دوائر المولدات عالية التردد. دوائر المولدات عالية التردد أنبوب مولد الترددات اللاسلكية
مخصص لهواة الراديو الشباب...
مقدمة
بمجرد توليد إشارة الراديو، يتم نقلها إلى أعماق الكون بسرعة الضوء... هذه العبارة، التي قرأتها في مجلة "Young Technician" في طفولتي البعيدة، تركت انطباعًا قويًا عندي وحتى ذلك الحين قررت بحزم أنني سأرسل بالتأكيد إشارتي إلى "إخواننا في الاعتبار" مهما كلفني ذلك. لكن الطريق من الرغبة إلى الحلم حقيقة طويل ولا يمكن التنبؤ به...
عندما بدأت العمل في مجال الراديو لأول مرة، أردت حقًا إنشاء محطة راديو محمولة. في ذلك الوقت اعتقدت أنه يتكون من مكبر صوت وهوائي وبطارية. كل ما عليك فعله هو توصيلها بالترتيب الصحيح وستكون قادرًا على التحدث مع الأصدقاء أينما كانوا... لقد ملأت أكثر من دفتر ملاحظات بالرسوم البيانية المحتملة، وأضفت جميع أنواع المصابيح الكهربائية والملفات والأسلاك. اليوم هذه الذكريات تجعلني أبتسم فقط، ولكن بعد ذلك بدا لي أنه أكثر من ذلك بقليل وسأحصل على جهاز معجزة في يدي...
أتذكر أول جهاز إرسال راديو خاص بي. في الصف السابع، ذهبت إلى نادي تحديد الاتجاه الرياضي بالراديو (ما يسمى بصيد الثعالب). في أحد أيام الربيع الجميلة، أصدر "ثعلبنا" الأخير أوامره بالعيش طويلاً. سلمني رئيس الدائرة، دون التفكير مرتين، بالكلمات - "... حسنًا، لقد قمت بإصلاحه هناك...". ربما كنت فخورًا وسعيدًا للغاية لأنه تم تكليفي بمثل هذه المهمة المشرفة، لكن معرفتي بالإلكترونيات في ذلك الوقت لم تصل إلى "الحد الأدنى للمرشح". كنت أعرف كيفية التمييز بين الترانزستور والصمام الثنائي وكانت لدي فكرة تقريبية عن كيفية عملهما بشكل منفصل، لكن كيفية عملهما معًا كانت لغزًا بالنسبة لي. عندما وصلت إلى المنزل، فتحت الصندوق المعدني الصغير برهبة. كان بداخلها لوحة تتكون من هزاز متعدد ومولد RF على ترانزستور P416. بالنسبة لي كان هذا قمة تصميم الدوائر. كانت التفاصيل الأكثر غموضًا في هذا الجهاز هي ملف المذبذب الرئيسي (3.5 ميجاهرتز) الملفوف على قلب مدرع. تغلب فضول الطفولة على الفطرة السليمة وتم حفر مفك براغي معدني حاد في الغلاف المدرع للملف. "الإمساك"، كان هناك أزمة وسقطت قطعة من جسم الملف المدرع على الأرض بضربة قوية. وبينما كان يسقط، كان مخيلتي قد رسمت بالفعل صورة لي عندما أطلق قائد دائرتنا النار عليه...
وكانت لهذه القصة نهاية سعيدة، رغم أنها حدثت بعد شهر. لقد أصلحت أخيرًا "الثعلب"، على الرغم من أنني، لكي أكون أكثر دقة، قمت بصنعه من جديد. لم تتحمل لوحة المنارة المصنوعة من رقائق Getinax التعذيب باستخدام مكواة اللحام بقدرة 100 واط، وتقشرت المسارات بسبب إعادة اللحام المستمر للأجزاء... اضطررت إلى صنع اللوحة مرة أخرى. شكرًا لأبي لأنه جلب (تم الحصول عليه من مكان ما بصعوبة كبيرة) رقائق جيتيناكس، ولوالدتي على طلاء الأظافر الأحمر الفرنسي باهظ الثمن الذي استخدمته لطلاء اللوحة. لم أتمكن من الحصول على نواة درع جديدة، لكنني تمكنت من لصق القديم بعناية باستخدام غراء BF. أرسلت منارة الراديو التي تم إصلاحها بكل سرور "PEEP-PEEP" الضعيف على الهواء، ولكن بالنسبة لي كان مشابهًا لـ إطلاق أول قمر صناعي للأرض والذي أعلن للإنسانية بداية عصر استكشاف الفضاء بنفس الإشارة المتقطعة على ترددات 20 و40 ميجاهيرتز. ها هي القصة...
