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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Multiprikativnye Hindernisse aus Quellen der sekundären Stromversorgung. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Zivile Funkkommunikation Der Radioempfang wird oft von einem starken Wechselstrombrummen begleitet, das bei der Einstellung auf einen Radioträger zu hören ist. Selbst wenn kein Träger vorhanden ist, beispielsweise beim Empfang von SSB-Signalen, wird die Sprache verzerrt und unverständlich. Telegrafensignale nehmen einen heiseren Ton an. Der Effekt ist besonders ausgeprägt bei Transistorempfängern mit Peitschenantennen, die oft nicht über das Wechselstromnetz mit Strom versorgt werden können. Der Effekt macht sich auch während der Übertragung bemerkbar, da er das Sendersignal verzerrt und sein Spektrum erweitert. Die Gründe für dieses Phänomen und die Mittel zu seiner Bekämpfung werden im vorgeschlagenen Material beschrieben. Der Artikel diskutiert solche Umwandlungen von Funksignalen, bei denen es durch den Durchgang von Hochfrequenzströmen durch die Dioden einer funktionierenden Sekundärstromquelle, die einen Gleichrichter enthält, zu einer unerwünschten Modulation von Funksignalen mit harmonischen Frequenzen des Versorgungsnetzes kommt. Dieser Effekt ist beispielsweise am deutlichsten, wenn ein tragbarer AM-Rundfunkempfänger mit Peitschenantenne über einen Gleichrichter aus einem Wechselstromnetz gespeist wird. Das Wechselstrombrummen ist nur zu hören, wenn der Empfänger auf die Frequenz der Arbeitsstation eingestellt ist, und ist überhaupt nicht hörbar, wenn kein Stationssignal vorhanden ist. Die Intensität des Hintergrunds nimmt mit der Signalstärke zu, sodass der Hintergrund beim Empfang lokaler Radiosender am deutlichsten wahrnehmbar ist [1]. Neben dem Wechselstromhintergrund, der in Sendepausen deutlich zu erkennen ist, sind deutliche Sprach- und Musikverzerrungen zu hören. Im Gegensatz zum additiven Hintergrund, der beispielsweise durch eine schlechte Filterung der Versorgungsspannung verursacht werden kann und am Ausgang des Empfängers zu hören ist, unabhängig davon, ob dieser auf einen Sender eingestellt ist oder nicht, wird dieser Hintergrund zu Recht als „Untergrund“ bezeichnet multiplikativer Hintergrund (MF) [2], jene. resultierend aus der funktionalen Vervielfachung von Signalschwingungen und Rauschen. Der Vorgang kann wie folgt ablaufen: Wird ein Stück Draht als Antenne verwendet, so gelangen zwangsläufig die Drähte der Netzversorgung als Gegengewicht in das am Empfangsvorgang beteiligte Antennensystem, in dem, wie beim Antennendraht, unter dem Einfluss des elektromagnetischen Feldes des Radiosenders, EMF wird auch durch Radiofrequenzen induziert (Abb. 1).
In diesem Fall fungiert die sekundäre Stromquelle (PS) auch als Funksignalmodulator mit Wechselstromhintergrund, da Gleichrichterdioden an den Schaltkreis des Empfängerantennensystems (Rx) angeschlossen sind, wie in Abb. 2.
