Мощный передатчик для межконтинентальных радиосвязей в диапазоне 136кГц (1 кВт)


В работе [1] был описан усилитель мощности диапазона 136 кГц, с помощью которого за прошедшие годы автору удалось провести связи практически со всеми работающими в этом диапазоне европейскими радиолюбителями. Следующий его шаг - попытаться пробиться "за океан". Для этого изготовлен более мощный передатчик, конструкция которого описана в статье.

Согласно [2], радиолюбителям в нашей стране разрешено иметь в диапазоне 136 кГц до 1 Вт эффективной изотропно излучаемой мощности (EIRP).

Расчёты показывают, что с передающими антеннами доступных размеров для этого необходим передатчик мощностью 1...2кВт. Блок питания такого передатчика напряжением 12...48 В, собранный по традиционной двухтактной схеме, имеет довольно большую массу, да и стоит недёшево.

Я имею опыт создания блока питания напряжением 24 В и мощностью 600 Вт на двух трансформаторах от старых источников бесперебойного питания. Он получился хотя и компактным, но очень тяжёлым.

Кроме того, при длительной работе с усилителем [ 1 ] на полной мощности в нём сильно нагревались магнитопроводы трансформаторов, а вследствие больших токов наблюдалось заметное тепловыделение во всех силовых цепях.

Импульсные блоки питания мощностью более 1 кВт для радиолюбителя часто недоступны по причине их высокой стоимости. Поскольку рабочая частота преобразователя напряжения такого блока и её гармоники могут оказаться близкими к частоте передатчика, это может привести к затруднениям при проведении радиосвязей.

Всё это заставило меня искать другие пути достижения высокой мощности передатчика, используя при этом доступные схемные решения и недорогие комплектующие изделия.

Изучая схемы импульсных блоков питания, я обратил внимание на схожесть функций ряда их узлов, с применяемыми в длинноволновых передатчиках. Если лишить импульсный блок питания выходного выпрямителя, некоторых вспомогательных узлов и заставить его работать на нужной частоте диапазона 136 кГц, должен получиться компактный, лёгкий и мощный передатчик.

Эта идея, конечно, не нова. Известно как минимум две конструкции любительских передатчиков диапазона 136 кГц, построенных по бестрансформаторным схемам с прямым питанием от бытовой сети переменного тока.

Это - передатчик [3] мощностью 700 Вт, изготовленный английским радиолюбителем G4JNT по полумостовой схеме, и передатчик [4] мощностью 2 кВт, используемый на радиостанции DK7FC и построенный по полной мостовой схеме.

С помощью последнего в диапазоне 136 кГц была достигнута дальность связи более 16000 км. Оба передатчика при всех достоинствах имеют и недостатки. Мощность первого из них недостаточно велика, а у второго отсутствует быстродействующая защита от перегрузки и сквозного тока.

В результате изучения схем этих передатчиков и использования ряда наработок из [5] был спроектирован предлагаемый передатчик, имеющий следующие особенности:

  • бестрансформаторное питание от сети -230 В, на выходную ступень подаётся выпрямленное напряжение около 300 В;
  • мостовая резонансная схема выходной ступени на недорогих ключевых полевых транзисторах;
  • выходная мощность более 1 кВт при КПД не хуже 80 %;
  • защита от перегрузки и сквозного тока;
  • недефицитные компоненты.

Принципиальная схема

Схема мостового усилителя мощности передатчика изображена на рис. 1. Он состоит из четырёх идентичных ключевых модулей А1 -А4 (два в верхних и два в нижних плечах моста).

Каждый из них собран по схеме, показанной на рис. 2, на двух соединённых параллельно полевых транзисторах VТ2 и VT3, затворы которых защищены от пробоя стабилитронами VD3 и VD4.

Резистор R8 и конденсатор С1 образуют цепь, подавляющую выбросы напряжения на стоках транзисторов. Для ускорения закрывания транзисторов применено рекомендованное в [5] форсирование разрядки ёмкостей их затворов с помощью узла, состоящего из транзистора VТ1, диодов VD1, VD2 и резистора R1.

Этот же резистор подавляет паразитные колебания во вторичной обмотке находящегося в блоке управления трансформатора гальванической развязки.

Напряжение питания поступает на модуль через плавкую вставку FU1. Варисторы RU1 (дополнительная защита от выбросов напряжения) установлены только в нижних плечах моста - модулях А2 и А4.

Схема мостового усилителя мощности передатчика диапазона 136кГц (1кВт)

Рис. 1. Схема мостового усилителя мощности передатчика диапазона 136кГц (1кВт).

Вернёмся к схеме рис. 1. Диоды VD1, VD2, VD14, VD15 - демпфирующие, их подключение в верхних и нижних плечах моста различно. Модули верхних плеч А1, АЗ соединены с соответствующими модулями нижних плеч А2, А4 через катушки индуктивности L1 и L7 с отводами от середин.

