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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA RA leve e poderoso. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Amplificadores de potência a transistor Introdução Este artigo se concentrará em um amplificador de potência (PA) sem transformador de potência. Tais RAs no ambiente de rádio amador são chamados de "sem transformador" (o termo, na minha opinião, não é totalmente preciso - existe apenas um transformador de potência, e os transformadores de HF são comumente usados), e são cercados por preconceitos persistentes sobre seus perigo. Esses preconceitos surgiram por dois motivos reais: - de acordo com o princípio aprendido na escola: "Tudo o que tem contato galvânico com a rede é perigoso!" (Observe que este princípio é muitas vezes mal compreendido); - o primeiro RA sem transformador descrito em [1] pode de fato ser perigoso sob certas condições. Os preconceitos que se fortaleceram nessa base não puderam mais abalar publicações posteriores sobre RAs sem transformador [2,3,4], nas quais o problema de desacoplamento da rede (e, consequentemente, segurança) foi resolvido. Para ser honesto, não sei se este artigo será capaz de dissipar o mito sobre o perigo do RA sem transformador. Não há problemas técnicos (qualquer leitor imparcial que tenha paciência de ler o artigo até o final ficará convencido disso), mas a psicologia permanece ... Leitores que estão confiantes no perigo de RA sem um grande transformador de potência, por favor acreditem (por enquanto, de boca em boca) que o desacoplamento da rede de um amplificador de potência tão bem projetado não é pior (e você pode fazer ainda melhor ) do que a de um transformador convencional. Espero que depois de ler o artigo, você verá que este é realmente o caso. Isolamento de rede Primeiramente, lembremos que o termo "acoplamento galvânico" significa conexão em corrente contínua: diretamente, através de um resistor, diodo, enrolamento do transformador, etc. Por que a conexão galvânica do gabinete RA e todos os seus conectores (exceto a rede, é claro) com uma rede de 220 V é perigosa? Talvez alta voltagem? Talvez 220 V pareça uma voltagem muito alta para alguém, mas não para uma onda curta. De fato, nas lâmpadas RA com um transformador de rede, são usadas tensões alternadas muitas vezes maiores, e a fonte dessa alta tensão - o enrolamento do ânodo de alta tensão - é conectada ao gabinete diretamente ou através dos diodos da ponte retificadora. E - ninguém tem medo disso, porque realmente não representa um perigo. De fato, o perigo da conexão galvânica com a rede do gabinete do dispositivo e todos os seus conectores, paradoxalmente, é que um dos fios da rede (zero) está conectado ao terra. E, portanto, através da condutividade da terra, piso, sapatos, etc. - SEMPRE LIGADO GALVANICAMENTE AO CORPO HUMANO. É fácil entender o que vai acontecer com tal circuito do RA, quando o segundo fio da rede (fase) pode estar no corpo do aparelho - uma pessoa toca no corpo do aparelho fecha o circuito (o segundo fio da rede - terra, não esqueça, já está conectado à pessoa). No mínimo, um choque elétrico é garantido. A situação será ainda pior se o fio de fase da rede tiver um contato galvânico com um dos conectores PA. Quando um dispositivo normalmente aterrado (antena, transceptor ou computador) é conectado a este conector, uma corrente de curto-circuito da rede elétrica fluirá através do dispositivo conectado a este conector. Você terá muita sorte se o fusível principal queimar primeiro, e não o transceptor ou o computador. Assim, não é permitida uma ligação galvânica com a rede da caixa do PA e todos os seus conectores. Mesmo que, como em [1], usemos o fato de que um dos fios da rede é o terra, e lidemos com a “polaridade” de conectar o plug PA à rede usando um dispositivo de partida, o amplificador [1] é completamente seguro apenas enquanto tudo estiver funcionando bem. Mas vale a pena interromper a operação do dispositivo de partida (por exemplo, os contatos do relé estão presos) e inserir o plugue no soquete na "polaridade" errada - todos os problemas descritos acima são garantidos. Mas a situação é realmente tão desesperadamente ruim e é melhor não ter nenhum contato com a rede? Vamos tentar descobrir. Espero que ninguém seja contra (em termos de segurança) a comutação de fontes de alimentação, que são amplamente utilizadas em TVs, computadores, etc.? Isso é ótimo, desde que você não precise de mais. Portanto, você não se importa que um contato galvânico com a rede possa ter um filtro de ruído de rede, um retificador, um gerador de alta frequência. Por exemplo, a Fig. 1 mostra um diagrama simplificado de uma fonte chaveada, onde linhas grossas mostram circuitos e nós que têm contato galvânico com a rede (e, portanto, são perigosos), e linhas finas mostram circuitos seguros isolados da rede.
Da mesma forma, os circuitos conectados galvanicamente à rede serão mostrados em todas as figuras subsequentes. Voltemos à Fig.1. Os circuitos de saída da fonte são separados galvanicamente da rede por um transformador de RF à base de ferrite - o isolamento neste circuito é muito bom. Mas existe outro circuito para comunicação com a rede (mas não galvânico, mas capacitivo) - são capacitores de filtro de ruído C1, C2 conectados ao chassi. Ressalto mais uma vez - a conexão do chassi do dispositivo com a rede através desses capacitores (ou melhor, através de um deles - aquele que está conectado ao fio de fase da rede) é muito fraco, e não galvânico, mas capacitivo! Em qualquer transformador RA bem feito, os capacitores de filtro de ruído também são instalados nos fios da rede. Por exemplo, a Fig. 2 mostra um fragmento do circuito do amplificador "Alpha 91 b", que é amplamente utilizado entre os radioamadores estrangeiros, onde os capacitores com capacidade de 0,022 μF são soldados dos terminais do conector de rede no chassi mesmo antes do interruptor de alimentação.