Jede Diode eines Arbeitsgleichrichters ist ein parametrisches Element für relativ niedrige Hochfrequenzspannungen (d. h. ein lineares Element, dessen Parameter sich im Laufe der Zeit bei einer Frequenz von 50 Hz unter Einwirkung einer relativ großen Spannung von der Sekundärwicklung erheblich ändern). des Transformators). Der Hochfrequenzstrom I im Antennensystemkreis, der in den Empfängereingang gelangt, ist definiert als das Produkt aus der Nutzsignalspannung an den Dioden, die proportional zur im Antennensystem induzierten EMF ist, und der variablen Leitfähigkeit der Dioden . Das Nutzsignal wird somit mit der Leitfähigkeitsänderungsfunktion der Dioden multipliziert, während es durch den Wechselstromhintergrund eine parasitäre Modulation erhält. Aufgrund der Tatsache, dass sich unter dem Einfluss von Änderungen der Sperrspannung bei geschlossenen Dioden deren Kapazität ändert, erhält das Signal im Allgemeinen nicht nur eine Amplituden-, sondern auch eine Phasen-(Frequenz-)Modulation [3]. Ähnliche Phänomene können nicht nur beim Empfang, sondern auch beim Senden auftreten. In diesem Fall ist die Quelle der Hochfrequenzströme in den Kabeln des Netzwerks ein Sender, der über einen Gleichrichter vom Netzwerk gespeist wird. Ein Antennensystem mit Netzwerkkabeln sendet ein Signal mit einer parasitären Hintergrundmodulation aus, und dieser multiplikative Hintergrund stört jeden, der das Signal von diesem Sender empfängt. Wenn der Radiosender im Empfangs- und Sendemodus dieselbe Antenne verwendet und von demselben Gleichrichter gespeist wird, deutet der beim Empfang erkannte multiplikative Hintergrund darauf hin, dass es beim Senden auch zu einer Störmodulation des Signals durch den Hintergrund kommen kann. Der Wirkungsbereich des betrachteten Effekts ist keineswegs auf tragbare Funkgeräte beschränkt. Bei stationären Installationen mit den einfachsten Antennen scheint es, dass Ströme entlang des Erdungskabels fließen und die Stromquelle umgehen sollten. Allerdings ist eine Erdung in diesem Sinne wenig sinnvoll, da eine wirksame Hochfrequenzerdung, wie sie in [4, 5] bekannt ist, praktisch nicht realisierbar ist. Im Übertragungsmodus und bei Vorhandensein einer vollwertigen (sogar symmetrischen) Antenne mit Einspeisung können Gleichtakt-Hochfrequenzströme in den Drähten des Netzwerks induziert werden. Dies geschieht, wenn die Antenne selbst nicht ausreichend von den Leitungen des Netzwerks entfernt ist oder wenn der Antenneneffekt der Zuleitung vorhanden ist [6]. Oben wurde erwähnt, dass sowohl die Amplitude als auch die Phase (Frequenz) des Signals einer parasitären Modulation unterliegen. In der Praxis ist die anfängliche Störfrequenzmodulation durch den Hintergrund unbedeutend. Wenn die Modulation des empfangenen (oder gesendeten) Signals durch den Hintergrund jedoch auch nur eine reine Amplitude ist, führt dies zwangsläufig zu Verzerrungen im Frequenzgang des Sende-Empfangspfads Aufgrund des Auftretens von Frequenzmodulationen durch den Hintergrund und Störungen werden von Empfängern nicht nur AM-, sondern auch FM-Signale erkannt. Die betrachtete multiplikative Interferenz führt zu einer gravierenden Verschlechterung der Qualität von Rundfunk- und Kommunikationssignalen. Der Empfang von Telegrafen- und Einseitenbandsignalen sowie konventionellem Rundfunk geht mit einer charakteristischen Heiserkeit einher. In [2] wird darauf hingewiesen, dass ein multiplikativer Hintergrund auf einem Fernsehgerät „einer der Gründe für das Auftreten von sich bewegenden horizontalen Streifen auf dem Bildschirm sein kann, innerhalb derer das Bild einen schwächeren oder verstärkten Kontrast und eine erhöhte Helligkeit aufweist“. Dies geschieht bei der Verwendung einfacher Innen- oder Einbauantennen. Ursache für Störungen ist häufig die Modulation eines Funksignals in einem an dasselbe Netzwerk angeschlossenen Gleichrichter, der funktionell (und sogar galvanisch!) nicht mit dem Empfänger oder Sender dieses Signals verbunden ist. Eine detaillierte Analyse des multiplikativen Rauschens findet sich im Buch [3]. Wenn der Einfluss additiver Störungen, die dem Signal hinzugefügt werden, durch Filterung, Kompensation und sogar einfache Erhöhung des Nutzsignalpegels