Liviu Soflete YO2BCT

1. Necesitatea

Eu am vrut să realizez cu forţe proprii un asemena sistem, poate mai modest ca performanţe (operatorul nu este complet înlocuit, respectiv nu se asigură urmărirea automată) dar la îndemâna unui constructor amator, adaptabil pentru diferite cerinţe. In realizarea practică, constructorul se poate limita la ceea ce prezintă interes pentru utilizarea proprie, începând cu cel mai simplu sistem de indicare numai a elevaţiei (modificarea azimutului făcându-se cu un rotor de antenă obişnuit), suficient pentru activitatea EME în 2m şi 70cm cu un sistem de antene mai modest, pînă la varianta mai complexă cu poziţionarea pe maximul de semnal pentru ambele coordonate (azimut şi elevaţie). In descrierea sistemului realizat am prezentat şi detalii practice de modificare a surselor de PC în comutaţie, care pot fi utile pentru cei interesaţi numai de utilizarea unor asemenea surse. Deasemenea, sistemul de măsurare a zgomotului (Lunii, Soarelui, etc.) se poate construi ca un accesoriu separat, util pentru testarea şi optimizarea performanţelor instalaţiei EME.

2. Soluţii posibile

Am fost deci nevoit să utilizez traductoare analogice sub forma unor potenţiometre, tensiunea culeasă la cursor fiind proporţională cu unghiul de rotire. Din fericire, am găsit în comerţ o unealtă destinată pentru uzul zidarilor/dulgherilor – un goniometru cu afişaj digital, fabricat în Anglia, care poate măsura unghiuri între 0 şi 230 grade. Având în vedere că oricum azimutul util este limitat, cele 230 de grade sunt suficiente în cazul meu, iar la elevaţie nu am nevoie decât de maxim 70 grade. Instrumentul amintit a fost achiziţionat de la LIDL (doua exemplare), cu 119 lei/bucată. Intre timp preţul a mai scăzut – probabil că nu sunt prea mulţi amatori de aşa ceva – poate după apariţia acestui articol...

3. Raportorul LIDL pentru dulgheri DIGITAL ANGLE FINDER Profi+ Model Nr:Z29938

3.2.Schema de restart. Din cauza opririi automate (battery save) impuse de timerul intern, a trebuit să construiesc un montaj care să repornească afişajul după oprirea automată. Pornirea se face prin sesizarea condiţiilor de după orirea automată. Se generează un impuls de pornire, schema electrică îşi face programul de iniţializare şi testare a afişajului, apoi se poate da comanda de aplindere back-lite (după circa 1 secundă). Pentru fiecare afişaj e nevoie de un montaj separat de restart, timerele nu pot fi sincronizate, iar butoanele de comandă sunt de tipul toggle, deci un impuls de START aplicat pe montajul în funcţiune de fapt îl va opri. Deasemenea un impuls aplicat la contactele LAMP nu va activa iluminarea decît după terminarea testării consecutivă unei porniri, altfel efectul va fi stingerea afişajului.

Fig.1 Schema de restartare a afişajului

La aplicarea tensiunii de alimentare (9V), pe butonul ON-OFF al displayului apare o tensiune de circa 8V. Pe butonul Hold tensiunea este zero, ceea ce declanşează un impuls al monostabilului 4098. Prin poarta inversoare SI-NU se pune pentru scurt timp la masă butonul ON/OFF. Displayul porneşte, îşi face testele, iar celălalt monostabil din IC 4098 generează un al doilea impuls care aprinde iluminarea, prin punerea scurtă la masă a butonului Lamp. La orirea automată după 4 minute , ciclul se reia la fel ca la aplicarea tensiunii de alimentare. Practic întreruperea afişajului nu durează mai mult de o secundă, şi nu deranjează.

3.3 Offset. In cazul utilizarii afişajului la precizia maximă posibilă, este nevoie de circuite auxiliare pentru compensarea unor influenţe perturbatoare. Una din sursele de eroare posible este căderea de tensiune pe conductorii de conectare a potenţiometrilor traductori de unghi. Valoarea fiind de 10 kOhm, tensiunea de alimentare de 5V produce un curent de 0,5 mA. Pe o rezistenţă a conductorului de 1,2 Ohm (atât am măsurat la un fir al cablului meu de conectare de 9m dintre potenţiometrul traductor de unghi montat pe antenă şi montajul electronic de afişare indoor) rezultă o cădere de tensiune de 6mV, echivalentă cu o abatere de unghi de circa 0,3 grade (toată cursa de 230 corespunde cu 5V, deci am circa 22mV pe grad, adică 6 mV corespund la circa 0,27 grade). Această eroare de indicaţie (în plus la unghiuri mici şi în minus la unghiuri mari) se anulează la mijlocul cursei potenţiometrului, adică la indicaţia de 115 grade.

