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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Obstáculos Multiprikativnye de fontes de alimentação secundária. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Comunicações de rádio civis A recepção de rádio é frequentemente acompanhada por um forte fundo de corrente alternada, que pode ser ouvido ao sintonizar a estação de rádio da operadora. Mesmo que não haja portadora, como ao receber sinais SSB, a fala fica distorcida e ininteligível. Os sinais telegráficos assumem um tom rouco. O efeito é especialmente pronunciado em receptores transistorizados com antenas chicote, muitas vezes tornando impossível alimentá-los a partir de uma rede de corrente alternada. O efeito é igualmente evidente durante a transmissão, distorcendo o sinal da estação e expandindo o seu espectro. As razões deste fenômeno e os meios para combatê-lo estão descritos no material proposto. O artigo discute tais transformações de sinais de rádio nas quais, como resultado da passagem de correntes de radiofrequência através dos diodos de uma fonte de alimentação secundária em funcionamento contendo um retificador, ocorre modulação indesejada de sinais de rádio com as frequências harmônicas da rede de alimentação. Este efeito se manifesta mais claramente, por exemplo, quando um receptor de rádio portátil com sinais AM com antena chicote é alimentado por uma rede de corrente alternada por meio de um retificador. O zumbido AC é audível apenas quando o receptor está sintonizado na frequência da estação operacional e não é audível se não houver sinal da estação. A intensidade do fundo aumenta com o aumento do nível do sinal, de modo que o fundo é mais perceptível ao receber estações de rádio locais [1]. Junto com o fundo AC, que se destaca claramente durante as pausas de transmissão, podem ser ouvidas distorções significativas de fala e música. Ao contrário do fundo aditivo, que pode ser causado, por exemplo, por uma filtragem insatisfatória da tensão de alimentação e que é ouvido na saída do receptor independentemente de estar sintonizado em alguma estação ou não, este fundo é justamente denominado multiplicativo fundo (MF) [2], Essa. resultante da multiplicação funcional de oscilações de sinal e ruído. O processo pode ocorrer da seguinte forma: se um pedaço de fio for usado como antena, então o sistema de antena envolvido no processo de recepção inclui inevitavelmente fios de alimentação como contrapeso, nos quais, como no fio da antena, EMF também é induzido sob a influência do campo eletromagnético das radiofrequências da estação de rádio (Fig. 1).
Neste caso, a fonte de alimentação secundária (SPS) atua simultaneamente como modulador do sinal de rádio com fundo de corrente alternada, uma vez que os diodos retificadores estão incluídos no circuito do sistema de antena do receptor (Rx), conforme mostrado na Fig. . 2.
Cada diodo de um retificador funcional é um elemento paramétrico para tensões de radiofrequência relativamente baixas (ou seja, um elemento linear cujos parâmetros mudam significativamente ao longo do tempo com uma frequência de 50 Hz sob a influência de uma tensão relativamente grande do enrolamento secundário do transformador) . A corrente de radiofrequência I no circuito do sistema de antena, que atinge a entrada do receptor, é definida como o produto da tensão útil do sinal nos diodos, proporcional ao EMF induzido no sistema de antena, e a condutividade variável dos diodos. O sinal útil é assim multiplicado pela função de alterar a condutividade dos diodos, recebendo assim a modulação parasita da corrente alternada de fundo. Devido ao fato de que sob a influência de mudanças na tensão reversa quando os diodos são fechados, sua capacitância muda, o sinal geralmente recebe não apenas modulação de amplitude, mas também de fase (frequência) [3]. Fenômenos semelhantes podem ocorrer não apenas durante a recepção, mas também durante a transmissão. Neste caso, a fonte das correntes de radiofrequência nos fios da rede é o transmissor, alimentado pela rede através de um retificador. Um sistema de antena envolvendo fios de rede emite um sinal com fundo de modulação parasita, e esse fundo multiplicativo irá interferir em todos que recebem o sinal de um determinado transmissor. Se uma estação de rádio utiliza a mesma antena nos modos de recepção e transmissão e é alimentada pelo mesmo retificador, então o fundo multiplicativo detectado durante a recepção indica que durante a transmissão também pode haver modulação parasita do sinal pelo fundo. A área de manifestação do efeito em questão não se limita de forma alguma aos equipamentos de rádio portáteis. Em instalações estacionárias com as antenas mais simples, parece que as correntes deveriam fluir através do fio terra, desviando da fonte de energia. Porém, o aterramento neste sentido é de pouca utilidade, pois o aterramento eficaz de alta