Assim, em esquemas profissionais conhecidos, são usadas as seguintes soluções (comprovadas e seguras). 1. Contato galvânico com a rede do filtro de ruído, retificador, gerador de alta frequência. 2. Conexão de ambos os fios (incluindo a fase mais perigosa) da rede com o chassi através de um capacitor com capacidade de 0,01 ... 0,047 μF. 3. Desacoplamento com transformadores de alta frequência em ferrite. Agora vamos para a próxima seção. Análise comparativa de RA sem transformador conhecido Excluindo da consideração o circuito [1], que possui um contato galvânico entre o chassi e a rede, vamos nos voltar para aqueles RAs sem transformador em que há desacoplamento da rede tanto do chassi do amplificador quanto de seus circuitos de entrada/saída que atende todas as normas de segurança. Vamos começar com o design UA1FA em duas lâmpadas 6P45S [2]. Um transformador de RF é usado no circuito de entrada, o que garante um perfeito isolamento galvânico. O circuito de saída (já após o P-loop) também é desacoplado por um transformador de RF, mas não é nada fácil fazer um transformador de banda larga de alta qualidade (1,9 ... 30 MHz) para alta potência. Além disso, é necessário um caro núcleo de ferrite de tamanho considerável. No entanto, as ferrites (especialmente as domésticas) funcionam muito mal para uma carga com reatividade e, nas bordas do alcance, qualquer antena, mesmo uma combinada, apresenta reatividade perceptível. Se você usar algum tipo de LW com uma ROE de 7 ... 8, o transformador de ferrite de saída funcionará de forma completamente ineficiente. Na minha opinião, neste projeto não valeu a pena se esforçar para instalar um transformador de saída a todo custo, porque existem outras maneiras de desacoplar o circuito de saída (veja abaixo para mais detalhes). Além disso, no circuito ainda há uma conexão capacitiva entre o fio de fase da rede e o chassi - um filtro de surto é instalado no projeto, semelhante à Fig. 2. Não é muito conveniente que as partes do circuito P também tenham contato galvânico com a rede - isso leva à necessidade de isolá-las do chassi e usar eixos e botões de ajuste isolados. Além disso, a potência de saída de 1 W especificada em [400] sem sobrecarregar as lâmpadas só pode ser obtida no modo de pico de curto prazo. Com radiação contínua, as lâmpadas ficarão sobrecarregadas e a confiabilidade do amplificador diminuirá visivelmente. De fato, em Pout=400 W, a potência de entrada deve ser de pelo menos 700 W, portanto, Prass=300 W - 150 W no ânodo de cada lâmpada. Isso é mais de três vezes a sobrecarga de energia. Na minha opinião, em nós críticos como RA, você não deve usar elementos que excedam seus parâmetros de passaporte. Tendo salvado o leitor dos cálculos, direi que a sobrecarga de corrente anódica das lâmpadas é quase dupla. Passemos agora a um projeto posterior - o amplificador RV3LE [3] em uma lâmpada GU-29. Este é um design bem equilibrado para 75...100 watts de potência de saída. Como em [2], um transformador de ferrite é usado na entrada. Um transformador de ferrite também é usado na saída (com tal potência é pequeno e, ao contrário de [2], é conectado entre os ânodos das lâmpadas e o circuito P). Isso resolve dois problemas de uma vez - exclui a operação do transformador para reatividade e permite o uso de um P-loop convencional com KPI aterrado no chassi. Mas esta solução de circuito, infelizmente, dá origem a outro problema - o transformador opera com altos valores de resistência(unidades de kilo-ohms) e, portanto, tem um bloqueio inevitável na resposta de frequência nas faixas de alta frequência. Como em [2], a lâmpada está sobrecarregada, mas para ser justo, notamos que é muito menos - uma vez e meia, tanto em termos de dissipação de energia no ânodo quanto na corrente do ânodo. Além disso, em RA [3] não há filtro de supressão de ruído na rede, então é bem possível que sinais de RF entrem na rede elétrica. A última construção em nossa revisão é RA6LFQ [4]. Três GU50s em um circuito com grades comuns fornecem cerca de 200 watts de potência de saída. Aqui, é usado um princípio de desacoplamento da rede diferente do que em [2, 3] - a conexão de partes do amplificador galvanicamente conectadas à rede com o chassi e os conectores de entrada/saída por meio de pequenos capacitores. Nas frequências de rádio, esses capacitores estão praticamente se separando e, para uma frequência de rede de 50 Hz, eles representam uma resistência muito grande (consulte o ponto 2 na seção anterior). Neste projeto, na luta pela pureza da ideia sem transformador, não há transformadores. Embora, na minha opinião, um transformador de filamento possa ser instalado, em qualquer caso, as dimensões do transformador de filamento não são maiores que um capacitor de papel 10 μF x 400 V, através do qual a tensão do filamento é fornecida em [4]. Na entrada do amplificador, o desacoplamento da rede é realizado por um capacitor de 1000 pF x 2 kV, na saída - conectando o fio comum do amplificador ao chassi através de um capacitor de 2200 pF x 2 kV. Devido à ausência de transformadores de ferrite, alguns problemas de correspondência e transmissão de alta potência podem ser evitados. No entanto, se no circuito de saída com uma resistência de carga anódica de várias centenas de ohms, um capacitor de 2200 pF é usado praticamente como um capacitor de isolamento (sua reatância na frequência de 1,8 MHz é de 40 Ohms - menos de 1/10 da resistência de carga ), então com uma resistência de entrada do amplificador de 50 Ohm, a capacitância do capacitor de isolamento de 1000 pF é pequena (em 1,8 MHz, sua resistência é de 80 Ohms - quase o dobro da resistência de entrada de RA). Parece que é um problema - basta aumentar a capacitância desse capacitor. Mas nem tudo é tão simples, e mais sobre isso na próxima seção. Novamente sobre a dissociação da rede Já falamos sobre a conexão galvânica com a rede. Mas, além do galvânico, existe também o capacitivo. No final, não importa de que maneira a tensão da rede entra no gabinete RA. Para uma discussão mais aprofundada, apresentamos para qualquer dispositivo alimentado por uma rede CA um parâmetro como uma corrente de fuga com uma frequência de 50 Hz entre a caixa não aterrada do dispositivo e um bom aterramento elétrico - IUT50. Para medição IUT50 monte o circuito mostrado na Fig.3.
