Читать онлайн «Радиоэлектроника-с компьютером и паяльником». Страница 38

Рис. 93. Осциллограммы сигналов модели передатчика в программе EWB

Передатчик собирается на печатной плате размером 50x50 мм. показанной на рис. 94, а. Общий вид монтажа устройства показан на рис. 94, б.

Рис. 94. Передатчик Мастер КИТ NK127:

а — печатная плата; б — монтаж

Если собрать такой реальный передатчик согласно приложенным инструкциям, то он будет иметь выходную мощность до 0,2 Вт. Это может при излучающем антенном диполе в четверть длины волны и чувствительности УКВ-приемника 10 мкВ обеспечить дальность устойчивой связи около 100 м (для начала — неплохо).

В каталоге Мастер КИТ можно выбрать подходящий стабилизированный источник питания для стационарного использования: за батарейками-то и даже аккумуляторами, как известно, не набегаешься. Можно и самостоятельно изготовить источник питания. Об этом будет рассказано дальше. Кроме того, передатчик желательно поместить в корпус, например, BOX-GOI В.

Термин-метафора «питание» применительно к обеспечению радиоэлектронной аппаратуры электроэнергией для ее нормального функционирования имеет глубокий физический смысл. Достаточно вспомнить то, как был установлен закон сохранения и превращения энергии графом Румфордом еще в 1778 г. Граф в мастерских Мюнхенского цейхгауза наблюдал за сверлением жерл пушек с помощью конной тяги, вращающей гигантские сверла, которые при этом сильно нагревались, и их охлаждали, поливая водой.

Делая нехитрые фуражные расчеты, граф обнаружил соответствие между выделяемым при этом количеством теплоты и теплотой, получаемой при сгорании овса, равного по количеству тому, которым кормили лошадей за время работы. Для этого он просто один раз развел из овса костерок под жерлом, заполненным водой, и нашел, что одно и то же количество воды испаряется при одной и той же норме овса, выделяемой лошадям («сгораемой» внутри организма; животное — это тепловая машина!). Не случайно поэтому, люди следят «за своими калориями», кроме того, наш организм нуждается не просто в питании, а в питании сбалансированном, содержащем белки, витамины и соли.

Так и различная радиоэлектронная аппаратура требует для своего питания источники с различными характеристиками. Если их не удовлетворить, то последствия могут быть самыми различными; от не качественной работы, до выхода из строя. Так сказать, «не в коня корм». (Правда, последнее говорится иносказательно, как правило, о пище духовной.) Развитие переносной аппаратуры (ноутбуков, радиостанций Си-Би диапазона, аудиотехники, мобильников, цифровых камер) требует автономных источников, обеспечивающих их длительную работу при потребляемом токе 1…3 А и напряжении 12…30 В. При возможности питания от бортовой автомобильной электросети подобные устройства, снабженные стандартными сетевыми адаптерами AC/DC («переменное/постоянное»), можно было бы питать от дополнительных преобразователей-инвертеров DC/AC («постоянное/переменное»). Однако такое «лобовое» решение проблемы вряд ли оправдано.

Альтернативным является использование одного DC/DC («постоянное/постоянное») преобразователя или так называемого «электронного трансформатора постоянного тока».

Подобные устройства можно собрать из наборов Мастер КИТ. Например, к таковым относится набор NK131. Для ознакомления с ним смоделируем его работу в виртуальном виде в программе EWB.

Схема преобразователя (рис. 95) представляет собой автогенератор на биполярном транзисторе VT1, усилительный каскад на транзисторах VT2 и VT3 по схеме Дарлингтона, выпрямитель на диодах VD1 и VD2, а также стабилизирующую обратную связь на стабилитронах VD3 и VD4.

