Защита входа приемника. Я вам брехав. Ну чи майже брехав.
Лемма. Давно відомо, що найкращим способом захисту є використання PIN діодів з керуванням напругою. Критикив прошу мене ногами не штовхати, я про це теж знаю. Але ціна питання надто висока і для аматорського сайту ця тема сумна.
Вчора вночі над нами (Чернігівська область) була сильна гроза. Сліпучі блискавки, гуркіт як стукіт по барабанній перетинці і злива стіною. Ну злива то таке, а ось блискавки для мого великого радіогосподарства біда. Тільки вчора скаржився вам на пробій газорозрядної трубки. ("Ремонт"). Із фотографією БУ-шного девайса. Відреагував друг: висловив побоювання, що однієї пари діодів у схемі захисту входу приймача може бути мало. Наприклад, коли один з них вигорить. Одночасно видав дві тези, з якими я згоден. Перша, це те, що діоди можуть генерувати "гребінець" або інший шум. Тому їх краще замінити на високошвидкiстний аналог Зеннер діодa - TVS, який без перенапруги як би відсутній у схемі зовсім. У загальному вигляді стабілітрон, а в нашому випадку двосторонній супресор. Друга теза по тексту була про те, чому не можна використовувати супрессор звичайний захисний. Я перевірив :-) Перший же супресор, який видав для покупки інтернет, мав ємність 5200 pF. Для радіосигналу це перемичка на землю. І крім цього запропонована мною раніше схема через її простоту не є досконалою. З урахуванням вчорашньої грози та попередніх сумнівів, вирішив дослідити проблему глибше. Хоча б до рівня пристрою в якому не потрібно буде раз на тиждень перепаювати лампочку розжарювання :-)
По-перше, схему доведеться робити як мінімум двоступінчасту. Насправді і попередня була двоступінчастою, але вона не має потрібної швидкодії. Наша лампочка розжарювання використовуеться як баретер. Головні плюси такого захисту:
- iдеальна лінійність для слабких сигналів. На відміну від захисних діодів холодна лампа не вносить інтермодуляційних спотворень і не створює перешкод приймачеві;
- мізерно мала ємність. На відміну від напівпровідників, лампа практично не має власної ємності, що критично важливо для роботи на високих частотах (ВЧ/ВВЧ)
А головний мінус – реакція протягом частки секунди. Такий захист (за потужністю сигналу, що вражає) можна ставити тільки другим ешелоном захисту. То що тоді поставити на початку? Так. Саме він – двонаправлений (Bidirectional) TVS-діод із низькою ємністю на 3.3 вольта. Супрессор. Наприклад,
CDSOD323-T03C за ціною 25 центів або близький аналог, наприклад
ESD9L3.3ST5G по пiв доллара Струм замикання (на землю) 20 А та ємність всього 3 пФ. Але оскільки він по суті стабілітрон, то має діапазон зміни напруги на собі залежно від струму. Точніше від потужності вражаючого імпульсу. І це іноді може бути бiльш нiж 10 вольт. Знову нестача.
Хорошим рішенням був би обмежуючий діод (сдвоений)
BAV99 – всього 0.7 вольта. Це точно не більше. Далі він руйнується. Але якщо встановити першою лінією оборони супресор, який візьме на себе більшу частину енергії імпульсу за дуже короткий час, але на ньому може бути бiльше 10 вольт, то для того, щоб включити другу лінію у вигляді BAV99 - 0.7 вольта - потрібен резистор, на якому впаде різниця напруг. Ставити звичайний резистор не можна тому що він послідовно з сигналом, тому добрим рішенням буде невелика індуктивність. Цю ідею запропонував штучний інтелект. Ха, скажете ви - так дросель послідовно із сигналом це той самий резистор. І ось тут і криється секрет. Імпульс - це фронт, що швидко наростає. Тобто висока частота. Тут доречно оцінити інші підходи. Дуже цікаву ідею пропонує Ігор Гончаренко DL2KQ, він пропонує
боротися з імпульсами перевантаження за допомогою фільтрів. Ідея хороша, але працює від 4 мегагерц та вище, нам не підходить.
Дросель індуктивністю від 0.5 до 1 мкгн на частоті 30 МГц має імпеданс 20-30 Ом, а на частоті вище резонансу (а це приблизно 100-150 МГц) - вже 3 кілооми. Отримуємо функцію змінного опору у якої аргумент - частота. Потрібно пам'ятати, що індуктивність повинна витримувати досить великий струм - до 1 А. Наприклад
LQH32CN1R0M33L. Таким чином, ми можемо з'єднати обидві лінії захисту від імпульсного навантаження швидко знижуючи енергію імпульсу. Залишається небезпека того, що iмпульс хоч і буде з швидким фронтом, але ще й матиме достатню тривалість. Для надійності залишимо послідовно з сигналом нашу лампочку розжарювання 12 вольт 125 mA, а в якості ланцюга стоку струму ще один обмежувач BAV99 або два (а чотири надійніше ніж два:-) дiода N4148. У цій частині схеми довжина виводів дiодiв вже не критична.
У деяких виникає питання: а навіщо газорозрядна трубка якщо паралельно вмикається TVS? Адже мінімальна напруга, при якій газ у ній починає проводити близько 70 вольт. Відповідь: а це рятувальний круг, що висить на палубі пароплава. Поки що все на плаву, він скромно вселяє впевненість своєю присутністю. Коли ж аварія – він відіграє не останню роль. Супресор може вижити при напрузі 70 вольт, тому що газорозрядна трубка миттєво візьме на себе більшу частину енергії імпульсу. Тож вона зовсім не зайва деталь. Тільки обов'язково на мінімальну напругу при якому газ перетворюється на провідну плазму.
Напрошується думка супресор перенести за індуктивність (по ходу руху сигналу). Але наш супресор має 3 пікофаради ємності і індуктивність з малою ємністю на виході буде поганим "фільтром, що згладжує", загороджувальним елементом для імпульсу. Задній фронт може бути ще досить великим по амплітуді, тому я залишу супресор до індуктивності, а пару діодів з більшою ємністю - після.
Такі складні радіотехнічні рішення можуть вносити достатнє ослаблення корисного сигналу, тому вимагають перевірки втрат. Для цього зібрав діючу модель (швидше за все вона так і працюватиме далі:-) і переглянув її аналізатором.
P.S. 13.10.26 22:30
Лайфхак від Юрія, AC6A. Те, що не TVS діод (мається на увазі що звичайний) починає відкриватися набагато раніше ніж 0.7 вольта. Тобто спектр сигналу на вході починає перемножуватися на сигнал який відкриває діод. Якщо ставити не один діод, а два послідовно, то ми підвищуємо порог відкривання тепер уже ланцюжка діодів. Для розряду блискавки чи статики від руки це майже нічого, а від нелінійного прийому ще огого чого. Тому кожен із 4-х діодів N4148 можна доповнити ще одним послідовно. Вийде 4-ре ланцюжки по два. Так само можна включати послідовно два BAV99 замість одного. Поріг спрацьовування буде більшим, а надійність, за рахунок числа діодів, менша. Але вибирати вам :-)
P.S. 14.10.26 10:17
Порада від Олексія, UT0RM. Індуктивність в 1 мкГн невелика і її можна виконати і без феритового оточення. Нам не потрібні зайві IMD.