Todos os conectores RA (entrada, saída, controle), exceto a rede, estão em curto com o gabinete. Um resistor Re = 30 kOhm é incluído entre a caixa do amplificador e o terra (o valor é bastante arbitrário e corresponde aproximadamente à resistência do corpo humano). A corrente que flui através de Re será IUT50, e a queda de tensão neste resistor UUT50 corresponderá à voltagem aplicada ao corpo de uma pessoa bem aterrada (por exemplo, de pé com os pés descalços molhados em um piso de metal, Oi!) quando ela toca o corpo de um RA não aterrado. Para medições corretas, escolha tal posição do plugue na tomada quando euUT50 máximo. É claro que durante o trabalho real no ar, o gabinete RA deve ser aterrado, e não tanto por questões de segurança elétrica, mas pelo funcionamento normal das antenas e exclusão de TVI. Mas para uma definição correta de IUT50 tomamos deliberadamente o pior caso - a falta de fundamentação do caso RA. Vamos ver por quais correntes penetro no corpoUT50, e compare diferentes designs para este indicador. 1. Em um RA convencional com transformador de potência, a corrente lUT50 flui através de dois circuitos paralelos - através de um dos capacitores de entrada do filtro de supressão de ruído (aquele conectado à fase, Fig. 2) e a capacitância de entrelaçamento do transformador de potência. Este último é geralmente negligenciado e não é muito pequeno. Portanto, para um transformador de potência com Rgab = 1.6 kW (para alimentar o RA em GU74B), essa capacitância era de 1200 pF (tnx EW1EA), para um transformador com Pgab = 500 W (para RA em três GU50) - cerca de 500 pF. Para cálculos adicionais, é útil saber que um capacitor de 1000 pF conectado entre a fase e a caixa RA fornece IUT50\u0,06d XNUMX mA e, consequentemente, UUT50\u1.8d XNUMX V. Então, devido à capacitância do enrolamento, eu fluiUT50\u0,03d 0,08 ... 2 mA, e devido ao capacitor de filtro (Fig. 0,01) com seu valor de 0,047..0,6 μF - 2,8 ... XNUMX mA. Geral IUT50\u0,6d 0,29b ... XNUMX mA, que corresponde a UUT50\u19,8d 87..5 V. Esses são valores bastante grandes. No entanto, ninguém está surpreso que o gabinete sem aterramento de qualquer dispositivo com um filtro de ruído praticamente "morde". A propósito, na fonte de alimentação do transformador industrial B7-0,1, são usados capacitores de filtro de linha de XNUMX microfarad! Ao mesmo tempo euUT50=6mA, um UUT50=150V! Quem trabalha com esses blocos sabe que tipo de choque elétrico pode ser recebido de sua caixa não aterrada. Conclusão: amplificadores de potência com transformador de potência têm uma conexão capacitiva perceptível com a rede, que é determinada principalmente pelo capacitor do filtro de supressão de ruído da rede e, em segundo lugar, pela capacitância de enrolamento do transformador de potência. 2. Um dispositivo com fonte de alimentação chaveada (um aparelho de TV, por exemplo) também é conectado à rede através de um capacitor de filtro de ruído (Fig. 1). Aqueles que desejam verificar a existência de tal conexão podem conectar uma antena com aterramento externo a uma TV em uma sala escura. A faísca que salta entre o conector da antena e o conector da TV quando conectado deve convencer. Valores IUT50 e vocêUT50são basicamente os mesmos do parágrafo anterior. A capacitância entre enrolamentos do transformador de ferrite de alta frequência de saída é pequena e pode ser desprezada. 3. Passemos ao PA UA1FA [2]. A capacitância entre enrolamentos dos transformadores de ferrite de entrada e saída é muito pequena. vocêUT50 completamente determinado pelos capacitores do filtro de linha com capacidade de 0,022 uF. EUUT50=1.3 mA; vocêUT50\u40d XNUMX V. Como você pode ver, os parâmetros não são piores que os de um transformador convencional RA. 4. PA RV3LE [3]. Absolutamente dissociado da rede, euUT50 praticamente ausente. Foi precisamente este circuito que eu tinha em mente quando disse na introdução que o isolamento da rede de um RA sem transformador pode ser ainda melhor do que o de um transformador. As capacitâncias dos transformadores de entrada e saída são muito pequenas e não há filtro de ruído da rede. Ao instalar o filtro de acordo com o esquema da Fig. 2 IUT50 será o mesmo que em [2]. 5. No PA RA6LFQ [4] I flui através de dois capacitores - entrada 1000 pF e saída 2200 pF. Total 3300 pF, IUT50=0,2 mA e UUT50=6 V. Muito bom desacoplamento, mas já foi apontado que a capacitância de entrada de 1000 pF é pequena para um isolamento no caminho de entrada de 50 ohms. Se for aumentado para o necessário 0,015 ... 0,022 μF, então Iut50 aumentará para 1 ... 1.3 mA e Uut50 para 30 ... 40 V. Isso, no entanto, é bastante aceitável e corresponde a qualquer transformador RA e projetos [2,3, 4]. Neste RA, um filtro de ruído de rede diferente é usado (Fig. 1). Devido à presença de bobinas L2, L2, interferência de RF vindo do RA para a rede, suprime ainda melhor do que o filtro mais simples da Fig. 4. Uma vantagem muito importante do filtro da Fig. XNUMX é a ausência de contato com o chassi, por isso não conduz corrente IUT50.
Em projetos sem transformador do PA, apenas esses filtros de supressão de ruído devem ser usados. Fonte de alimentação do circuito anódico Todos os RA [1, 2, 3, 4] têm uma desvantagem comum - dobrar a tensão da rede é usado para alimentar o ânodo. Como resultado, a tensão resultante de 580 ... 600 V não é suficiente para alimentar um poderoso amplificador valvulado. É necessário "acelerar" a corrente anódica para os valores limitantes do passaporte (e na maioria dos casos muito além deles). O resultado é a redução da vida útil da lâmpada. No entanto, as potências de saída obtidas não são impressionantes - 100...200 W (o que significa que o PA[2] funciona sem muita sobrecarga). Além disso, a baixa tensão do ânodo Ea leva a um baixo ganho de potência do amplificador, que, em um pino de potência de entrada constante, é diretamente proporcional a Ea. Em geral, Ea precisa ser aumentado. A conclusão sugere-se - se duplicar não for suficiente, é necessário triplicar ou quadruplicar a tensão da rede. Mas aqui nos deparamos com outro preconceito de que os multiplicadores de tensão são adequados apenas para pequenas correntes e têm uma grande resistência interna e, consequentemente, uma grande queda de tensão (“drawdown”) sob carga. O autor deste artigo compartilhou essa opinião por muito tempo, mas depois, literalmente na mesa, montando o circuito mostrado na Fig. 5, ele recebeu resultados que convenceram o contrário. Diodos D248B foram usados e, para o primeiro experimento - seis capacitores K50-31 100,0 uF x 350 V.
