  Az áteresztőktől jobbra a feszültség-beállító kapcsolók által kapcsolt ellenállás-hálózatot találjuk. Itt azt figyelhetjük meg, hogy az 1 V-os kapcsolónál 250 Ohm-os ellenállások vannak, a 10 V-osoknál 10X-es, 2500 Ohm, míg a tized V-oknál 25 Ohm. Ebből következik, hogy I=U/R=1/250= 4 mA-es áram folyik normál üzemben. A lánc a pozitív pontról indul, ellensúlyozva a kétszeresen stabilizált negatív referenciafeszültségről beállított elemekkel (R39, R40, P3). E két feszültség eredője kerül a kétszeres differenciál-erősítő egyik bemenetére (T2 bázis), míg aT1 bázisa egy előre beállított 0V feszültségre (R11-14, P2). A differenciál erősítő az T1-T2 bázisai közé 0 V-ot akar szabályozni, az áteresztőket ennek megfelelően vezérli. Nézzünk egy példát: A kimenőfeszültség terhelésnövekedés miatt csökken, ekkor T2 bázisa 0 V alá csökken. A T2 nyit (ugyanekkor T1 zár). T4 bázisán a feszültség is kevéssé negatív, de az T4-et nyitásba vezényli (ez NPN tranzisztor). Kollektorán negatív irányba tolódik a feszültség, így a meghajtót nyitja, az meg az áteresztőket, ezzel próbálja visszaállítani az eredeti állapotokat. Ha a lánc értékét 0-ig szabályozzuk, a pozitív kivezetésnek 0 V-nak kell lennie, hiszen ilyenkor közvetlenül a T2 bázisával van összeköttetésben, ahova mindig 0 V-ot szabályoz az áramkör.

A pozitív ágban található az A-mérő, ill. egy izzó, amik megfelelő ellenállásokkal söntölve vannak. Az izzó alacsony feszültségű típus, és a túláram-egység F0 fotodiódájával van egy színesfém kapszulában (hogy a szellőzőnyílásokon beszűrődő környezeti fényhatásokat kizárják). Ez azért szükséges, mert ez a fotodióda indítja a bistabil kör billenését, oly módon, hogy a T6-ost kinyitja, annak kollektorfeszültsége leesik, T7 lezár, mert a T6-on átfolyó áram az R37-esen a T7 emitterét megemeli (emittercsatolt bistabil multivibrátor). A T7 kollektorfeszültsége negatív lesz, ezáltal nyitja egyrészt az R34-esen keresztül T8-at, ez bekapcsolja a RESET lámpát, másrészt nyitja a T5-öst, ami T3 bázisát lehúzza testre, T3 nyit, így a T4-es lezár, nem ad meghajtó-áramot a T9-es tranzisztornak, végeredményben a T12-19 áteresztők is lezárnak, a kimenetről eltűnik a feszültség. A DC off kapcsoló villamosan párhuzamos a T5-tel, tehát ugyanazon módon szűnik meg a kimenő feszültség annak bekapcsolásakor (csak még az R42 100 Ohm-os ellenállást is ráteszi a kimenetre). A RESET megnyomásakor (a kikapcsolódás után csak kb 5 sec múlva lesz hatásos) lezáró impulzust küld a T6 felé, ami a folyamatot visszafelé indítja el (kinyitnak az áteresztők).
A későbbiekben azért komoly törekvés folyt az izzólámpás túlterhelés-védelem korszerűbbé tételére. Itt is felhasználtak 4 tranzisztort, tehát egyszerűnek nem mondható az egység, működése lassú, pontatlan, és a hosszútávú stabilitása - elsősorban az izzólámpa miatt – nem jó. Időnként ellenőrzésre, beszabályozásra szorul. Az izzó tönkremenetele a túl áram-védelem kiesését okozza, ilyenkor marad a jól méretezett hálózati biztosító.

A feszültség nagy stabilitását az adja, hogy a hibajel erősítő pozitív tápfeszültsége Z diódával van stabilizálva (a túl áram billenőköri tápfeszültség szintén), míg a negatív ág T10-11, és D12-vel felépített áteresztő-tranzisztoros stabilizátorról van ellátva. A referenciafeszültség ebből a stabilizált feszültségről ellátott Z-diódás (D14) stabilizátorral van előállítva.

A kimeneten fordított polaritás elleni dióda van, illetve vele párhuzamosan kis értékű kondenzátor a magasabb frekvenciákon csökkenti a dinamikus kimenő-ellenállást. A C14 kondenzátor az ellenállás- láncot hidalja át, hogy a bemenetre (T2 bázisa) biztosan rákerüljenek az elnyomásra szánt zajok akkor is, ha a lánc több tagból áll, így nagyobb ellenállást képvisel. A maga korában tehát ez egy jó készülék volt, még a ’80-as években dolgoztam vele. Természetesen ebbe a dobozba „csomagoltak” 7 V-tól 200 V-os tartományig tápegységeket, de ki lehetett jelenteni, hogy legfeljebb 100 W körüli teljesítményre számíthattunk, egy 18 kg körüli készüléktől az nem egy jó érték.