O altă sursă de eroare posibilă o constituie abaterea faţă de poziţia ideală a axelor de rotaţie pentru azimut (verticală) şi elevaţie (orizontală). Orice asemenea abatere face ca cele două mişcări să nu mai fie independente, ci să existe o mică influenţă între ele. Mărimea acestei influenţe este greu de apreciat, neavînd posibilitatea de a verifica poziţia exactă în spaţiu a celor două axe, dar se poate aprecia la sub 1 grad, deoarece montajul antenei s-a făcut cu utilizarea unei nivele cu bulă.

Intre poziţia mecanică a antenei, chiar dacă ar fi indicată perfect şi poziţia electrică (cea care asigură maximul de semnal) există întotdeauna o diferenţă din cauza abaterii faţă de forma ideală a paraboloidului şi a poziţiei feedhornului faţă de focar, abatere care poate evolua în timp ca urmare a deformărilor reversibile (dilatări datorate încălzirii neuniforme produse de Soare, a elasticităţii construcţiei şi greutăţii proprii care acţionează diferit la diferite elevaţii şi cu diferite instalaţii montate în focar, datorită încărcării cu zăpadă sau gheaţă, a presiunii vîntului) sau ireversibile (deformări în urma unor rafale puternice de vânt, a loviturilor, a montării dezaxate a iluminatorului cu ocazia schimbării echipamentului pentru altă bandă, a uzurii lagărelor). In condiţiile în care este necesară o precizie comparabilă cu rezoluţia sistemului de afişare (0,1 grade) este deci necesar un sistem prin care să se poată introduce un offset, astfel ca indicaţia pe display să coincidă cu unghiurile calculate de programul de orientare al antenei. Sistemul cu offset este mult mai comod în utilizare decât adunarea sau scăderea numerică a unei corecţii la fiecare citire. Offsetul se adaugă sub forma unei tensiuni care se însumează cu tensiunea generată de traductorul de unghi, de valoarea şi semnul necesar pentru a aduce valoarea afişată la coincidenţa cu valoarea calculată. Montajul electric pentru adunarea unei tensiuni de offset este redat in fig.2. Se utilizează potenţiometre multitură, întreaga cursă asigurând o corecţie de circa -/+ 2 grade. S-a utilizat un tip de amplificator operaţional cu tensiune de decalaj foarte mică (bătrânul 741 nu este recomandat aici). Divizorul reglabil de la ieşire serveşte la readucerea amplificării la valoarea 1 pentru a nu influenţa calibrarea potenţiometrului traductor de unghi. Alimentarea cu 5V şi cursorul potenţiometrului traductor de unghi sunt decuplate cu şocuri pe ferită VK200 (cilindru cu 6 găuri) şi condensatori, deoarece sistemul va trebui să funcţioneze şi în timpul emisiei, iar orice tensiune indusă în cablu poate afecta indicaţia; deasemenea, cablul de legătură cu potenţiometrul este ecranat, conductorul de masă fiind diferit de ecran.

Fig.2 Montajul pentru aplicarea unei tensiuni de decalare (offset) reglabile

Pe un interval oarecare în jurul punctului în care s-a făcut corecţia, valoarea afişată se poate considera fără abatere (abaterile rămânând constante pentru variaţii mici ale unghiului – cel puţin pe durata necesară pentru efectuarea unei legături). Rămîne problema găsirii poziţiei (electrice) corecte a antenei. Această poziţie se poate asigura prin căutarea semnalului maxim recepţionat. Se poate utiliza un semnal generat artificial – există deja balize EME pentru banda de 23 cm şi 3 cm – sau se poate utiliza un semnal natural, zgomotul radio al Soarelui sau zgomotul termic al Lunii, suficient de mare în banda de 6 sau 3 cm, acolo unde de fapt este necesară precizia maximă de orientare.

4. Instalaţia de poziţionare pe maximul de zgomot termic

Un sistem de măsurare al zgomotului unei surse cosmice este util nu numai pentru poziţionarea antenei, ci şi pentru aprecierea performanţelor întregii instalaţii de recepţie şi compararea acestora cu cele ale altor realizări. Asemenea măsurări ale zgomotului Soarelui (cunoscând şi intensitatea fluxului solar la frecvenţa de lucru) , raportat la zgomotul cerului fără radiosurse, permit determinarea zgomotului propriu al receptorului, dat de contribuţia antenei (lobii laterali de radiaţie şi spill-over, câştig, raport faţă/spate, eficienţă) zgomotul LNA, pierderile totale între feed şi LNA, zgomotul de fază al primului oscilator local din receptor. Cunoscutul program de calcul creat de VK3UM, EME Calc permite o analiză detaliată a instalaţiei din acest punct de vedere.

