УСТРОЙСТВО ЗАЩИТЫ ТРАНСИВЕРА
Александр Соколов, г. Москва
Источник: журнал «Радио», 2002, № 5, с. 66
https://vectorcom.ru/items/26
https://chipinfo.ru/literature/radio/200205/p66-67.html
https://ua4lou.qrz.ru/sx_1.html
https://radiovector.ru/items/25
https://usbravo.ru/zashchita-transivera-ot-napryazheniya/
Статистика ремонтов приёмопередающей аппаратуры показывает, что до 30% отказов вызваны авариями по питанию. К числу типичных аварийных ситуаций относятся превышение питающего напряжения (перенапряжение) и несоблюдение его полярности (переполюсовка). Некоторые пользователи умудряются каким-то загадочно-непонятным способом сотворить ещё и сочетание этих ситуаций. Следует особо подчеркнуть, что уязвимость радиостанции резко возрастает, если применяется не типовой (в том числе самодельный) предохранитель и источник с неоправданно большим запасом по току.
В таких случаях внутренняя защита трансивера оказывается неэффективной и последствия аварий принимают весьма серьёзный, а порой и катастрофический характер. Неизбежный массовый отказ дорогостоящих и дефицитных компонентов делает восстановление «убитого» трансивера нерентабельным. При авариях, прежде всего, повреждаются различные полупроводниковые приборы – диоды, транзисторы, интегральные микросхемы. У них могут измениться характеристики, произойти пробой или обрыв переходов, термомеханическое разрушение корпуса. Выходят из строя резисторы, моточные изделия, лампы подсветки. Может происходить вспучивание или взрыв оксидных конденсаторов, отслоение и выгорание печатных проводников, обугливание участков платы, деформация деталей из термопластов. Вся коллекция отказов взята из практики.
Аварийные ситуации возникают при следующих обстоятельствах: неумелые действия начинающего пользователя, случайная ошибка или небрежность опытного оператора, умышленное причинение вреда посторонним лицом, техническая неисправность системы электропитания. Как видим, от подобных рисков не застрахован ни один владелец радиостанции. Поэтому возникла идея разработать устройство для надёжной защиты трансивера при аварийных ситуациях.
Устройство блокирует подачу питания радиостанции при поступлении аномального напряжения в интервале от –50 В до +50 В. Оно обладает и другими полезными свойствами, например, не создаёт падения напряжения в цепи питания трансивера, а также не требует обязательного применения предохранителя. Что касается быстродействия защиты, то оно не превышает 2 мс и зависит от характера аварийной ситуации.
Схема устройства защиты показана на рис. 1. При поступлении на вход устройства напряжения положительной полярности с уровнем менее 10 В по цепи VD1R1K1VT1 протекает ток, однако его недостаточно для срабатывания реле К1. При входном напряжении 10…15 В реле срабатывает и подаёт питание на трансивер.
Если в процессе работы напряжение превысит 15 В, то стабилитрон VT1 начнёт проводить ток, который откроет тиристор VS1. Напряжение на аноде тиристора упадёт, транзистор VT1 закроется и обмотка реле К1 обесточится. Поскольку она ничем не зашунтирована, то отпускание контактов реле произойдёт за минимальное время (реально 0,5…2 мс). В результате трансивер будет отключён от источника повышенного напряжения. Стабилитрон VD3, применение которого не обязательно, срезает короткий выброс, возможный при очень большой скорости нарастания напряжения.
В случае, если аварийно высокое напряжение поступит на вход устройства скачком от нулевого уровня, то оно вообще не попадет на трансивер, так как электронная «защёлка» VD2VS1VT1 среагирует на несколько порядков быстрее, чем успеет сработать реле К1. В случае переполюсовки напряжение отрицательной полярности также не поступит на трансивер, поскольку реле не сработает благодаря диоду VD1, который будет закрыт обратным напряжением.
После аварийного срабатывания защиты возвращение в исходное состояние осуществляется путем кратковременного снятия входного напряжения.
Было изготовлено два варианта конструктивного исполнения устройства. В первом – детали устройства смонтированы внутри корпуса реле К1, в качестве которого использовано реле КУЦ-1 (паспорт РА.362.900) от цветных телевизоров отечественного производства. Оно имеет сопротивление обмотки 560 Ом и срабатывает при напряжении около 5 В. Габаритные размеры устройства (45 х 45 х 15 мм) позволяют поместить его внутри трансивера либо снаружи на крышке.
Очень удобен и другой вариант – в пластиковом цилиндрическом контейнере от фотоплёнки, имеющим диаметр 30 и длину 50 мм. Готовое изделие заливается эпоксидным компаундом и устанавливается в разрыв шнура питания трансивера (аналогично фильтру от импульсных помех). Здесь использовано более компактное реле РЭС47 (паспорт РФ4.500.409) с сопротивлением обмотки 175 Ом. При этом резистор R1 должен иметь сопротивление 110 Ом. Подойдут также любые другие малогабаритные реле, срабатывающие при напряжении 5…6 В и способные коммутировать ток не менее 3 А (например, реле серии ТRС фирмы TTI).