Эти катушки подавляют импульсы сквозного тока, если таковые, несмотря на принятые в узле управления меры, всё же появятся. Вместо мощного импульса сквозного тока возникнет лишь "звон", который не так разрушителен. Катушки зашунтированы демпфирующими резисторами R1 и R9.

Схема силового ключа для мощного мостового радиопередатчика на диапазон 136кГц

Рис. 2. Схема силового ключа для мощного мостового радиопередатчика на диапазон 136кГц.

К отводам катушек подключена резонансная система выходной ступени передатчика. Это - последовательный колебательный контур, основные элементы которого - катушка индуктивности L2 и блок соединённых параллельно-последовательно конденсаторов С10-С20. Контур настроен на частоту 137 кГц.

Наличие резонансной системы способствует переключению силовых транзисторов в моменты нулевых мгновенных значений тока и напряжения, что уменьшает коммутационные потери и значительно повышает КПД и надёжность усилителя.

Выходной трансформатор Т1 выполняет две функции. Он обеспечивает гальваническую развязку между питающей сетью и выходом передатчика, а также согласование с нагрузкой. Этот трансформатор имеет четыре вторичные обмотки II-V, имеющие соответственно 1, 2, 4 и 8 витков.

С помощью переключателей SA3-SA6 можно выбрать любой коэффициент трансформации из пятнадцати возможных. Автор использовал и вторичные обмотки с числом витков 2, 3, 4 и 6, получая при этом 13 различных значений коэффициента трансформации.

Когда все переключатели SA3-SA6 переведены в правые по схеме положения, выходная цепь передатчика отключена от трансформатора Т1 и соединена с обычно заземлённым внешним контактом выходного разъёма XW1.

Описанный способ коммутации вторичных обмоток позволил отказаться от традиционного мощного многопозиционного галетного переключателя, который дорог и его трудно приобрести.

К тому же сделать четыре отдельные обмотки значительно проще, чем отводы от каждого витка одной обмотки. С вторичных обмоток трансформатора Т1 сигнал поступает на измеритель высокочастотного тока нагрузки и далее через фазометр на коаксиальный выходной разъём XW1 передатчика.

Измеритель высокочастотного тока нагрузки (диодный мост VD5-VD8, конденсатор С1, амперметр постоянного тока РА1) собран по схеме, предложенной в [6]. Можно использовать и любой другой вариант, например, такой же, как в [1].

Фазометр измеряет разность фаз тока и напряжения нагрузки, что нужно для настройки антенной системы в резонанс. Он состоит из конденсаторов C3 и С4, трансформатора тока Т2, катушки индуктивности L6, диодов VD3, VD4, VD10-VD13 и миллиамперметра РА2 с нулём посередине шкалы.

По отклонению стрелки миллиамперметра в ту или иную сторону судят о ёмкостном или индуктивном характере нагрузки. При чисто активной нагрузке (что соответствует её настройке в резонанс) стрелка остаётся у нуля. Подробное описание фазометра приведено в статье [7].

Реализован узел защиты передатчика от перегрузки, аналогичный применённому в промышленном передатчике длинноволновой навигационной системы Decca.

Подробное описание этого узла имеется в [3]. Поверх контурной катушки L2 намотаны дополнительные катушки L3-L5, в сумме содержащие в 4...6 раз меньше витков, чем катушка L2.

Через конденсатор С2 и переключатели SA1, SA2 к этим катушкам подключён диодный выпрямительный мост VD9.

По мере уменьшения сопротивления, вносимого нагрузкой через трансформатор Т1 в последовательный резонансный контур усилителя, ток в катушке L2 возрастает. Соответственно растёт и переменное напряжение на ней.

Оно может достигать единиц киловольт, поскольку добротность нагруженного контура около пяти и увеличивается с уменьшением сопротивления нагрузки.

На катушках L3-L5 наводится напряжение, пропорциональное числу их витков, меньшее напряжения на катушке L2. Оно поступает на мостовой выпрямитель VD9, исходно закрытый напряжением питания выходной ступени передатчика.

В отсутствие перегрузки напряжение на заданной переключателями SA1 и SA2 комбинации катушек L3-L5 меньше напряжения питания. Следовательно, ток по этим катушкам не течёт, дополнительные потери в колебательный контур не вносятся.

При росте напряжения выпрямитель в какой-то момент будет открыт, и начнётся отбор энергии из колебательного контура. Это эквивалентно увеличению включённого в контур последовательно сопротивления потерь. Порядок расчёта элементов узла защиты можно найти в статье [8].

Мост VD9 нагружен заактированной резистором R4 сигнальной лампой накаливания HL2. По яркости её свечения можно судить о степени перегрузки передатчика.

Изменяя с помощью переключателей SA1, SA2 общее число витков катушек, подключённых к выпрямителю, устанавливают один из четырёх возможных порогов срабатывания защиты.

Чем меньше подключено витков, тем большую мощность сможет развить передатчик. Полностью отключить защиту нельзя. Описанный узел защиты показал высокую эффективность и надёжность в работе. Он действует мгновенно, в нём ничего не может "зависнуть" или сработать с задержкой.