مخطط الجهاز
يوجد عدد كبير من دوائر المولدات في العالم قادرة على توليد تذبذبات ذات ترددات وقوى مختلفة. عادةً ما تكون هذه أجهزة معقدة للغاية تعتمد على الثنائيات أو المصابيح أو الترانزستورات أو العناصر النشطة الأخرى. يتطلب تجميعها وتكوينها بعض الخبرة والمعدات باهظة الثمن. وكلما زاد تردد المولد وقوته، زادت الحاجة إلى الأجهزة المعقدة والمكلفة، ويجب أن يكون هواة الراديو أكثر خبرة في هذا الموضوع.
لكن اليوم أود أن أتحدث عن مولد RF قوي إلى حد ما، مبني على ترانزستور واحد فقط. علاوة على ذلك، يمكن لهذا المولد العمل بترددات تصل إلى 2 جيجا هرتز وأعلى ويولد قدرًا كبيرًا من الطاقة - من الوحدات إلى عشرات الواط، اعتمادًا على نوع الترانزستور المستخدم. السمة المميزة لهذا المولد هي الاستخدام مرنان ثنائي القطب متماثل,نوع من الدائرة التذبذبية المفتوحة مع اقتران حثي وسعوي. لا تخف من هذا الاسم - يتكون الرنان من شريطين معدنيين متوازيين يقعان على مسافة قصيرة من بعضهما البعض.
لقد أجريت تجاربي الأولى مع مولدات من هذا النوع في أوائل العقد الأول من القرن الحادي والعشرين، عندما أصبحت ترانزستورات الترددات اللاسلكية القوية متاحة لي. منذ ذلك الحين، عدت بشكل دوري إلى هذا الموضوع، حتى منتصف الصيف، ظهر موضوع على موقع VRTP.ru حول استخدام مولد ترانزستور واحد قوي كمصدر للإشعاع عالي التردد لتشويش الأجهزة المنزلية (مراكز الموسيقى، مسجلات أشرطة الراديو وأجهزة التلفزيون) عن طريق توجيه تيارات التردد العالي المعدلة في الدوائر الإلكترونية لهذه الأجهزة. شكلت المواد المتراكمة أساس هذه المقالة.
إن دائرة مولد الترددات اللاسلكية القوية بسيطة للغاية وتتكون من كتلتين رئيسيتين:
- مباشرة المذبذب الذاتي HF نفسه على الترانزستور.
- المغير هو جهاز لمعالجة (إطلاق) مولد الترددات اللاسلكية بشكل دوري باستخدام إشارة تردد صوتية (أي إشارة أخرى).
التفاصيل والتصميم
"قلب" مولدنا هو ترانزستور موسفيت عالي التردد. هذا عنصر مكلف إلى حد ما ونادرا ما يستخدم. يمكن شراؤه بسعر معقول من المتاجر الصينية عبر الإنترنت أو العثور عليه في معدات الراديو عالية التردد - مكبرات الصوت / المولدات عالية التردد، أي في لوحات المحطات الأساسية الخلوية بمعايير مختلفة. بالنسبة للجزء الأكبر، تم تطوير هذه الترانزستورات خصيصًا لهذه الأجهزة.
تختلف هذه الترانزستورات بصريًا وهيكليًا عن تلك المألوفة لدى العديد من هواة الراديو منذ الطفولة. KT315أو MP38وهي عبارة عن "طوب" ذو خيوط مسطحة على ركيزة معدنية قوية. أنها تأتي في أحجام صغيرة وكبيرة اعتمادا على انتاج الطاقة. في بعض الأحيان، يوجد في حزمة واحدة ترانزستوران على نفس الركيزة (المصدر). وهنا ما تبدو عليه:
ستساعدك المسطرة أدناه في تقدير حجمها. لإنشاء مذبذب، يمكن استخدام أي ترانزستورات MOSFET. لقد قمت بتجربة الترانزستورات التالية في المولد: MRF284، MRF19125، MRF6522-70، MRF9085، BLF1820E، PTFA211801E- كلهم يعملون. وهذا ما تبدو عليه هذه الترانزستورات من الداخل:
المادة الثانية الضرورية لتصنيع هذا الجهاز هي نحاس. أنت بحاجة إلى شريحتين من هذا المعدن بعرض 1-1.5 سم. وطولها 15-20 سم (لتردد 400-500 ميجاهرتز). يمكن تصنيع الرنانات بأي طول، اعتمادًا على التردد المطلوب للمولد. تقريبًا، يساوي 1/4 الطول الموجي.
لقد استخدمت النحاس بسمك 0.4 و 1 مم. لن تحافظ الشرائط الأقل رفيعة على شكلها جيدًا، ولكنها من حيث المبدأ تعمل أيضًا. بدلا من النحاس يمكنك استخدام نحاس. تعمل أيضًا الرنانات المصنوعة من الألبكة (نوع من النحاس الأصفر) بنجاح. في أبسط نسخة، يمكن تصنيع الرنانات من قطعتين من الأسلاك يبلغ قطرها 0.8-1.5 ملم.