abgeschwächt werden kann, besteht der realistischste Weg, mit multiplikativen Störungen umzugehen, darin, ihre Ursachen zu beseitigen und insbesondere , in der Stromquelle. In der Literatur findet man eine Reihe von Möglichkeiten, den multiplikativen Hintergrund abzuschwächen [1, 2, 7 - 10], alle gefundenen literarischen Quellen berühren das Problem jedoch nur von einer Seite – mit dem Radioempfang. Unser Ziel ist es nicht nur zu zeigen, dass der Bereich möglicher negativer Erscheinungsformen der betrachteten Transformationen etwas breiter ist, sondern auch eine vergleichende Bewertung möglicher Möglichkeiten zur Unterdrückung von MF vorzunehmen und stichhaltige Argumente für eine der Richtungen in der zu liefern Kampf gegen dieses Phänomen. Ein multiplikativer Hintergrund, sowohl beim Senden als auch beim Empfang, liegt vor, wenn zwei Bedingungen zusammentreffen: das Vorhandensein einer signifikanten Verbindung zwischen dem Empfänger (Sender) und den Netzwerkleitungen, d. h. die signifikante Beteiligung der Netzwerkleitungen am Betrieb des Antennensystems und das Vorhandensein modulierender parametrischer Elemente (Gleichrichterdioden) im Stromkreis des Antennensystems, einschließlich des Senders (Empfängers). Folglich kann der Kampf gegen den multiplikativen Hintergrund auf mindestens zwei Arten erfolgen: durch Schwächung der Verbindung zwischen Sender (Empfänger) und den Drähten des Netzwerks oder durch Schwächung der Modulationswirkung der Dioden. Jede dieser Methoden zur Schwächung des MF kann ausreichend sein. Die beliebteste Methode zur Unterdrückung des multiplikativen Hintergrunds gehört zur zweiten Methode. Es besteht darin, die Gleichrichterdioden mit Kondensatoren zu überbrücken [2, 8-10]. Der Weg der HF-Ströme wird durch die niederohmigen Leitungskondensatoren kürzer als durch die Dioden, und bei ausreichend großer Kapazität der Nebenschlusskondensatoren kann eine deutliche Dämpfung der Störungen erreicht werden. Seit etwa Ende der 70er Jahre wird die Überbrückung von Gleichrichterdioden durch Kondensatoren von vielen in- und ausländischen Herstellern von Sekundärstromversorgungen für Funkgeräte eingesetzt. Kondensatoren werden sowohl in Brückengleichrichtern als auch in Vollweggleichrichtern mit Abgriff in der Mitte der Sekundärwicklung und sogar in Einzelweggleichrichtern eingebaut. Es ist uns nicht gelungen, die Grundursache zu ermitteln und den Zweck der Installation von Kondensatoren herauszufinden. Eine Reihe (weniger) Kommentare zu diesem Thema deuteten jedoch darauf hin, dass dies getan wurde, um „hochfrequente Störungen aus dem Stromnetz zu glätten“. " In jedem Fall wird der Effekt der Modulation durch den Wechselstromhintergrund deutlich reduziert. Kondensatoren tragen auch zur Reduzierung des Impulsrauschens durch Transienten in den Dioden selbst während des Betriebs des Gleichrichters bei [5]. Eine andere Möglichkeit, Gleichrichterdioden aus dem Stromkreis für Gleichtakt-HF-Ströme auszuschließen, ist einfacher zugänglich: Sie können die Netzwerkkabel einfach mit hoher Frequenz an das gemeinsame Kabel (Gehäuse) des Funkgeräts anschließen [1, 7]. Dies geschieht beispielsweise bei allen störempfindlichen Messgeräten und Signalgebern. Beide Drähte des Netzwerks sind mit Kondensatoren von 10 ... 100 nF mit dem Gehäuse des Geräts verbunden. In diesem Fall kann das ungeerdete Gehäuse des Geräts unter gefährlicher Spannung stehen, sodass eine Schutzerdung (bzw. Erdung) des Gehäuses zwingend erforderlich ist. Beachten Sie, dass durch die Überbrückung von Diodenkondensatoren oder eines Gleichrichters insgesamt verschiedene Arten von Störungen, die sowohl von der Seite des Netzwerks (zum Empfänger) als auch von der Seite des Netzwerks (vom Sender) eindringen, nicht abnehmen. aber im Gegenteil, zunehmen, da der Widerstand auf ihrem Weg. Indem wir also den multiplikativen Hintergrund, der in unserem Gleichrichter auftritt, mit der zweiten Methode schwächen, beseitigen wir die Hochfrequenzströme in den Netzwerkkabeln nicht, sondern erhöhen sie im Gegenteil. Es bleibt eine starke potenzielle Störquelle – das Stromnetz als aktiver Teil des Antennensystems. Auf diese Weise ist es, wie die Erfahrung zeigt, praktisch