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晶体管全分立件正弦波甲乙电逆变器

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发表于 2017-3-16 22:51:44 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 直流电子管 于 2017-3-16 23:29 编辑

友情提示,该逆变器构造比较复杂,请有能力的同学酌情仿制改进!

目前,由于广泛存在的各种频段的电磁干扰,对调幅收音机的使用和收听构成重大威胁,电子管收音机本身具有灵敏度高,线路简单,动态范围大,音质优美等特点,便于广大喜爱电子管电路的无线电爱好者仿制。但是旁热式电子管依赖交流电源,直热式电池电子管电池的花费又比较高,使用交流代乙电的时候又避免不了像旁热式电子管收音机一样窜入干扰。现在网上很容易买到DC-DC升压模块,由于该模块处于高频工作,且晶体管工作于开关状态,谐波丰富,因此这种转换模块本身就是强大的干扰源,稍有不慎就会造成引入新的干扰,从而让调幅广播的信噪比降低。
基于此,我设想了一个简单暴力的办法,那就是利用晶体管功率放大器,放大一个正弦波信号,输出的交流功率作为推动收音机的能量来源。已知晶体管推挽电路最大理论效率为78%,实际上,这是最大的线性理论效率,如果让末级功率管工作于非线性状态(但不是开关状态),允许电路产生削顶失真,那么逆变器的效率还能进一步提高,其总效率达到75%以上可能性还是很大的。基于此思路,经过一年多的不懈努力,终于制成了一款实用的正弦波逆变器,实测该逆变器接入收音机后对收音机完全无干扰,仅仅因为我制作的逆变器比较简陋,滤波还不完善,有点交流声,但是对收音机正常接收是毫无影响的,即便把逆变器的电路板靠近磁性天线不足五厘米的地方,其输出变压器等仍然不会对收音机产生干扰。
如果把逆变器装入废旧的电脑电源外壳内,供电效果是可以和纯电池相媲美的。

下图就是逆变器的电原理图共使用了9只三极管(逆变器部分6只,甲电稳压部分三只),和七只二极管。

BG1和袖珍晶体管收音机的输入变压器组成了LC正弦波振荡器,这种振荡器波形好,在宽电压范围内9.5-15.5V可以保持波形良好,输出幅值变化不大于20%,BG2是一个射极跟随器,起隔离振荡器和后级的作用,BG3是电压放大级,BG4是推动放大级,BG5和BG6是推挽输出级,BG1-4采用有较高β的9014晶体管,BG5和BG6我采用了两只3DD102C金封三极管,事实上使用差不多的管子都行。塑封管也可以不过要加上散热器。

射极跟随器采用β高一些的晶体管比较好,因为射极跟随器的输入阻抗=输出阻抗*β,所以高β管子可以让输入阻抗提高,这样后级对振荡器的影响可以最低。由于目前的9014晶体管β大都在300以上,所以各级电路为了稳定工作都加入了较大的负反馈电阻,通过负反馈电阻维持波形不失真。

为了提高效率,前级的工作点还是比较低的,BG1静态工作点约1-2MA,BG2约3-4MA,BG3约1-2MA,BG4约7MA,BG5/BG6约10MA,振荡器起振以后电流会有所增加,整机不带载荷的电流约为30MA-35MA,带动我的六灯电池式电子管收音机约为225MA左右的工作电流,相当于输入不到2.8的功率,输出约0.9W(纯输出不包括甲电稳压电路的损耗在内)。算上各种损耗,纯效率在27%左右,因为此逆变器比较简陋,各部分制作的不够考究,如果制作考究纯效率达到35%以上是没问题的。

