И. НЕЧАЕВ, г. Москва

При налаживании и испытании сильноточных блоков питания возникает потребность в мощном эквиваленте нагрузки, сопротивление которого можно изменять в широких пределах. Использование для этих целей мощных переменных резисторов не всегда возможно из-за сложности их приобретения, а пользоваться набором постоянных неудобно, поскольку нет возможности плавно регулировать сопротивление нагрузки.

Выходом из такой ситуации может быть применение универсального эквивалента нагрузки, собранного на мощных транзисторах. Принцип работы этого устройства основан на том, что, изменяя управляющее напряжение на затворе (базе) транзистора, можно изменять ток стока (коллектора) и устанавливать необходимое его значение. Если применить мощные полевые транзисторы, то мощность такого эквивалента нагрузки может достигать нескольких сотен ватт.

В большинстве описанных ранее подобных конструкций, например , осуществляется стабилизация потребляемого нагрузкой тока, который слабо зависит от приложенного напряжения. Предлагаемый эквивалент нагрузки по своим свойствам подобен переменному резистору.

Схема устройства показана на рис. 1.

Устройство содержит делитель входного напряжения R1-R3 и два источника тока, управляемых напряжением (ИТУН). Первый ИТУН собран на ОУ DA1.1 и транзисторе VT1, второй - на ОУ DA1.2 и транзисторе VT2. Резисторы R5 и R7 - датчики тока, резисторы R4, R6 и конденсаторы С3-С6 обеспечивают устойчивую работу ИТУН.

На вход каждого ИТУН подано напряжение UR3 с резистора R3, которое пропорционально входному напряжению и равно Uвх * R3/(R1+R2+R3). Ток первого ИТУН, протекающий через транзистор VT1, равен IVT1= UR3/R5, ток второго, протекающий через транзистор VT2, - IVT2= UR3/R7. Поскольку сопротивление резисторов R5 и R7 одинаково, то входное сопротивление эквивалента нагрузки равно Rвх= U вх/(IVT1+IVT2) = R5(R1+R2+R3)/2R3. Для указанных на схеме номиналов резисторов Rвх можно изменять резистором R1 приблизительно от 1 до 11 Ом.

В качестве регулирующих элементов, на которых рассеивается почти вся мощность, применены мощные полевые переключательные транзисторы IRF3205. Транзистор этой серии имеет минимальное сопротивление канала 0,008 Ом, допустимые ток стока 110 А, рассеиваемую мощность до 200 Вт, напряжение сток-исток 55 В. Эти параметры соответствуют температуре корпуса 25 °С. При нагревании корпуса до 100 °С предельная мощность снижается вдвое. Предельная температура корпуса - 175 °С. Для увеличения максимальной мощности оба ИТУН включены параллельно.

Большая часть деталей размещена на печатной плате из односторонне фольгированного стеклотекстолита (рис. 2).

Фотография платы с деталями показана на рис. 3.

Использованы элементы для поверхностного монтажа: резисторы Р1-12 или аналогичные импортные, причем R5 и R7 составлены из пяти включенных параллельно резисторов по 0,1 Ом. Конденсаторы - также для поверхностного монтажа, но можно применить К10-17 или аналогичные. Переменный резистор R1 - СПО, его можно заменить на СП4-1.

Транзисторы установлены на общий теплоотвод с обязательным использованием теплопроводящей пасты. Следует помнить, что он электрически соединен со стоками полевых транзисторов.

Для обдува теплоотвода использован вентилятор (М1) от компьютерного блока питания. Для питания ОУ DA1 и вентилятора М1 необходим отдельный стабилизированный источник с напряжением 12 В. Если при суммарной рассеиваемой мощности 150...200 Вт температура корпусов транзисторов превысит 80...90 °С, то необходимо установить еще один вентилятор или применить более эффективный теплоотвод.

Используя выражение для эквивалентного входного сопротивления, можно подобрать номиналы элементов для получения требуемого интервала его изменения. С целью упрощения устройства можно использовать только один ИТУН, но в таком случае максимальная рассеиваемая мощность уменьшится вдвое. При испытаниях трансформаторов и других источников переменного тока на входе устройства следует установить диодный мост соответствующей мощности, как показано пунктиром на рис. 1 в статье .

ЛИТЕРАТУРА
1. Нечаев И. Универсальный эквивалент нагрузки. - Радио, 2002, № 2, с. 40,41.
2. Нечаев И. Универсальный эквивалент нагрузки. - Радио, 2005, № 1, с. 35.

Для многих радиолюбителей вопрос приобретения хорошего эквивалента нагрузки, для настройки передатчиков или усилителей стоит очень остро. Фирменные решения стоят достаточно дорого и не всегда доступны. Обычно нам на помощь спешит Китай, но тут подсуетились и отечественные производители и в этом обзоре я рассажу о новом, достаточно бюджетном решении от хорошо всем известного Павла Горячева (RK3AUK). Собственно, герой этого обзора не совсем эквивалент нагрузки. Это набор для самостоятельного изготовления достаточно мощного эквивалента. Назвал его автор ласково и с душой - “Чебурашка”. Почему, будет понятно в процессе повествования. Обзор не будет очень длинным, поскольку эквивалент не радиостанция и долго рассказывать про него достаточно сложно, но я постараюсь осветить все стороны этого изделия.