In cazul de faţă putem utiliza Soarele (pentru frecvenţele mai joase - 1,3 şi 2,3 GHz) sau Luna pentru benzile superioare (5,7 sau 10 GHz) drept sursă de zgomot pentru poziţionarea antenei. In banda de 10 GHz, unde o antenă cu diametrul de 3 m are o deschidere a diagramei de radiaţie comparabilă cu diametrul unghiular aparent al Lunii (circa 0,5 grade) pot conta pe un zgomot lunar de circa 0,5 dB peste zgomotul fondului cosmic (într-o zonă fără surse radio, înafara planului galaxiei noastre). Sensibilitatea sistemul de măsură poate fi reglată astfel încât zgomotul să producă o deviaţie semnificativă a instrumentului, astfel încât poziţia corectă de ţintire a Lunii se poate ajusta relativ uşor.

Sistemul de măsură este construit conform schemei bloc din fig.3.

Fig.3 Schema bloc a sistemului de măsurare a zgomotului

Sistemul de măsură este intercalat între transceiverul de bază, lucrând pe 144 MHz (în cazul meu un ICOM IC 251E) şi transverterul utilizat pentru banda de microunde respectivă (în cazul meu un transverter realizat de DB6NT). Pentru protecţie, releul de intrare conectează filtrul şi amplificatorul de intrare numai în poziţia de recepţie, pe emisie se aplică prin bornele IN/OUT o putere de 10W şi sistemul de măsurare trebuie deconectat. Releul de intrare este figurat în poziţia nealimentat, deci în cazul nealimentării, amplificatorul de intrare este protejat. Filtrul trece bandă de la intrare are o bandă la -3dB de circa 4 MHz, centrată pe circa 142 MHz, adică într-o zonă în care sunt mai puţin probabile semnale perturbatoare puternice. S-a ales o bandă relativ largă (mult mai largă decât cei 2,4 kHz disponibili în cazul în care s-ar fi utilizat semnalul audio trecut prin filtrul de SSB) deoarece puterea de zgomot este proporţională cu banda şi se reduce foarte mult fluctuaţia indicaţiei instrumentului de măsură, păstrând în acelaşi timp un răspuns rapid la variaţiile nivelului de zgomot. După amplificarea într-un amplificator clasic cu un BF 961 (circa 26 dB) semnalul de zgomot se aplică unui detector logaritmic cu AD 8307, care poate funcţiona între 10 şi 500 MHz. Impreună cu amplificatorul de CC care urmează (realizat cu un banal 741) se obţine o sensibilitate de 100 mV/dB, reglată la această valoare cu un potenţiometru semireglabil, aplicând de la un generator un semnal RF cunoscut cu precizie. Urmează un amplificator de CC cu două circuite operaţionale, cu posibilitatea adunării unei tensiuni de offset pentru reglarea indicaţiei la zero pentru nivelul de referinţă (cerul "rece") şi un comutator de sensibilitate care stabileşte valoarea capătului de scală. Pentru măsurări ale zgomotului Soarelui, o sensibilitate de 20 dB /FS se consideră suficientă, dar sensibilitatea poate fi crescută la 1dB/FS pentru evidenţierea maximului de zgomot lunar, chiar cu o antenă mai mică sau în condiţiile unui fond comic mai zgomotos. Cu ajutorul programului EME Calc, introducând datele staţiei mele (diametrul antenei, performanţele LNA-ului, etc) rezultă în banda de 10 GHz un zgomot al Soarelui (faţă de cerul rece) de circa 10 dB, valoare verificată practic, iar pentru Lună circa 0,5 dB. Pentru urmărirea Lunii s-a preferat un instrument analogic (un microampermetru magnetoelectric de 200 µA) deoarece este mai uşor de urmărit variaţia semnalului şi găsirea maximului, dar pentru măsurări de apreciere a parametrilor instalaţiei de recepţie, unde este utilă o citire precisă a valorii zgomotului, există posibilitatea conectării unui multimetru digital (indicaţia de 2,00V corespunzând la 20 dB, valoare aleasă pentru comoditatea interpretării citirilor). Pe perioada emisiei, instrumentul de măsură este protejat prin scurtcircuitare, iar releul de intrare decuplează semnalul de la intrarea amplificatorului cu BF961; deasemenea este prevăzută limitarea tensiunii care se poate aplica instrumentului prin diode cu Si montate antiparalel. Blocurile funcţionale din fig.3 sunt şi în realitate executate ca blocuri separate, conectate între ele cu cablu coaxial. Pe domeniul de sensibilitate maximă, fluctuaţia indicaţiei instrumentului este abea perceptibilă, astfel că nu a fost necesară o filtrare suplimentară.

