Всем добрый день. Недавно на работе возникла ситуация: при настройке передатчика, который выпускается уже достаточно давно, обнаружил что сильно греется согласующая индуктивность на выходе мощного транзистора. Тепловизор показал что за минуту она прогревается до 100 градусов. Спасает только 2 момента: что передатчик не должен работать долго, и что катушка приклеена к плате эпоксидкой. Собственно, вопрос: почему так и как не допустить такой нагрев в новых разработках? Вот схемка, транзистор выдаёт мощность 10 Вт, индуктивность воздушная, типа 0908SQ Coilcraft. При этом конденсатор не греется вообще, на выходе стоит фильтр и в нём тоже ничего не греется, только одна катушка греется как паяльник. Частота - пара сотен мегагерц. Гугл приводит всё к насыщению, но это процесс в дросселях с сердечниками, здесь же сердечник воздух. Может, посоветуете в какую сторону копать, литературу конкретную?



Нажмите для просмотра прикрепленного файла

Что является нагрузкой схемы?

По постоянному току?

Чему равна ёмкость С какова индуктивность? На какой частоте работает схема?

Режим работы транзистора по постоянному току?

Нагрузка - 50 Ом, фильтр. Усилитель класса АВ. ёмкость - единицы пФ, индуктивность - единицы нГн. Частоту уже писал - пара сотен мегагерц.

А питание сверху сколько?

если вопрос, почему не конденсатор, ну как... ток через нее течет, вероятно с большой постоянной составляющей. тепло - это сопротивление обмотки. А в конденсаторе тепловыделение - тангенс потерь. Вы же вероятно керамику там используете? Вот электролиты иногда выкипают. А если почему греется, тут я не советчик.
постойте. вы же в симуляторе это построили? посмотрите куда максимальные токи уходят.

Какую катушку применяете?
Если нет сердечника, то это просто сочетание большой реактивной мощности и слишком больших активных потерь в катушке. Вылечить можно если катушка будет из более толстого провода.
имхо.

Как бы не сходиться. Если считать нагрузку 50 омной и мощность на выходе 10Вт то через катущку течёт максимум 0,5А а рассчитана она на 3-4. Т.е. запас очень нехилый.

Раз греется значит есть что-то не штатное. Где боюсь мы это не поймём ибо в приведённой схеме криминала не видно.

если нагрузка (дальнейший фильтр) не согласованы, ток в катушке будет уже не как на 50Ом нагрузке

Забыл написать про постоянку: её нет, после показанного куска схемы идёт блокирующий конденсатор. Фильтр согласован на 50 Ом, т.к. настраиватся на анализаторе цепей до настройки усилителя.
Так же возникает общий вопрос: как прикинуть максимально допустимую ВЧ мощность на индуктивности? 4А в даташите указаны только для постоянного тока, на ВЧ надо уже скин эффект как-то учитывать.
Была мысль что нагрев идёт на гармониках, т.к. на них выходной фильтр не согласован, но вряд ли там будет столько мощности, на выходе гармоники наблюдаются небольшие, с учётом фильтра.
А про апряжение вопос хороший. Питание транзистора 12В, а 10 Вт на 50 Ом - это уже 22 В... Получается, нагрев идёт за счёт механизма согласования, индуктивность сама себя греет самоиндукцией? Запутался слегка.

А что показывает осцилограф если стать на катушку? В смысле земля на один вывод. Щуп на второй.

Дым и огонь?

Само собой земля осциллографа должна быть развязанной от питания

на 200 МГц

Да не проблема - два щупа и разность между ними вывести. Проблема в другом - изделия настроены и отгружены, начальник сказал пофиг - эпоксидка не даст отвалиться по причине самоотпаивания... Будет новая партия - проверю. Но думаю осцилл покажет на транзисторе сигнал от 0 до 12 В, а после индуктивности - от 0 до 30 В.

10 нГн и 10 пФ - получается колебательньій контур с частотой 500 МГц? Нет так и далеко от частотьі сигнала. Если усилитель дает гармоники (или просто самовозбуждается) - вот оно и греет.

Я так и не понял, что мешает хотя бы в симуляторе погонять и посмотреть, какие там реально токи? Не говоря уж про осциллограф и прочие излишества.

На 50 Гц.

А так же есть диф щупы для подобных вещей.

Выходное сопротивление транзистора как правило очень низкое, поэтому я бы грешил на большой реактивный ток, если схему согласования считали, то должны знать какой он там, хотя бы примерно. С реактивными мощностями элементов вообще сложно, мы в УВЧ использовали катушки 0906-4GL и высокодобротные конденсаторы фирмы ATC 600S, так на них тоже ничего нет, только макс. ток и напряжение А так греется только транзистор.

Немножко не так. Нагрузка 50 Ohm - это нагрузка всего каскада, по выходу СЦ. А чтобы получить мощность 10W при питании 12V, сопротивление нагрузки , приведенное к коллектору транзистора должно быть корень(V^2/(2*P)), и в Вашем конкретном случае - всего 2,2Ohm. Такое сопротивление уже сравнимо с сопротивлением потерь в индукторе. Добротность контура СЦ определяется отношением согласуемых сопротивлений и в данном случае должна быть не менее 20. А слабым звеном, ограничивающим добротность в любом практически реализованном контуре есть как правило индуктивность. Получается, тепловые потери в индукторе становятся сравнимы с мощностью в нагрузке. Как ни печально, но единственный путь побороть проблему, установить индуктор с более высокой добротностью.

Спасибо. Вроде стало понятнее. У этой индуктивности на наших частотах добротность больше 60, но, видимо, не достаточно. Выходит, самое надёжное - перейти на согласование трансформатором?