Недостаток - некоторая громоздкость реализации и необходимость применения мощных компонентов.

Схема блока питания

Схема блока питания передатчика изображена на рис. 3. Фильтр из конденсаторов С1- C3 и двухобмоточного дросселя L1 предотвращает проникновение высокочастотных помех из передатчика в питающую сеть.

Трансформатор Т1 с двухполупериодным выпрямителем на диодах VD2, VD3 и интегральным стабилизатором напряжения DA1 служит для питания блока управления, а также обмотки реле К1.

Этим реле управляет сигнал, поступающий из блока управления. Оно подаёт напряжение 300 В на оконечный усилитель. Для ручного включения этого напряжения предназначен выключатель SA2.

Принципиальная схема блока питания для мощного радиопередатчика на 1кВт

Рис. 3. Принципиальная схема блока питания для мощного радиопередатчика на 1кВт.

Выпрямитель сетевого напряжения собран на диодном мосте VD4. Сглаживающие конденсаторы С5-С8, C10, С11 зашунтированы резисторами R11 и R12, обеспечивающими разрядку конденсаторов после отключения блока от сети.

Выходное напряжение 300 В измеряет стрелочный вольтметр PV1. Использован готовый вольтметр с напряжением полного отклонения стрелки 30 В. Сопротивление добавочного резистора R10 подобрано таким, при котором можно увеличить предел измерения до 300 В.

При наличии вольтметра на 300 В этот резистор заменяют перемычкой. Ток, потребляемый от выпрямителя сетевого напряжения, измеряет амперметр РА1. Для защиты от замыканий и перегрузок служат автоматические выключатели FA1 и FA2.

Включают блок выключателями SA1 и SA3 в два приёма. Сначала при разомкнутом SA3 замыкают SA1. При этом блок резисторов R1-R9 ограничивает бросок тока зарядки сглаживающих конденсаторов.

Затем замыкают выключатель SA3, что позволяет передатчику работать на полную мощность. Разомкнув выключатель SA3, можно в любой момент ограничить выходную мощность передатчика приблизительно до 200 Вт, например, во время его предварительной настройки.

При этом блок резисторов будет заметно нагреваться, поэтому продолжительность непрерывной работы в таком режиме не должна превышать нескольких минут.

Чтобы обеспечить электробезопасность, необходимо тщательно следить, чтобы линии питания +300 В и -300 В нигде не имели контакта с общим проводом (корпусом передатчика).

Ответственный узел передатчика - блок управления мостовой выходной ступенью передатчика. Он должен формировать управляющие импульсы такой формы, при которой ключи в модулях А1 и А2 или АЗ и А4 никогда не окажутся замкнутыми одновременно, что привело бы к протеканию через них сквозного тока.

Для этого между управляющими импульсами предусматривается "мёртвое время", за которое ранее замкнутый ключ успевает разомкнуться раньше, чем замкнётся ранее разомкнутый. Кроме того, необходимо обеспечить симметричное управление обеими диагоналями моста.

Существует большой выбор специализированных микросхем, обеспечивающих решение этих задач. Но нельзя ли обойтись без них? Мне не хотелось "привязываться" к какой-то определённой архитектуре или серии микросхем, поэтому я постарался обойтись микросхемами малой степени интеграции, имеющимися в наличии.

Схема блока управления

Схема блока управления показана на рис. 4. Сигнал от внешнего возбудителя (например, синтезатора, описанного в [9]), работающего на частоте 137 кГц, через коаксиальный разъём XW1 и ФНЧ C2L2C4 поступает на диодный удвоитель частоты T1VD1VD2, а затем на формирователь импульсов, собранный из логических элементов DD1.3 и DD1.4.

Импульсы на выходе формирователя несимметричны и следуют с удвоенной частотой (274 кГц). На рис. 5 показаны осциллограммы входного синусоидального сигнала и импульсов на выходе элемента DD1.4.

Принципиальная схема блока управления радиопередатчиком

Рис. 4. Принципиальная схема блока управления радиопередатчиком.

Из этих импульсов счётный триггер DD2.1 формирует две одинаковые, сдвинутые на половину периода следования последовательности импульсов со скважностью 2 и частотой следования 137 кГц. Так происходит при входном сигнале произвольной формы, даже сильно искажённом.

Осциллоограмма 1

Рис. 5. Осциллоограмма 1.

Осциллоограмма 2

Рис. 6. Осциллоограмма 2.

Для введения между импульсами двух последовательностей "мёртвого времени” использованы логические элементы 2И-НЕ DD1.1 и DD1.2. На их нижние по схеме входы сигналы с триггера поступают непосредственно, а на верхние по схеме - через задерживающие цепи R3C8 и R4C9.

От постоянной времени этих цепей зависит задержка нарастающих перепадов импульсов на выходах элементов DD1.1 и DD1.2. Благодаря этой задержке и уменьшается длительность формируемых импульсов. Их форма на коллекторах транзисторов VТ1 и VТ2 показана на рис. 6 (две нижние осциллограммы, верхняя осциллограмма - их разность).