Транзистор VT1 можно заменить токовыми ключами серий КР1014, КР1064 с индексами А, В или их аналогами ZVN2120, VN2410. Вместо диода VD1 подойдёт любой другой с прямым током не менее 0,3 А и обратным напряжением не менее 400 В, например, КД209А. Стабилитрон VD2 можно заменить на Д814 или КС515А. Тиристор VS1 может быть с индексами Е–И, причём желательно использовать экземпляры, отобранные по максимальной чувствительности.
Налаживание устройства начинают с подбора резистора R1, добиваясь срабатывания реле при напряжении 9,5…10 В. Затем, медленно и плавно повышая напряжение, убеждаются, что реле отпускает при 14,5…15,0 В. Если потребуется, то напряжение отсечки можно изменить подбором стабилитрона VD2.
Автор рискнул провести испытания СиБи трансивера Alan 78 Plus, оснащённого устройством защиты. Процедура испытаний имитировала серию наиболее опасных аварийных ситуаций, а именно, комбинацию переполюсовки и перенапряжения. Кроме этого, намеренно вводился фактор усугубления аварии – вместо штатного плавкого предохранителя номиналом 2 А была установлена перемычка из толстого провода. В реальных условиях такой, можно сказать, «беспредел» гарантирует обширное и необратимое разрушение электронных компонентов любого трансивера.
В ходе испытаний аппарат многократно подключался к источникам тока – блоки питания PS-30, Б5-48, Б5-71 и трансформатор ОСМ-220/36, которые имели следующие выходные параметры:
–13,8 В (32 А), +16 В (10 А), –16 В (10 А), +30 В (10 А), –30 В (10 А), +50 В (2 А), –50 В (2 А), ~36 В (50 Гц, 5 А).
Подача на трансивер каждого испытательного напряжения осуществлялась автоматически с помощью программного устройства, работающего по циклограмме, отображённой в таблице 1.
Расширенный режим испытаний позволил моделировать аварийные ситуации различной продолжительности и попутно проверить устойчивость защиты к переходным процессам. Если каждый факт подачи на трансивер аномального напряжения рассматривать как аварийную ситуацию, то нетрудно подсчитать, что их суммарное количество составило 688. Тем не менее, столь сокрушающее воздействие не причинило радиостанции никакого вреда. При контрольной подаче номинального напряжения (+13,2 В) аппарат включился и показал полную работоспособность. Такой результат испытаний свидетельствует о надёжности устройства и позволяет отнести его категории «защиты от дурака».
Если несколько усложнить устройство, оно может обеспечить дополнительно защиту по току потребления и от аварийного повышения ВЧ напряжения на коллекторе выходного транзистора передатчика. Такое повышение происходит при рассогласовании антенно-фидерного тракта или возбуждении выходного каскада.
Схема этого варианта изображена на рис. 2. Защита по тока (перегрузка, КЗ) осуществляется с помощью датчика тока – геркона SF1 с расположенной на нем катушкой L1. При увеличении тока, потребляемого трансивером выше установленного значения, электромагнитное поле катушки становится достаточным для замыкания магнитоуправляемого контакта.
Поскольку геркон включён параллельно стабилитрону VD2, то происходит аварийное отключение устройства аналогично ситуации с перенапряжением. Элементы VT2, C1, R4, VD4 формируют зону временной нечувствительности защиты к броску тока, возникающему в момент включения трансивера. Для Alan 78 Plus это время составляет около 22 мс и может корректироваться подбором конденсатора С1.
При работе с устройством необходимо сначала включить трансивер, а затем тумблер SA1.
Настройка токовой защиты на уровень 2…3 А сводится к подбору числа витков катушки L1, состоящей из 4…8 витков провода ПЭЛ 0,5 (грубо) и перемещению ее по геркону (точно) с последующим фиксированием термоплавким клеем.
При рассогласование нагрузке (например, обрыве в антенно-фидерном тракте) ВЧ напряжение на коллекторе выходного транзистора передатчика увеличивается, что чревато пробоем его переходов. Однако в этом случае стабилитрон VD5 начинает проводить ток, который открывает транзистор VT3. Положительное напряжение с коллектора транзистора поступает на управляющий электрод тиристора VS1 и устройство отключается аналогично другим аварийным ситуациям.
Резистор R7 подбирают таким образом, чтобы трансивер отключался при работе передатчика на эквивалент антенны 150 Ом, что соответствует КСВ-3.
vectorservis@bk.ru