frequência, como é conhecido em [4, 5], é praticamente impossível. As correntes de radiofrequência de modo comum nos fios da rede podem ser induzidas no modo de transmissão e na presença de uma antena completa (mesmo simétrica) com um alimentador. Isso ocorre quando a própria antena não está suficientemente distante dos fios da rede ou quando há efeito de antena alimentadora [6]. Foi indicado acima que tanto a amplitude quanto a fase (frequência) do sinal estão sujeitas à modulação parasita. Na prática, a modulação de frequência parasita inicial pelo fundo é insignificante, no entanto, se a modulação do sinal recebido (ou transmitido) pelo fundo for mesmo puramente de amplitude, então distorções inevitáveis nas características de frequência do caminho de transmissão-recepção levam a o aparecimento de modulação de frequência pelo fundo e a interferência serão detectadas pelos receptores não apenas de sinais AM, mas também de sinais FM. A interferência multiplicativa considerada leva a uma grave deterioração na qualidade dos sinais de radiodifusão e comunicação. A recepção de sinais telegráficos e de banda lateral única, bem como de sinais de transmissão convencionais, é acompanhada por uma rouquidão característica. Em [2] nota-se que numa TV, um fundo multiplicativo “pode ser uma das razões para o aparecimento de faixas horizontais móveis no ecrã, dentro das quais a imagem enfraqueceu ou aumentou o contraste e o brilho”. Isso acontece ao usar antenas internas simples ou embutidas. Muitas vezes a causa da interferência é a modulação de um sinal de rádio em um retificador conectado à mesma rede, que funcionalmente (e até galvanicamente!) não está conectado ao receptor ou transmissor deste sinal. Uma análise detalhada do ruído multiplicativo é fornecida no livro [3]. Se a influência da interferência aditiva, que é adicionada ao sinal, pode ser enfraquecida pela filtragem, compensação e até mesmo pelo simples aumento do nível do sinal útil, então a maneira mais realista de lidar com a interferência multiplicativa é eliminar suas causas e, em particular, na fonte de energia. Na literatura você pode encontrar várias maneiras de enfraquecer o fundo multiplicativo [1, 2, 7 - 10], entretanto, todas as fontes bibliográficas encontradas abordam o problema apenas de um lado - durante a recepção de rádio. Nosso objetivo não é apenas mostrar que a área de possíveis manifestações negativas das transformações consideradas é um pouco mais ampla, mas também fazer uma avaliação comparativa das possíveis formas de suprimir o MF e fornecer argumentos razoáveis a favor de uma das direções do lutar contra este fenómeno. Um fundo multiplicativo, tanto na transmissão quanto na recepção, ocorre quando duas condições coincidem: a presença de uma conexão significativa entre o receptor (transmissor) e os fios da rede, ou seja, participação perceptível dos fios da rede na operação do sistema de antena e do presença de elementos paramétricos moduladores (diodos retificadores) no circuito do sistema de antena, incluindo o transmissor (receptor). Consequentemente, o combate ao fundo multiplicativo pode ser realizado de pelo menos uma de duas formas, respectivamente: enfraquecendo a ligação entre o transmissor (receptor) e os fios da rede ou enfraquecendo o efeito modulador dos diodos. Qualquer um destes métodos pode ser suficiente para enfraquecer o MF. O método mais popular de suprimir o fundo multiplicativo pertence ao segundo método. Consiste em diodos retificadores de derivação com capacitores [2, 8-10]. O caminho das correntes de RF torna-se mais curto através de capacitores lineares de baixa impedância, em vez de através de diodos, e uma redução significativa de ruído pode ser alcançada com capacitores shunt suficientemente grandes. Desde o final da década de 70, os diodos retificadores de derivação com capacitores têm sido utilizados por muitos fabricantes nacionais e estrangeiros de fontes de alimentação secundárias para equipamentos de rádio. Os capacitores são instalados em retificadores de ponte e de onda completa derivados do meio do enrolamento secundário e até mesmo em retificadores de meia onda. Não conseguimos rastrear a causa raiz ou determinar a finalidade da instalação dos capacitores, mas vários (poucos) comentários encontrados sobre esse assunto indicaram que isso foi feito para “suavizar a interferência de alta frequência proveniente da rede”. Em qualquer caso, o efeito da modulação pela corrente alternada de fundo é visivelmente reduzido. Os capacitores também ajudam a reduzir o ruído de impulso de processos transitórios nos próprios diodos durante a operação do retificador [5]. Outra forma de excluir diodos retificadores do circuito para correntes de radiofrequência de modo comum é mais acessível: você pode simplesmente conectar os fios da rede de alta frequência ao fio comum (caixa) do dispositivo de rádio [1, 7]. Isto é feito, por