4.1. Amplificatorul de intrare

Schema de construcţie este cea din fig.4. Nu se pretind amplificatorului performanţe dosebite în privinţa zgomotului, orice MOSFET uzual de VHF este utilizabil.

Fig.4 Amplificatorul de intrare cu MOSFET

Regimul de lucru al tranzistorului este cu Ug2 de aproximativ 4V, curentul de drenă circa 10 mA. Bobinele sunt realizate în aer, fără miez, pe un dorn de 5,5 mm; trimerii sunt cu folie de plastic – nu s-a urmărit un factor de calitate deosebit al circuitelor, banda este relativ largă, filtrul servind mai ales pentru atenuarea eventualelor semnalelor perturbatoare din banda de radiodifuziune FM. Forma caracteristicii de trecere nu este importantă, zgomotul termic fiind uniform într-o bandă foarte largă. Banda amplificatorului la o atenuare de -3 dB este de 4 MHz, iar la o atenuare de -40 dB de 27 MHz. Atenuarea frecvenţelor dinafara benzii de trecere creşte cu câţiva dB prin contribuţia circuitului acordat de adaptare de la intrarea în AD8307.

4.2. Detectorul logaritmic (fig.5)

Este realizat cu circuitul AD8307 de la Analog Devices, construit ca amplificator logaritmic, astfel că valoarea tensiunii generate la ieşire reprezintă puterea de intrare exprimată în dB. Amplificarea mai mare sau mai mică până la detectorul logaritmic nu înseamnă decât un decalaj cu o tensiune continuă, care se poate compensa din reglajul de nul prevăzut în blocul următor. Pentru o funcţionare corectă, cu erori sub 0,5 dB, circuitul acceptă la intrare o putere cuprinsă între -80 şi +10 dBm. Alegerea benzii de trecere, a amplificării în circuitul cu BF961 şi în etajele precedente (LNA şi transverterul din instalaţia de recepţie EME) asigură încadrarea în plaja puterilor admise, fără a fi necesară utilizarea unor atenuatoare comutabile sau a unor etaje de amplificare suplimentare. Circuitul AD8307 poate funcţiona şi pentru transvertere cu frecvenţa de bază de 432 MHz, modificând corespunzător amplificatorul de intrare şi circuitul de adaptare de la intrarea AD8307.

Fig.5 Schema detectorului logaritmic şi a amplificatorului de scalare

Circuitul AD8307 are o tensiune de ieşire de circa 20 mV/1dB (dependentă de valoarea rezistenţei între pin 4 şi masă). Pentru aducerea ei la o valoare mai convenabilă se amplifică semnalul de circa 5 ori în CI 741. Calibrarea la valoarea de 100mV pentru 1dB se realizează cu ajutorul potenţiometrului de 50 k. Potenţiometrul de 10 k serveşte pentru anularea tensiunii de offset a operaţionalului 741 (valoarea tipică circa 2mV, care nu e de neglijat, dat fiind amplificarea care mai urmează). Primele două blocuri, care tratează semnal RF, sunt realizate în cutii metalice închise, pentru ecranare. Tensiunile de alimentare şi tensiunea continuă de ieşire sunt scoase prin condensatori de trecere. Circuitul AD8307 se alimentează de la un stabilizator local de 5V. Tensiunea negativă pentru 741 este aplicată de la un stabilizator extern de -12V. Circuitul de intrare cu inductanţa de 220nH şi cei doi condensatori de 10 respectiv 8,2 pF este realizat conform notei de aplicaţie a producătorului, asigurând o filtrare suplimentară şi o creştere a sensibilităţii cu circa 13 dB.

4.3. Amplificatorul de CC (fig.6)

Fig.6 Amplificatorul de CC cu reglaj de zero şi comutarea sensibilităţii

Acest bloc serveşte la asigurarea unui semnal convenabil pentru obţinerea indicaţiei maxime la instrument pentru toate gamele de sensibilităţi dorite (1, 2, 5 , 10, 20 dB creştere de semnal de zgomot la intrare ), alese astfel încât să permită urmărirea uşoară a centrării pe Lună chiar cu antene mai mici de 3m diametru – utilizînd sensibilitatea maximă de 1dB full scale (FS), şi măsurarea raportului sun/cold sky – pe gama de sensibilitate minimă (20 dB/FS). Montajul mai permite şi însumarea unei tensiuni de "zero" (cu potenţiometrul de 1k multitură) , care serveşte pentru a avea indicaţia nulă la instument cu antena îndreptată spre o zonă liniştită a cerului. Tot aici este prevăzută şi o ieşire pentru conectarea unui voltmetru digital extern, în cazul în care se doreşte o precizie mai bună. Tensiunile de alimentare pentru amplificatoarele operaţionale sunt asimetrice, asigurând excursia necesară pentru valoarea maximă pozitivă a tensiunii de ieşire pe domeniul de 20 dB (+12V).

