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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA Ostacoli multiprikativnye da fonti di alimentazione elettrica secondaria. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / Radiocomunicazioni civili La ricezione radio è spesso accompagnata da un forte ronzio di corrente alternata, che si sente quando si è sintonizzati su una portante radio. Anche se non c'è portante, come quando si ricevono segnali SSB, il parlato diventa distorto e incomprensibile. I segnali del telegrafo assumono un tono rauco. L'effetto è particolarmente pronunciato nei ricevitori a transistor con antenne a stilo, rendendo spesso impossibile l'alimentazione dalla rete CA. L'effetto si manifesta ugualmente durante la trasmissione, distorcendo il segnale della stazione e ampliandone lo spettro. Le ragioni di questo fenomeno e i mezzi per combatterlo sono descritti nel materiale proposto. L'articolo discute tali conversioni di segnali radio, in cui, a seguito del passaggio di correnti a radiofrequenza attraverso i diodi di una fonte di alimentazione secondaria funzionante contenente un raddrizzatore, si verifica una modulazione indesiderata dei segnali radio con frequenze armoniche della rete di alimentazione. Questo effetto è più pronunciato, ad esempio, quando un ricevitore radio AM portatile con un'antenna a frusta è alimentato da una rete a corrente alternata attraverso un raddrizzatore. Il ronzio AC si sente solo quando il ricevitore è sintonizzato sulla frequenza della stazione di lavoro e non è affatto udibile se non c'è segnale di stazione. L'intensità dello sfondo aumenta con il livello del segnale, quindi lo sfondo è più evidente quando si ricevono stazioni radio locali [1]. Insieme allo sfondo della corrente alternata, che si distingue chiaramente durante le pause della trasmissione, si sentono significative distorsioni del parlato e della musica. A differenza del sottofondo additivo, che può essere causato, ad esempio, da uno scarso filtraggio della tensione di alimentazione e che si sente all'uscita del ricevitore indipendentemente dal fatto che sia sintonizzato o meno su una qualsiasi stazione, questo sottofondo è giustamente chiamato sottofondo moltiplicativo (MF) [2], cioè risultante dalla moltiplicazione funzionale delle oscillazioni e delle interferenze del segnale. Il processo può procedere come segue: se un pezzo di filo viene utilizzato come antenna, allora i fili della rete di alimentazione entrano inevitabilmente come contrappeso nel sistema di antenna che partecipa al processo di ricezione, in cui, come nel filo dell'antenna, sotto l'azione del campo elettromagnetico della stazione radio, viene indotto anche l'EMF a radiofrequenza (Fig. 1).
In questo caso, la sorgente di alimentazione secondaria (PS) funge anche da modulatore del segnale radio con un fondo di corrente alternata, poiché i diodi raddrizzatori sono collegati al circuito del sistema di antenna del ricevitore (Rx), come mostrato in Fig. 2.