exemplo, em todos os instrumentos de medição e geradores de sinais sensíveis ao ruído. Ambos os fios da rede são conectados ao corpo do dispositivo com capacitores de 10...100 nf. Neste caso, a caixa não aterrada do dispositivo pode ficar exposta a tensões perigosas, portanto o aterramento de proteção (ou aterramento) da caixa é obrigatório. Observe que como resultado do shunt dos diodos ou do retificador como um todo com capacitores, interferências de vários tipos que penetram tanto do lado da rede (para o receptor) quanto para o lado da rede (do transmissor) não diminuem, mas, em pelo contrário, aumenta, uma vez que a resistência entre eles diminui. Assim, ao enfraquecer o fundo multiplicativo que surge em nosso retificador pelo segundo método, não eliminamos, mas, ao contrário, aumentamos as correntes de radiofrequência nos fios da rede. Resta uma poderosa fonte potencial de interferência - a rede elétrica como parte ativa do sistema de antenas. Desta forma, como mostra a experiência, é quase impossível suprimir eficazmente MF em redes reais na presença de elementos não lineares ou paramétricos em dispositivos vizinhos ligados à mesma rede, em particular dispositivos de alimentação secundária. É muito melhor neste sentido não facilitar o caminho das correntes de radiofrequência através do retificador, mas, pelo contrário, eliminar a causa dessas correntes ou fechar-lhes este caminho, seguindo o primeiro dos métodos acima. Uma maneira é instalar bobinas de desligamento [2]. São conectados ao circuito de potência (primário e/ou secundário) próximo ao objeto (receptor ou transmissor), sem necessitar de intervenção no circuito retificador. As bobinas servem para excluir ou limitar a participação dos fios da rede no sistema de antena de um dispositivo de rádio. Eles protegem o receptor não apenas contra interferências de seu próprio retificador, mas também contra interferências de todos os outros retificadores e outras fontes conectadas à rede. Afinal, a modulação parasita também pode ocorrer nos diodos de um retificador “estrangeiro”. As bobinas nos fios da rede são instaladas em quase todos os receptores de televisão modernos com fontes de alimentação secundárias pulsadas, embora seu objetivo principal seja fechar o caminho para os harmônicos do conversor de frequência e do gerador de varredura horizontal nos fios da rede. Outro método [2] é proteger o enrolamento secundário do transformador de potência do primário. A blindagem ideal envolve a eliminação completa do acoplamento capacitivo entre os enrolamentos do transformador. Entretanto, isso não é possível devido à impossibilidade prática de aterrar efetivamente a blindagem em radiofrequência. E para fontes de alimentação sem transformador, esse método, obviamente, não é adequado. Outra forma de combater o fundo multiplicativo é enfraquecer a conexão eletromagnética entre a antena e os fios da rede. Isto pode ser conseguido retirando, na medida do possível, os fios da antena dos fios da rede, evitando a sua disposição paralela, bem como evitando ou enfraquecendo o efeito antena do alimentador [6], o que é conseguido, por exemplo, usando baluns e bobinas de desligamento (isoladores de linha) no alimentador. Para suprimir e prevenir de forma mais eficaz a interferência multiplicativa, você pode e deve usar todos os métodos disponíveis em combinação. No entanto, na maioria das descrições de fontes de alimentação secundárias amadoras, infelizmente, não foram encontrados meios de combater o MF. Enfatizamos que os métodos do primeiro método, embora não sejam necessários para o propósito restrito de suprimir interferências multiplicativas de fontes de alimentação, podem revelar-se muito desejáveis e até necessários para combater outros tipos de interferência (aditiva), enquanto os métodos do primeiro método o segundo método, tomado separadamente, pode agravar a situação de interferência em relação a essas outras interferências. Portanto, a utilização preferível do primeiro método separadamente ou em combinação com o segundo parece-nos mais do que apropriada. O acima é ilustrado por oscilogramas obtidos por meio de simulação computacional (Electronics Workbench v.5.12). O diagrama de simulação é mostrado na Fig. 3.
A ponte retificadora, alimentada pela fonte de tensão CA G1, é carregada pelo circuito R2C7. Os parâmetros dos diodos de ponte VD1 - VD4 são próximos aos dos diodos domésticos KD204B. A corrente de radiofrequência de 150 kHz através do retificador é criada pela ação da fem do gerador G2. Para indicá-lo, utilize o conversor de corrente para tensão (gerador de tensão controlado por corrente) U1. Os capacitores C3 - C6 e/ou indutor L1 servem como elementos de supressão de MF. Os elementos C1, C2, R1 representam um modelo (equivalente) de algum sistema de antenas envolvendo uma rede. Autor: D.Avdonin, A.Grechikhin
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