Cinco lâmpadas incandescentes de 220 V/40 W conectadas em série foram usadas como resistência de carga. Nestas condições, foram obtidos os seguintes parâmetros: - tensão de circuito aberto Exx - 1220V; - tensão na carga 200 W En - 1100V; - amplitude das ondulações a uma carga de 200W Upulse - 50V. Aqueles. O "rebaixamento" da tensão é de apenas 10% e a ondulação é de 5%. Isso é melhor do que muitas fontes de alimentação de transformadores. Quando o mesmo circuito é carregado com cinco lâmpadas 220 V / 60 W En \u1050d 80 V e Upulse \u200d 300 V. Parâmetros também muito bons. Ao mesmo tempo, uma fonte de alimentação de 300 ... XNUMX W pesava cerca de XNUMX g! No experimento seguinte, com os mesmos diodos, foram usados seis capacitores de 220,0 uF x 350 V (de fontes de televisão). A carga também foram lâmpadas incandescentes com potência total de 600 watts. Exx, é claro, não mudou, En=1100B, Upulse=65B. Assim, usando o circuito da Fig. 5, é possível fazer fontes de alimentação para Ea = 1100 V com potência de 200 ... 300 W (ao usar capacitores 100,0 x 350 V), 500 ... 600 W (a 220,0 x 350 C) e até 1000 ... 1200 W (a 440,0 x 350 V - ou seja, cada um dos seis capacitores é composto por dois 220,0 x 350 V). Tais parâmetros permitem o uso de tais fontes de alimentação com muitas lâmpadas, tanto em uma única conexão quanto em paralelo: 3xGU50 em la=0,4...0,5 A e Öout=250... ...300W; 4хГ811 em Ia=0,6...0,65 A e Рout=300... ...350 W; 2(3) GI7B em Ia=0,6...0,7 (0,9...1)A e Pout=400(600)W. Em geral, você pode escolher a opção apropriada, se desejar. Aliás, RA [5] utiliza um triplicador de tensão CA de 500 V (do enrolamento secundário de um transformador de potência) para obter uma tensão anódica de 2100 V. Assim, o uso de multiplicadores de tensão é uma prática comum. A pergunta é frequentemente feita: "Como é que os capacitores eletrolíticos polares C1, C2 estão conectados diretamente à rede de corrente alternada? Uma tensão alternada é aplicada a eles, uma corrente alternada flui através deles e eles explodem!". Não, isso não vai acontecer. Não haverá tensão CA em C1 e C2, porque circuitos de rede - VD2-C1 e rede - VD3-C2 são retificadores de meia onda comuns, portanto, a tensão de polaridade reversa não é aplicada a C1 ou C2. Se você conectar um osciloscópio diretamente a C1 (ou C2), poderá ver uma tensão constante de 300 V com amplitude de ondulação de 15 ... 20 V. A corrente alternada (e significativa - até vários amperes) fluirá naturalmente através de C1 e C2, mas estes são o modo passaporte. Lembre-se de que em muitos ULFs transistorizados, há um capacitor eletrolítico de separação de capacidade considerável na saída, através do qual uma corrente alternada de LF flui para o alto-falante, medida em amplificadores potentes por amperes. Sem transformador, quadruplicado Levando em consideração todos os itens acima, é proposto um amplificador de potência sem transformador com uma quadruplicação da tensão de rede, cujo diagrama um tanto simplificado é mostrado na Fig. 6. Por exemplo, um triodo é mostrado conectado de acordo com um circuito de grade comum, o que, no entanto, não é nada importante - pode ser um tetrodo, um pentodo e um circuito de cátodo comum (a tensão da tela pode ser facilmente obtida por um estabilizador conectado ao ponto médio dos capacitores de saída quádrupla - a tensão neste ponto é de +600 V em relação ao cátodo).
As seguintes características são fundamentais no circuito da Fig. 6: - tensão anódica - 1200... 1100 V (tensão de rede quádrupla); - alimentação do sinal de entrada - através de um transformador de ferrite de banda larga (SHPT); - fornecendo o sinal de saída ao circuito P - através de dois capacitores de isolação C1 e C2 de 2000 pF x 2 kV cada. É conveniente aplicar o sinal de entrada através do SPT, pois: - ao contrário de [4], onde é usado um capacitor de desacoplamento, a capacitância entre enrolamentos do SHPT é extremamente pequena e, portanto, não contribui para a corrente IUT50; - ShPT trabalha em carga constante sem reatividade - impedância de entrada RA; - ShPT substitui o choke catódico e também (alterando o número de voltas, ou seja, a relação de transformação) pode ser usado para combinar a impedância de entrada do amplificador com o driver. O sinal de RF da lâmpada para o P-loop é alimentado através de dois capacitores de desacoplamento: C1 separa Ea da extremidade quente do P-loop e C2 fornece desacoplamento pela rede de 50 Hz, fechando o eletrodo comum da lâmpada (grid neste caso) com o chassi do amplificador. Este método de transmissão de sinal (sem o transformador de ferrite usado em [2,3]) permite passar qualquer potência, trabalhar com cargas reativas e eliminar bloqueios na resposta de frequência do circuito de saída. Como em todas as figuras anteriores, na Fig. 6 os circuitos conectados galvanicamente à rede são destacados com linhas grossas, e os desacoplados da rede são mostrados com espessura normal. O circuito da Fig. 6 também pode ser considerado como uma fonte de alimentação chaveada ligeiramente modificada. De fato, o retificador e o gerador de alta frequência (lâmpada) estão diretamente conectados à tensão da rede. Só que neste caso não é um auto-oscilador, mas um gerador com excitação externa através da entrada SPT (nos livros antigos sobre tecnologia de transmissão, os amplificadores de potência eram chamados assim - geradores com excitação externa). O sinal de saída do gerador não é levado através de um transformador de ferrite, como em uma fonte chaveada, mas através dos capacitores C1, C2. Tal decisão é bastante lógica, porque a frequência mais baixa do gerador (1,8 MHz) é mais de 30000 vezes maior que a frequência da rede, e as resistências dos capacitores C1, C2 nessas frequências diferem pelo mesmo fator. Outra diferença entre o circuito da Fig. 6 e uma fonte de