Внешний вид

Поставляется эквивалент в разобранном виде, расфасованный в разные пакетики. По сути, это набор типа – собери сам.

Раскрываем пакетик…

В комплекте идет собственно ВЧ резистор номиналом 50 Ом, именно он и будет служить сердцем в этом эквиваленте.

Держатель резистора. Алюминиевый кубик с выфрезерованными пазами под установку резистора, разъема и переходной платы. Именно он будет служить проводником тепла и передавать его на радиатор, а также обеспечивать постоянство характеристик эквивалента на разных частотах. Как я уже и говорил, название для эквивалента выбрано не случайно, внутренние выфрезерованные поверхности по форме напоминают Чебурашку.

Кубик сверху отпескоструен и выглядит отлично. Как он справляется со своими обязанностями, мы узнаем позже.

Переходная плата и набор винтов для сборки. Плата нужна для соединения гибкого вывода резистора с центральным контактом разъема. Напрямую лепесток резистора припаивать к разему нельзя, в процессе эксплуатации разъема и прокручивании его центрального контакта есть шанс оторвать лепесток от резистора.

Винты для сборки, собственно, эквивалента сделаны из нержавейки, а для крепления эквивалента к теплоотводу обычные оцинкованные.

Сборка

В общем-то не представляет каких-то сложностей. Для сборки нужна только крестовая отвертка паяльник припой и теплопроводная паста. Вначале монтируем разъем в корпус.

Затем монтируем переходную плату.

Резистор обязательно сажаем на теплопроводную пасту типа КПТ-8! Много пасты не нужно, достаточно нанести ее тонким слоем на резистор и плотно прижать.

Аккуратно припаиваем резистор и центральный контакт разъема к плате.

Вот в общем-то и все. Эквивалент готов к использованию.

Безусловно, если вы хотите использовать этот эквивалент для работы только с си-би радиостанциями или для измерения мощности портативок, то дополнительный теплоотвод здесь не особенно и нужен, можно просто прикрыть внутренности нашего эквивалента крышкой из алюминия или текстолита, и он будет работать, однако, если Вы хотите раскрыть весь потенциал мощного резистора, эту конструкцию обязательно нужно посадить на хороший радиатор. Чем мы и займемся, но чуть позже.

Измерения эквивалента без дополнительного теплоотвода

Для начала исследуем наш эквивалент без массивного теплоотвода. Предположим, что мы будем им пользоваться только для тестирования си-бишных раций и портативок.

Вначале снимем с эквивалента характеристики. КСВ, значение активного и реактивного сопротивлений. Конечно, вместе с эквивалентом идет инструкция, в которой приведен усредненный график, но мне интересно, насколько он совпадает с реальным. Для измерений, подключим эквивалент к антенному анализатору RigExpert AA-600 и проведем измерения.

КСВ в полосе частот от 0 до 600МГц. Все вполне прилично.

Активная и реактивная составляющие. Тут тоже все красиво. Такой эквивалент вполне можно использовать для точных измерений мощности на КВ и даже на 2м диапазоне. С диапазоном 70см все не так хорошо, но, тем не менее, прикинуть мощность можно и на этих частотах.

Подключим эквивалент к радиостанции и посмотрим в тепловизор, как наш «Чебурашка» будет нагреваться. Рассеивать будем мощность 7 ватт в течении 1 минуты.

Как видно, нагрев вполне равномерен и совершенно не критичен.

Лично у меня никаких вопросов к «Чебурашке» работающему в таком режиме нет. Думаю, что без внешнего теплоотвода эквивалент можно эксплуатировать на мощностях вплоть до 20Вт без каких-либо последствий, то есть сегмент турбо станций тоже охвачен.

Однако надо помнить, что «Чебурашка» у нас достаточно могучий, поскольку в конструкции используется резистор мощностью аж 250 Ватт, и было бы глупо не воспользоваться возможностями эквивалента на все 100%. Для этого обязательно необходимо алюминиевый кубик прикрутить к какому-нибудь массивному теплоотводу. Это может быть обычный алюминиевый профиль, готовый радиатор от чего-нибудь или другой массивный металлический предмет. Давайте сделаем настоящего Чебуратора! Я для этого использую старый компьютерный кулер, его оребрения вполне достаточно для того, чтобы кратковременно рассеивать мощность в 200 ватт.

Размечаем наш кулер и монтируем на него эквивалент. Немного не хватает шаблона для того чтобы точно накренить места для сверления. Естественно, при монтаже используем теплопроводную пасту, тут я тоже рекомендую использовать пасту КПТ-8.

