На фото не сигналы сверхновой галактики, а работа простого приёмника прямого усиления, принимающего помехи современной светодиодной лампы. Отдельные комментаторы утверждают, что светодиодная лампа не создаёт помех радиоприёму и посоветовали мне поднести к ней радиоприёмник, что я и сделал. Когда магнитная антенна приблизилась к лампе, шум в приёмнике сменился тишиной. Да, действительно нет помех, как и нет никакого приёма радиостанций. То, что видит осциллограф - не слышит ухо, частота импульсов в средневолновом диапазоне за порогом слышимости.
А первые светодиодные лампы не излучали помех. Им неоткуда было взяться. Сетевое напряжение с частотой 50 Гц уменьшалось с помощью конденсатора, обладающего сопротивлением Xc =1/2πfC по переменному току, выпрямлялось диодным мостом, а постоянное напряжение сглаживалось электролитическим конденсатором и поступало на светодиоды.
Вот самая простая (рис. 1, 2), а потому наиболее распространённая электрическая схема светодиодных ламп тех лет. С неё и начнём.
Конденсатор С1 играет роль гасящего резистора, уменьшающего напряжение сети, поскольку на частоте переменного тока имеет сопротивление, но в отличие от резистора не рассеивает тепло. Иногда вместо одного конденсатора ставят два в параллель, подбирая напряжение, для достижения необходимой яркости свечения. Для надёжной работы лампы рабочее напряжение конденсаторов должно быть 400 вольт.
Диодный мост служит для преобразования переменного тока в постоянный.
Конденсатор С2 сглаживает пульсации выпрямленного напряжения моста. Его рабочее напряжение должно быть более 300 вольт.
Высокоомные резисторы R1, R2, параллельно конденсаторам С1 и С2, служат цели электробезопасности, для снятия зарядов с этих конденсаторов, чтобы не тряхнуло током, если коснуться цоколя только что снятой лампы.
Низкоомные резисторы R3, R4 - защитного назначения, ограничивающие броски тока, в ряде случаев срабатывали как предохранители, перегреваясь и выходя из строя, размыкая цепь питания при коротком замыкании.
Бросок сетевого напряжения и энергосберегающая лампа выходит из строя, извергнув клубы дыма. Схема оказалась не надёжной и впоследствии от неё отказались.
Как правило, чаще выходил из строя один из светодиодов матрицы, одной из причин являлось замыкание конденсатора С1. При замыкании этого конденсатора, увеличивалось напряжение и ток на светодиодной матрице, и яркое свечение лампы длилось недолго, до момента, пока не выйдет из строя самый слабый элемент матрицы. Вышедший из строя светодиод, размыкал цепь, и напряжение на конденсаторе С2 достигало значения 300 вольт. Конденсатор С2 (его рабочее напряжение было 100 вольт) взрываясь, закорачивал цепь питания и выводил из строя низкоомные резисторы R3, R4, которые от предельно высокого тока моментально нагревались, и их проводящий слой трескался, разрывая цепь питания. Если бы бросков напряжения в сети не было, а комплектующие ламп элементы ставили с запасом по напряжению, то схема просуществовала бы до сегодняшних дней, не создавая помех радиоприёму.
Но прогресс не стоит на месте, и светодиодная лампа теперь снабжена преобразователем, который позволяет поддерживать постоянный ток на светодиодах при изменении сетевого напряжения в пределах 210 — 230 В (МСА1404 для ламп эконом класса) и 90 — 255 В (МСА1501). Частотный преобразователь изменяет частоту сетевого напряжения 50 Гц на более высокую — до десятков или сотен кГц, используя резонансные свойства элементов схемы (индуктивностей и конденсаторов) для более эффективного преобразования энергии и повышении КПД более 90%. После преобразования частоты с учётом резонансного контура напряжение выпрямляется (обычно с помощью диодного моста) и сглаживается конденсаторами. Далее ток стабилизируется с помощью схемы управления, которая поддерживает его на заданном уровне независимо от колебаний входного напряжения или изменений нагрузки. Стабилизированный ток подаётся на цепочку светодиодов, которые излучают свет.
Схема самой простой лампы предельно проста и включает в себя мостовую схему выпрямления, электролитический конденсатор и микросхему, например микросхема PT45550E работает частотным преобразователем и стабилизирует постоянный ток для светодиодов. В более современных драйверах все выполнено на одной микросхеме BP2863. Аналогичные модели ламп не сильно портят эфир, благодаря малым габаритам комплектующих элементов, в данном случае открытой не экранированной катушке индуктивности, но в совокупности в много рожковой люстре доставляют немало хлопот.
Эти лампы всё равно выходят из строя, но без взрывающихся и дымящих комплектующих. Как правило, выгорает один светодиод, разрывая схему, сохраняя остальные её элементы. Но причина, скорее всего, в электролитическом конденсаторе, ёмкость которого от высокой температуры уменьшается со временем, повышая пульсации выпрямленного напряжения, что негативно отражается на работе преобразователя, поддерживающего стабильный ток через светодиоды.
Современные драйверы включают защиту от короткого замыкания, перегрева, импульсных помех в сети (варисторы и фильтры), а также защиту сетевых проводов и вторичных цепей от проникновения импульсных помех преобразователя.
В настоящее время ШИМ (широтно-импульсная модуляция, PWM) является одним из доминирующих методов управления яркостью за счёт изменения коэффициента заполнения ШИМ-сигнала особенно в диммируемых моделях и системах с регулируемым освещением. Этот метод широко применяется благодаря своей эффективности, точности регулирования и энергоэффективности.