Ogni diodo di un raddrizzatore funzionante è un elemento parametrico per tensioni a radiofrequenza relativamente basse (cioè un elemento lineare, i cui parametri cambiano significativamente nel tempo a una frequenza di 50 Hz sotto l'azione di una tensione relativamente grande dall'avvolgimento secondario del trasformatore). La corrente di radiofrequenza I nel circuito del sistema dell'antenna, che entra nell'ingresso del ricevitore, è definita come il prodotto della tensione utile del segnale sui diodi, che è proporzionale alla EMF indotta nel sistema dell'antenna, e la conduttività variabile dei diodi. Il segnale utile viene così moltiplicato per la funzione di variazione di conduttanza dei diodi, mentre riceve modulazione parassita dalla corrente alternata di fondo. A causa del fatto che sotto l'influenza delle variazioni della tensione inversa con diodi chiusi, la loro capacità cambia, il segnale generalmente riceve non solo l'ampiezza, ma anche la modulazione di fase (frequenza) [3]. Fenomeni simili possono verificarsi non solo durante la ricezione, ma anche durante la trasmissione. In questo caso, la sorgente di correnti in radiofrequenza nei fili della rete è un trasmettitore alimentato dalla rete tramite un raddrizzatore. Un sistema di antenne che coinvolge fili di rete emette un segnale con una modulazione di fondo parassita, e questo fondo moltiplicativo interferirà con chiunque riceva il segnale da questo trasmettitore. Se la stazione radio nelle modalità di ricezione e trasmissione utilizza la stessa antenna ed è alimentata dallo stesso raddrizzatore, allora il fondo moltiplicativo rilevato durante la ricezione indica che durante la trasmissione possono esserci anche modulazioni spurie del segnale da parte del fondo. L'area di manifestazione dell'effetto in esame non è affatto limitata alle apparecchiature radio portatili. Nelle installazioni fisse con le antenne più semplici, sembrerebbe che le correnti dovrebbero andare lungo il filo di terra, bypassando la fonte di alimentazione. Tuttavia, la messa a terra in questo senso è di scarsa utilità, poiché un'efficace messa a terra ad alta frequenza, come è noto in [4, 5], è praticamente irrealizzabile. Le correnti a radiofrequenza di modo comune nei fili della rete possono essere indotte nella modalità di trasmissione e in presenza di un'antenna a tutti gli effetti (anche simmetrica) con un alimentatore. Ciò accade quando l'antenna stessa non è sufficientemente staccata dai fili della rete o in presenza dell'effetto antenna dell'alimentatore [6]. È stato menzionato sopra che sia l'ampiezza che la fase (frequenza) del segnale subiscono una modulazione parassita. In pratica, la modulazione di frequenza spuria iniziale da parte dello sfondo è insignificante, tuttavia, se la modulazione del segnale ricevuto (o trasmesso) da parte dello sfondo è anche puramente di ampiezza, allora le inevitabili distorsioni nella risposta in frequenza del percorso di trasmissione-ricezione portano alla comparsa della modulazione di frequenza da parte dello sfondo e l'interferenza sarà rilevata dai ricevitori non solo AM, ma anche segnali FM. L'interferenza moltiplicativa considerata porta a un grave deterioramento della qualità dei segnali di trasmissione e comunicazione. La ricezione di segnali telegrafici e a banda laterale singola, così come la trasmissione convenzionale, è accompagnata da una caratteristica raucedine. Si nota in [2] che uno sfondo moltiplicativo su un televisore "può essere uno dei motivi per la comparsa di strisce orizzontali in movimento sullo schermo, all'interno delle quali l'immagine ha un contrasto e una luminosità indeboliti o migliorati". Ciò accade quando si utilizzano semplici antenne interne o integrate. Spesso la causa dell'interferenza è la modulazione di un segnale radio in un raddrizzatore connesso alla stessa rete, funzionalmente (e anche galvanicamente!) non connesso al ricevitore o trasmettitore di tale segnale. Un'analisi dettagliata del rumore moltiplicativo è fornita nel libro [3]. Se l'effetto dell'interferenza additiva che si aggiunge al segnale può essere indebolito filtrando, compensando e anche semplicemente