由于整流和滤波稳压等都要损失功率,因此纯输出效率不是太高,如果能采用低压降的肖特基整流二极管或者锗管整流效果是比较好的。

补充内容 (2017-3-20 08:31):
特别鸣谢,矿坛tube小群内的朱老师,罗先生,海河版主,彗星老师等为我答疑解惑。分享资料,特别是朱老师提供的零件支持,让我的晶体管阵营丰富了不少。
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发表于 2017-3-17 22:12:13 | 显示全部楼层
灯丝直接用电池试试,说不定那交流声就没了,我以前做类似电路时,也是想着高低压一把抓,但在音量开到最大时,交流声就很明显,用317稳压也不管用,最后还是用电池单独为灯丝供电才解决这个问题。
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发表于 2017-3-17 07:21:18 | 显示全部楼层
你这是定阻输出功放,也就是说输出电压,受负载阻抗变化影响较大。应该加个电压负反馈,变成定压输出功放,这样输出电压会比较稳定。
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发表于 2017-3-16 22:55:08 | 显示全部楼层
大工程,就这精神赞一个,不过电源复杂程度和收音机差不多了,希望能精简一下
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 楼主| 发表于 2017-3-16 23:09:31 | 显示全部楼层
本帖最后由 直流电子管 于 2017-3-16 23:38 编辑

以下是实体图,整个你变电源都做在一块洞洞板上,因为是实验产品,不免粗陋一些。

其中B1就是普通半导体收音机的小型输入变压器,B2可以用1W变压器铁芯改绕,初级0.12的线绕1200T,次级是0.12的线双线并绕480T,然后头尾相接做中心抽头。实际上我并未双线并绕,而是直接这么缠的,因此变压器对称性不大好。

B3是输出变压器用3-5W变压器铁芯改绕,初级0.35的线双线并绕120T头尾相接做中心抽头,当然如果铁芯是5W的,可以用0.41甚至0.45的线绕初级,效率更高同时输出功率更大,次级高压部分用0.12的线绕600匝,第二个次级使用和初级同样线径或略大的绕制,实际上我的线路初级用的是两根0.27的线做一根线用的,因为我只有0.27的线,因此做出来不是很好,次级灯丝绕组是用0.27的单股线缠的,因此灯丝绕组内部的损耗比较大,不利于提高效率,在实际制作的时候要注意改成粗线。

为了尽可能的提高灯丝绕组的效率,采用了全波整流而非桥式整流,因为后者产生两倍压降白白消耗功率,如果整流管能用压降较低的肖特基整流管,或者用锗管整流,或者是场管同步整流都能进一步降低压降提高效率,滤波采用了三级滤波电容,这里边串在滤波电路里的二极管改为一个1-2欧姆的电阻,而我的电路只采用了两级滤波,有点轻微的交流声,不过不影响收听。

高压整流部分也用了三级滤波,不过高压部分电压较高,因此采用桥式整流能简化变压器绕制,所以采用了桥式整流,二极管的压降对效率的影响基本可以忽略,其中调整管用的T1P41C和8050组成达林顿晶体管,达林顿管的上偏电阻用2K,压差放大用9014,比较灵敏,可以提高电压调整性能,9014的偏置上部用一个1N4007,下部用一个520欧电阻,因晶体三极管的导通门限为0.6-0.7V,二极管1N4007的导通门限同样为0.6-0.7V因此该电路最终电压稳定在1.2-1.4V之间。

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 楼主| 发表于 2017-3-16 23:17:08 | 显示全部楼层
直流电子管 发表于 2017-3-16 23:09
以下是实体图,整个你变电源都做在一块洞洞板上,因为是实验产品,不免粗陋一些。

其中B1就是普通半导体 ...

下图为输出级,推动级和振荡器的波形,输出级因为是推挽输出,所以测量的是半波,波形下部截止,另一个晶体管导通,上部是一种圆角矩形,说明晶体管工作在部分饱和的非线性状态但不是开关状态,此状态不产生谐波,不会对收音机造成干扰,又能最大程度的利用电源功率提高效率,同时降低晶体管的损耗和温度,在推动收音机的时候两只功率管基本上是不发热的,因此不需要考虑散热问题。

因为该机效率最低的部分实际上就是甲电部分,电压利用率不足30%,由于我用线比较细,可能利用率不足20%,但是如果根据我给出的输出变压器制作数据,配合低压降整流管,电压利用率可以接近35%,这样整个逆变器的纯效率也能有较大提升,纯效率可达40%以上,接近45%,此时静态工作电流能进一步下降。