Rezistenţele comutabile, împreună cu potenţiometrii semireglabili permit ajustarea valorii FS prin utilizarea unei surse de tensiune continuă pentru calibrarea gamelor de măsură, dacă în blocul detector s-a executat o calibrare la 100mV/dB utilizînd un generator de RF cu atenuator de ieşire calibrat. Protecţia instrumentului indicator (microampermetru de 200 µA şi rezistenţa internă de 900 Ω) este realizată prin şuntare cu diode cu siliciu (conectate cîte două în serie, una singură având o tensiune de deschidere prea mică, ce producea limitarea deviaţiei în apropierea capului de scală). Pe durata emisiei, tensiunea de pe instrument este scurtcircuitată la masă cu ajutorul unui tranzistor cu Si NPN. Circuitul de protecţie cu diode şi cu tranzistorul de scurtcircuitare se află amplasat pe o placă separată, care conţine montajul de PTT (fig.7). Acesta primeşte comanda de trecere pe emisie (+ 8...12V), face comutările necesare şi apoi trimite tensiunea pozitivă de PTT la restul instalaţiei de emisie EME.

Fig.7 Placa PTT şi protecţie instrument de măsură

Intrarea şi ieşirea de comandă PTT sunt decuplate cu şocuri pe ferită şi condensatoare; tot din acest montaj se alimentează un LED roşu de semnalizare ( TX, amplasat pe panoul frontal) a comutării pe emisie.

5. Comanda motoarelor de mişcare a antenei

Pentru mişcarea antenei am utilizat actuatoare pentru poziţionarea antenelor de satelit. Aceste actuatoare cu o construcţie etanşă la ploaie, conţin un reductor şi un mecanism şurub-piuliţă care transformă mişcarea de rotaţie în mişcare de translaţie. Deasemenea sunt prevăzute cu contacte de limitare a cursei. Eu am utilizat modelul HARL 3624+ al firmei Super Power Track cu cursa maximă de 24 inch (circa 600mm). Tensiunea de alimentare maximă este de 36 V, curentul maxim 3A. Elevaţia se poate asigura comod cu o cursă liniară de 60cm pentru cele 70 grade de rotaţie a antenei în jurul axului orizontal. Pentru azimut am ales soluţia cea mai simplă de acţionare, împărţind întreaga cursă de circa 170 grade (între azimutul utilizabil minim de 70 grade şi maxim de 240) în două jumătăţi de circa 90 grade, asigurând şi o suprapunere. Desigur, trebuie efectuată o manevră de schimbare mecanică între cele două jumătăţi ale cursei (care necesită circa 2 minute), dar acest sistem a fost preferat faţă de construcţia de la zero a unui reductor pentru antrenarea antenei în rotaţie pe axul vertical.

Motoarele de acţionare sunt motoare de curent continuu cu statorul din magnet permanent. Acestea îşi pot inversa sensul de rotaţie la inversarea polarităţii tensiunii de alimentare şi au o caracteristică destul de rigidă, turaţia fiind aproape proporţională cu tensiunea de alimentare. Pentru alimentarea motoarelor se utilizează o sursă în comutaţie (masă şi gabarit mic, randament mare), pornită numai pe durata de acţionare a motoarelor (atât pentru reducerea încălzirii cât şi a perturbaţiilor RFI). Inversarea sensului de deplasare se execută cu relee care schimbă polaritatea tensiunii de alimentare. Pentru reglarea fină a poziţiei se utilizează o tensiune de alimentare mai redusă (circa 12V) , iar pentru ajungerea rapidă pe poziţia dorită o tensiune mărită (36V). Sursa este protejată la scurtcircuit, având o limitare de curent la 3 A, care limitează şi solicitarea motoarelor în cazul blocării mecanice.

5.1. Comanda

Butoanele de comandă sunt de tipul soft touch; ele sunt dispuse pe panoul frontal în cruce (fig.12, fig.13 ), pe linia verticală cele pentru elevaţie, pe orizontală cele pentru azimut. La mijloc este dispus un buton care asigură acţionarea rapidă, dacă este apăsat simultan cu unul din butoanele de deplasare. Circuitul de comandă (fig. 8) porneşte sursa de alimentare dacă oricare din butoanele de deplasare este acţionat, cu ajutorul unui circuit SAU (MMC4002). Sensul de deplasare comandat (care determină starea releelor de comutare a polarităţii Rel 1, Rel 2) este memorat într-un circuit bistabil RS (MMC4027); comenzile ulterioare se dau de regulă tot în acelaţi sens.

