Реле времени для усилителя мощности радиостанции

Рейтинг:  5 / 5

Подробности

Категория: Реле времени таймеры

Опубликовано: 18.06.2017 17:48

Просмотров: 3970

Л. Вербицкий (UR5LAK), М. Вербицкий (US4LP), г. Балаклея, Харьковской обл.
В условиях всевозрастающей стоимости электроэнергии надо бороться с ее бесполезным переходом в тепло и отдачей в окружающую среду. Приведенные схемы можно использовать при изготовлении нового усилителя мощности (УМ) или же при модернизации уже существующих, в том числе и промышленного изготовления. По сравнению с другими опубликованными устройствами в печатных изданиях и в Интернете подобного назначения данная схема имеет меньшие габариты, не содержит дефицитных деталей и проще в изготовлении и подключении.

Тот факт, что прямонакальные лампы не требуют предварительного прогрева катода при включении и готовы к работе за пару секунд, можно использовать для построения автомата включения-выключения и организации спящего режима УМ, как у компьютера. Ведь постоянная и мгновенная готовность усилителя к работе нужна фактически только в контестах, но когда неспешно беседуешь с друзьями или просто крутишь ручку приемника, УМ не используется иногда часами.
Если хочется держать усилитель в постоянной и немедленной готовности, раз в несколько минут нажимаем на педаль, и отсчет таймера вхождения в спящий режим начинается сначала. Время, необходимое для того, чтобы такому усилителю «проснуться», составляет секунды. Это необходимо для облегчения температурного режима усилителя, всего помещения радиостанции, и из соображений техники безопасности. Если Вы забыли выключить усилитель
или спешно куда-нибудь ушли, отвлеклись, он сам выключится через несколько минут.
На лампу УМ подается часть напряжения накала в режиме приема, а при передаче полное напряжение накала. Накал прямонакальных ламп УМ сразу по завершении QSO понижать не следует, а надо не забыть подождать несколько минут (УМ в режиме приема RX), возможно придется снова переходить в режим передачи ТХ.
Применение реле времени позволяет продлить срок службы лампы. Нам нужна была схема реле времени с выдержкой несколько минут для включения спящего режима в УМ. Но не все схемы реле времени подходят для управления накалом УМ.
Электронные реле, выполненные на тиристорах, ограничивают их применение. Они вносят достаточно заметные помехи в электрическую сеть, что нередко отрицательно сказывается на работе телевизоров, другой бытовой аппаратуре, не говоря уже о высокочувствительной радиолюбительской приемной технике. При пробной эксплуатации такого электронного реле ложно срабатывал терморегулятор инкубатора, тоже собранного на тиристоре.
В схеме (рис.1), что была под рукой, имелся большой недостаток. Транзисторы открываются плавно, ток через реле то же изменяется плавно.

В схеме рис.2 этот недостаток частично решен, включением стабилитрона VD1. По схеме на лампу поступает одной полуволне накального напряжения. Но этого вполне достаточно для поддержания в подогретом состоянии накала ламп в спящем режиме. А увеличить накал в режиме передачи до номинального можно с помощью предлагаемого реле времени. Таймер обеспечивает плавную установку нужного интервала времени.