Было проверено, не изменяется ли "мёртвое время" в зависимости от теплового режима. Для этого узел был прогрет монтажным феном до температуры 70...80 °С. При этом какого-либо заметного изменения длительности и взаимного расположения импульсов не выявлено.

После усиления транзисторами VT1-VT4 обе импульсные последовательности через трансформаторы гальванической развязки Т2 и Т3 поданы на соответствующие входы ключевых модулей А1- А4 (см. рис. 1). Согласно расчёту этих трансформаторов, выполненному по методике из книги [5J, в каждой их обмотке должно быть приблизительно по 50 витков, что соответствует индуктивности около 1,5 мГн.

Полевые транзисторы VT3, VТ4 должны быть с небольшими входной и выходной ёмкостями, например IRF510. Использование более мощных транзисторов IRF540, имеющих намного большие межэлектродные ёмкости, приводит к ухудшению формы перепадов подаваемых на модули А1- А4 импульсов и к уменьшению длительности защитных интервалов.

Для обеспечения мягкого старта в цепь питания усилительных ступеней блока управления введён транзистор VТ5. Когда входной сигнал отсутствует, он закрыт, поэтому напряжение питания на усилители импульсов не поступает. При появлении входного сигнала импульсы с выхода элемента DD1.4 через выпрямитель на диодах VD5 и VD6 заряжают конденсаторы С19 и С21.

По мере их зарядки транзистор VТ6 постепенно открывается, открывая и транзистор VТ5. Амплитуда выходных импульсов блока плавно нарастает. Это исключает ударные перегрузки модулей А1-А4. Огибающая выходного сигнала передатчика нарастает, как показано на осциллограмме рис. 7, где скорость развёртки 100 мс/дел.

Осциллоограмма 3

Рис. 7. Осциллоограмма 3.

При указанных на схеме номиналах резисторов R20, R23, R24 и конденсаторов С19, С21 продолжительность плавного включения около 0,15 с. Это, конечно, слишком много для работы классическим телеграфом. Если передатчик предполагается использовать для местных QSO, следует уменьшить ёмкость конденсатора С19 до 1 мкФ.

Цепь L1R2C7 и реле К1 предназначены для управления реле К1 в блоке питания, подающим напряжение 300 В на выходную ступень передатчика. Предполагается, что оно срабатывает при низком (нулевом) уровне сигнала РТТ, как в синтезаторе [9] и усилителе мощности.

Следует отметить, что если на разъём XW1 блока управления подан фазоманипулированный сигнал (BPSK), то после удвоителя и делителя частоты фазовой манипуляции в нём не станет либо она окажется искажённой. Этот недостаток несколько ограничивает применение описываемого устройства для передачи сигналов BPSK, не получивших, впрочем, широкого распространения на ДВ.

Чтобы преодолеть это ограничение, я доработал программу управления синтезатором [9], реализовав в ней плавную инверсию фазы. Все остальные популярные виды связи (QRSS, DFCW, WSPR, OPERA, JT-9 и другие) можно использовать без проблем.

Конструкция и детали

Модули А1 -А4 собраны на печатных платах из фольгированного с одной стороны стеклотекстолита. Чертёж печатных проводников такой платы и расположение деталей на ней показаны на рис. 8. Все детали устанавливают на стороне печатных проводников.

Транзисторы VT2 и VT3 привинчены к установленному под платой ребристому теплоотводу. На тех же теплоотводах вне плат установлены диоды VD1, VD2, VD14 и VD15 (см. рис. 1).

Чертёж печатных проводников платы и расположение деталей на ней

Рис. 8. Чертёж печатных проводников платы и расположение деталей на ней.

При этом диоды, присоединённые к модулям А1 и АЗ, необходимо изолировать от теплоотводов теплопроводными электроизоляционными прокладками.

Как показано на рис. 9 и рис. 10, все четыре модуля закреплены в кассете из изоляционного материала (текстолита) и соединены катушками L1 и L7 (см. рис. 1).

Варисторы RU1 - дисковые S20K470 диаметром 20 мм на напряжение 470 В. Их устанавливают только в модули А2 и А4. Во всех модулях вместо транзисторов SG20N50 (500 В, 20 А) можно установить транзисторы IRFP460 с несколько худшими параметрами, а вместо транзисторов КТ816А - BD140.

Конструкция мощного радиопередатчика на диапазон 136кГц

Рис. 9. Конструкция мощного радиопередатчика на диапазон 136кГц.

Внешний вид на четыре модуля передатчика сверху

Рис. 10. Внешний вид на четыре модуля передатчика сверху.

Диоды VD5-VD8 в измерителе высокочастотного тока должны иметь малую ёмкость, допустимый прямой ток 5...10 А и допустимое обратное напряжение 500...600 В.

С увеличением ёмкости этих диодов ухудшается точность измерения тока антенны (показания будут занижены). Амперметр РА1 должен иметь предел измерения 5... 10 А, лучше со встроенным шунтом.