بالإضافة إلى ترانزستور التردد اللاسلكي والنحاس، ستحتاج إلى دائرة كهربائية دقيقة لتصنيع المولد 4093 - هذه هي 4 عناصر 2I-NOT مع مشغلات Schmitt عند الإدخال. يمكن استبداله بدائرة كهربائية دقيقة 4011 (4 عناصر 2I-NOT) أو ما يعادلها باللغة الروسية - K561LA7. يمكنك أيضًا استخدام مولد آخر للتعديل، على سبيل المثال، مجمع عليه المؤقت 555. أو يمكنك استبعاد الجزء المعدل تمامًا من الدائرة والحصول على مولد RF.
يتم استخدام الترانزستور p-n-p المركب كعنصر رئيسي نصيحة126(يمكنك استخدام TIP125 أو TIP127، فهي تختلف فقط في الحد الأقصى للجهد المسموح به). وفقًا لجواز السفر، يمكنه تحمل 5A، لكنه يصبح ساخنًا جدًا. ولذلك، هناك حاجة إلى المبرد لتبريده. بعد ذلك، استخدمت الترانزستورات ذات التأثير الميداني على شكل قناة P IRF4095أو P80PF55.
تجميع الجهاز
يمكن تجميع الجهاز إما على لوحة دوائر مطبوعة أو عن طريق التثبيت على السطح بما يتوافق مع قواعد تركيب التردد اللاسلكي. يتم عرض طوبولوجيا ونوع لوحتي أدناه: 
تم تصميم هذه اللوحة لنوع الترانزستور MRF19125 أو PTFA211801E. بالنسبة له، يتم قطع ثقب في اللوحة يتوافق مع حجم المصدر (لوحة المشتت الحراري).
من النقاط المهمة في تجميع الجهاز ضمان إزالة الحرارة من مصدر الترانزستور. لقد استخدمت مشعات مختلفة لتناسب الحجم. بالنسبة للتجارب قصيرة المدى، تكون هذه المشعات كافية. للتشغيل على المدى الطويل، تحتاج إلى مشعاع بمساحة كبيرة بما فيه الكفاية أو استخدام دائرة المروحة.
إن تشغيل الجهاز بدون مشعاع محفوف بارتفاع درجة حرارة الترانزستور السريع وفشل عنصر الراديو باهظ الثمن.
للتجارب، قمت بصنع العديد من المولدات بترانزستورات مختلفة. لقد صنعت أيضًا حوامل شفة للرنانات الشريطية بحيث يمكن تغييرها دون تسخين الترانزستور باستمرار. ستساعدك الصور أدناه على فهم تفاصيل التثبيت.
بدء تشغيل الجهاز
قبل تشغيل المولد، تحتاج إلى التحقق مرة أخرى من صحة توصيلاته حتى لا ينتهي بك الأمر مع كومة باهظة الثمن من الترانزستورات تحمل علامة "محروقة". 
يُنصح بإجراء أول عملية بدء مع التحكم في الاستهلاك الحالي. يمكن أن يقتصر هذا التيار على مستوى آمن باستخدام مقاومة 2-10 أوم في دائرة طاقة المولد (المجمع أو استنزاف الترانزستور المعدل).
يمكن التحقق من تشغيل المولد باستخدام أجهزة مختلفة: جهاز استقبال البحث، أو الماسح الضوئي، أو مقياس التردد، أو ببساطة مصباح موفر للطاقة. إشعاع HF بقوة تزيد عن 3-5 واط يجعله يتوهج.
تقوم تيارات التردد العالي بسهولة بتسخين بعض المواد التي تتلامس معها، بما في ذلك الأنسجة البيولوجية. لذا كن حذرًا، فمن الممكن أن تصاب بحروق حرارية عند لمس الرنانات المكشوفة(خاصة عندما تعمل المولدات على ترانزستورات قوية). حتى المولد الصغير الذي يعتمد على الترانزستور MRF284، بقوة حوالي 2 واط فقط، يحرق جلد يديك بسهولة، كما ترون في هذا الفيديو:
مع بعض الخبرة وقوة المولد الكافية، في نهاية الرنان، يمكنك إشعال ما يسمى. "الشعلة" عبارة عن كرة بلازما صغيرة سيتم تشغيلها بواسطة طاقة الترددات اللاسلكية من المولد. للقيام بذلك، ما عليك سوى إحضار عود ثقاب مضاء إلى طرف الرنان.
ت.ن. "الشعلة" في نهاية الرنان.