На рис.3 показана схема на полевом транзисторе, предложенная Николаем Гусевым UA1ANР но все равно на реле напряжение подается плавне, что вызывает подгорание контактов.
Некоторые радиолюбители, использующие лампы ГК71, ГУ-81М, при работе в эфире в телефонном режиме, вообще в режиме приема отключают накал этих ламп. Выключение накала в режиме приема не лучший, но какой-то вариант экономии электроэнергии и устранения лишнего выделения тепла. Лучшим будет не выключать совсем, а снижать на 50% напряжение накала в режиме приема.
Как убить двух зайцев?! Т.е. экономия электроэнергии, прогрев и готовность к 100% отдаче по мощности быстрее, при этом меньше будет разрушаться нить накала. Как известно, прямонакальные катоды ламп очень мощные, они больше всего и страдают в процессе включения и выключения накала. Именно этот процесс является самым стрессовым для ламп. Катоды страдают от термических напряжений, возникающих вследствие неодинаковой плотности тока в различных сечениях нити накала. В результате отдельные части катода разогреваются с разной скоростью, вследствие теплового расширения с разной скоростью между частями возникают существенные механические напряжения, что приводит к образованию микротрещин в теле катода. Микротрещины ухудшают проводимость катода, а значит, и его мощность.
Кроме того, холодная нить накала имеет проводимость в несколько раз больше, чем нагретая, поэтому пусковой импульс тока при включении тоже в несколько раз больше. Поэтому пусковые токи ограничены в паспорте мощных ламп, а при простое передатчиков в течение нескольких часов накал рекомендуется вовсе не выключать. Особенно от этого страдают лампы с очень тонкими катодами, такие как ГК71, поэтому для них ступенчатое включение и выключение особенно важно.
Включенный в цепь накала резистор будет способствовать более мягкому процессу включения накала, что также полезно для повышения надежности и срока службы лампы, повышает надежность ее работы и облегчает ее температурный режим.
Таким образом, нужна схема автоматического включения полного напряжения накала и перехода в спящий режим с частичным напряжением накала. Алгоритм работы устройства такой. Если не включаешься на передачу, усилитель, спустя какое-то время, по личному выбору оператора плавно выключает накал, а при необходимости снимает все напряжения, и таким образом входит в спящий режим. При холодной лампе, как включать, так и выключать их можно одновременно. Такой алгоритм включения лампы в пол накала при длинных паузах работы привел к идее применения спящего режима.
Предлагаемое реле времени позволяет устанавливать выдержку времени отключения до десятков минут. В реле времени используется широко распространенная микросхема 555 [1 ], отечественный аналог - КР1006ВИ1 (рис.4).

Сведения об этой микросхеме приведены в [2].
На основе интегрального таймера типа 555 можно собрать устройство для спящего режима УМ. Назначением такого устройства является подача полного накала на лампу выходного каскада и переход в спящий режим, при этом напряжение накала лампы усилителя мощности уменьшается. Вновь при переходе в режим передачи подается полное напряжение накала ламп. Лампы очень быстро разогреваются, и УМ готов к работе. Таймер выполнен с использованием электромагнитного реле, которое не создает помех во включенном состоянии.

На рис.5 показана схема реле времени на одной микросхеме интегрального таймера (DA1) 555. Время отпускания - по потребностям, возможно 10...20 мин и более. Восстановление по сигналу РТТ от компьютера или трансивера. Сетевая обмотка накального трансформатора включается в сеть через резистор 30...40 Ом, 25...30 Вт, который закорачивается с помощью этого реле времени. Принцип работы: в ждущем режиме реле в исходном состоянии, напряжение сети проходит через резистор, и получаем пол накала. Как только перешли на передачу, по команде РТТ, срабатывает реле времени, и пошел полный накал. С каждой командой РТТ происходит восстановление системы. Время срабатывания реле можно регулировать подстроечным резистором R2. При желании, можно включить реле К1 прямо на вывод 3 или 7 микросхемы. Кроме того, по команде РТТ на вход микросхемы управляющий сигнал подается непосредственно с трансивера, в режиме передачи цепь замыкается на общую шину.
Эту схему можно усовершенствовать. Ток удержания электромагнитного реле значительно меньше тока срабатывания. Для экономии потребляемой мощности реле применена схема рис.5. В начальный момент времени при подаче напряжения питания на реле К1 полное напряжение питания приложено к обмотке, так как электролитический конденсатор С5 был разряжен через R5 и напряжение на нем равно нулю. После срабатывания реле заряжается конденсатор и пониженное напряжение приложено к обмотке реле. Значительно уменьшается ток через реле. Мощность, потребляемая реле, снижается. Светодиод HL1 служит для контроля работы схемы [4].
При управлении мощной нагрузкой, как в нашем случае, накалом мощных генераторных ламп ГУ80, ГУ81М и т.д. необходимо использовать дополнительное реле с соответствующим допустимым током через контакты (для нагрузки мощностью 130 Вт ток 10,5 А).

На рис.6 показана еще одна схема с двумя электромагнитными реле. Подстроечным резистором R3 и подбором конденсатора С4 задается необходимое время задержки. Стабилитрон VD1 служит стабилизатором напряжения 12В, получаемого из напряжения 24 В через резистор R5.
Напряжение накала при спящем режиме подается с половинки накальной обмотки трансформатора. По команде РТТ на лампу подается полное напряжение накала со всей вторичной обмотки трансформатора Т1.
Конструкция и детали
Монтаж деталей на плате может быть как печатным, так и навесным - все зависит от возможностей радиолюбителя. Разработана печатная плата для схемы рис.7.