alimentação de comutação convencional é que o gerador não opera em uma chave, mas em um modo linear (envelope), de modo que a eficiência de converter a tensão da rede em um sinal de RF (em outros palavras, a eficiência do amplificador) não é 85%...90% e 55...60%. A saída inclui um P-loop convencional. A corrente de fuga da rede para o caso do circuito da Fig. 6 (ao usar o filtro de ruído de acordo com o circuito da Fig. 4) é determinada apenas pelo capacitor C2 e é IUT50=0,12 mA, enquanto UUT50= 3,6 V. Isso é melhor do que muitos transformadores RAs. Alguns requisitos para detalhes do circuito. Os diodos devem ser projetados para Uobr>600 V e uma corrente média de pelo menos 4Ia_max. A corrente de sobrecarga de impulso permissível dos diodos deve ser 2...3 vezes mais. KD202R, D248B são bem adequados. Os capacitores da fonte de alimentação devem ser >350 V, sua capacitância deve ser de pelo menos 100 uF para cada 250 mA de corrente anódica. Os capacitores C1 e C2 são escolhidos de modo que na frequência de operação mais baixa sua reatância seja menor que 1/10 Roe da malha P. Para Roe>500 Ohm, C1 e C2 de 2000 pF são suficientes. A tensão em C1 e C2 não excede 900 V, mas como eles fornecem segurança elétrica, faz sentido levá-los com uma grande margem - em 2 kV ou mais. Do ponto de vista da segurança, os requisitos para tensão de ruptura C1 e C2 são os mesmos de um transformador de potência convencional para tensão de ruptura entre os enrolamentos principais e secundários. Os circuitos do cátodo e da rede podem ter um potencial de até 900 V em relação ao chassi (se estiver aterrado). Assim, a isolação desses circuitos, a isolação entre enrolamentos da entrada SHPT (basta usar o fio MGTF 0,5) e a isolação entre enrolamentos do transformador incandescente (qualquer TP unificado é adequado) devem ser calculadas para este valor. Passamos agora à descrição de esquemas práticos. Estágio de saída do transceptor A Figura 7 mostra um diagrama de circuito do amplificador final do transceptor com potência de saída de 100 ... 200 W. Não se apresse em sorrir com ceticismo, argumentando que os PAs de transistor têm sido usados há muito tempo para obter tal poder, e uma chamada para retornar às lâmpadas está impressa aqui. Em primeiro lugar, o autor sabe da existência do transistor RA. Ele mesmo os desenvolveu e os explorou por vários anos. Em segundo lugar, vamos comparar um transistor push-pull RA típico com uma potência de saída de 100 W com uma lâmpada RA de mesma potência (Fig. 7) em termos de parâmetros principais.
1. Confiabilidade. Aqui, o tubo RA está além da concorrência. Quantas vezes existem transistores com Ppac = 350 W e resistência a sobrecargas de impulso de dez vezes? E para GI7B, esses são parâmetros típicos. Não há necessidade de falar sobre o trabalho em uma carga com alta ROE e resistência a cargas estáticas na antena - o tubo RA praticamente não requer nenhum sistema de proteção. 2. Coeficiente de transferência de potência. Aproximadamente o mesmo para ambos os esquemas - cerca de 10. 3. Coordenação com a carga. O p-loop na saída da lâmpada RA garante a coordenação com quase qualquer carga. Em um transistor RA, para esse fim, após o filtro passa-baixa de saída, você precisará usar um dispositivo de correspondência separado. 4. Dimensões. Um transistor (mesmo um par em um estágio push-pull) é, obviamente, menor que uma lâmpada. Mas se você instalá-los em um radiador, essa diferença desaparece. O fato é que o radiador da lâmpada pode ter uma temperatura de 140 ... 150 ° C, para transistores uma temperatura tão alta é inaceitável. De fato, a potência emitida pelo radiador para o ambiente é diretamente proporcional tanto à área do radiador quanto à diferença de temperatura entre ele e o ambiente. Portanto, um dissipador de calor mais quente da lâmpada libera calor com mais eficiência e, portanto, para dissipar a mesma potência, o dissipador de calor dos transistores deve ser maior que o dissipador de calor do ânodo da lâmpada. 5. Eficiência. À primeira vista, a lâmpada deve perder - a potência no circuito do filamento é perdida inutilmente e, para o GI7B, isso é muito - 25 watts. Mas vamos contar. A eficiência de um transistor push-pull RA é de 40% na melhor das hipóteses (tanto de acordo com [6] quanto de acordo com medições práticas dos parâmetros de transceptores importados). Para lâmpada RA, levando em consideração as perdas no circuito P, a eficiência no circuito anódico é de 50 ... 60%, ou seja, em Рout=100 W, Рsubv será 180...200 W. Mesmo que 25 W sejam adicionados aqui no circuito do filamento, a eficiência geral será de 45% ... 50%, ou seja, superior ao do transistor RA. 6. Preço. Obviamente, se você comprar uma lâmpada e transistores a preços de fábrica, a lâmpada custará mais. Mas se, falando praticamente, nos voltarmos para os preços do mercado de rádio, um par de transistores poderosos de alta frequência não será mais barato, mas provavelmente mais caro que uma lâmpada. 