بالإضافة إلى ذلك، من الممكن إشعال تفريغ التردد اللاسلكي بين الرنانات. في بعض الحالات، يشبه التفريغ كرة صغيرة من البرق تتحرك بشكل عشوائي على طول الرنان بأكمله. يمكنك أن ترى كيف يبدو أدناه. يزداد الاستهلاك الحالي إلى حد ما و"تخرج" العديد من القنوات التلفزيونية الأرضية في جميع أنحاء المنزل))).
تطبيق الجهاز
بالإضافة إلى ذلك، يمكن استخدام المولد الخاص بنا لدراسة تأثيرات إشعاع الترددات اللاسلكية على الأجهزة المختلفة وأجهزة الصوت والراديو المنزلية من أجل دراسة مناعتها للضوضاء. وبطبيعة الحال، بمساعدة هذا المولد يمكنك إرسال إشارة إلى الفضاء، ولكن تلك قصة أخرى...
ملاحظة. لا ينبغي الخلط بين المذبذب الذاتي للتردد الراديوي هذا وبين أجهزة التشويش الكهرومغناطيسية المختلفة. يتم توليد نبضات الجهد العالي هناك، ويولد جهازنا إشعاعًا عالي التردد.
تم تصميم المولدات عالية التردد المقترحة لإنتاج تذبذبات كهربائية في نطاق التردد من عشرات كيلو هرتز إلى عشرات وحتى مئات ميجاهرتز. عادة ما يتم تصنيع هذه المولدات باستخدام دوائر LC التذبذبية أو مرنانات الكوارتز، وهي عناصر ضبط التردد. بشكل أساسي، هذا لا يغير الدوائر بشكل كبير، لذلك سيتم مناقشة مولدات LC عالية التردد أدناه. لاحظ أنه، إذا لزم الأمر، يمكن استبدال الدوائر التذبذبية في بعض دوائر المولدات (انظر، على سبيل المثال، الشكل 12.4، 12.5) بسهولة برنانات كوارتز.
يتم تصنيع المولدات عالية التردد (الشكل 12.1، 12.2) وفقًا للدائرة التقليدية "الحثية ثلاثية النقاط"، والتي أثبتت نفسها في الممارسة العملية. وهي تختلف في وجود دائرة باعث RC، والتي تحدد وضع تشغيل الترانزستور (الشكل 12.2) للتيار المباشر. لإنشاء ردود فعل في المولد، يتم عمل صنبور من المحث (الشكل 12.1، 12.2) (عادةً من 1/3... 1/5 من جانبه، عد من الطرف المؤرض). يرجع عدم استقرار المولدات عالية التردد التي تستخدم الترانزستورات ثنائية القطب إلى تأثير التحويل الملحوظ للترانزستور نفسه على الدائرة التذبذبية. عندما تتغير درجة الحرارة و/أو جهد الإمداد، تتغير خصائص الترانزستور بشكل ملحوظ، وبالتالي فإن تردد التوليد "يطفو". لإضعاف تأثير الترانزستور على تردد تشغيل التوليد، يجب إضعاف اتصال الدائرة التذبذبية بالترانزستور قدر الإمكان، مما يقلل من سعات الانتقال إلى الحد الأدنى. بالإضافة إلى ذلك، يتأثر تردد التوليد بشكل ملحوظ بالتغيرات في مقاومة الحمل. لذلك، من الضروري للغاية تضمين تابع باعث (مصدر) بين المولد ومقاومة الحمل.
لتشغيل المولدات، يجب استخدام مصادر طاقة مستقرة ذات تموجات منخفضة الجهد.
تتمتع المولدات المصنوعة باستخدام ترانزستورات التأثير الميداني (الشكل 12.3) بأفضل الخصائص.
يظهر الشكل 1 مولدات عالية التردد تم تجميعها باستخدام دائرة "سعوية ثلاثية النقاط" باستخدام ترانزستورات ثنائية القطب وذات تأثير ميداني. 12.4 و 12.5. بشكل أساسي، من حيث خصائصها، لا تختلف الدوائر "الحثية" و"السعوية" ذات الثلاث نقاط، ومع ذلك، في الدائرة "السعوية ثلاثية النقاط" ليست هناك حاجة لإنشاء طرف إضافي عند المحث.
في العديد من دوائر المولدات (الشكل 12.1 - 12.5 والدوائر الأخرى)، يمكن أخذ إشارة الخرج مباشرة من الدائرة التذبذبية من خلال مكثف صغير أو من خلال ملف اقتران حثي مطابق، وكذلك من أقطاب العنصر النشط (الترانزستور) التي لا ترتكز على التيار المتردد. يجب أن يؤخذ في الاعتبار أن الحمل الإضافي للدائرة التذبذبية يغير خصائصها وتردد التشغيل. في بعض الأحيان يتم استخدام هذه الخاصية "للصالح" - لأغراض قياس الكميات الفيزيائية والكيميائية المختلفة ومراقبة المعلمات التكنولوجية.