我的逆变器由于目前使固定工作因而没有加入电压负反馈,如果加入电压负反馈以后还能提高电压调整率改善波形。建议有能力仿制的同学给逆变器加入一级电压负反馈。
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发表于 2017-3-16 23:22:44 | 显示全部楼层
感觉和方波没啥区别呀,只是频率低了点罢了。
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 楼主| 发表于 2017-3-16 23:25:50 来自手机 | 显示全部楼层
龙神 发表于 2017-3-16 22:55
大工程,就这精神赞一个,不过电源复杂程度和收音机差不多了,希望能精简一下

等我再细致研究研究,如果说做一个只给一台收音机使用的代乙电倒是比较容易,两个中功率管一个小变压器还有一个电容若干电阻就行,那样效率也比较高。。不过仍然得使用甲乙两组电池,甲电1.5V给电子管灯丝,一点六节1号电池6V供给逆变高压。
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 楼主| 发表于 2017-3-16 23:31:10 来自手机 | 显示全部楼层
乙猪 发表于 2017-3-16 23:22
感觉和方波没啥区别呀,只是频率低了点罢了。

方波是纯开关状态,容易产生谐波干扰,类似机械式振动子那种接触火花,这个虽然感觉像是方波,不过那是一种工作于非线性状态的削顶失真。。。所以说木有任何干扰,且工作频率为600HZ左右,也不是特别低。。
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发表于 2017-3-16 23:50:19 | 显示全部楼层
削顶失真就没有谐波??
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 楼主| 发表于 2017-3-16 23:59:01 来自手机 | 显示全部楼层
乙猪 发表于 2017-3-16 23:50
削顶失真就没有谐波??

示波器上没显示出来,至少没有开关产生的那种瞬间的高次谐波,至于低次谐波肯定有一些,不过并没有关系,这逆变器工作频率才600赫兹,类似波形的谐波根本不产生干扰,真的是一点干扰都木有,那两个并联在输出变压器初级线圈上用来消除瞬变失真的电容我没用,主要是没地方了,实际上整流二极管因为不都是快恢复的,所以有点顺便失真类似火花一样的那种,不过比较微弱,如果加上那两个电容就完全平滑了,这逆变器你自己做出来就知道了,效果和用电池完全一样。。
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发表于 2017-3-17 01:28:41 | 显示全部楼层
所以我初步怀疑是因为频率低而干扰少,不妨用555搭一个低频方波来试试。
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发表于 2017-3-17 03:12:55 | 显示全部楼层
妙,实在是妙。注意要规划好振荡器。正弦振荡器也会因为振幅太大削波,出现高次谐波。
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发表于 2017-3-17 07:16:07 来自手机 | 显示全部楼层
用555试过,干扰很大!!!楼主牛!!!一有想法就变为现实,
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 楼主| 发表于 2017-3-17 07:21:12 | 显示全部楼层
天风雪雨 发表于 2017-3-17 00:22
削波失真产生的高次谐波才是最多的,这个用示波器根本看不出来,需要用频谱仪才能看到。而且振荡部分完全没 ...

如果用集成电路的话可以搞得非常简单,我只是比较追求分立件电路而已,至于想避免产生谐波,可以通过调节推动级负反馈电阻大小,那个可以用一个10K的半可调电阻,增加那个电阻就是完全的正弦波输出了,这种电路削顶产生的所谓二次三次谐波一方面是不强烈,另一方面是频率仍在音频范围内,如工作于开关状态,开关瞬间产生的电流冲击类似火花放电,我认为干扰还是较大的。
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 楼主| 发表于 2017-3-17 07:25:16 | 显示全部楼层
乙猪 发表于 2017-3-17 01:28
所以我初步怀疑是因为频率低而干扰少,不妨用555搭一个低频方波来试试。

方波晶体管工作状态类似于电动机换向器,不知道这么说你是否明白,是不是电动机换向器的频率也不大高?但是干扰是妥妥的,晶体管工作于纯方波输出产生类似火花干扰,但是这种所谓谐波不过是二次三次,十次的不过才6K,加上谐波本身较弱,所以不会产生什么干扰的。方波是一种火花放电状态。再就是此电路波形可调,通过调节BG4下的负反馈电阻很容易让输出波形成为正弦波,不过我制作的变压器比较简陋,波形失真略大。
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