Выходной разъём XW1 - UHF7511. Диодный мост - GBU806, который можно заменить на КВРС5008- КВРС5012. Его желательно установить на индивидуальный теплоотвод. Все резисторы мощностью 10 Вт - SQP-10. Остальные - МЛТ или им подобные указанной на схеме мощности.

Конденсаторы, за исключением керамических дисковых С13 и С17, - металлоплёночные на указанное на схеме напряжение. Лампа накаливания HL2 - на напряжение 6,3 или 12 В мощностью 2...3 Вт, HL1 - неоновая лампа N-PL1604-R.

Катушки L1 и L7 намотаны на оправке диаметром 16 мм жёстким эмалированным проводом диаметром 2 мм и содержат по 28 витков с отводом от середины. Резисторы R1 и R9 располагают параллельно катушкам и припаивают к их выводам.

Каркас катушки L2 - отрезок пластиковой трубы диаметром 32 мм и длиной 120 мм. Она содержит 116 витков. Для уменьшения собственной ёмкости намотка выполнена четырьмя секциями, по пять слоёв провода в каждой.

Секции разделены диэлектрическими шайбами.

Чтобы уменьшить потери в катушке на высокой частоте и, следовательно, избежать её нагрева, для намотки применён литцендрат, изготовленный способом, описанным в [5].

Заготовлены 39 отрезков провода ПЭЛ диаметром 0,3 мм и длиной 5...6 м. Они собраны в три пучка, по 13 проводов в каждом, а пучки сплетены в косички.

Полученный жгут обмотан по всей длине полосой лакоткани или хлопчатобумажной изоляционной лентой шириной 10 мм с небольшим перекрытием (рис. 11). Такая изоляция не плавится при нагревании.

Жгут обмотан по всей длине полосой лакоткани или хлопчатобумажной изоляционной лентой

Рис. 11. Жгут обмотан по всей длине полосой лакоткани или хлопчатобумажной изоляционной лентой.

Пытаться сразу изготовить отрезок литцендрата большей длины не следует - работа трудоёмкая, аккуратно сплести пучки проводов длиннее 6 м вряд ли получится.

Вид готовых катушек

Рис. 12. Вид готовых катушек.

Так как одного отрезка литцендрата для намотки всей катушки не хватит, нужно изготовить ещё два или три таких же и аккуратно срастить их, зачистив и спаяв каждую жилу в местах стыков.

Готовая катушка L2 изолирована слоем электрокартона. Поверх него намотаны катушки L3-L5 - соответственно 20, 10 и 5 витков многожильного изолированного провода сечением по меди не менее 1 мм:. Вид готовых катушек показан на рис.

12.

Конструкция трансформатора

Рис. 13. Конструкция трансформатора.

По окончании намотки катушек L2- L5 следует измерить индуктивность катушки L2 (присутствие других обмоток несколько уменьшает её). Зная эту индуктивность в микрогенри, можно вычислить требуемую емкость блока конденсаторов СЮ-С20 в микрофарадах по формуле, справедливой для резонансной частоты 137 кГц:

C = 1.351 / L

Конденсаторы С10-С20 вместе с резисторами R6-R8 устанавливают на отдельной плате, оставив на ней место для ещё нескольких конденсаторов, это может потребоваться для подгонки резонансной частоты контура после окончательной сборки передатчика и для помещения его в корпус.

Магнитопровод трансформатора Т1 - четыре сложенных вместе П-образных ферритовых магнитопровода от трансформаторов строчной развёртки старых кинескопных мониторов.

Каркас его катушки склеен из электрокартона, щёчки - из текстолита. Все обмотки выполнены таким же литцендратом, что и катушка L2.

Обмотка I содержит семь витков. Она пропитана лаком и изолирована слоем электрокартона. Межобмоточную изоляцию необходимо выполнить тщательно, это единственный барьер, отделяющий цепь антенны и заземление от питающей сети.

Затем намотаны обмотки II-V. Они содержат соответственно 1,2, 4 и 8 витков. Каждая из них намотана отдельным отрезком литцендрата Обмотку V можно намотать более тонким литцендратом из 27 жил. Выводы обмоток закреплены кабельными стяжками, сами обмотки пропитаны лаком.

Готовая катушка надета на магнитопровод. вся конструкция плотно стянута. Внешний вид трансформатора показан на рис. 13.

Выводы вторичных обмоток должны быть одинаковой длины и промаркированы. На них надеты и закреплены пайкой плоские "автомобильные" наконечники для подключения к переключателям SA3-SA6.

Желательно, чтобы эти наконечники имели язычки-фиксаторы. Так как магнитопровод трансформатора при работе на большой мощности может сильно нагреваться, предусмотрен его обдув с помощью индивидуального вентилятора.

Вид трансформатора Т2 в сборе с переключателями SA3-SA6 и вентилятором показан на рис. 14. Переключатели - клавишные рокерные 250 В. 15...20 А на два положения, например. RS-102-1ВЗ или аналогичные.