في التين. يوضح الشكل 12.6 رسمًا تخطيطيًا لنسخة معدلة قليلاً من مولد التردد اللاسلكي - "ثلاث نقاط سعوية". يتم تحديد عمق ردود الفعل الإيجابية والظروف المثالية لإثارة المولد باستخدام عناصر الدائرة السعوية.
دائرة المولد المبينة في الشكل 12.7، يعمل في نطاق واسع من قيم الحث لملف الدائرة المتذبذبة (من 200 μH إلى 2 H) [R 7/90-68]. يمكن استخدام مثل هذا المولد كمولد إشارة واسع النطاق عالي التردد أو كمحول قياس للكميات الكهربائية وغير الكهربائية إلى تردد، وكذلك في دائرة قياس الحث.
تحتوي المولدات المعتمدة على العناصر النشطة ذات خاصية الجهد الحالي على شكل N (ثنائيات النفق وثنائيات لامدا ونظائرها) عادةً على مصدر تيار وعنصر نشط وعنصر ضبط التردد (دائرة LC) مع اتصال متوازي أو متسلسل. في التين. يوضح الشكل 12.8 دائرة لمولد التردد اللاسلكي تعتمد على عنصر ذو خاصية جهد تيار على شكل لامدا. يتم التحكم في ترددها عن طريق تغيير السعة الديناميكية للترانزستورات عندما يتغير التيار المتدفق من خلالها.
يعمل مصباح NI LED على تثبيت نقطة التشغيل ويشير إلى تشغيل المولد.
يظهر في الشكل مولد يعتمد على نظير لصمام ثنائي لامدا، مصنوع على ترانزستورات ذات تأثير ميداني، ومع تثبيت نقطة التشغيل بواسطة نظير لثنائي زينر - LED. 12.9. يعمل الجهاز بتردد يصل إلى 1 ميجا هرتز وأعلى عند استخدام الترانزستورات الموضحة في الرسم التخطيطي.
في التين. في الشكل 12.10، من أجل مقارنة الدوائر وفقًا لدرجة تعقيدها، تظهر دائرة عملية لمولد الترددات اللاسلكية المعتمد على صمام ثنائي نفقي. يتم استخدام الوصلة المنحازة للأمام لثنائي الجرمانيوم عالي التردد كمثبت للجهد المنخفض لأشباه الموصلات. من المحتمل أن يكون هذا المولد قادرًا على العمل بأعلى الترددات - حتى عدة جيجاهرتز.
مولد تردد عالي التردد، الدائرة تذكرنا جدًا بالشكل 1. يظهر في الشكل 12.7، ولكنه مصنوع باستخدام ترانزستور ذو تأثير ميداني. 12.11 [ر7/97-34].
النموذج الأولي لمذبذب RC الموضح في الشكل. 11.18 هي دائرة المولد في الشكل. 12.12.
يتميز هذا المولد باستقرار التردد العالي والقدرة على العمل في نطاق واسع من التغييرات في معلمات عناصر ضبط التردد. لتقليل تأثير الحمل على تردد تشغيل المولد، يتم إدخال مرحلة إضافية في الدائرة - متابع باعث مصنوع على ترانزستور ثنائي القطب VT3. المولد قادر على العمل بترددات أعلى من 150 ميجا هرتز.
من بين دوائر المولدات المختلفة، من المفيد بشكل خاص تسليط الضوء على المولدات ذات الإثارة الصادمة. يعتمد عملهم على الإثارة الدورية لدائرة تذبذبية (أو أي عنصر رنين آخر) بنبض تيار قصير قوي. نتيجة "التأثير الإلكتروني" ، تظهر تذبذبات جيبية دورية ذات شكل جيبي تتضاءل تدريجياً في اتساعها في الدائرة التذبذبية المثارة بهذه الطريقة. يرجع تخميد التذبذبات في السعة إلى فقدان الطاقة الذي لا رجعة فيه في الدائرة التذبذبية. يتم تحديد معدل اضمحلال التذبذبات بواسطة عامل الجودة (الجودة) للدائرة التذبذبية. ستكون إشارة الخرج عالية التردد مستقرة في السعة إذا اتبعت نبضات الإثارة بتردد عالٍ. يعد هذا النوع من المولدات هو الأقدم بين المولدات قيد النظر وهو معروف منذ القرن التاسع عشر.
يظهر الشكل 1 دائرة عملية لمولد تذبذبات إثارة الصدمات عالية التردد. 12.13 [ص 9/76-52؛ 3/77-53]. يتم توفير نبضات إثارة الصدمة إلى الدائرة التذبذبية L1C1 من خلال الصمام الثنائي VD1 من مولد منخفض التردد، على سبيل المثال، متعدد الهزاز، أو مولد موجة مربع آخر (RPU)، تمت مناقشته سابقًا في الفصلين 7 و8. مولدات الإثارة هي أنها تعمل باستخدام دوائر تذبذبية من أي نوع تقريبًا وأي تردد رنين.