7. Peso. Quanto ao amplificador em si, tudo o que foi dito no parágrafo 4 sobre as dimensões é verdade aqui. A fonte de alimentação para um transistor RA deve fornecer mais de 250 W de potência de saída, a potência total de seu transformador de potência (incluindo perdas no estabilizador) deve ser de pelo menos 300 W. Em geral, o peso de tal bloco é superior a kg. O peso da fonte de alimentação (filtro de rede + quad + transformador incandescente) do amplificador de potência mostrado na Fig. 7 é de pouco mais de 1 kg. Com transceptores totalmente transistorizados (incluindo importados, especialmente modelos antigos sem sintonizador embutido), é obtida uma situação bastante paradoxal. O transceptor em si é pequeno, leve e bonito. Mas para trabalhar no ar em antenas reais, é necessário colocar um sintonizador de antena e uma fonte de alimentação por perto (duas vezes o tamanho e o peso do próprio transceptor). A este respeito, o RA mostrado na Fig. 7 não requer nenhum dispositivo adicional - inclui uma fonte de alimentação e um circuito de correspondência de antena. Passemos agora ao diagrama do circuito (Fig. 7). Diodos VD1 ... VD4 e capacitores eletrolíticos C3 ... C8 - quadruplicador de tensão de rede. C1, L1, C2 - filtro de ruído da rede. A chave de três posições S1 e o resistor limitador de corrente R1 são elementos de um sistema de dois estágios para ligar e reduzir a corrente de inrush quando ligado. T1 é um transformador atrevido. C9 - bloqueio de radiofrequência da fonte de energia anódica. C12, C13 - divisão por HF e desacoplamento pela rede. Ldr - estrangulamento anódico. O VD5 fornece o deslocamento inicial da lâmpada. C10, C11 - bloqueando em HF.T2- transformador de isolamento de entrada. C14, C15, C16, L3, L4 são os elementos usuais da saída P-loop. A comutação RX-TX para a lâmpada não é fornecida, a corrente inicial é de 5 ... 10 mA e a dissipação de energia no ânodo em pausas e no modo de recepção é pequena - 6 ... 11 W. Se você precisar travar a lâmpada no modo de recepção, basta conectar um resistor de 5 kΩ (ou um diodo zener D100 com qualquer índice de letras) em série com o VD817 e fechá-lo com os contatos do relé RX / TX ao mudar para transmissão. Detalhes C1, C2 - tipo K73-17 para uma tensão de pelo menos 400 V, C3 ... C8-K50-31.K50.27, K50-29 (capacitores do tipo K50-35 são melhores para não usar por causa de sua baixa confiabilidade); C9, C12, C13 - KSO-11, K15-U1 para uma tensão de pelo menos 2 kV e C12 e C13 - para potência reativa de pelo menos potência de saída PA; C10, C11-KM-5 ou similar; C15, C17 - K15-U1 para potência reativa de no mínimo 10 vezes a potência de saída do RA; C16 - KPI integrado de receptores de transistor. O C14 é feito de um KPE padrão 2x12/495 pF afinando as placas do rotor e do estator através de uma, seguido da centralização das seções do estator soldando sua fixação à base do KPI. L1 - indutor de filtro de interferência, contém 2x20 voltas de um fio de rede em um anel de ferrite da marca 2000NN de tamanhos adequados. Os projetos do ânodo choke L-dr e bobinas do P-loop L3, L4 foram descritos repetidamente na literatura [7,8]. T1 - qualquer um com bom isolamento entre os enrolamentos, por exemplo da série TN, serve. O núcleo T2 consiste em dois tubos de ferrite adjacentes, cada um dos quais é colado a partir de três anéis 400NN K10x5x5. Os enrolamentos conectados à lâmpada contêm 2x4 voltas de fio MGTF 0,5. O número de voltas e o desenho do enrolamento primário T2 dependem do tipo de driver e de sua impedância de saída. Se o enrolamento primário contiver 4 voltas, então Rin será de 100 ohms; se 2, então Rin - 25 Ohm. O enrolamento primário do autor contém 1 + 1 voltas de fio MGTF 0,5 e é conectado diretamente aos coletores dos transistores do driver com suas saídas, e a tensão de alimentação do driver é aplicada à saída do meio. Ressalto mais uma vez que o enrolamento primário T2 deve ser bem isolado. Se houver necessidade de introduzir ALC, então o sinal pode ser removido do enrolamento adicional enrolando-o em torno de T2, como é feito no transceptor RA3AO. projeto Os detalhes do P-loop estão localizados no painel frontal do transceptor. Atrás deles está uma lâmpada horizontal. O compartimento de saída (ânodo da lâmpada, C12, Ldr, U-loop) é separado por uma tela em forma de U aterrada. A lâmpada é fixada ao radiador anódico com ressaltos de fluoroplástico em parafusos autorroscantes. Se for necessário substituir a lâmpada, ela é desparafusada do radiador do ânodo, que é fixado "de uma vez por todas". Na tela em forma de U, foi feito um furo com diâmetro de 6 ... 8 mm maior que o diâmetro de saída da grade da lâmpada (para evitar que a grade se feche no corpo). Uma placa de duralumínio de 70x70 mm, isolada do chassi, é colocada na saída da grade. Através de quatro espaçadores de PTFE, a placa é fixada no verso da tela em forma de U. Um capacitor C13 é colocado entre esta placa e a tela. Atrás da lâmpada (perto do painel traseiro) há um transformador T1 atrevido. C10, C11 são montados nos terminais da lâmpada e T1. O transformador T2 está localizado no suporte sob a saída do cátodo da lâmpada. Todas as partes da fonte de alimentação, incluindo R1 e VD5 (com um pequeno dissipador de calor), são colocadas em uma placa de fibra de vidro separada. A placa deve ser posicionada de forma a excluir o aquecimento C3 ... C8 da lâmpada VL1. Com um layout denso, pode ser necessário instalar telas térmicas, por exemplo, de amianto fino colado em fibra de vidro. Descobertas Neste circuito, a lâmpada "oscila" facilmente até a corrente Ia=200...250 mA no Pin=8...12 W (2xKT913V). Com um driver mais potente, você pode obter Ia = 0,38 ... 0,4 A. No entanto, para o transceptor é recomendável limitar a corrente a Ia = 200 mA e, portanto, Pout = 100 W. Com tanta potência, a lâmpada pode funcionar sem explodir mesmo com radiação contínua (FM, por exemplo) - resulta um transceptor muito confortável que não "uiva" o ventilador bem na frente do operador. Além disso, a potência de 100 W é suficiente para "construir" quase qualquer RA, bem como para o trabalho diário no ar. Se você usar o RA de acordo com o esquema da Fig. 7 como externo, então em Pin = 40 W dá Ia = 0,38 ... 0,4 A e Pout = 190 ... 220 W (claro, ao usar forçado resfriamento do ânodo). RA em três GU50 Difundido entre os radioamadores do CIS RA em três lâmpadas GU50 em Ea = 1100 V, verifica-se que não precisa de um transformador de potência! O diagrama do circuito praticamente coincide com o mostrado na Fig. 7, bastando apenas aumentar a potência R1 para 5 ... 10 W, as capacitâncias C3 ... C8 para 220 microfarads, e o circuito catódico deve ser feito de acordo com com a Fig. 8.