Для нее применяется стеклотекстолит толщиной 1,5...2 мм. Размеры печатной платы 54x28 мм, и она легко размещается в усилителе мощности. Печатная плата и расположение на ней элементов показано на рис.8,а. рис.8,6.

Светодиод HL1 и реле К1 подключаются через разъемы Х1 и Х2 и устанавливаются в нужном месте. Схема не критична к подбору используемых элементов и точности номиналов.
Микросхема DA1 КР1006ВИ1 или NE555, TLC555, LMC555, UA555, NE555C, МС1455, NE555, LM555. Транзистор VT1 типа КТ829А можно заменить КТ807, КТ817, КТ815, стабилитрон VD1 подойдет любой с соответствующим напряжением стабилизации. Диоды VD1, VD2 могут быть заменены аналогичными кремневыми диодами других типов, выдерживающие бросок тока. Светодиод HL1 можно применить любого типа и цвета свечения. Подойдет надежное быстродействующее реле на большой ток, что-нибудь из автомобильных реле или из серии ТКД, ТКЕ54-ПД1, Авторами
использовано реле типа РЭН34 ХР4.500.000, но подойдут и многие другие, например РЭНЗЗ. Хорошо подойдет реле LEG 12 (на 12 В или 24 В) производитель RAYEX ELEC [5] со следующими параметрами 10 А х 250 В, 15 А х 24 В при рыночной цене всего 0,25 USD. Ток обмотки 30 мА при 12 В и 15 мА при 24 В можно это реле включать непосредственно на выход микросхемы. На печатной плате предусмотрена точка подключения реле - вывод 3 микросхемы. Отпадает необходимость в транзисторном ключе VT1 и других деталях. При выборе реле необходимо учитывать допустимое рабочее напряжение на контактах, коммутируемый ток, а также рабочее напряжение обмотки, оно будет определяться величиной напряжения, которое есть в блоке питания усилителя мощности. В нашем варианте питается схема от имеющегося в блоке питания усилителя мощности положительного напряжения +24 В [6]. Промежуточное электромагнитное реле К2 на рис.5 и рис.6 типа РЭС49 паспорт РС4.569.421-02, РС4.569.421-08, РЭС15 паспорт РС4.591.003, РС4.591.004 либо другое аналогичное, надежно срабатывающее. В схеме применены резисторы типа С2-23, ОМЛТ, подстроечный резистор типа СПЗ-19а, СПЗ-27а, СПЗ-276, СПЗ-16, СПЗ-38а. При самостоятельных экспериментах следует иметь в виду, что промышленность выпускает подстроечные резисторы с номиналом не более 5 МОм. Конденсаторы С4-С6 типа К73-17, К76-П2, К53-1, ЭТО, К52-1, К52-2, К53-1, обладающие малыми токами утечки. Конденсаторы С1, СЗ типа KM, C2 К50-29 или К53-4А на16В.
Налаживание реле времени начинают с проверки соответствия установленных деталей и правильности монтажа. При правильном монтаже и исправных элементах описанное реле времени начинает работать сразу. Настройка, на примере схемы, показанной на рис.7, заключается в установке требуемого времени задержки подстроечным резистором R3 и подбором электролитического конденсатора С4 или подключением в схему с помощью джамперов JP1 и JP2 конденсаторов С5, С6. Схема в дежурном режиме по цепи 24 В потребляет ток не более 15 мА
Это реле времени может быть полезно и для других целей, когда требуется точное соблюдение временных интервалов. Длительность выдержки времени Т для схемы рис.7 можно определить по формуле Т=1,1 (R3+R4)C4, при этом время выражено в секундах, емкость в микрофарадах, сопротивление в мегомах.
Схемы в формате .spl и вид печатной платы в формате .lay выложены на сайте http://ur5lak.mylivepage.ru/
Литература
1. http://vtpablos,narod.ru/ro-bots/servotester/2182.pdf
2. Радио. - 1986. - №7. -С.57-58.
3. Трейстер Р. Радиолюбительские схемы на ИС типа 555. -Мир, 1988.
4. Elektor Electronics. - 2006. -№3. -С.73.
РА 11'2009