Диоды фазометра VD10-VD13 желательно предварительно проверить мультиметром в режиме прозвонки диодов. Необходимо отобрать такие, у которых показываемые мультиметром значения прямого падения напряжения наиболее близки.

Вид трансформатора Т2 в сборе с переключателями SA3-SA6 и вентилятором

Рис. 14. Вид трансформатора Т2 в сборе с переключателями SA3-SA6 и вентилятором.

В противном случае ноль шкалы фазометра будет смещён. Диоды ВАТ85 можно заменить другими диодами с барьером Шоттки, например 1N5819. Можно попробовать применить германиевые диоды.

Конденсаторы C3 и С4 - керамические с номинальным напряжением не ниже указанного на схеме. Вторичная обмотка трансформатора тока Т2 намотана на кольце К20х10x5 из феррита 2000НМ. Она состоит из 25 витков сложенного вдвое лакированного провода диаметром 0,3 мм.

В месте сгиба провод разрезан, затем конец одной из полуобмоток соединён с началом другой, образуя среднюю точку. Первичная обмотка - один виток. Провод, идущий к разьёму XW1, просто пропущен сквозь отверстие ферритового кольца.

Печатная плата блока управления радиопередатчиком

Рис. 15. Печатная плата блока управления радиопередатчиком.

Катушка L6 намотана на таком же ферритовом кольце аналогично вторичной обмотке трансформатора Т2. Но её полуобмотки содержат по 50 витков. В блоке питания диодный мост КВРС5008 (50 А. 800 В) снабжён теплоотводом. Резисторы R1 - R9 - SQP-10 или SQP-20.

Конденсаторы С5-С9 - оксидные, С11 и С12 - металлоплёночные. Реле К1 - вакуумное В1-В (3 кВ, 10 А). Оказалось, что это реле не предназначено для коммутации цепи под током, в такой ситуации его контакты могут залипнуть.

Лучше применить другое реле с подходящими параметрами, но свободное от указанного недостатка.

Трансформатор Т1 - на кольцевом стальном магнитопроводе габаритной мощностью 40...50 ВА. Напряжение на обмотке II - 28...32 В, отвод - от её середины. Интегральный стабилизатор напряжения DA1 размещён на теплоотводе.

Дроссель L1 - стандартный двухобмоточный помехозащитный, рассчитанный на ток до 10 А. Конденсаторы С1 и С2 - категории защиты Y2, C3 - категории защиты Х2.

SA1 и SA3 - сдвоенный выключатель IRS-2101 -1 C3 с подсветкой, SA2 - одиночный выключатель ASW-09D, тоже с подсветкой. Автоматические выключатели FA1 и FA2 - YA-0701 с максимальным рабочим напряжением ~250 В и порогом срабатывания 10 А. При возможности рекомендуется заменить их подобными выключателями с порогом срабатывания 7,5 А. Розетка XS1 - стандартный компьютерный разъём питания.

Блок управления смонтирован на печатной плате из фольгированного с одной стороны стеклотекстолита. Чертёж её печатных проводников и расположение деталей показаны на рис. 15.

Предусмотрена возможность питания усилителей управляющих импульсов напряжением +18 В с выхода выпрямителя на диодах VD2 и VD3 в блоке питания. Но на практике этого не потребовалось.

Контактные площадки +18 В и + 12 В на плате блока управления были соединены между собой и с выходом стабилизатора напряжения 12 В в блоке питания. Вид платы блока управления в сборе показан на рис. 16.

Вид платы блока управления радиопередатчика диапазона 136кГц в сборе

Рис. 16. Вид платы блока управления радиопередатчика диапазона 136кГц в сборе.

Микросхемы К561ЛА7 и К561ТМ2 можно заменить импортными функциональными аналогами. Реле К1 - SRD-05VDC-SL-C. Транзисторы VT3- VТ5 установлены на небольшие ребристые теплоотводы, не имеющие электрического контакта с другими цепями.

Дроссель L1 - готовый индуктивностью 1 мГн или самодельный - 60 витков провода ПЭЛ диаметром 0,15 мм на кольце К 10x6x5 из феррита 2000НМ. Дроссель L2 - на таком же кольце, но имеет 20 витков того же провода.

На таких же кольцах намотаны и обмотки трансформаторов Т1-ТЗ. Намотка трансформатора Т1 (20 витков) выполнена тремя сложенными вместе и слегка свитыми проводами ПЭЛ диаметром 0,15 мм.

Первичные обмотки трансформаторов Т2 и ТЗ - 50 витков провода ПЭЛ диаметром 0.25 мм, равномерно распределённых по кольцу. Поверх них уложены несколько слоёв изоляции из лакоткани или фторопластовой ленты.

Качеству межобмоточной изоляции уделено особое внимание, так как разность потенциалов между первичной и вторичными обмотками может превышать 300 В.

Поверх изоляции по отдельности намотаны вторичные обмотки по 60 витков провода ПЭЛ диаметром 0,2 мм каждая. Эти обмотки не должны соприкасаться (рис. 17). Готовый трансформатор защищён слоем изоляционной ленты.

Внешний вид дросселя

Рис. 17. Внешний вид дросселя.