نوع آخر من المولدات هو مولدات الضوضاء، والتي تظهر دوائرها في الشكل. 12.14 و 12.15.
تستخدم هذه المولدات على نطاق واسع لتكوين الدوائر الإلكترونية الراديوية المختلفة. تحتل الإشارات التي تولدها هذه الأجهزة نطاق تردد واسع للغاية - من بضعة هرتز إلى مئات ميجاهرتز. لتوليد الضوضاء، يتم استخدام الوصلات المنحازة عكسيًا لأجهزة أشباه الموصلات التي تعمل في ظل الظروف الحدودية لانهيار الانهيار الجليدي. ولهذا يمكن استخدام انتقالات الترانزستورات (الشكل 12.14) [Rl 2/98-37] أو ثنائيات الزينر (الشكل 12.15) [Rl 1/69-37]. لتكوين الوضع الذي يكون فيه جهد الضوضاء المتولد هو الحد الأقصى، يتم ضبط تيار التشغيل من خلال العنصر النشط (الشكل 12.15).
لاحظ أنه لتوليد الضوضاء، يمكنك أيضًا استخدام مقاومات مدمجة مع مكبرات صوت منخفضة التردد متعددة المراحل وأجهزة استقبال فائقة التجدد وعناصر أخرى. للحصول على أقصى سعة لجهد الضوضاء، من الضروري عادةً تحديد العنصر الأكثر ضوضاءً بشكل فردي.
من أجل إنشاء مولدات ضوضاء ضيقة النطاق، يمكن تضمين مرشح LC أو RC عند مخرج دائرة المولد.
الأدب: شوستوف م. تصميم الدوائر العملية (الكتاب الأول)، 2003
تُستخدم المولدات عالية التردد لتوليد تذبذبات التيار الكهربائي في نطاق التردد من عدة عشرات من الكيلو هرتز إلى مئات الميجا هرتز. يتم إنشاء هذه الأجهزة باستخدام دوائر تذبذب LC أو مرنانات الكوارتز، وهي عناصر لضبط التردد. تظل أنماط العمل كما هي. في بعض الدوائر يتم استبدال دوائر التذبذب التوافقي.
مولد التردد العالي
يستخدم جهاز إيقاف عداد الطاقة الكهربائية لتشغيل الأجهزة الكهربائية المنزلية. جهد الخرج 220 فولت، استهلاك الطاقة 1 كيلو وات. إذا كان الجهاز يستخدم مكونات ذات خصائص أكثر قوة، فيمكن تشغيل أجهزة أكثر قوة منه.
يتم توصيل مثل هذا الجهاز بمنفذ منزلي ويوفر الطاقة لحمل المستهلك. مخطط الأسلاك الكهربائية لا يخضع لأية تغييرات. ليست هناك حاجة لتوصيل نظام التأريض. العداد يعمل لكنه يراعي ما يقارب 25% من طاقة الشبكة.
عمل جهاز الإيقاف هو توصيل الحمل ليس بمصدر التيار الكهربائي، بل بالمكثف. يتزامن شحن هذا المكثف مع جيبية جهد الشبكة. يحدث الشحن في نبضات عالية التردد. يتكون التيار الذي يستهلكه المستهلكون من الشبكة من نبضات عالية التردد.
تحتوي العدادات (الإلكترونية) على محول غير حساس للترددات العالية. ولذلك يحسب استهلاك الطاقة من النوع النبضي بواسطة العداد بخطأ سلبي.
مخطط الجهاز
المكونات الرئيسية للجهاز: المقوم، السعة، الترانزستور. يتم توصيل المكثف في دائرة متوالية بمقوم، وعندما يقوم المقوم بعمل على الترانزستور، يتم شحنه في وقت معين بحجم جهد خط الطاقة.
يتم الشحن بواسطة نبضات تردد 2 كيلو هرتز. عند الحمل والسعة، يكون الجهد قريبًا من جيب الجيب عند 220 فولت. للحد من تيار الترانزستور خلال فترة شحن السعة، يتم استخدام المقاوم، المتصل بسلسلة المفاتيح في دائرة متسلسلة.
المولد مصنوع على عناصر منطقية. ينتج نبضات 2 كيلو هرتز بسعة 5 فولت. يتم تحديد تردد إشارة المولد من خلال خصائص العناصر C2-R7. يمكن استخدام هذه الخصائص لتكوين الحد الأقصى للخطأ في حساب استهلاك الطاقة. يتم إنشاء منشئ النبض على الترانزستورات T2 و T3. وهي مصممة للتحكم في مفتاح T1. تم تصميم منشئ النبض بحيث يبدأ الترانزستور T1 في التشبع عند فتحه. ولذلك، فإنه يستهلك القليل من الطاقة. يتم إغلاق الترانزستور T1 أيضًا.