aumentando il livello del segnale utile, allora il modo più realistico per affrontare l'interferenza moltiplicativa è eliminarne le cause e, in particolare, nella fonte di alimentazione. In letteratura si possono trovare diversi modi per attenuare lo sfondo moltiplicativo [1, 2, 7 - 10], tuttavia, tutte le fonti letterarie trovate toccano il problema solo da un lato: con la ricezione radiofonica. Il nostro obiettivo non è solo mostrare che l'area delle possibili manifestazioni negative delle trasformazioni considerate è in qualche modo più ampia, ma anche fare una valutazione comparativa dei possibili modi per sopprimere MF e fornire argomenti ragionevoli a favore di una delle direzioni nella lotta contro questo fenomeno. Lo sfondo moltiplicativo, sia durante la trasmissione che durante la ricezione, si verifica quando due condizioni coincidono: la presenza di una connessione significativa tra il ricevitore (trasmettitore) e i fili della rete, ovvero la partecipazione significativa dei fili della rete al funzionamento del sistema dell'antenna e la presenza di elementi parametrici modulanti (diodi raddrizzatori) nel circuito del sistema dell'antenna, incluso il trasmettitore (ricevitore). Di conseguenza, la lotta allo sfondo moltiplicativo può essere effettuata in almeno uno dei due modi, rispettivamente: indebolendo il collegamento tra il trasmettitore (ricevitore) ei fili della rete o indebolendo l'azione modulante dei diodi. Qualsiasi di questi metodi per indebolire il MF può essere sufficiente. Il modo più popolare per sopprimere lo sfondo moltiplicativo appartiene al secondo metodo. Consiste nello shunt dei diodi raddrizzatori con condensatori [2, 8-10]. Il percorso delle correnti RF si accorcia attraverso i condensatori di linea a bassa resistenza piuttosto che attraverso i diodi, e con una capacità sufficientemente grande dei condensatori di shunt si può ottenere un'attenuazione significativa dell'interferenza. Dalla fine degli anni '70 circa, lo smistamento dei diodi raddrizzatori da parte dei condensatori è stato utilizzato da molti produttori nazionali ed esteri di alimentatori secondari per apparecchiature radio. I condensatori sono installati sia nei raddrizzatori a ponte che a onda intera con una presa dal centro dell'avvolgimento secondario e persino nei raddrizzatori a onda singola. Non siamo stati in grado di rintracciare la causa principale e scoprire lo scopo dell'installazione dei condensatori, tuttavia, una serie di (pochi) commenti trovati su questo argomento hanno indicato che ciò è stato fatto per "appianare il rumore ad alta frequenza proveniente dalla rete". In ogni caso, l'effetto di modulazione da parte della corrente alternata di fondo è notevolmente ridotto. I condensatori contribuiscono anche alla riduzione del rumore impulsivo dai transitori nei diodi stessi durante il funzionamento del raddrizzatore [5]. Un altro modo per escludere i diodi raddrizzatori dal circuito per correnti a radiofrequenza di modo comune è più accessibile: è sufficiente collegare i fili di rete al filo comune (custodia) del dispositivo radio ad alta frequenza [1, 7]. Ciò avviene, ad esempio, in tutti gli strumenti di misura sensibili alle interferenze e nei generatori di segnali. Entrambi i fili della rete sono collegati al corpo del dispositivo con condensatori da 10 ... 100 nF. In questo caso, la custodia senza messa a terra del dispositivo potrebbe essere sotto tensione pericolosa, quindi è obbligatoria la messa a terra protettiva (o messa a terra) della custodia. Si noti che a seguito dello shunt dei condensatori di diodi o di un raddrizzatore nel suo insieme, vari tipi di interferenze che penetrano sia dal lato della rete (al ricevitore) che dal lato della rete (dal trasmettitore) non diminuiscono, ma, al contrario, aumentano, man mano che diminuisce la resistenza sulla loro strada. Pertanto, indebolendo lo sfondo moltiplicativo che si verifica nel nostro raddrizzatore utilizzando il secondo metodo, non eliminiamo, ma, al contrario, aumentiamo le correnti di radiofrequenza nei cavi di rete. Rimane una potente fonte potenziale di interferenza: la rete elettrica come parte attiva del