Izolator galwaniczny do TV - czyli jak połączyć WN* (wysokie napięcie) i w.cz. (wysoką częstotliwość). Takie połączenie czyni zabawę jeszcze fajniejszą!
*Elektrycy będą protestować, że dla Nich WN oznacza coś innego, ale dla mnie, pracującego na co dzień z mikrowoltami i pojedynczymi voltami, kilka tysięcy woltów to jest Wysokie Napięcie :-)
Po co stosować taki separator? Powody są różne, najczęściej chodzi o likwidacje pętli mas, co objawia się iskrzeniem(przepięciami) przy podłączaniu urządzeń lub przydźwiękiem sieci energetycznej słyszalnym w sprzęcie audio. Nie często, ale jednak, w wyniku różnicy potencjałów i upływności prądu może nawet zadziałać wyłącznik różnicowo-prądowy. Izolatory takie najczęściej stosują osoby podłączające do sieci TV kablowej tunery zamontowane w komputerach, lub audiofile.
Ja postanowiłem zainstalować takie separatory dla:
- Ochrony sprzętu elektronicznego od wpływy przepięć, również tych powstających w wyniku uderzeń piorunów.
- Ochrony sprzętu elektronicznego przed błędami instalatorów i ewentualnymi wadami zasilania urządzeń w TV kablowej.
- Likwacji pętli mas, by zmniejszyć ilość zakłóceń, które negatywnie wpływają na moje przyrządy pomiarowe używane w elektronice (to jest powód główny). Jest to dodatkowy element do:
Filtry sieci energetycznej
Zdaje sobie sprawę z energii, które mogą powstać w kablach w wyniku bliskiego uderzenia pioruna. Jadnak wielorakie zabezpieczenia (np.: zamontowane przez operatora TV kablowej), zabezpieczenia zamontowane w różnych miejscach, sam budynek (jego konstrukcja i użyte materiały), położenie budynku powodują, że nie każde zabezpieczenie musi wytrzymać tysiące woltów i amper.
***
Z jakimi częstotliwościami musi działać separator galwaniczny:
Separator dla programów TV kablowej:
a) 110 - 862MHZ
Separator dla radia w TV kablowej:
a) 87.50 - 108.00
Separator dla Internetu (EuroDOCSIS) w TV kablowej:
a) 5 - 42MHz standardowy zakres częstotliwości upstream (6MHz na kanał)
b) 5 - 85MHz rozszerzony zakres częstotliwości upstream
c) 110-870MHz (z CM 1002MHz) downstream
Separatory wykonane np.: dla radia mogą mieć inne parametry (węższe pasmo) od separatorów wykonanych dla TV. Najwięcej trudności przysparza separator dla modemu kablowego, ponieważ:
- Musi pracować w bardzo szerokim zakresie częstotliwości: 1MHz - 1GHz.
- Nie mamy pełnych informacji ze stacji czołowej o jakości sygnału, który do niej do niej dociera, a który nadawany jest przez modem kablowy. Pewną informacją jest tylko poziom mocy z jaką modem ma nadawać, a co reguluje stacja czołowa.
***
Separatory wykonałem samodzielnie tylko dlatego, że elektronika jest moim hobby. Przyzwoite separatory można kupić po kilkanaście złotych (bardzo solidnie wykonane), a droższe po około 100zł. Dlatego ich wykonanie własnoręczne nie jest celowe.
Dokładność wykonania nie musi być super wzorcowa (oczywiście warto pracować nad jak najlepszym dopasowaniem). Odbiornik jest blisko separatora, a nadajnik ma stosunkowo dużą moc. Najważniejsze jest:
- Dobre ekranowanie
- Oczyszczenie gniazd TV i wtyczek. Powierzchnia styku utlenia się; często też bywa niewłaściwie osłonięta podczas malowania. Jak oczyścimy powierzchnie styków to należy powtórzyć to jeszcze pięć razy, za każdym razem dokładniej :-)
- Zachowanie odpowiedniej izolacji, zgodnej z zastosowanymi elementami - co oznacza, że jeśli zastosowałem elementy wytrzymujące 4kV to izolacja i przerwy w druku też powinny zapewniać izolację na poziomie 4kV.
Warto zapoznać się z:
Po własnoręcznym wykonaniu separatora należało by go zbadać miernikiem izolacji. Takiego miernika na tą chwilę nie posiadam, ale planuję taki zakup i wtedy przeprowadzę testy moich separatorów galwanicznych. Kupiony w sklepie separator ma tą zaletę, że już ktoś takie testy za nas wykonał.