O transformador T2 tem igual número de espiras nos enrolamentos primário e secundário. Se T2 for construído conforme descrito na seção anterior, deve conter três espiras em cada enrolamento. Neste projeto, o T2 também pode ser enrolado da seguinte forma em um anel de ferrite 400 ... 600 NN com um diâmetro externo de 20 ... 32 mm com um cabo coaxial fino para enrolar 8 ... 12 voltas. o cabo forma o enrolamento secundário e a trança forma o primário. Claro, você pode enrolar T2 com um par trançado de fios MGTF. De qualquer forma, não se esqueça da qualidade do isolamento dos enrolamentos T2. RA em dois (três) GI7B O esquema praticamente coincide com o esquema da Fig.7. As diferenças são as seguintes: as capacidades C3 ... C8 para duas lâmpadas devem ser de 330 microfarads (para três - 470 microfarads ou 2x220 microfarads); o valor de R1 deve ser reduzido para 180 ... 240 Ohms, e sua potência aumentada para 10 ... 20 W, em vez de VD5, um transistor analógico de um poderoso diodo zener deve ser ligado (Fig. 9).
O VT1 deve ser instalado em um dissipador de calor isolado do chassi e permitir uma dissipação de potência de 15 W (para três lâmpadas - 25 W). T2 tem o mesmo número de voltas em todos os enrolamentos. Ao escolher um núcleo para T2, deve-se levar em consideração que o componente de corrente contínua dos cátodos das lâmpadas polarizará o núcleo. O circuito P deve ser projetado para Roe = 800..900 Ohm (para três lâmpadas - 500 ... 600 Ohm). Para duas lâmpadas em Pin=45...50 W, a corrente do ânodo atinge 0,75...0,8A (Pout=400 W). Para três lâmpadas em Pin=70...75 W a corrente do ânodo atinge 1...1,1 A (Pout=600 W). projeto O chassi principal aterrado está localizado horizontalmente a aproximadamente 50...60 mm da parte inferior. Um orifício quadrado de 14x14 cm é recortado no chassi no local onde as lâmpadas são instaladas. As lâmpadas são instaladas verticalmente e são fixadas com grampos pela saída da grade a uma placa quadrada de 16x16 cm (dimensões aproximadas, dependendo do número de lâmpadas e seu layout). Esta placa com lâmpadas fixadas a ela é instalada acima do orifício no chassi e é fixada a ela por meio de juntas isolantes de fluoroplástico. C13 é instalado entre a placa e o chassi. Em caso de auto-excitação ou operação instável, o PA C13 é melhor feito como um conjunto de vários capacitores (com capacidade total de 2000 pF), colocando-os ao redor do perímetro da placa com lâmpadas. As lâmpadas são sopradas pelo ar de exaustão da seguinte forma: os ventiladores são selecionados (de acordo com o número de lâmpadas) com diâmetro igual ou ligeiramente maior que os diâmetros dos radiadores de ânodo, os ventiladores são fixados na tampa superior do RA (orifícios são cortados sob eles) exatamente opostos às lâmpadas. Os dutos de ar cilíndricos são enrolados de 2 a 3 camadas de fibra de vidro (você terá que estratificar uma peça de tamanho adequado). Para evitar o desenrolamento, as extremidades da fibra de vidro são costuradas com suportes de metal. O diâmetro superior do duto de ar deve corresponder exatamente ao diâmetro externo do ventilador, o inferior deve corresponder ao diâmetro do ânodo da lâmpada (se forem diferentes, o duto de ar é cônico). Como resultado, quando a tampa superior é abaixada, os dutos de ar se encaixam exatamente nos ânodos. Conclusão Portanto, RAs sem transformador não são mais perigosos do que amplificadores com transformador de potência. Para obter tensões anódicas de 600 ... 1100 V, não é necessário um transformador de potência. A complicação ao mudar para energia sem transformador é mínima, e a necessidade de isolar algumas das peças do chassi é improvável que assuste ondas curtas - não são peças semelhantes mais do que suficientes em um amplificador de potência de transformador com alta tensão de ânodo. É um RA sem transformador realmente tão bom que não tem falhas. Claro que tem (como qualquer outro dispositivo). Aqui estão alguns: - inconveniente de ajuste. Se você quiser medir o modo da lâmpada ou examinar os sinais nos circuitos relacionados à rede com um osciloscópio, você deve usar um transformador de isolamento de rede 1:1. No entanto, para um circuito comprovado e elaborado com qualificações suficientes de um radioamador, isso não é necessário; - uso de capacitores eletrolíticos. Em 10-12 anos, eles podem ter que ser substituídos. Em outras questões, as empresas que produzem amplificadores de potência RA não se envergonham disso - na grande maioria dos RAs industriais, são os capacitores eletrolíticos que são usados; - amplificador de potência sem transformador só pode ser alimentado por rede AC; - para obter altas potências de saída (1 kW ou mais), uma tensão anódica de 1,1 kV não é suficiente. No entanto, se você usar uma lâmpada que forneça Ia> 2 A (GS3B, por exemplo), você pode tentar criar tal dispositivo. O autor ainda não testou esta opção. Perguntas e Respostas 1. A segurança do circuito depende da "polaridade" do plugue na rede? Não, não. O isolamento da rede é fornecido em qualquer posição do plugue. As diferenças estão apenas na magnitude da corrente IUT50. Se o "zero" da rede estiver conectado ao fio inferior da rede de acordo com o diagrama (Fig. 7 em N2 / 99), o menos do retificador (grade da lâmpada) estará sob um potencial constante de 600 V relativo para a habitação, e euUT50=0. Se houver uma "fase" neste fio, no menos do retificador (grade da lâmpada) haverá um potencial que varia de 600 a 900 V com uma frequência de 50 Hz. A componente variável deste potencial através de C13 (2000 pF x 2 kV) faz com que o fluxo de IUT50 cerca de 120 uA. Neste caso, UUT50 é apenas alguns volts. 