Сборка и налаживание передатчика

Кассета с модулями А1-А4, резонансный контур, выходной трансформатор, выпрямитель системы защиты и блок питания размещены на текстолитовом шасси.

Межблочные соединения выполнены толстым многожильным проводом с двойной изоляцией - токоведущая жила на всём протяжении должна быть окружена двумя слоями диэлектрика. Можно надеть на обычные монтажные провода ПХВ или термоусаживаемые трубки.

Корпус передатчика - готовый пластиковый размерами 435x200x130 мм (формфактор 3U). На его передней панели размещены, как показано на рис. 18, стрелочные измерительные приборы, высокочастотный разъём для подачи сигнала от синтезатора, переключатели обмоток выходного трансформатора и порога защиты от перегрузки, выключатели питания, а также сигнальные лампы HL1 и HL2.

С обратной стороны передней панели закреплена плата блока управления. На задней панели расположены вентиляторы охлаждения, закрытые декоративными решётками, выходной разъём, фазометр, разъём питания, автоматические выключатели и зажим заземления.

Два вентилятора, установленных на задней панели корпуса, обдувают кассету с модулями А1-А4 и резонансную катушку. Ещё один вентилятор на боковой панели корпуса обдувает балластные резисторы блока питания и теплоотвод его выпрямительного моста.

Эти вентиляторы - компьютерные на 12 В типоразмера 80x80 или 90x90 мм. Вентилятор типоразмера 60x60 мм, о котором было сказано ранее, установлен внутри корпуса над выходным трансформатором передатчика.

Так как резонансная катушка L2 создает вокруг себя переменное магнитное поле большой напряжённости, может потребоваться установка алюминиевых экранов для защиты некоторых расположенных вблизи элементов. Например, одним из таких экранов закрыт двигатель вентилятора охлаждения катушки.

Вид на монтаж передатчика показан на рис. 19. Он получился довольно плотным, так как хотелось сделать передатчик максимально компактным для использования его на выезде.

Это, однако, несколько усложнило его обслуживание и ремонт.

Передняя панель мощного радиопередатчика диапазона 136кГц

Рис. 18. Передняя панель мощного радиопередатчика диапазона 136кГц.

Конструкция мощного радиопередатчика диапазона 136кГц

Рис. 19. Конструкция мощного радиопередатчика диапазона 136кГц.

Правильно собранные модули А1 - А4, блок питания и фазометр налаживания не требуют. Налаживание блока управления сводится к подборке резисторов R3 и R4 для установки необходимой продолжительности "мёртвого времени". Делать это лучше под нагрузкой при подключённых к блоку управления входах модулей А1 - А4 (питание на них пока подавать не следует).

Вместо упомянутых выше постоянных резисторов временно установите подстроечные и, изменяя их сопротивление, наблюдайте на двухлучевом осциллографе, подключённом к коллекторам транзисторов VT1 и VT2 блока управления, как меняется задержка между импульсами.

Проверьте также наличие импульсов на стоках транзисторов VT3 и VТ4 и на вторичных обмотках трансформаторов Т2 и ТЗ. Убедитесь в отсутствии здесь больших выбросов и высокочастотного "звона", в противном случае увеличьте ёмкость конденсаторов С24 и С25.

Теперь, подключив модули А1-А4 к резонансной системе и выходному трансформатору с нагруженными резистором сопротивлением 20...50 Ом вторичными обмотками, необходимо подать на модули пониженное напряжение питания.

Для этого подойдёт внешний источник постоянного напряжения 12...30 В, желательно с ограничением выходного тока. "Минус" этого блока можно соединить с общим проводом блока управления.

Щупы осциллографа подключите к выводам 3 модулей А2 и А4. Наблюдайте разность между сигналами в каналах осциллографа. Дополнительной регулировкой подстроечных резисторов в блоке управления необходимо добиться отсутствия высокочастотных вспышек на перепадах импульсов. Наличие таких вспышек (рис.

20) свидетельствует о кратковременном протекании сквозного тока, следовательно, паузу между управляющими импульсами нужно увеличивать, пока вспышки не исчезнут (рис. 21). Выполнив эту операцию, подстроечные резисторы замените постоянными найденного сопротивления.

Если модули А1-А4 подключены к блоку управления в неправильном порядке или неправильна полярность управляющих импульсов, возникнет либо ничем не устранимый сквозной ток (здесь и пригодится токовая защита в источнике питания), либо сигнал на выходном разъеме передатчика будет отсутствовать. В таких случаях проверьте правильность подключения модулей.

В завершение убедитесь, что все усилительные модули работают. Измеряя напряжение на нагрузке передатчика. отключайте один из управляющих проводов по очереди от каждого модуля.

При таком отключении работать продолжит только одна из диагоналей моста, поэтому выходная мощность заметно упадёт, а напряжение на нагрузке уменьшится. Если этого не происходит или сигнал пропадает совсем, значит, один из модулей неисправен.

