Радиолюбитель купил зарубежный трансивер (или изготовил супертрансивер самостоятельно), усилитель мощности, установил фирменные антенны, понаставил всевозможных фильтров в сигнальные и питающие цепи аппаратуры, обеспечил качественное заземление. Удовлетворенный проделанной работой, он включил аппаратуру и дал общий вызов. Чем же так недовольны соседи, почему стучат по батареям и в дверь, а при встрече грозят всевозможными неприятностями?
По-видимому, радиолюбитель не учел, что причины возникновения помех приему телевидения (TVI) могут быть в недостаточной «развязке» аппаратуры от сети переменного тока. В этом случае возникают т.н. «искажение синусоиды», «перекос фазы» и «мультипликативный фон».
На рис.1 приведена схема, с помощью которой можно объяснить возникновение искажений синусоидальной формы переменного напряжения при подключении нагрузки, питаемой через однополупери- одный выпрямитель. Такие искажения происходят из-за неравномерной нагрузки на полупериоды питающего переменного напряжения.
Нагрузка Rнarp подключена к питающей сети только в положительные полупериоды переменного напряжения, когда диод VD1 открыт. В отрицательные полупериоды VD1 закрыт, ток в цепи не протекает, и «своя» аппаратура питается энергией, запасенной в конденсаторе фильтра выпрямителя за время положительного полупериода. Может, все было бы идеально, если бы нагрузка, питаемая через однополупериодный выпрямитель, была маломощной и была подключена непосредственно к мощному генератору. На практике все бывает как раз наоборот — к генератору подключается достаточно мощная нагрузка, соединенная с ним длинными проводами, сопротивление которых (вместе со всеми понижающими трансформаторами, включенными в цепь между генератором и нагрузкой) составляет некоторую конечную величину Рлин = Rn1 + Rn2. При протекании тока Iнагр через сопротивление Рлин в положительный полупериод питающего Rнaгp напряжения создается падение напряжения Uпад = Iнагр*Rнагр.тем большее, чем меньше Rнarp и больше Rлин. При отрицательном полупериоде Uпад = 0, т.е. напряжение на однополупериодной нагрузке (в точке С) равно напряжению у генератора, ток в нагрузке Rнarp отсутствует.
Подобные процессы, правда, не столь заметные, протекают и при использовании нагрузки, в которой установлен выпрямитель-умножитель переменного напряжения в нечетное число раз.
Искажение синусоиды питающего напряжения может привести к появлению помех в виде полос и ряби на экране телевизора, увеличению гула и фона в звуковом тракте, возникающих в такт с телеграфными посылками, к сбоям чувствительной автоматики.
При промышленном производстве радиоаппаратуры, в том числе, для радиолюбителей, в мощных узлах стараются не применять однополупериодные схемы выпрямления напряжения, но в радиолюбительских конструкциях однополупериодный выпрямитель встречается довольно часто.
Вторым «подводным камнем» в нелегком деле борьбы с TVI является т.н. «перекос фаз» — неравномерность распределения нагрузки по фазам питающей сети. В самом деле, если мы подключим мощную нагрузку между одним из фазных проводов трехфазной сети и «нулем», то на этой фазе напряжение упадет, причем тем больше, чем больше сопротивление подводящих проводов и меньше сопротивление нагрузки (чем мощнее потребитель). При этом на двух других фазах напряжение возрастет. При активной нагрузке (например, кипятильник, электроплита) или нагрузке с двухполупериодными выпрямителями (например, мощный блок питания усилителя мощности) искажения формы питающего напряжения не будет, но в такт с нагрузкой (например, при работе телеграфом) будет изменяться напряжение сети, причем на «своей» фазе уменьшаться, а на соседних увеличиваться. Это может привести, например, к изменению яркости и размеров растра телевизионного изображения, призвукам ударного характера в радиоприемниках и звуковоспроизводящей технике, особенно в той, где отсутствуют сетевые фильтры.