Рис. 95. Виртуальная модель в EWB преобразователя Мастер КИТ NK131

Сборку этой виртуальной модели начинаем с выбора транзисторов. Как и прежде, приходится констатировать, что в библиотеке компонентов данной версии программы отсутствуют необходимые номиналы. В силу этого выбраны другие типы. С диодами такой проблемы не возникло и, войдя в библиотеке диодов в строку Моtorol 1, выбираем Model D1N5402. Аналогично в качестве стабилитронов выбираем Zener Diod и далее, general Model GLL4743 и GLL4748, соответственно с напряжениями стабилизации 13 и 22 В.

Наибольшие проблемы, однако, возникают при выборе модели трансформатора. Дело в том, что какие-нибудь его характеристики нам неизвестны. В программе EWB предусмотрена возможность двух разновидностей трансформаторов: линейного и нелинейного. Для последнего требуется указать около 40 неизвестных параметров, что заведомо не реально (или требует специального исследования, которое оставляем для «любителей трансформаторов»). Поэтому выбираем линейный трансформатор, в модели которого надо указать только 5 величин (см. рис. 96).

Рис. 96. Окно редактирования свойств трансформатора

Первой из них является коэффициент трансформации, равный отношению чисел витков первичной и вторичной обмоток — Primary-to-secondary turns ratio (N). Оценку этой величины можно провести из следующих соображений. В так называемых Т-образных схемах замещения трансформаторов принимается, что приведенное активное сопротивление вторичной обмотки трансформатора R2 равно активному сопротивлению его первичной обмотки R1, т. е. R2 = R1. Кроме того, приведенное активное сопротивление вторичной обмотки трансформатора R2 связано с коэффициентом трансформации N и не приведенным активным сопротивлением вторичной обмотки простым соотношением: R1 = N2·R2.

Откуда следует, что N = (R1/R2)1/2. Таким образом, необходимо знать лишь активные сопротивления обмоток, а их нетрудно измерить омметром. Наши измерения для приложенного в комплект трансформатора КЕМО Switching Transformer NR.TR.B.065 приближенно составили: R1 = 0.45 Ом, R2 = 0.15 Ом и, следовательно, N ~= 1.7.

Далее необходимо оценить индуктивность рассеяния — Leakage inductance (LE) и индуктивность магнитопровода — Magnetizing inductance (LM), которые примем равными: 0.00001 Генри и 0.0001 Генри, соответственно. Последние две позиции в параметрах модели трансформатора (см. рис. 96) — это активные сопротивления его обмоток: активное сопротивление первичной обмотки — Primary winding resistance (RP) и активное сопротивление вторичной обмотки — Secondary winding resistance (RS). Эти сопротивления мы уже нашли ранее, что и позволяет полностью охарактеризовать применяемый трансформатор (см. рис. 96).

При сборке модели, как и реального устройства, обратите внимание на правильную «фазировку» соединения выводов трансформатора: в модели «генераторные выводы» А и F отмечены условным знаком + (в русскоязычной документации их обычно обозначают жирными точками или звездочками).

Таким образом, виртуальная модель может быть составлена по приложенной схеме, но в силу сделанных приближений ее возможности ограничены. Дополним виртуальную схему-модель измерительными приборами на входе (V1 и А1) и выходе (V2 и А2). В качестве нагрузки включим на выходе переменный резистор R4 = 30 0 м, регулируемый клавишей R. Аккумуляторную батарею представим идеальным источником напряжения с ЭДС Е1 = 12В. Кроме того, предусмотрим возможность осциллографирования сигналов (см. рис. 95).

Теперь запускаем моделирование и наблюдаем за показаниями вольтметров и амперметров при различных значениях нагрузки R4 (а при желании и за видом осциллограмм). При этом надо иметь в виду, что программа рассчитывает переходные процессы, поэтому отсчеты по приборам надо делать, выждав некоторое время.

Устройство представляет собой «электронный трансформатор постоянного тока», позволяющий питать приборы, требующие повышенного напряжения 12…30 В (мощные усилители, радиоприемники, акустические системы) от источника 6…12 В, например, от автомобильного аккумулятора.

Внешний вид печатной платы преобразователя представлен на рис. 97, а его общий вид — на рис. 98.

Рис. 97. Внешний вид печатной платы преобразователя