Fig.8 Comanda motoarelor de deplasare a antenei

Tranzistoarele pentru pornirea sursei (SMPS ON/OFF) şi pentru schimbarea vitezei de acţionare (FAST/SLOW) se află în interiorul sursei în comutaţie. Ele se comandă prin tensiuni în CC aplicate prin condensatori de trecere. La ieşirea din carcasă a conductorilor de alimentare a motoarelor au fost prevăzute filtre cu toruri de ferită şi condensatori de deparazitare. Filtre asemănătoare sunt instalate şi în carcasele motoarelor.

Pentru a evita pornirea şi oprirea bruscă a motoarelor, precum şi comutarea sub sarcină a releelor de polaritate, pornirea sursei pentru motoare se face prin varierea lină a tensiunii de Dead Time (fig. 9 - pinul 4 al TL494) cu ajutorul unui circuit RC . Deasemenea tensiunea pentru viteză mare nu se porneşte brusc, ci tot cu o creştere lină, dacă se acţionează întâi butonul SPEED, apoi cel de deplasare. Atingerea tensiunii finale de acţionare a motoarelor (precum şi dispariţia ei la oprire) durează circa o secundă.

5.2.Sursa de alimentare a motoarelor.

Ca sursă de alimentare a motoarelor am folosit o sursă de PC (construită cu circuitul TL494) modificată, cu dimensiuni de gabarit mai reduse. Principalele modificări constau în introducerea unui limitator de curent utilizând al doilea amplificator operaţional din TL494 care de regulă nu este utilizat în sursele de PC, şi instalarea a două tranzistoare pentru comanda ON/OFF şi FAST/SLOW. Transformatorul a fost modificat prin schimbarea numărului de spire în secundar, iar pentru dioda de redresare am ales o diodă dublă, de tip FRED care suportă 10A şi 200V (sunt potrivite tipurile STPR 10 20 CT sau SF 1004G). Deasemenea am montat filtre suplimentare în carcasa sursei, pe liniile de 220V. Toate ieşirile/intrările de tensiune joasă sunt decuplate cu condensatori de trecere.

Fig.9 Modificări la o sursă de PC cu TL494

Limitarea de curent se obţine când tensiunea la pinul 15 ajunge negativă (pinul 16 fiind legat la masă), ceea ce se întâmplă atunci când căderea de tensiune pe rezistenţa de 0,3Ω depăşeşte în valoare absolută tensiunea pozitivă reglată cu potenţiometrul de 4,7k.

Din punct de vedere mecanic, am redus gabaritul carcasei sursei de PC scăzând înălţimea la 56 mm , am redus dimensiunea radiatoarelor (pentru tranzistoarele chopper şi dioda dublă) şi am eliminat ventilatorul. In condiţiile mele de funcţionare, puterea maximă (36V la 3A) nu va depăşi 110W, iar durata de funcţionare în acest regim poate fi de cel mult zeci de secunde la pornirea instalaţiei EME, reglajele fine de urmărire solicitând o putere mult mai mică (numai 12V la 3A) pe durate de câteva secunde. In timpul pauzelor de acţionare sursa nu funcţionează, fiind alimentat numai circuitul TL494, fără producerea de impulsuri de deschidere a tranzistoarelor chopper. Sunt potrivite pentru utilizare surse de PC construite în jurul circuitului de comandă PWM tip TL 494 (sau echivalentele lui: DBL494, KA7500, IR9494, KIA494, ULN8194), care se poate alimenta cu 9...15V, permite comanda timpului mort cu o tensiune pozitivă din exterior şi conţine două amplificatoare operaţionale, unul fiind utilizat pentru stabilizarea tensiunii de ieşire, iar celălalt în limitatorul de curent. Se pot modifica pentru aplicaţia de faţă surse care au un redresor auxiliar de stand-by (se poate recunoaşte prin prezenţa unui mic transformator pe ferită şi a unui tranzistor suplimentar pe radiatorul chopperelor) realizat cu o schemă flyback. In acest caz se defrişează redresorul auxiliar, care nu mai este necesar, TL494 fiind alimentat din sursa de +9V. Unele surse de PC (cum este cea din fig.10) nu dispun de acest redresor auxiliar, ci îşi asigură pornirea prin polarizarea bazelor tranzistoarelor chopper cu ajutorul unor rezistenţe de sute de kohm direct din tensiunea redresată din reţea, rezistenţe care trebuie eliminate (R2 şi R3 din fig. 10) pentru a permite pornirea sursei numai pe durata comenzii motorului. Circuitele originale de protecţie la supratensiune şi supracurent, realizate in jurul unui CI LM339 sau LM324 (sau cu componente discrete) se vor elimina. Se va păstra numărul de spire original al primarului transformatorului (în cazul meu 2 straturi cu câte 20 spire între care se intercalează secundarul). Extragerea miezului de ferită după scoaterea transformatorului de pe placă şi după scoaterea bandajului de bandă adezivă colorată care înfăşoară miezul, se face prin fierberea lui în apă: se pune într-o cană transformatorul, se toarnă apă rece până se acoperă, apoi se încălzeşte lent până la fierbere. Se menţine la fierbere înceată circa 20 minute – materialul de impregnare şi de lipire a miezului se înmoaie şi miezul poate fi scos cu atenţie din carcasă, întâi partea I, apoi parte E – nu prin tragere, ci prin împingerea coloanei centrale cu un obiect de lemn. Se lucrează cu transformatorul cald ţinut cu o cârpă. Cât timp ferita şi carcasa sunt încă fierbinţi se curăţă cu atenţie resturile de răşină adezivă. După răcire se poate începe debobinarea, numărând spirele şi notând sensul de bobinare. Conductorul din jumătatea exterioară a primarului se va reutiliza, deci se recuperează cu atenţie pentru a nu zgâria izolaţia. Conductorul din secundar (2x3 spire pentru 5V şi 2x4 spire înseriate cu primele pentru 12V) nu se recuperează.