يقوم المقوم والمحول والعناصر الأخرى بإنشاء مصدر طاقة منخفض الجانب للدائرة. يعمل مصدر الطاقة هذا عند 36 فولت لشريحة المولد.
أولاً، قم بفحص مصدر الطاقة بشكل منفصل عن دائرة الجهد المنخفض. يجب أن تنتج الوحدة تيارًا أكبر من 2 أمبير وجهد 36 فولت، و5 فولت للمولد منخفض الطاقة. بعد ذلك، يتم إعداد المولد. للقيام بذلك، قم بإيقاف تشغيل قسم الطاقة. يجب أن تأتي نبضات بحجم 5 فولت وتردد 2 كيلو هرتز من المولد. للضبط، حدد المكثفات C2 وC3.
عند الاختبار، يجب أن ينتج مولد النبض تيار نبضي على الترانزستور يبلغ حوالي 2 أمبير، وإلا فسوف يفشل الترانزستور. للتحقق من هذه الحالة، قم بتشغيل التحويلة مع إيقاف تشغيل دائرة الطاقة. يتم قياس جهد النبض على التحويلة باستخدام راسم الذبذبات الموجود على مولد قيد التشغيل. وبناء على الحساب، يتم حساب القيمة الحالية.
بعد ذلك، تحقق من جزء الطاقة. استعادة كافة الدوائر وفقا للرسم التخطيطي. يتم إيقاف تشغيل المكثف واستخدام مصباح بدلاً من الحمل. عند توصيل الجهاز، يجب أن يكون الجهد أثناء التشغيل العادي للجهاز 120 فولت. يُظهر راسم الذبذبات جهد الحمل في النبضات بتردد يحدده المولد. يتم تعديل النبضات بواسطة جهد الشبكة الجيبية. عند المقاومة R6 - نبضات الجهد المصححة.
إذا كان الجهاز يعمل بشكل صحيح، يتم تشغيل السعة C1، ونتيجة لذلك يزيد الجهد. ومع زيادة حجم الحاوية C1 يصل إلى 220 فولت. خلال هذه العملية، تحتاج إلى مراقبة درجة حرارة الترانزستور T1. عند التسخين بقوة عند حمل منخفض، هناك خطر عدم دخوله في وضع التشبع أو عدم إغلاقه بالكامل. ثم تحتاج إلى تكوين إنشاء النبضات. في الممارسة العملية، لم يلاحظ هذا التسخين.
ونتيجة لذلك، يتم توصيل الحمل بقيمته الاسمية، ويتم تحديد السعة C1 لتكون ذات قيمة لإنشاء جهد 220 فولت للحمل. يتم اختيار السعة C1 بعناية، بدءًا من القيم الصغيرة، لأن زيادة السعة بشكل حاد يؤدي إلى زيادة تيار الترانزستور T1. يتم تحديد سعة النبضات الحالية عن طريق توصيل راسم الذبذبات بالمقاوم R6 في دائرة متوازية. لن يرتفع تيار النبض فوق ما هو مسموح به لترانزستور معين. إذا لزم الأمر، يتم تحديد التيار عن طريق زيادة قيمة مقاومة المقاوم R6. الحل الأمثل هو اختيار أصغر حجم للسعة للمكثف C1.
مع هذه المكونات الراديوية، تم تصميم الجهاز ليستهلك 1 كيلووات. لزيادة استهلاك الطاقة، تحتاج إلى استخدام عناصر طاقة أكثر قوة لمفتاح الترانزستور والمقوم.
عندما يتم إيقاف تشغيل المستهلكين، يستهلك الجهاز طاقة كبيرة، والتي يتم أخذها في الاعتبار بواسطة العداد. لذلك، من الأفضل إيقاف تشغيل هذا الجهاز عند إيقاف التحميل.
مبدأ التشغيل وتصميم مولد الترددات اللاسلكية لأشباه الموصلات
يتم تصنيع المولدات عالية التردد على دائرة مستخدمة على نطاق واسع. تكمن الاختلافات بين المولدات في دائرة باعث RC، التي تحدد الوضع الحالي للترانزستور. لتوليد ردود فعل في دائرة المولد، يتم إنشاء مخرج طرفي من الملف التحريضي. مولدات التردد اللاسلكي غير مستقرة بسبب تأثير الترانزستور على التذبذبات. يمكن أن تتغير خصائص الترانزستور بسبب تقلبات درجات الحرارة والاختلافات المحتملة. ولذلك، فإن التردد الناتج لا يبقى ثابتا، بل "يطفو".
