Эквивалент нагрузки

[ru0aog]

Как только зашло дело про снятие характеристик усилителя, так сразу понадобился эквивалент нагрузки.
И если в дачном шеке есть место для железной коробочки от Р-140М, то дома пространство чрезвычайно ограничено.

До сих пор пользовался клубком из параллельных 20 китайских синих резисторов на 2 ватта каждый.
Но сейчас доступны китайские монолитные резисторы с фланцем.
Заказал на пробу RFR-50-250 (50 Ом, 250 Вт)
https://aliexpress.ru/item/32829276572.html

Судя по фото, лепесток вывода хлипковат.
И вряд ли этот корпус выдержит 250 Вт долговременно
Говорят, КСВ на КВ неплох, на 144 - 1,4...1,5, а на 433 - совсем плохо.
В принципе, мне сгодится.

Но нужно не просто нагрузить усилитель, а ещё и проконтролировать, что при этом у нас получилось.
В стародавние времена, попытка подключить вход С1-83 к передатчику (со штатным делителем 1:10 и в положении максимального напряжения) привела к обугливанию делителя и подгоранию галеты осцилла. Так что потребуется ещё встроенный делитель.

Для просмотра спектра сигналов, делитель должен быть согласован на 50 Ом.
Затухания в 30 дБ думаю будет достаточно. Это в 1000 раз по мощности.

[ru0aog]

Покопался в запасах. Нашёл радиатор от атлона

Думаю, если ненадолго включаться, то без обдува должно хватить. До 100 Вт кратковременно.

Теперь с аттенюатором
Допустим, схема будет вот такая:

Сопротивление R1 составлено из мощного нагрузочного резистора с фланцем R1.1, и трёх параллельных резисторов по 10 Ом.
R1 = (10 Ом/3) + 50 Ом = 53,3 Ом.
Сопротивление R2 составлено из четырёх параллельных резисторов по 3К3 и одного 18К.
R2 = (3К3/4) // 18 КОм = (825 Ом * 18000 Ом) / (825 Ом + 18000 Ом) = 788,8 Ом.
Сопротивление R3 составлено из резистора 51 Ом и двух последовательно включенных резисторов по 1 Ом.
R3 = 51 Ом + 1 Ом + 1 Ом = 53 Ом.

Общее сопротивление эквивалента со стороны усилителя:
R1 // (R2+R3) = 53,3 // (788,8+53) = 50,1 Ом.

При 100 Ваттах на всём эквиваленте действует напряжение КОРЕНЬ(P*R) = КОРЕНЬ(100Вт*50,1Ом) = 70,8 В,
и протекает общий ток P/U = 100Вт/70,7В = 1,41 А.

Через R1 протекает U/R = 70,8В/53,3Ом = 1,328 А.
Через R2+R3 протекает U/R = 70,8/(788,8+53) = 0,084 А.

На резисторах R1.2...1.4 упадёт напряжение I*R = 1.328*(10/3) = 4,43 В и выделится мощность UI = 4.43*1.328 = 5.9 Вт.
Так как сопротивление резисторов одинаковое, то мощность распределится между ними поровну. 5,9/3 = 1,96 Вт.
На резисторе R1.1 упадёт напряжение I*R = 1.328*50 = 66,4 В и выделится мощность UI = 66,4*1.328 = 88,2 Вт.

На резисторе R2 упадёт напряжение IR = 0.084А*788,8Ом = 66,2 В и выделится мощность UI = 66.2*0.084 = 5.6 Вт.
Ток через каждый резистор 3К3 равен U/R = 66,2/3300 = 0,02 А, рассеиваемая мощность UI = 66.2*0.02 = 1.3 Вт.
Ток через резистор 18К равен U/R = 66,2/18000 = 0,0037 А, рассеиваемая мощность UI = 66.2*0.0037 = 0.25 Вт.

На резисторе R3 упадёт напряжение I*R = 0,084*53 = 4,45 В и выделится мощность UI = 4.45*0,084 = 0.37 Вт.
На резисторе R3.2 (R3.3) упадёт напряжение I*R = 0,084*1 = 0,084 В и выделится мощность UI = 0,084*0,084 = 0.07 Вт.
На резисторе R3.1 упадёт напряжение I*R = 0,084*51 = 4,3 В и выделится мощность UI = 4,3*0,084 = 0.36 Вт.

Итак, при подводимой мощности 100 Вт, на резисторах рассеется:
R1.1 = 88,2 Вт,
R1.2...1.4 = 2,0 Вт,
R2.1...2.4 = 1,3 Вт,
R2.5 = 0,25 Вт,
R3.2...3.3 = 0,07 Вт,
R3.1 = 0,36 Вт.