Wybrałem konstrukcję pojemnościową, zdając sobie sprawę, że odrobinę lepiej pracował by izolator nawinięty na niskostratny rdzeń.
Zastosowałem kondensatory SMD przeznaczone dla dużych częstotliwości, o stabilności ±30ppm/stopień Celsjusza i ekstremalnie niskim ESR. Takie kondensatory stosowałem w żyle wewnętrznej, ale też i żyle zewnętrznej - zależało od zastosowania separatora. W żyle zewnętrznej stosowałem (w niektórych izolatorach) kondensatory ceramiczne 1kV. W każdym z wykonanych separatorów zastosowałem elementy, które powinny zapewnić izolację na poziomie 4kV.
***
Na potrzeby testów separatorów wykonałem generator 155MHz, co odpowiada w przybliżeniu kanałowi S06 - S07:
Pierwsze pomiary dające punkty odniesienia. Zachowany jest cały układ pomiarowy, ale zamiast separatora wstawiona jest beczka F.
Przebieg z generatora. Tu jeszcze przed zmianami tłumienia, ale do testów generator podawał amplitudę 175mV.
Przebieg z generatora w powiększeniu.
***
Separator do TV:
Amplituda 120mV.
***
Separator do modemu kablowego:
Amplituda 150mV (ten separator też jest przeznaczony do 4kV).
Sygnał dla TV analogowej, gdy testowo podłączyłem separator do TV.
Pre Viterbi - ilość błędów przed korekcją
Post Viterbi - ilość błędów po korekcji
COFDM ACG - gdy sygnał zwiększa się, wartość zmniejsza się
UEC - liczba błędów niepoprawionych w drugim etapie z korekcji błędów; zazwyczaj oznacza to błędy w wyświetlanym obrazie
Każdy separator sprawdziłem (żyła-żyła, ekran-ekran i żyła-ekran[1], żyła-ekran[2]) omomierzem z zakresem do 40MΩ. Miernik wskazał, jak widać, oczekiwany wynik pomiaru, czyli otwarty obwód (brak połączenia, np.: zwarcia). Te same pomiary powtórzę jak kupię miernik izolacji.
Odczytane parametry z modemu kablowego przed instalacją separatora galwanicznego.
Odczytane parametry z modemu kablowego po instalacji separatora galwanicznego.
Moc sygnału odbieranego spadła: od 0.3dB do 1.8dB, a o około 2dB zmniejszył się odstęp sygnału od szumu. Modem zwiększył też poziom nadawanego sygnału o około 5dBmV, co wynika z pracy kanału upstream na niskich częstotliwościach i specyfiki budowy separatora.
Parametry pracy modemu TV kablowej
***
Na potrzeby testów kupiłem firmowy separator galwaniczny do 3kV i paśmie 5-2400 MHz. Dzięki temu mogłem porównać moje separatory z separatorem stworzonym przez kogoś innego. Ciekawe jest pasmo tego separatora, gdzie znajduje zastosowanie powyżej 1GHz? - chyba, że tak duże pasmo jest to po prostu "efektem ubocznym" tej konstrukcji.
Firmowy separator ze zdjętą osłoną.
Amplituda 100mV.
***
Zestawienie tłumienia separatorów galwanicznych:
Generator: amplituda 175mV -> -12.9dB
Separator modemu kablowego: amplituda 150mV -> -14.3dB
-14.3dB + (-12.9dB) =
-0.4dB
Separator TV: amplituda 120mV -> -16.2dB
-16.2dB + (-12.9dB) =
-1dB
Firmowy separator: amplituda 100mV -> -17.8dB
-17.8dB + (-12.9dB) =
-1.4dB
Niestety nie posiadam urządzeń pozwalających zmierzyć charakterystykę wykonanych separatorów w całym zakresie ich pracy - ale to nic dziwnego, ponieważ ceny takich mierników oscylują w okolicach pojedynczych limuzyn - za każdy z mierników :-D
***
Dlaczego warto oczyścić złącza i gniazda TV? Poniżej zamieszczam przebiegi sygnałów powstałe w wyniku użycia wadliwych połączeń:
***
Informacje z menu TV dotyczące sygnału:
Pierwszy TV, przed instalacją separatora.
Pierwszy TV, po instalacji separatora.
Drugi TV, przed instalacją separatora.
Drugi TV, po instalacji separatora.
***
Zamontowane separatory:
Skoro już kupiłem firmowy separator to zamontowałem go do jednego TV. Przed separatorem widać zabezpieczenie przeciwprzepięciowe*.
Separator do modemu kablowego.
Separator TV. Kończy mi się izolacja (ulubiona, jedyna, którą stosuję: Vini Tape), więc po wykonaniu prawidłowego ekranowania (wspomagałem się folią aluminiową) zabezpieczyłem całość taśmą klejącą uniwersalną.