Fig.10 Sursă tipică de PC, care utilizează CI TL494, fără sursă auxiliară de 12V

Secundarul se va rebobina pentru tensiunea mărită: dacă bobinajul iniţial a avut 2x3 spire pentru tensiunea de 5V, pentru 28V am bobinat 2x14 spire din trei conductoare torsadate de CuEm, fiecare cu diametrul de 0,45 mm. Se păstrează amplasamentul original al înfăşurărilor : peste prima jumătate de primar se pune un strat de izolaţie (minim trei ture de bandă adezivă Scotch), se cositoreşte conductorul la unul din pinii de fixare de pe carcasă, se bobinează o jumătate de secundar (14 spire din 3x0,45mm), se scoate o buclă suficient de lungă pentru a junge la masă în poziţia de montare finală şi se continuă secundarul în acelaşi sens, cu al doilea strat (14 spire 3x0,45), care se termină la celălalt pin al carcasei. Se aplică o nouă izolaţie (din nou cel puţin trei straturi de Scotch) şi se rebobinează într-un strat, cu sârma recuperată de la demontarea primarului, numărul de spire (la mine 20) care constituie jumătatea exterioară a primarului. Se lipeşte conductorul la terminalul corespunzător al carcasei. Atenţie la respectarea sensului de bobinare, altfel se vor arde tranzistorii din primar. Se izolează cu bandă adezivă, şi tot cu bandă se fixează miezul de ferită după introducerea în carcasă. Pentru că am păstrat numărul de spire în primarul transformatorului chopper trebuie să păstrăm neschimbate şi valorile componentelor care stabilesc frecvenţa oscilatorului, condensatorul şi rezistenţa conectate de la pinul 5 respectiv 6 al CI TL494 la masă, pentru a păstra aceeaşi valoare a inducţiei maxime din miezul de ferită. Nu vom uita grupul RC de atenuare a spike-urilor de tensiune (R14 + C12 din fig. 10 , aplicat peste întreaga înfăşurare secundară, sau două grupe RC serie – 10 nF cu 2,2 ... 4,7Ω peste fiecare diodă redresoare din secundar). Primele teste se vor face cu tensiune mai redusă de alimentare a primarului (10 – 20V CC), dintr-o sursă cu limitare de curent, observând la osciloscop forma tensiunilor pe primar şi secundar şi valoarea curentului absorbit. Dacă totul e în regulă (curent redus în gol, supratensiuni de comutaţie amortizate corespunzător, funcţionarea stabilizatorului pentru tensiunea mică de ieşire, funcţionarea limitatorului de curent la scurtcircuit pe ieşire) se poate creşte treptat tensiunea pînă la aplicarea directă a tensiunii de reţea.

5.3. Sursa de alimentare +9V, +15V, -15V

Este realizată prin modificarea unei surse în comutaţie dimensionată iniţial pentru 5V şi +/-12V. Modificarea s-a făcut prin culegerea tensiunii de referinţă pentru reacţie de la ieşirea de +9V şi schimbarea valorii rezistenţei (fig.11). Nu a fost necesară rebobinarea transformatorului. Tensiunea de +9V nu este stabilizată foarte bine, dar nici nu e necesar în aplicaţia aceasta. Circuitele CMOS şi TL 494 se alimentează cu 9V. Pentru tensiunile de +/-12V se utilizează stabilizatoare integrate (7812, 7912) montate pe radiatoare.

Fig.11 Modificările la sursa pentru +9, +/- 15V – numai pe partea secundară

Pentru +/- 15 V am utilizat condensatori electrolitici cu tensiunea de lucru de 25V. L1, 2, 3 sunt cele din montajul original; cu toate că tensiunea de lucru creşte, curentul în sarcină este mult mai mic decât cel iniţial, astfel că nu există riscul saturării miezurilor.