Частота преобразования драйвера на микросхеме TPS61160 около 600 кГц, а это участок средневолнового диапазона. Мне скажут, а что ты забыл на этих волнах, там уже не работает ни одна российская радиостанция. Но для меня средние волны — это своего рода индикатор спокойствия в мире. Иной раз выйдешь на лоджию с самодельным приёмником СВ, под вечер, где-то после 21 часа - есть приём двух российских радиостанций «Вести ФМ» и «Радио России» с расстоянии более 1000 км - всё равно как с родными повидался.
Спектр импульсного сигнала характеризуется значительным содержанием высших гармоник. Существует обратная зависимость между длительностью импульса и шириной спектра: чем короче импульс, тем шире его спектр. Это можно описать с помощью приближённой формулы для верхней граничной частоты Fмах ≈ 1/t, где t — длительность импульса (обычно измеряется на уровне 0,1Um , где Um — амплитуда импульса); Fмах— верхняя частота спектра, за пределами которой амплитуда гармоник существенно снижается.
Череда импульсов с малой длительностью могут создавать электромагнитные помехи в широком диапазоне частотна средних (СВ), коротких (КВ) и даже ультракоротких (УКВ) волнах, в том числе в FM-диапазоне (87,5–108 МГц), что приводит к перегрузке входных каскадов приёмников, а чем резче изменение сигнала (быстрее фронт и спад), тем больше высокочастотных составляющих появляется в его спектре. Казалось, что на FM диапазоне с частотной модуляцией, обладающей повышенной помехозащищённостью, ничего плохого не должно быть, но на практике такое происходит в случае, когда уровень принимаемого сигнала при отдалённости передатчика, равен уровню помех близко расположенных энергосберегающих светильников.
Но прогресс не стоит на месте, и вскрыв светильник, вместо синфазных дросселей и фильтров нижних частот, устраняющих помехи как по сети, так и по питанию светодиодов, можно обнаружить перемычки и отсутствие конденсаторов фильтра, которое заметит осциллограф, а радиоприёмник, приняв гармонические составляющие спектра импульсного сигнала, заявит о их наличии на ДВ, СВ, КВ и даже на УКВ диапазонах своим молчанием, недовольным урчанием или некачественным звучанием.
А чем больше светодиодов и размеры самого светильника, тем длиннее цепи питания светодиодов, распространяющие помехи радиоприёму.
Так в мощном светильнике мне достаточно было поставить синфазный дроссель на ферритовом колечке для питания светодиодной ленты, чтобы отсечь антенну, соединяющую светодиоды, и приём без искажений в FM диапазоне возобновился на предельном расстоянии от передатчиков. Но как только я рассказал об этом, то сразу пришёл комментарий.
Ну правильно, детекторный приёмник проходят в школе. А начинающий радиолюбитель, собрав современное радио на одной микросхеме больше будет интересоваться его программной частью, а изучать сам принцип приёма ему, скорее всего уже не интересно. Да, допустимо, что помехи от ламп ничтожно малы на участке частот FM-диапазона (87,5 - 108 МГц). Но у современного приёмника помимо зеркального, соседнего и побочных каналов приёма есть ещё промежуточный канал приёма. Та самая промежуточная частота шириной до 250 кГц, на которой происходит основное усиление сигнала, которая начинается от 70 кГц и выше: 6,5 МГц, 6,8 МГц, 8,4 МГц, 10,7 МГц. И если уже на 30 МГц (я не стал смотреть справочник) от них остаются «рожки да ножки», речь о помехах, то что же тогда будет на промежуточных частотах приёмника? А насколько хорошо преселектор справляется со своей задачей, защищает тракт ПЧ от помех? Как справляются с помехами приёмники с низкой промежуточной частой?
Пришлось вскрыть очередную «мыльницу». Так я называю радиоприёмник в пластмассовом корпусе, который не является экраном, а поэтому не способен защитить от внешних помех тракт приёма.
Увидел простой преселектор из одного колебательного контура. Широкополосные фильтры на ПЧ 10,7 МГц с полосой пропускания 200 кГц. А ведь при плохой селективности по входу - ПЧ открыта для гармонических оставляющих импульсного сигнала. И никаких экранов. Экранированы только контура ПЧ СВ диапазона.
Или взять к примеру гибридный приёмник Low-IF, в котором радиочастотный сигнал преобразуется в низкую промежуточную частоту от десятков до сотен килогерц. Примером может служить микросхема RDA5807M. Я столько плохих отзывов получил от этого варианта приёмника. Но так и не понял, что является причиной плохого приёма? Современный «доработанный» светильник или отсутствие селективного каскада на входе микросхемы с дополнительной экранировкой.
Как-то одну здоровенную «мыльницу» в виде музыкального центра случайно починил сын. Проблема была в том, что моя любимая радиостанция прослушивалась с помехами. Он нечаянно уронил этот центр со стола, индикаторное табло погасло, зато пропали помехи.
Да, теперь не скрыться от сигналов «сверхновой галактики» и остаётся только три варианта: доработать светильник, повозиться с приёмником, слушать радио на природе.
Мой совет — используйте на рабочем столе обычную лампу накаливания. Дело даже не в помехах, а в её световом спектре, который близок к живому солнечному свету и наиболее приятен для глаз любого возраста.
Всем хорошего настроения, удачи и успехов в делах!