В завершение налаживания настройте выходной контур передатчика. Изменяя частоту входного сигнала, найдите такую, на которой напряжение на нагрузке максимально. Если она отличается от 137 кГц. уменьшите или увеличьте суммарную емкость конденсаторов СЮ-С20.

Для подстройки используйте керамические конденсаторы с номинальным напряжением 3 кВ, соединяя их попарно последовательно.

Диаграмма 1

Рис. 20. Диаграмма 1.

Диаграмма 2

Рис. 21. Диаграмма 2.

Диаграмма 3

Рис. 22. Диаграмма 3.

Диаграмма 4

Рис. 23. Диаграмма 4.

Диаграмма 5

Рис. 24. Диаграмма 5.

Завершив налаживание передатчика, можно подключить к его выходному разъёму достаточно мощный эквивалент нагрузки и, подав на выходную ступень передатчика полное напряжение питания (300 В), перейти к измерению выходной мощности при различных положениях переключателей SA3-SA6. Форма выходного сигнала должна быть близкой к синусоидальной (рис. 22).

Появление уплощений или провалов её вершин (рис. 23) означает начало срабатывания системы защиты, в чём можно убедиться, изменяя положения переключателей SA1 и SA2.

Дав передатчику поработать несколько минут при мощности около 1 кВт, убедитесь в отсутствии существенного нагрева его деталей. Если резисторы R1 и R9 горячие, это косвенно свидетельствует о наличии сквозных токов.

При отключённом эквиваленте нагрузки передатчик должен потреблять от сети не более 0.5 А. Если ток больше, вероятно, присутствуют сквозные токи либо происходит самовозбуждение.

Спектр выходного сигнала передатчика без дополнительной фильтрации показан на рис. 24. Максимальный уровень (-30 дБ) имеет третья гармоника сигнала, уровень второй гармоники - -34 дБ.

Составляющие спектра на частотах выше девятой гармоники подавлены до -50...-60 дБ. Измерение было проведено при выходной мощности 1 кВт. Интересно, что с увеличением мощности наблюдалось улучшение качества сигнала - вносимое в последовательный контур сопротивление нагрузки уменьшалось, а его добротность возрастала.

Обычно применяемые на ДВ антенны - резонансные с добротностью не менее 20, что, согласно [10], даёт дополнительное подавление второй гармоники примерно в 40 раз (на 32 дБ), третьей гармоники - в 80 раз (на 38 дБ). Можно ожидать, что максимальный уровень побочных излучений передатчика в эфире не превысит -66 дБ.

Передатчик показал надёжную работу, большую выходную мощность и хороший КПД. достигающий при разных измерениях 87...93 %. При правильном монтаже передатчик безопасен, так как его вход, выход и зажим заземления не имеют гальванического контакта с питающей сетью. Однако будьте аккуратны и внимательны, если корпус передатчика открыт!

Настраивать антенную систему в резонанс и подбирать согласование с ней лучше сначала на пониженной мощности, разомкнув в блоке питания выключатель SA3. Настройку антенны в резонанс контролируйте по нулевым показаниям фазометра, при этом и выходной ток будет максимален.

Печатные платы - Скачать.

Александр КУДРЯВЦЕВ (R2IN), г. Москва. Р-05-19, Р-06-19.

Литература:

  1. Кудрявцев А. Усилитель мощности диапазона 136 кГц. - Радио, 2013, № 8, с. 60-63.
  2. Решение Государственной комиссии по радиочастотам при Минкомсвязи России от 22 июля 2014 г. № 14-26-04 "О внесении изменений в решение ГКРЧ от 15 июля 2010 г. № 10-07-01 (№ 14-26-04)”. - URL: garant.ru/products/ipo/prime/doc/70618096/ (25.02.2019).
  3. Talbot A. A 700-W Switch-Mode Transmitter for 137 kHz. - URL: g4jnt.com/137tx.pdf (08.03.2019).
  4. Форум радиолюбителей ДВ. Антенна и передатчик радиостанции DK7FC. - URL: 136.su/index.php/topic99.0.html (25.02.2019) .
  5. Володин В. Я. Создаём современные сварочные аппараты. - М.: ДМК Пресс, 2011.
  6. Григоров И. Высокочастотный амперметр. - Радио, 1999, № 11, с. 63.
  7. Moritz J. LF Tuning Meter for the 136 kHz Band. - URL: www.picks.plus.com/software/LFtunemeter.pdf (08.03.2019) .
  8. Talbot A. Tank Design and Overload Protection for Switch Mode/ Class D LF Transmitters. - URL: www.g4jnt.com/ OverloadProt.pdf (08.03.2019).
  9. Кудрявцев А. Возбудитель передатчика диапазона 136 кГц или готовимся к выходу в ДВ эфир. - Радио. 2012, № 9, с. 59-61; № 10. с. 57-60.
  10. Справочная книга радиолюбителя-конструктора. Под ред. Чистякова. - М.: Радио и связь. 1990.

3 1060 Радиопередатчики
передатчик радиопередатчик ДВ связь радиосвязь
Написать комментарий:

cashback