Intregul montaj de comandă şi măsurare a zgomotului a fost introdus într-o carcasă recuperată de la un receptor vechi de satelit. Aspectul panoului frontal şi a celui din spate este prezentat în fig. 12. Am ales o carcasă de înălţime minimă pentru a o folosi ca suport pentru transceiverul de bază IC 251E pe care îl utilizez în benzile superioare EME, reducând spaţiul ocupat pe masa de lucru şi asigurând accesul comod la comenzi.

Fig.12 Vedere din faţă şi din spate a carcasei aparatului

Am prevăzut o iluminare a instrumentului de măsură cu 3 LED-uri albe montate în spatele scalei.

In fig. 13 este prezentată fotografia aparatului realizat, în funcţiune, cu afişajele şi instrumentul iluminate.

Fig.13. Aspectul panoului frontal

Dimensiunea caracterelor afişate permite citirea comodă fără ochelari (important la +70 de ani !) şi în condiţii de iluminare ambiantă mai redusă, iar carcasa plată permite amplasarea ergonomică a transceiverului de 144 MHz şi economie de spaţiu pe masa de lucru. Potenţiometrii multitură asigură un reglaj fin şi precis. Domeniul de 20 dB a fost calibrat precis cu ajutorul unui generator de semnal cu atenuator de ieşire în trepte de 0,1 dB; pe domeniile mai sensibile se remarcă deja neliniaritatea detectorului logaritmic AD8370. Primele teste în 10 GHz au confirmat utilitatea montajului, zgomotul Lunii este clar perceptibil, chiar şi pe domeniul de sensibilitate de 10 dB full scale (pe scala cea mai sensibilă, de 1 dB, e peste limita scalei - se poate utiliza domeniul de 2 dB sau, pentru aprecierea cât mai exactă a maximului, se poate aduce în scală cu potenţiometrul de ZERO). Deasemenea, se observă clar influenţa obiectelor terestre spre care este este îndreptată antena (case, copaci) şi care generează un zgomot important (peste 3 dB faţă de cerul rece), astfel încât "ţintirea" exactă a Lunii se poate face numai după poziţionarea aproximativă prin vechiul sistem de deplasare manual. Intr-o zonă fără obstacole, zgomotul Lunii faţă de cerul liber e circa 1,5dB, ceea ce corespunde cu o comportare "normală" a unei instalaţii cu o antenă de 3m diametru (vezi programul lui Dough McArthur, VK3UM EME Calculator şi mai ales Help-ul asociat). Soarele, măsurat la un flux de 188 în banda de 10,7 cm, repectiv extrapolat la circa 250 pentru 10368 MHz, a dat o valoare de circa 15 dB. Prima recepţie a unui semnal reflectat de Lună în banda de 3cm am făcut-o în 22.06.2014. A fost IK2RTI, care chema CQ random şi nici nu era pe chat-ul HB9Q. Dotarea sa: antenă cu diametrul de 4,8m şi 35W la feedhorn. Ulterior am recepţionat în condiţii bune baliza DL0SHF, care emite pe 10.368,025 MHz în CW si JT4G. Eu utilizez, ca aproape toate staţiile EME din Europa, polarizare verticală, polarizarea circulară fiind mai puţin răspândită. Echipamentul utilizat este acelaşi transverter DB6NT G3 cu referinţă OCXO de mare stabilitate pe 10 MHz, folosit la legături tropo în 10 GHz (4W Pout), completat cu un comutator pe ghid WR75, un LNA construit dintr-un LNC de satelit modificat (G=18dB) şi un amplificator de putere cu tub cu undă progresivă SIEMENS (300W out, 4 dB pierdere pe un cablu LDF 4-50 cu lungimea de 6 m, deci circa 110W la feedhorn). Prima legatură EME am realizat-o în 4 octombrie 2014 cu G3WDG, care are un echipament similar cu al meu : antenă parabolică de 3 m şi 100 W la feedhorn. Am lucrat CW – raport 559/559, cu corectarea poziţiei antenei la fiecare minut.

Cei interesaţi de detalii mă pot contacta la yo2bct@yahoo.com.

Mult succes celor care doresc să construiască montajul, sau doar unele părţi din el.

Bibliografie (Internet):
1. A Noise Meter Suitable for Sun & Moon Noise Type Measurements, Charlie Kahwagi, VK3NX
2. Moon-Noise Tracker, Marko Cebokli, S57UUU
3. Sensitive RF Detector for Sun Noise and other uses, Paul Wade, W1GHZ
4. What's different on 10 GHz EME ?, Josef Fehrenbach, DJ7FJ

73 de YO2BCT, Liviu

Liviu Soflete YO2BCT

Articol aparut la 22-10-2014

10135