В реальной конструкции трансивера применен довольно мощный усилитель, пиковая мощность достигает 100Вт. На сегодня, в связи с существующими ценами на мощные ВЧ транзисторы, это довольно дорогой узел. В предоконечном и оконечном каскадах используются отечественные транзисторы, специально разработанные для линейного усиления диапазона 1,5-30МГц при напряжении питания 13,8В.
Пока приведу урезанную версию ШПУ выходной мощностью до 5Вт. Себестоимость его не высока, поэтому будет доступен большинству радиолюбителей. Выходная мощность практически одинакова на всех диапазонах. При желании, можно на высокочастотных участках выходную мощность сделать больше чем на НЧ. Это иногда требуется, когда используется внешний РА с завалом на ВЧ Bands. Первый каскад выполнен на транзисторе КТ610. Лучшая ему замена - это КТ939А, такой транзистор специально разработан для линейного усиления в классе А. Существуют более современные транзисторы с еще лучшими характеристиками, но их очень сложно найти. Например 2Т996Б у которого коэффициент комбинационных составляющих на частоте 60 МГц по второй гармонике (М2) не более - 65Дб, а по третьей гармонике (М3) не более - 95Дб, далеко не каждая лампа может обеспечить такие параметры. Транзистор VT1 используется в классе А при токе покоя 120-150мА. Трансформатор Т1 выполнен на ферритовом кольце диаметром 10 мм, проницаемость 1000. Намотка в два провода без скрутки, провод диаметром 0,24-0,30 мм, восемь витков, соединение начала одной обмотки с концом другой образуют средний вывод. Подъем усиления на ВЧ обеспечивает отрицательная обратная связь в цепи эмиттера, подбирается при помощи С1. Общее усиление и наклон АЧХ можно подбирать изменяя номиналы R5,C2. Усиленный сигнал через разделительный конденсатор С6 поступает на оконечный каскад VT2. Замены этому транзистору, без ухудшения характеристик, не удалось найти. Более-менее здесь еще работают КТ920Б,В; КТ925Б,В. Можно применять КТ921А,КТ922Б,КТ934Б,Г но это транзисторы, предназначение для использования при напряжении питания 24В. Поэтому можно предполагать завал коэффициента усиления и частотных свойств при питании 13,8В. На счет линейности тоже трудно что-то сказать, т.к. из всех перечисленных только КТ921А предназначен для этих целей, остальные предназначены для усиления ЧМ сигнала на частотах выше 50Мгц в классе С. Такие транзисторы можно использовать на КВ диапазонах с приемлемой линейностью только при пониженной мощности (не более 40%). Если читателю захочется более подробно ознакомиться с мнением автора по поводу построения транзисторных ШПУ с питанием 24В на отечественной элементной базе - у него можно заказать книжку-описание сетевого трансивера с синтезатором частоты на Z80 и таким усилителем мощности. При применении КТ965А в этом каскаде и питании 13,8-14В можно получить не менее пяти линейных Ватт мощности. При сравнении анализатором спектра СК4-59 5Вт полученных в TRX RA3AO и такой же мощности при применении КТ965А, сразу появилось желание выкинуть узел А21 в “дроздивере”. Двухтактный усилитель на КТ913 (А21) обеспечивает наличие “палок” на экране анализатора до предельной частоты прибора (110МГц), а может и выше, т.к. просто не позволяют разрешающие частотные свойства СК4-59. Транзистор КТ965 не предназначен для работы выше 30МГц, поэтому он просто не “тянет” на таких частотах и следы “палок” можно увидеть только на частотах до 50МГц, гармоники подавлены в худшем случае не менее 25Дб. Таким сигналом можно работать в эфире и возбуждать любой усилитель мощности без всяких фильтров. На рис.6 показан двухзвенный фильтр низкой частоты установленный на выходе усилителя, который обрезает те остатки “палок”, которые еще можно разглядеть на экране анализатора, выше 32МГц (L6,L7,C20,C21, C22). В случае “урезанного” ШПУ этот ФНЧ можно не устанавливать. Ток базы VT2 стабилизируется цепочкой VD1,VD2,VT3. Элементы C4,R8 определяют амплитудно-частотную характеристику каскада. Резисторы отрицательной обратной связи R10,R11 улучшают линейность. Резистор R7 служит для предотвращения пробоя эмиттерного перехода при обратной полуволне управляющего напряжения