2. O que acontecerá se o gabinete RA não estiver aterrado ou estiver mal aterrado? Em termos de segurança e funcionamento do RA, nada mudará, mas poderão ocorrer problemas com antenas e TVI. (Mais uma vez, lembramos a obrigatoriedade da presença de um sistema de aterramento em uma estação de rádio amador. Nota ed.) 3. Sobre a capacitância dos capacitores da tensão quádrupla. A capacitância mínima necessária de cada um dos seis capacitores de medição pode ser estimada da seguinte forma - sua capacitância em microfarads deve ser igual à potência de saída do RA em watts. Neste caso, o "rebaixamento" da fonte anódica sob carga será de aproximadamente 100 ... 120 V. Naturalmente, capacitores maiores podem ser usados, enquanto o "rebaixamento" será menor. 4. É possível usar um grau maior de multiplicação da tensão da rede em vez de quadruplicar? Teoricamente sim, praticamente não faz muito sentido. O fato é que os capacitores eletrolíticos de alta tensão e alta capacidade não são muito comuns e, se você coletar baterias de capacitores de baixa capacidade com uma tensão operacional de 350 ... 450 V, seu número cresce desproporcionalmente rapidamente. para quadruplicar - seis desses capacitores, para engrenagem - 350, para aumentar - 17 (!). Com esse número de capacitores, a principal vantagem deste RA é perdida - pequeno peso e dimensões. 5. Alguns alternadores importados dão saída não 220 V, mas 110 ... 120 V, o que fazer neste caso? É claro que se você estiver fazendo um conjunto de equipamentos para trabalho de campo, não é muito prático carregar um autotransformador de 110x220 V com você. Existem duas opções. Primeiro: deixe o circuito RA inalterado e se contente com uma tensão anódica de 600 V. Em segundo lugar, monte um multiplicador de tensão por 8, conforme mostrado na Fig. 1 deste artigo. O resultado é uma tensão de 1,1 kV a uma corrente de carga de 1,2 ... 0,35 A (ЗхGU0,4). Observo que, se o gerador produz tensão de 50 V CA, os capacitores C120 e C1 (cada um dos dois K2-50) operam em uma tensão próxima ao limite. O circuito pode ser facilmente religado para funcionar como um quádruplo de uma rede de 7 V. Para fazer isso, basta interromper quatro circuitos com uma chave (os pontos de interrupção são mostrados na Fig. 220 com uma cruz)
6. Por que o RA mostrado na fig. 7, não entrega 200 W à carga? Infelizmente, não me expressei exatamente. A fonte de alimentação RA no circuito mencionado é projetada para apenas 100 W de potência de saída. 7. Como posso obter o sinal ALC ao usar uma fonte de alimentação sem transformador? Infelizmente, os métodos tradicionais para obter um sinal ALC (por corrente de rede, por amplitude de tensão de rede) não são aplicáveis neste caso - a lâmpada é conectada galvanicamente à rede. Somente o sinal no enrolamento do transformador de entrada pode ser monitorado. Bem, não se deve esquecer que qualquer RA não deve ser "bombeado". 8. Sobre o modo de operação da lâmpada e comutação RX/TX. O diodo zener de polarização D7A indicado na Fig. 2 (em N99/816) não fornece corrente inicial suficiente em todas as instâncias de GI7B, pode ser necessário substituir, por exemplo, por D815Zh. Os contatos do relé RX/TX, que comuta o modo de operação da lâmpada, estão (como todo o circuito catódico) sob um potencial de até 900 V em relação à carcaça. A comutação requer um relé que resista a 900 V entre o grupo de contatos e o enrolamento, bem como entre o grupo de contatos e a carcaça do relé. Os relés Reed são absolutamente inadequados - seus contatos "grudam" muito rapidamente. O isolamento óptico resolve fundamentalmente esse problema. Além disso, é necessário usar um optoacoplador caseiro, os integrados industriais não são adequados, porque. sua tensão admissível entre entrada e saída não excede 500 V, e neste caso é necessário >900 V. Uma das opções possíveis é mostrada na Fig.2.
Nos transistores VT2, VT3, é montado um análogo ajustável de um diodo zener. A tensão de estabilização VD2 é usada como referência. Esta tensão é comparada com parte da saída retirada do divisor R3, RP1, R4. A tensão diferencial é amplificada pelo VT2 e controla o poderoso VT3. Quando o fotorresistor RF1 é iluminado pelo LED VD1, a resistência do fotorresistor diminui drasticamente e o divisor R3, RP1 é desviado, os transistores R4 VT2 e VT3 fecham. A tensão de saída sobe para o nível de estabilização VD3 (47V), o que garante um fechamento confiável da lâmpada na recepção. Ao transmitir, VD1 sai, desviado por um transistor aberto VT1, a resistência de RF1 aumenta para várias centenas de kilo-ohms e praticamente deixa de afetar a operação do circuito. A tensão na saída do circuito diminui para o nível definido por RP1 (com as classificações R2, RP3, R1, VD4 indicadas na Fig. 2, é regulada de 11 a 18 V). VD3 - diodo zener protetor. Para reduzir a potência dissipada pelo VT3 (é instalado em um pequeno radiador), um poderoso resistor é instalado em seu coletor. A impedância dinâmica de saída do circuito é inferior a 1 ohm. O fotorresistor RF1 e o LED VD1 são colocados em um tubo preto (bainha de cabo coaxial) a uma distância de 2 .. 3 mm um do outro. O circuito mostrado na Fig. 2 foi projetado para operar no cátodo de uma lâmpada (Imax = 0,35 A). Se for necessária uma corrente máxima maior, é necessário instalar um transistor composto em vez de VT3, por exemplo, KT825, e recalcular o valor e a potência de R7 com base no fato de que na corrente máxima de estabilização, cerca de 7% da a tensão total deve cair em R75 (neste caso, cerca de 10V). 9. Sobre imprecisões na publicação Na Fig. 8 (nº 2/99), as grades da lâmpada GU-50 não devem ficar no corpo, mas sim no fio negativo do retificador. Literatura
Autor: I. Goncharenko (EU1TT); Publicação: N. Bolshakov, rf.atnn.ru
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Comentários sobre o artigo: Alexander Coisas muito interessantes. Muito obrigado ao autor pelo trabalho! Alexandre, US5LCW Gogh Sim amplificador incrível!!! [acima] romance Obrigado ao autor por postar! Li com interesse! Eu costumava ter medo de usar uma fonte de alimentação sem transformador. Li e montei um amplificador quádruplo para três GU-50s. Tudo funciona muito bem. Romano, R3WBK. 73!
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