Готовая конструкция

Опять проведем измерения КСВ. Нам необходимо убедиться в том, что наличие теплоотвода не ухудшило характеристики нашего эквивалента.

Все в порядке. Изменений в показаниях прибора почти нет. Отлично.

Опять берем в руки тепловизор, усилитель я буду использовать SG-200. Будем поджаривать наш эквивалент в течении одной минуты мощностью 150 ватт.

Как видим, нагрев достаточно равномерен. Кубик хорошо передает тепло на кулер и сам при этом не перегревается. Температура при этом достаточно высокая, 60-70 градусов, но не критичная. Во всяком случае, для кратковременной проверки мощности усилителя наш эквивалент подходит отлично.

Безусловно, два тепловых перехода, резистор – кубик и кубик – радиатор это не самое лучшее решение для подобного рода устройств, но, несмотря на это конструкция вполне себе работоспособна. Единственным минусом мне видится сильный нагрев в районе разъема и если после испытаний и интенсивной работы забыть об этом и начать откручивать кабель от разъема, то можно обжечься.

Итог

У Паши RK3AUK в очередной раз получился отличный продукт который, думается мне, будет по достоинству оценен радиолюбительской братией использующей не только си-би технику, но и передатчики работающие на более высоких частотах. На мой взгляд, по параметру цена/качество «Чебурашка» не только находится на одном уровне с фирменными эквивалентами, но и превосходит их по такому не маловажному параметру как цена. Это действительно качественный продукт. Кроме того, такой конструктив достаточно универсален, «Чебурашку» можно просто прикрутить к любому подходящему по размерам радиатору и получить отличный эквивалент нагрузки. В общем, маст хэв.

Заказать эквивалент можно

Дачная энциклопедия опытных советов Кашкаров Андрей Петрович

3.5.3. Полезный и простой эквивалент нагрузки антенны для настройки радиопередатчиков и антенно-фидерных систем

Измерение мощности на выходе передающего каскада радиостанции (на входе антенны) актуально для радиолюбителей, запускающих не одну-две, а десяток радиостанций в год. Особенно, если мощность передающего устройства составляет десятки Вт.

Суть предлагаемого способа заключается в том, что на выход передающего устройства (радиостанции, трансивера) к антенному разъему подключают эквивалент антенны. Он представляет собой радиотехнический кабель с волновым сопротивлением 50 Ом (например, РК-50) длиной 0,5 м, на конце которого вольтметром или осциллографом (разница в действующем или амплитудном значении контролируемого параметра напряжения) производят измерение действующего значения или амплитуды ВЧ сигнала.

Эквивалент антенны, подключаемый на конце радиотехнического кабеля длиной 50 см, представляет собой 20 постоянных резисторов МЛТ-2 сопротивлением 1 кОм, включенных параллельно.

На рис. 3.22 представлена схема соединения резисторов, а на рис. 3.23 внешний вид монтажа устройства.

Рис. 3.22. Схема соединения резисторов

Рис. 3.23. Вид готового блока смонтированных на плате резисторов

Общее сопротивление предложенной нагрузки составляет 50 Ом, что согласуется с волновым сопротивлением кабеля.

Как известно, включать передатчик (с любой частотой) в режим «передача» без присоединенной антенны нельзя – можно вывести из строя выходной каскад передатчика. Как правило, это дорогие мощные ВЧ транзисторы. Поэтому, в условиях радиолюбительской лаборатории, не оснащенной специальным оборудованием и приборами, допустимо использовать рекомендованный выше эквивалент антенны.

При подключении параллельно эквиваленту антенны вольтметру в режиме измерения действующего значения напряжения, очевидно, удается выяснить мощность передающего устройства, что полезно при его настройке.

В данном случае применяется формула:

где P – мощность ВЧ излучения передатчика, Вт R – активное сопротивление, Ом

U = U m /?2 – действующее напряжение ВЧ сигнала, В

U m – амплитудное значение ВЧ сигнала, В

Таким образом, при использовании в качестве измерительного прибора ВЧ-вольтметра определяется величина U (см. первую формулу), а при использовании осциллографа – U m .

Например, при измерении выходного сигнала на рекомендуемом эквиваленте антенны осциллографом С1-77, амплитуда ВЧ сигнала оказалась равной 29 В. Исходя из этого, выходная мощность радиопередатчика вычисляется согласно вышеприведенным формулам P = (29/1,44) І/50, что в результате примерно равно мощности 8 Вт.

На основе данной методики можно оперативно вычислить мощность различных радиостанций.

Особенности оформления в корпус

В домашних условиях лаборатории радиолюбителя, эквивалент антенны удобно оформить в любой подходящий корпус, например, как это сделано в авторском варианте – в жестяную банку из под кофе. Внешний вид конструкции представлен на рис. 3.24.

Рис. 3.24. Вид эквивалента нагрузки в самодельном корпусе

Жестяной корпус одновременно является ударопрочным, удобным для закрепления разъема антенны, а также экранирует шунт из резисторов. Общий провод припаивают внутри корпуса устройства непосредственно к жести.