Проверяем сумму мощностей: 88,2+2,0*3+1,3*4+0,25+0,07*2+0,36 = 100,15 Вт.
В пределах погрешности округления

Проверим по уровням.
на входе 70,8 В @ 50,1 Ом = +50 dBm (100 Вт),
на выходе 4,45 В @ 53 Ом = +25,7 dBm (0,37 Вт). А должно было быть 2,2 Вольта (разница ровно в 2 раза по напряжению).

Хм, что-то я видимо не учёл. Надо было включить в расчёт нагрузку 50 Ом анализатора?
Ослабление получилось -24 dB. Непорядок...

[ru0aog]

Пока искал корпус для всего этого хозяйства, подумал, что лучше будет взять уже готовый интегральный аттенюатор с калиброванным выходом.
Благо, на али и такого добра имеется.
Точно такая же штучка, но с двумя выводами. С пометочкой "вход" и "выход"
https://aliexpress.ru/item/32878708538.html

Они имеются разных размеров и мощности.
20х6 мм - 100 Вт,
22х9 мм - 100 Вт,
25х9 мм - 150 Вт,
32х12 мм - 250 Вт,
48х26 мм - 800 Вт.

Прослеживается интересная закономерность - один квадратный сантиметр площади фланца передаёт примерно 64...68 Вт (за исключением 100-ваттных резисторов, там у одного получилось 80 Вт/см2, а у другого 50 Вт/см2).
Думаю, таким способом можно примерно оценить фактическую мощность нагрузочного резистора.

Также во всех спецификациях указано, что резистор работает на указанной мощности при температуре до 100 С. Предельная температура - 150 С.

[ru0aog]

Аттенюатор б/у-шный, выдран из какого-то оборудования.
Но не китайского производства, а EMC TECHNOLOGY & FLORIDA RF LABS

Datasheet к этому аттенюатору

33-1042-30.00 ATTENUATOR.pdf

(40.9 КБ) 244 скачивания

[R4YAE]

По опыту использования резисторов с фланцев могу сказать, что при использовании алюминиевого радиатора очень желательно применить медную теплораспределительную пластину толщиной 3-4мм и размерами в несколько раз больше фланца. Это позволит работать нагрузке при большей подводимой мощности без риска подгорания резистора. Фланец у него уж больно мелкий и при сильном нагреве он просто не успеет отдать излишки тепла в радиатор

[ru0aog]

Мне думается, что это зависит от:
- площади контакта фланца с радиатором,
- качества этого контакта (поверхности должны быть плоские, без зазоров, с минимумом термопасты),
- толщины радиатора в месте контакта с фланцем,
- толщины распределительной части радиатора (путь тепла от "пятки" к рёбрам),
- и только потом - от площади оребрения.

[ru0aog]

Раз фланец 31,75х12,70 мм (за вычетом двух отверстий Ф 4,06 мм) = 3,7 см2. Через эту площадь следует пропустить 250 Вт тепловой энергии.
Допустим, у нас в зоне контакта паста КПТ-8 толщиной 0,05 мм (что довольно тонко).
КПТ-8 имеет коэффициент теплопроводности 1 Вт/м*К
Разность температур подложки и радиатора при этом равна
dT = P*l / k*S = (250 Вт * 0,00005 м / 1 Вт/м*К * 0,00037 м2) = 33 градуса.
Неплохие потери, правда?

Так что в первую очередь следует обеспечивать плотный контакт фланца.

[RA6M]

не плохие резисторы. Но уж выводы кажется сильно слабые. Не дай бог отгорит во время настройки. Думал сделать на таких резисторах эквивалент на 1-1.5 квт.
Наверное буду искать резисторы от Р-140. Там надёжнее.

[Oleg]

Так что в первую очередь следует обеспечивать плотный контакт фланца.

Станислав,

Еще один очень важный фактор - коэффициент теплопроводности материала на котором крепится фланец этого резистора.
Гораздо легче отвести поток тепла через маленькую площадь фланца если он крепится на материале с высокой теплопроводностью.

Конечно, лучше всего было бы взять медный радиатор, но это - дорогой вариант. Поэтому и используют полированную медную пластину на алюминиевых радиаторах. У меди коэффициент теплопроводности почти вдвое выше, чем у алюминия.

Паста КПТ-8 имеет довольно низкий коэффициент теплопроводности. Единственное преимущество этой пасты - цена.
Просто для примера - довольно популярная паста Arctic Cooling MX-4 имеет коэффициент теплопроводности 8.5 Вт/(м•К).

[R4YAE]

Можно задуматься над припаиванием фланца к медной пластине легкоплавким припоем.