Следующий тип «неприятностей», распространяющихся через питающую сеть — мультипликативный фон. Возьмем AM приемник диапазона ДВ или СВ и настроим его на мощную вещательную радиостанцию. Если поблизости присутствует хоть один выпрямитель сетевого напряжения с диодами, не зашунтированными конденсаторами, то вметe с радиопередачей мы услышим характерный рокот, похожий на фон переменного тока. Это и есть мультипликативный фон. Возникает он в результате детектирования сигналов мощных радиостанций диодами выпрямителей сетевого напряжения, а антенной в данном случае служат провода сети переменного тока. Представьте, что произойдет с аппаратурой соседа, если у него в телевизоре или радиоприемнике установлен выпрямитель, не имеющий защиты от мультипликативного фона. В этом случае напряжение, наведенное в сети переменного тока от антенны работающего любительского передатчика, в такт с манипуляцией поступит в телевизор и проявит себя как периодически появляющаяся темная горизонтальная полоса или муар на экране. В динамике радиоприемника (чаще всего AM) будет прослушиваться гудение в такт с манипуляцией.
Идеальным (в смысле причинения минимальных помех TVI) будет питание аппаратуры от трехфазной сети с двухполупериодным выпрямлением и шунтированием каждого диода конденсатором. Допустимой импульсной нагрузкой при работе CW и SSB следует считать мощность потребления от одной фазы не более 600 — 1000 Вт. Разброс мощности в этом случае обусловлен длиной (сопротивлением) проводов, подходящих к подстанции. Чем больше сопротивление проводов питающей сети переменного тока, тем меньшую мощность следует потреблять, чтобы не допустить больших колебаний напряжения в сети, в свою очередь приводящих к возникновению TVI/BCI.
На рис.2 приведена схема вторичных обмоток трехфазных трансформаторов вместе с выпрямителем и конденсатором фильтра (чтобы не усложнять схему, вторичные обмотки трехфазного трансформатора условно показаны раздельно, они должны быть на одном сердечнике, и не показаны первичные обмотки). Схема выпрямления со средней точкой, несмотря на необходимость намотки двойного количества провода вторичных обмоток, предпочтительнее, т.к. позволяет не только уменьшить число диодов, но и снизить «просадку» напряжения при увеличении нагрузки.
Конденсаторы См — блокировочные (4700 — 6800 пФ) и служат для устранения мультипликативного фона. Они шунтируют выпрямительные диоды на ВЧ и таким образом подавляют детектирование и модуляцию проникающего по питающей сети напряжения. Для защиты соседних приемников от мультипликативных помех этого недостаточно, и требуется, чтобы в этих приемниках диоды в выпрямителе были за шунтированы конденсаторами. Можно ослабить действие этого вида помех, расположив антенну подальше от сетевых проводов, применив качественные настроенные и согласованные антенны с коаксиальным кабельным снижением (фидером) минимальной длины и т.д. В квартире прокладываемый коаксиальный кабель должен пересекаться под прямым углом с проводами сети переменного тока и, желательно, на максимальном возможном расстоянии от них.
При питании аппаратуры от выпрямителя с трехфазным силовым трансформатором, подключенным к трехфазной сети, обеспечивается преимущество не только по равномерному распределению нагрузки по фазам, но и за счет следования напряжения последующей фазы со сдвигом по отношению к напряжению предыдущей фазы на угол равный 60° (при двухполупериодном выпрямлении). Кроме того, можно уменьшить емкости конденсатора фильтра втрое по сравнению с однофазным двухполупериодным выпрямителем, имеющим такие же параметры по сглаживанию пульсаций выпрямленного напряжения (порой бывает сложно найти высоковольтный конденсатор достаточно большой емкости для фильтра).
Получить разрешение на подключение к трехфазной сети с установкой соответствующих счетчиков можно в региональных электросетях. Трехфазные вводы имеются в большинстве городских домов. Учтите, что при этом напряжение питания должно быть на всех трех фазах одновременно, отсутствие напряжения на одной или двух фазах сразу скажется на качестве работы аппаратуры.
В.Беседин