unmöglich, die MF in realen Netzwerken wirksam zu unterdrücken, wenn nichtlineare oder parametrische Elemente in benachbarten, an dasselbe Netzwerk angeschlossenen Geräten, insbesondere sekundären Stromversorgungsgeräten, vorhanden sind. In dieser Hinsicht ist es viel besser, den Weg der Hochfrequenzströme durch den Gleichrichter nicht zu erleichtern, sondern im Gegenteil die Ursache dieser Ströme auszuschließen oder diesen Weg für sie zu schließen, indem man die erste der oben genannten Methoden befolgt. Eine Möglichkeit ist der Einbau von Abschaltdrosseln [2]. Sie werden in die Stromkreise (primär und/oder sekundär) in der Nähe des Objekts (Empfänger oder Sender) eingebunden, ohne dass ein Eingriff in den Gleichrichterkreis erforderlich ist. Drosseln werden verwendet, um die Beteiligung von Netzwerkkabeln am Antennensystem des Funkgeräts auszuschließen oder zu begrenzen. Sie schützen den Empfänger nicht nur vor Störungen durch seinen Gleichrichter, sondern auch vor Störungen durch alle anderen Gleichrichter und andere mit dem Netzwerk verbundene Quellen. Denn auch an den Dioden eines „fremden“ Gleichrichters kann es zu parasitären Modulationen kommen. Drosseln in den Netzwerkkabeln sind in fast allen modernen Fernsehempfängern mit schaltender Sekundärstromversorgung eingebaut, obwohl ihr Hauptzweck darin besteht, den Weg für die Oberwellen des Frequenzumrichters und des Horizontalscan-Generators zu den Netzwerkkabeln zu schließen. Eine andere Möglichkeit [2] besteht darin, die Sekundärwicklung des Leistungstransformators von der Primärwicklung abzuschirmen. Bei einer idealen Abschirmung wird die kapazitive Kopplung zwischen den Transformatorwicklungen vollständig eliminiert. Dies ist jedoch aufgrund der praktischen Unmöglichkeit einer wirksamen HF-Erdung des Schirms nicht möglich. Und für transformatorlose Stromversorgungen ist diese Methode natürlich überhaupt nicht geeignet. Eine andere Möglichkeit, dem multiplikativen Hintergrund entgegenzuwirken, besteht darin, die elektromagnetische Verbindung zwischen der Antenne und den Netzwerkkabeln zu schwächen. Dies kann dadurch erreicht werden, dass die Antennendrähte weitestgehend aus den Netzwerkleitungen entfernt werden, ihre parallele Anordnung vermieden wird und die Antennenwirkung der Einspeisung [6] verhindert oder abgeschwächt wird, was beispielsweise durch Symmetrierung erreicht wird Geräte und Abschaltdrosseln (Leitungsisolatoren) im Abzweig. Für eine möglichst wirksame Unterdrückung und Verhinderung multiplikativer Interferenzen ist es möglich und notwendig, alle verfügbaren Methoden in Kombination einzusetzen. In den meisten Beschreibungen von Amateur-Sekundärantriebseinheiten wurden jedoch leider keine Mittel zur Bekämpfung von MF gefunden. Wir betonen, dass die Methoden der ersten Methode zwar nicht für den engen Zweck der Unterdrückung multiplikativer Störungen von Stromquellen erforderlich sind, sich jedoch als äußerst wünschenswert und sogar notwendig erweisen können, um andere Arten von Störungen anderer Art (additiv) zu bekämpfen Die Methoden der zweiten Methode können einzeln betrachtet die Interferenzsituation im Vergleich zu diesen anderen Interferenzen verschlimmern. Daher erscheint uns die bevorzugte Verwendung der ersten Methode allein oder in Kombination mit der zweiten mehr als angemessen. Das Vorstehende wird durch Oszillogramme veranschaulicht, die mithilfe einer Computersimulation (Electronics Workbench v.5.12) erstellt wurden. Das Simulationsschema ist in Abb. dargestellt. 3.
Der von einer Wechselspannungsquelle G1 gespeiste Brückengleichrichter wird mit der R2C7-Schaltung belastet. Die Brückendioden VD1 - VD4 ähneln in ihren Parametern den Haushaltsdioden KD204B. Der Hochfrequenzstrom von 150 kHz durch den Gleichrichter wird durch die Wirkung der EMF des Generators G2 erzeugt. Zur Anzeige wird ein Strom-Spannungs-Wandler (stromgesteuerter Spannungsgenerator) U1 verwendet. Als Elemente zur Unterdrückung des MF dienen die Kondensatoren C3 – C6 und/oder die Induktivität L1. Die Elemente C1, C2, R1 stellen ein Modell (Äquivalent) eines Antennensystems mit Netzwerkbeteiligung dar. Autor: D.Avdonin, A.Grechichin
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