Separatory wykonane jako ćwiczenie, ekranowane laminatem, nie są wzorem piękna. Owinięcie taśmą niewiele pomogło... Lecz nie ma to znaczenia - są umiejscowione za meblami, za TV, więc nikt ich oglądać nie będzie.
Dwa separatory: radia i TV. Przed separatorami widoczne zabezpieczenia przeciwprzepięciowe*.
*Widoczne na zdjęciach zabezpieczenia przeciwprzepięciowe łączy żyłę z ekranem (zapewne warystorem). W przypadku przepięcia od pioruna napięcie występuje w żyle i ekranie jednocześnie. Należało by obudowę urządzenia zabezpieczającego połączyć z obwodem PE. Nie chcę tego robić bezpośrednio, ponieważ nic chcę stworzyć pętli masy. Kupiłem iskrowniki na 250V i jak dokładnie przemyślę sposób podłączenia to wykonam te zabezpieczenie porządnie.
***
Uwagi:
Przed wykonaniem separatorów szukałem informacji w Internecie. Jak zawsze, należy bardzo ostrożnie podchodzić do zawartych tam treści. Chciałem nawet wypróbować powszechnie proponowane rozwiązanie, co doprowadziło mnie np. do takich wynalazków:
Przeczytałem np.: propozycję, by zastosować rezystory (około 500kΩ-1MΩ) w celu wyrównania ładunków(?). Autor rozwiązania proponował zastosowanie miniaturowych rezystorów. Jakie napięcie przebicia ma taki rezystor? Max. do 250V... Więc po co stosować kondensatory na kilowolty, jak ewentualne niewielkie przepięcie i tak przebije rezystor... Takich kwiatków jest więcej :-)
***
Pomiary:
Do wykonania pomiarów celowo użyłem miernika analogowego GI83, który ma rezystancję 100MΩ (10x więcej niż standardowy miernik).
Rezystancja: gniazdo TV kablowej, złącze radia - przewód PE. Około 2Ω, w zależności od dociśnięcia końcówki pomiarowej.
Rezystancja: gniazdo TV kablowej, złącze TV - przewód PE. Około poniżej 1Ω, w zależności od dociśnięcia końcówki pomiarowej.
Wiem, że masa wejść TV i radia w gnieździe jest wspólna - ale te pomiary i zdjęcia mają to potwierdzić, jak by ktoś nie dowierzał :-)
Rezystancja: wejście amplitunera - przewód PE. Około 3MΩ.
Rezystancja: wejście TV - przewód PE. Około 250kΩ.
Pomiar na zakresie napięcia zmiennego: wejście amplitunera - przewód PE. Około 34dB, czyli:
39V (RMS)
110V (p-p).
Pomiar na zakresie napięcia zmiennego: wejście TV - przewód PE. Około 35dB, czyli:
Pomiar na zakresie napięcia zmiennego 40dB (od 20dB do 60dB): gniazdo TV kablowej, złącze radia - przewód PE. Wskazanie: napięcie poniżej zakresu pomiarowego.
Pomiar na zakresie napięcia zmiennego 40dB(od 20dB do 60dB): gniazdo TV kablowej, złącze TV - przewód PE. Wskazanie: napięcie poniżej zakresu pomiarowego.
Pomiary na dokładniejszych zakresach dały wskazania dopiero gdy czułość tych zakresów pomiarowych miernika połączona z opornością wejścia dała odczyt zakłóceń elektromagnetycznych.
Pomiar na zakresie napięcia zmiennego: wejście modemu kablowego - przewód PE. Około 39dB, czyli:
***
Separatory pracują od tygodnia z:
- TV cyfrową
- TV analogową
- Modemem kablowym do Internetu
- Radiem podłączonym do TV kablowej
Moją jedyną uwagą jest to, że występuje minimalne pogorszenie jakości odbioru TV analogowej - zarówno w moich separatorach jak i w przy tym kupionym. Możliwe, że na TV plazmowych, bądź kineskopowych nie jest to widoczne. Ja korzystam z TV LCD, na których minimalne zakłócenia są wyjątkowo widoczne (ta technologia tak ma).
***
Ciekawie wyglądają przepięcia powstające przy użytkowaniu zwykłego czajnika:
Tym bardziej nasuwa mi się wniosek o potrzebie jak największej izolacji urządzeń.
***
Update: 2015.04.12
Pierwszy test, bardziej miernika rezystancji izolacji, niż separatora:
***
Powiązane tematy:
Update: 2015.04.12
Create: 2014.08.01