P.S. Что можно почитать толкового по поводу согласования? Абстрактный поиск в гугле результата не дал.

Согласующие трансформаторы (TLT) применяются в широкополосных цепях, а у вас-то наоборот, надо выделить основную гармогику и подавить остальные.

Можно снизить требования к добротности элементов СЦ, применив двухступенчатое согласование, из двух звеньев. Но если нельзя менять схему и разводку платы, это не вариант. Попробуйте поставить мощный "силовой" дроссель, из тех что применяются в импульсных блоках питания. Они есть и в SMD-исполнении (Bourns, Coilcraft). Там наверняка найдется достаточно высокодобротный.

Был у нас такой случай. Материал сердечника был неправильный для такой частоты. Что вы используете в качестве сердечника?

Воздух.

Вся проблема в толщине скин-слоя.
Частота 200 МГц, нагрузка 50 Ом, мощность 10 Вт.
Переменный ток через индуктивность около 0,5А (можно посчитать и точнее).

Как не странно...
Толщина скин слоя всего около 4 мкм.
Если диаметр провода катушки 1 мм, то действующее сечение провода около 0,0063 мм^2.
Получается плотность тока около 80А/мм^2. При допустимой плотности тока 20А/мм^2.

Думаю, что у вас сечение провода еще меньше.
Указанные токи 4...5А для вашей катушки, это для низких частот (даже для постоянки). На 1 МГц скин-слой - 66 мкм, что может быть уже достаточно для этого тока.

Вам надо увеличивать диаметр провода катушки. Боюсь, что чип-индуктивностью здесь не обойтись.
Или вычислять рассеиваемое тепло за время наличия сигнала, чтобы катушка не отпаялась.
Хотя, 100 градусов м.б. и не так страшно. Надо просто проследить, что температура не растет при длительной работе.

Толщина скин слоя всего около 4 мкм.
с половиной.
Ток проходит до трех глубин скинслоя. Т.е. 12 мкм.
Толщина медного слоя 1/2 унции на квадратный фут - где-то 17-18 мкм.
Ток на частоте 200 МГц течет по обеим сторонам, и вовсе не "прячется" на внутренней стороне, как на 20ГГц, скажем.
Так что для проводки в целом нормально. А вот если крутить из провода, надо либо тонкий и мирится с потерями, либо очень толстый(с большой поверхностью), либо какой-то хитрый с эллиптическим сечением.... хз..

Можно и дальше посчитать, т.к. в толщине 3-и скин-слоя течет 95% тока.
Но, распределение тока не линейно по глубине проникновения. Соглашусь на 2-а скин-слоя.

А к чему эти унции-футы? Это, чтобы нам мозг взорвать?!

Не понял вашу фразу "Ток на частоте 200 МГц течет по обеим сторонам, и вовсе не "прячется" на внутренней стороне, как на 20ГГц, скажем."
По каким сторонам? У проводника есть только одна внешняя сторона.
И каким образом ток на 20 ГГц "прячется" где-то?

Спокойно. "Все уже украдено до нас" (С)
"Есть такая буква." Она называется литцендрат. Там очень много поверхности на единицу массы.

Это не ко мне. Это стандартная заморская маркировка. Со времен царя гороха толщину меди измеряют в том, сколько ее унций раскатали на квадратный фут.


Фигвам. У плоской дорожки есть две стороны. Верхняя, на границе с воздухом, и нижняя, на текстолите.
На постоянном токе, понятно, током заполняет весь проводник. На низких частотах ток распределяется поровну сверху и снизу.
А вот на СВЧ уходит на сторону подложки, для поддержания квази-ТЕМ волны между ним и землей на противоположной стороне.

Это, кстати, надо учитывать при заказе плат на керамиках. Многие технологи, не задумываясь, пылят медь и серебро на никель, цинк, а золото на платину, потом берут мультиметр и показывают, "во какое низкое сопротивление!"


Это обоснованно только на СВЧ. А на НЧ, как я сказал, ток течет поровну с обеих сторон, поэтому этот "остаток" на "тройной" глубине проникновения складывается с остатком тока противоположной стороны. Так что до 200 МГц сердцевина проводника не такая уж "пустая".

Tarbal, многожильные, они же stranded wire, плохо себя показывают в катушках и трансформаторах. причин там много, все технологические. Практичнее делать все то же самое, из тех же жил, но соединенных последовательно при меньшем токе. Т.е. как я сказал, брать меньшего сечения.

Ну, это тогда со времен "царя" Вельгельма! У них все как не у людей (хотя, это они нас за людей не считают).
Давайте уже работать в системе СИ и не "умничать".


Теперь ваша мысль понятна. :-)
Но мы речь ведем про одиночный проводник в воздухе.
И не соглашусь, что при 200 МГц, что-то отлично от 300 МГц, т.к. 300 МГц уже "обзывают" СВЧ.
Даже на 30 МГц хорошо серебрят детали радиопередатчиков. Сам "соскребал" с ламп серебро для покрытия поликоровых плат, т.к. на тех лампах был ооочень толстый слой серебра. :-) Конечно, это был "мартышкин труд", учитывая распространение квази-TEM волны в микрополоске, как вы отметили, но паять что-то на микрополосок было проще.
...
Литцендрат "работает" только в районе 1...30МГц (выше "по желанию"). Да, ОН очень не технологичен на частотах выше 100 МГц.

вы не про ниобий случаем? ниобирование ламп выглядит как посеребрение, но используется для связывания остаточных молекул кислорода. контакты у радиоламп по моему не серебрят, в отличие от гнезд. или вы про какие-то другие лампы?

Нет, не про него.
Посеребренным был корпус ламп.
И, я не химик. А химики на участке, где платы изготовливали, брали их спокойно. И даже нам фольгу серебряную делали.