لمنع الترانزستور من التأثير على التردد، من الضروري تقليل اتصال دائرة التذبذب مع الترانزستور إلى الحد الأدنى. للقيام بذلك، تحتاج إلى تقليل حجم الحاويات. يتأثر التردد بالتغيرات في مقاومة الحمل. لذلك، تحتاج إلى توصيل مكرر بين الحمل والمولد. لتوصيل الجهد بالمولد، يتم استخدام مصادر طاقة دائمة ذات نبضات جهد صغيرة.
تتمتع المولدات المصنوعة وفقًا للدائرة الموضحة أعلاه بأقصى قدر من الخصائص ويتم تجميعها. في العديد من دوائر المذبذب، يتم أخذ إشارة خرج التردد اللاسلكي من الدائرة المتذبذبة من خلال مكثف صغير، وكذلك من أقطاب الترانزستور. هنا من الضروري أن نأخذ في الاعتبار أن الحمل المساعد لدائرة التذبذب يغير خصائصه وتكرار التشغيل. تُستخدم هذه الخاصية غالبًا لقياس الكميات الفيزيائية المختلفة وللتحقق من المعلمات التكنولوجية.
يوضح هذا الرسم البياني مذبذبًا عالي التردد معدّلًا. يتم تحديد قيمة التغذية المرتدة وأفضل ظروف الإثارة باستخدام عناصر السعة.
من بين العدد الإجمالي لدوائر المولدات، تبرز المتغيرات ذات الإثارة الصادمة. تعمل عن طريق إثارة دائرة التذبذب بنبضة قوية. نتيجة للتأثير الإلكتروني، يتم تشكيل التذبذبات المخففة على طول السعة الجيبية في الدائرة. يحدث هذا التوهين بسبب الخسائر في دائرة التذبذب التوافقي. يتم حساب سرعة هذه التذبذبات من خلال عامل جودة الدائرة.
ستكون إشارة خرج التردد اللاسلكي مستقرة إذا كانت النبضات ذات تردد عالٍ. هذا النوع من المولدات هو الأقدم بين جميع المولدات التي تم أخذها بعين الاعتبار.
أنبوب مولد الترددات اللاسلكية
للحصول على البلازما مع معلمات معينة، من الضروري إحضار القيمة المطلوبة لتفريغ الطاقة. بالنسبة لبواعث البلازما، التي يعتمد تشغيلها على تفريغ عالي التردد، يتم استخدام دائرة إمداد الطاقة. يظهر الرسم البياني في الشكل.
في المصابيح، يتم تحويل طاقة التيار الكهربائي المباشر إلى تيار متناوب. كان العنصر الرئيسي في تشغيل المولد هو أنبوب الإلكترون. في مخططنا، هذه هي رباعيات GU-92A. هذا الجهاز عبارة عن أنبوب إلكتروني مزود بأربعة أقطاب كهربائية: الأنود، وشبكة التدريع، وشبكة التحكم، والكاثود.
تقوم شبكة التحكم، التي تستقبل إشارة ذات سعة منخفضة وعالية التردد، بإغلاق بعض الإلكترونات عندما تتميز الإشارة بسعة سالبة، وتزيد التيار عند الأنود عندما تكون الإشارة موجبة. تخلق شبكة التدريع تركيزًا لتدفق الإلكترون، وتزيد من كسب المصباح، وتقلل من سعة المرور بين شبكة التحكم والأنود مقارنة بنظام الأقطاب الثلاثة بمئات المرات. وهذا يقلل من تشويه تردد الإخراج للأنبوب عند التشغيل بترددات عالية.
يتكون المولد من دوائر:
- دائرة خيوط ذات جهد منخفض.
- التحكم في إثارة الشبكة ودائرة الطاقة.
- دائرة طاقة شبكة الشاشة.
- دائرة الأنود.
يوجد محول RF بين الهوائي ومخرج المولد. إنه مصمم لنقل الطاقة إلى الباعث من المولد. حمل دائرة الهوائي لا يساوي الحد الأقصى للطاقة المأخوذة من المولد. يمكن تحقيق كفاءة نقل الطاقة من مرحلة خرج مكبر الصوت إلى الهوائي عن طريق المطابقة. العنصر المطابق هو مقسم سعوي في دائرة دائرة الأنود.
يمكن أن يعمل المحول كعنصر مطابق. وجوده ضروري في مختلف الدوائر المطابقة، لأنه بدون محول لا يمكن تحقيق عزل الجهد العالي.
اكتب تعليقات وإضافات إلى المقال، ربما فاتني شيء ما. ألقِ نظرة، سأكون سعيدًا إذا وجدت شيئًا آخر مفيدًا لي.