Преобразувател на напрежение за управление на варикапи
Част I
V

    В три поредни статии разгледах моите експерименти с преобразуватели на напрежение. Дори в Част III ви показах разочароващия резултат, който получих при използването на интегралния таймер NE555. Точно това ме амбицира да потърся и други подобни принципни схеми, които да отговарят на техническите изисквания за моите преносими радиоприемници. Така след още няколко часа "ровене" из интернет сайтовете намерих още няколко схемички, но всички те, като че ли, имаха една и съща концепция. Но в един миг попаднах на интересно решение, което виждате на фигурата по-долу. До сега след преобразуването на напрежението, варикапите се управляваха чрез потенциометри, а долната и горната граница на на напрежението се определяха чрез последователно свързани тримери.

    Транзисторът Т2 изпълнява ролята на блокинг-генератор, а чрез транзистора Т1 се управлява неговия режим. Изходното напрежение на блокинг-генератора се изправя чрез D3 и през ценеровите диоди се подава на базата на управляващия транзистор Т1. Тази обратна връзка всъщност стабилизира изходното напрежение на преобразувателя. С4 и С5 са всъщност две секции на един променлив кондензатор, свързани в паралел помежду си с цел увеличаване на капацитета. Чрез въртене на оста на променливия кондензатор се променя капацитета му, а заедно с него съотношението на капацитивния делител, който се образува с кондензатора С8. Промяната на това съотношение регулира на изхода желаното напрежение за управление на варикапите. В оригиналната схема захранващото напрежение може да се променя между 3V и 6V докато изходното напрежение остава непроменено в този интервал.

    В тази схема трансформаторът на блокинг-генератора е най-трудната част за изпълнение. Използвал съм феритен топфкерн с диаметър D = 14 mm. И двете намотки са навити с меден емайлиран проводник с d=0.1mm, като първичната (колекторната) е от 40 нав., а вторичната 200 нав. Тялото на бобината е двусекционно, което дава възможност двете намотки да се разположат поотделно, макар че надали това е от съществено значение. Аз, лично първо съм навил колекторната намотка, а върху нея вторичната, като съм имал предвид да отвивам съответния брой навивки от вторичната намотка за да постигна конкретно изходно напрежение.

    Разбира се, че има и по-безболезнени начини за определянето му, например чрез промяна на режимите на транзисторите, подбор на стойността на напрежението на ценеровите диоди или замяна на единия ценер с резистор, чиято стойност също може да се подбере за да се получи подходящо изходно напрежение. Ценеровите диоди, които използвах са руски с напрежение на стабилизация 12-13 V – Д813, но могат да се използват и други подобни. (Все пак трябва да оползотворяваме частите, които сме събрали през годините). Експериментите, които аз направих имаха за цел да променя интервала на захранващото напрежение 3-6V в обхвата 5-10V за да постигна същите изисквания, необходими за моите конструкции.

    Променливият кондензатор е от някой от руските радиоприемник "Сокол", "Селга", "Геолог", "Меридиан". Печатната платка позволява да се монтира променлив кондензатор от японски радиоприемник с подобен максимален капацитет, но ще трябва двете секции да се включат в паралел с мостче тъй като е разработена за руски. Печатната платка е с конфигурация от УКВ-блок за руския радиоприемник "Сокол-308". Използвал съм включително целия екран-кутия, в който съм вместил преобразувателя на напрежение с цел изолиране на паразитните излъчвания (шумове) от генератора. Екранът е изработен от алуминий, а за екраниране на електромагнитни излъчвания на ниски честоти се препоръча стоманен. Но поради липса на такъв, се задоволих с този, който имах под ръка. На схемата горе П-образна филтърна група в захранването не е показана, на печатната платка също липсва, но горещо препоръчвам да я използвате. Данните за нея може да намерите в предходните части от едноименните статии.

    В оригиналната схема на преобразувателя се твърди, че същият се захранва с напрежение 3-6 V, в чийто интервал се запазва изходното напрежение. Но на практика не се получи така. Стабилизацията на изходното напрежение беше в много тесен интервал от 2,8V до 3,8 V.

    Но веднага искам да опровергая това твърдение – първо, аз навих трансформатора с различен диаметър проводник, с което промених индуктивността на намотките и второ не използвах същите елементи – например вместо Д814Г-Д813. И за да не си помислите, че просто съм захвърлил проекта, продължих да търся начини да се справя с породилия се проблем. В началото ми направи впечатление, че без товар на изхода напрежението достига 40 V при захранващо напрежение 9 V, каквото всъщност аз изисквах. Веднага свързах товар с резистор със стойност 100k, каквато е приблизителната еквивалентна стойност на варикапите и свързаните с тях елементи за управление. Резултатът беше повече от разочароващ – изходното напрежение спадна до 4V при захранване 3 V. А на следващата схема съм отбелязал елементите, към които се насочих:

    Очевидно трябваше да потърся друга причина и друг начин за постигане на желаните резултати. Тогава се замислих за влиянието на стабилизиращата група R1, D1, D2 върху общата стабилизация на работа на блокинг-генератора. Оставих на изхода товара от 100k за да имам реална представа за промяната на изходното напрежение, което трябваше да постигна в следващите промени, а на мястото на резистора R1 поставих тример със същата стойност. Разсъждавайки над принципа на работа на схемата, стигнах до извода, че дори и при пълен оборот на тримера и стойност "0" всъщност транзистора Т1 няма да се повреди, защото се запушва. След което, започнах да въртя оста му в посока намаляване на стойността му. Какво беше учудването ми, когато достигнах стойност около 2 kΩ, когато забелязах, че обхвата на захранващото напрежение се променя в по-широки граници и вече беше 3-5 V, а изходното напрежение започна да се покачва. При стойност около 1,5 kΩ схемата заработи като оригиналната, а на изхода измерих напрежение около 21 V. Тогава закачих осцилоскопа за да наблюдавам промяната на ширината на импулсите и честотата на генериране.

    Не спрях "изследването" до тук. След като постигнах параметрите, представени в оригиналната схема, реших, че бих могъл да продължа експериментите си до получаване на търсения от мене интервал на захранването 5-10 V. Продължих да намалявам внимателно стойността на тримера, като на изхода оставих включен волтмера, а в процеса променях захранващото напрежение. Така достигнах до стойност на тримера 560 Ω. При тази стойност стабилизацията на изходното напрежение за управление на варикапите се запазваше в интервала 5-10 V на захранването. Но резултатът не беше "идеален", тъй като токът на консумация нарастна на 12 mA. За намаляването на консумацията препоръчвам маломощни ценерови диоди с нисък ток на стабилизация (1-3 mA), но все пак аз постигнах поставената цел.

    След като завърших този експеримент, успоредно на товара от 100 kΩ на изхода поставих ценеров диод за 13 V (напрежението за управление на варикапи в повечето от моите конструкции), така както вече съм показвал в предишните статии, а променливия кондензатор замених с постоянен със стойност 10nF за да се доближа до предишните варианти на представените от мене преобразуватели. На последната схема е отбелязан извод във вторичната намотка на трансформатора, който е на 150-тата навивка, но в последствие не се наложи да го използвам. С тези промени аз се отдалечих от идеята, която беше заложена в оригиналната схема, а именно управлението на изходното напрежение за варикапите да бъде чрез промяна стойността на променлив кондензатор. Така С4 и С5 замених с кондензатор от 10 nF, добавих ценер на изхода със стабилизиращо напрежение по-малко от полученото и схемата потръгна. Но подчертавам: промени се нейната същност и се наложи да се откажа от тази промяна. Накрая се върнах към първоначалния вариант - регулиране с променлив кондензатор, запазих на изхода товара с резистор 100 kΩ за да може при промяната на капацитета зарядът в електролитните кондензатори да се променя по-бързо в такт със стойността на променливия кондензатор и премахнах ценерови диод.

    Но ето снимките на модула, изпълнен по оригиналната схема:

    Тази интересна по геометрия платка е предназначена за поместване в металната кутия (екран) на УКВ блок от руския радиоприемник "Сокол-308". А ето как изглежда модула, монтиран в нея:

Архив [zip,pcb,jpg,spl7][266kb]

    Интересен е резултата от регулирането, което се постига с въртене на оста на променливия кондензатор, като се има предвид, че R1 вече е с подбраната стойност от 560 Ω за да попаднем в захранващия интервал 5-10 V. Според оригиналната схема би следвало да бъде 1,4-20 V, докато реализирания от мене модул се регулира в обхвата 0,8-21 V. Тоест, много близо до оригиналните параметри.

    Завършвайки тази поредица от статии, в които описах пет модула (шест с фабричния DC-DC конвертор) за преобразуване на напрежението от батерийно захранване 5-10V на преносим радиоприемник в подходящо по-високо напрежение за управление на варикапи, ми се иска да направя някои обобщения:

    1. Като цяло всички представени схемички бяха интересни при реализацията им поради различните и в същото време сходните начини за постигане на целта. Общото в тях е използването на генератор или мултивибратор, а разликите са в начина на осъществяване на повдигането на напрежението и неговата стабилизация.

    2. Резултатите от измерванията, с малки разлики, са почти идентични, което от практическа гледна точка означава, че мога да използвам който и да е от тях в бъдеще.

    3. Всички се захранват в един и същи интервал от напрежението, но имат различна консумация. От гледна точка за спестяване на батерийното захранване, обаче, по-подходящи са модулите с консумация 3-8 mA.

    4. Всички имат паразитни излъчвания от генерациите на мултивибратора, които чрез подходящи П-филтри и екрани могат да се изолират.

    5. Най-голяма стабилност на изходното напрежението за управление на варикапите имаше в първите три от тях, особено след включване на стабилизиращ ценеров диод в изхода.


    Литература:

    За тези, които проявяват интерес за повече информация препоръчвам да прочетат източника на оригиналната принципна схема на преобразувателя на следния адрес:

    1. Преобразователи напряжения на коммутируемых и модулируемых конденсаторах
    2. "Массовая радиобиблиотека" б. 1772 / 1992 год. [zip,pdf][486kb]

Валери Терзиев
6 юли 2015 година