sistema di antenne. In questo modo, come dimostra l'esperienza, è praticamente impossibile sopprimere efficacemente la MF in reti reali in presenza di elementi non lineari o parametrici in dispositivi vicini connessi alla stessa rete, in particolare dispositivi di alimentazione secondaria. È molto meglio a questo proposito non facilitare il percorso delle correnti a radiofrequenza attraverso il raddrizzatore, ma, al contrario, escludere la causa di queste correnti o chiudere loro questo percorso, seguendo il primo dei metodi sopra indicati. Un modo è installare induttanze di intercettazione [2]. Sono inseriti nei circuiti di potenza (primari e/o secondari) in prossimità dell'oggetto (ricevitore o trasmettitore), senza richiedere l'intervento del circuito raddrizzatore. Le strozzature servono ad escludere o limitare la partecipazione dei fili di rete al sistema di antenna dell'apparato radio. Proteggono il ricevitore non solo dalle interferenze del loro raddrizzatore, ma anche dalle interferenze di tutti gli altri raddrizzatori e altre fonti associate alla rete. Dopotutto, la modulazione parassita può verificarsi anche sui diodi di un raddrizzatore "estraneo". Le bobine d'arresto nei cavi di rete sono installate in quasi tutti i moderni ricevitori televisivi con commutazione di alimentatori secondari, sebbene il loro scopo principale sia quello di chiudere il percorso per le armoniche del convertitore di frequenza e del generatore di scansione orizzontale ai cavi di rete. Un altro modo [2] è quello di schermare l'avvolgimento secondario del trasformatore di potenza dal primario. La schermatura ideale comporta la completa eliminazione dell'accoppiamento capacitivo tra gli avvolgimenti del trasformatore. Tuttavia, ciò è impossibile a causa dell'impossibilità pratica di mettere a terra efficacemente lo schermo tramite radiofrequenza. E per gli alimentatori senza trasformatore, questo metodo, ovviamente, non è affatto adatto. Un altro modo per combattere lo sfondo moltiplicativo è indebolire la connessione elettromagnetica tra l'antenna e i fili della rete. Ciò può essere ottenuto rimuovendo, per quanto possibile, i fili dell'antenna dai fili di rete, evitando la loro disposizione parallela, nonché prevenendo o indebolendo l'effetto antenna dell'alimentatore [6], che si ottiene, ad esempio, utilizzando dispositivi di bilanciamento e bobine di arresto (isolatori di linea) nell'alimentatore. Per la soppressione e la prevenzione più efficaci dell'interferenza moltiplicativa, è possibile e necessario utilizzare tutti i metodi disponibili in combinazione. Tuttavia, nella maggior parte delle descrizioni delle unità di potenza secondarie amatoriali, sfortunatamente, non sono stati trovati mezzi per combattere l'MF. Sottolineiamo che i metodi del primo metodo, pur non essendo necessari allo stretto scopo di sopprimere interferenze moltiplicative da fonti di energia, possono rivelarsi altamente desiderabili e persino necessari per affrontare altri tipi di interferenze di altro tipo (additivi), mentre i metodi del secondo metodo presi separatamente possono aggravare la situazione di interferenza rispetto a queste altre interferenze. Pertanto, l'uso preferito del primo metodo da solo o in combinazione con il secondo ci sembra più che appropriato. Quanto sopra è illustrato da oscillogrammi ottenuti mediante simulazione al computer (Electronics Workbench v.5.12). Lo schema di simulazione è mostrato in fig. 3.
Il raddrizzatore a ponte, alimentato da una sorgente di tensione CA G1, è caricato con il circuito R2C7. I diodi a ponte VD1 - VD4 sono vicini nei parametri ai diodi domestici KD204B. La corrente a radiofrequenza di 150 kHz attraverso il raddrizzatore viene creata dall'azione dell'EMF del generatore G2. Per indicarlo, viene utilizzato un convertitore corrente-tensione (generatore di tensione controllato in corrente) U1. I condensatori C3 - C6 e/o l'induttore L1 fungono da elementi di soppressione dell'MF. Gli elementi C1, C2, R1 rappresentano un modello (equivalente) di qualche sistema di antenne con partecipazione di rete. Autore: D.Avdonin, A.Grechikhin
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