и рассчитывается по формуле R=S/2пFгр.Cэ. Ток покоя в пределах 300-350мА, выставляется резистором R9. Трансформатор Т2 можно выполнить на ферритовом кольце диаметром 16-20 мм проницаемостью 300-600 или применить “бинокль” из колец К10 проницаемостью 600-1000, достаточно по 4 кольца в столбике. Если предполагаемая нагрузка 50-75Ом, трансформировать сопротивление нужно 1:4, для этих целей подойдет трансформатор на кольце намотанный бифилярно проводом 0,6-0,8 мм, достаточно 7-9 витков. Средний вывод, образованный соединением начала одной обмотки с концом другой, подсоединяется к коллектору VT2. С одного свободного вывода через разделительный конденсатор емкостью 47-68Н, реактивной мощностью не менее 10 Вт, снимаем полезный сигнал, а на другой конец обмотки подается питающее напряжение. В случае если сопротивление нагрузки может быть более 100Ом или оно неизвестно, лучше применить трансформатор типа “бинокль”, т.к. с таким трансформатором легче менять соотношение трансформируемых сопротивлений. Выполняется он таким образом - нужно склеить из колец два столбика, затем столбики склеить между собой наподобие “бинокля”. Обмотка I может составлять 1-2 витка провода сечением не менее 0,6 мм. При неизвестном сопротивлении нагрузки обмотку II вначале наматывают с заведомо большим количеством витков, например 5, провод можно использовать монтажный многожильный. Затем, руководствуясь показаниями потребляемого тока каскадом на VT2, показаниями лампового вольтметра, включенного параллельно нагрузке, находим оптимальное соотношение витков трансформатора. Нужно проверять значение выходной мощности на самой высокой частоте - 29Мгц, в середине диапазонов - 14Мгц и на 1,8Мгц. Цепочка из резисторов R12,R13 в мощной версии ШПУ именуется “защитой от дурака”. Здесь служит как делитель при измерении выходной мощности. Элементы R14,C15 компенсируют неравномерность измерителя мощности во всем частотном интервале от 1,5 до 30МГц. Резистор R15 служит для градуировки показаний миллиамперметра. Для того, чтобы делитель не отбирал на себя часть полезной мощности, можно пропорционально увеличить сопротивление R12,R13, но тогда функции “защиты” выполняться не будут. Реле Р1 типа РЭС10 или его герметизированный аналог - РЭС34, паспорт 0301, сопротивление обмотки около 600Ом, предварительно проверить на надежность срабатывания от 11-12В. Можно применять 12-ти вольтовые паспорта с сопротивлением обмотки 100-120Ом, но тогда VT4 нужно заменить на более мощный транзистор (КТ815). Дроссели Др1 и Др3 должны выдерживать рабочий ток - Др1 до 150мА, Др3 до 1А.
Усилитель мощности 50-100Вт.
Схемотехника транзисторных широкополосных усилителей мощности отработана и если просмотреть схемы импортных трансиверов, как дешевых так и самых дорогих моделей, то различие в построении этих узлов минимальны, отличия только в наименовании транзисторов, номиналах деталей и незначительно в схеме. Если читатель знаком с предыдущей книжкой - описанием сетевого TRX, в котором применен ШПУ на КТ956А, то он может отметить минимальную разницу в построении таких каскадов. Так как трансивер предназначен для работы от источника питания напряжением 13,8В, то поиски были направлены на то, чтобы обеспечить требуемую мощность с минимальным завалом амплитудно-частотной характеристики в высокочастотной области и сохранением линейности при понижении напряжения питания до 11В. Выбор транзисторов отечественного производства для решения этой задачи очень мал. Если еще учесть, что стоимость их как правило выше, чем транзисторов предназначенных для работы от 24-28В и на радиорынках они довольно редко встречаются, то прежде чем браться за изготовление такого усилителя следует задуматься - а нужно ли прилагать героические усилия, чтобы зацикливаться на этих пресловутых, принятых во всем мире 13,8В? Может слепить ШПУ из того “радиобарахла”, что есть в наличии? Есть же КТ960,КТ958,КТ920,КТ925, которые довольно часто применяют радиолюбители.
- Низкочастотные (граничная частота до 3МГц)
- Высокочастотные (граничная частота до 300МГц)
- Сверхвысокочастотные (граничная частота выше 300МГц).
Нас интересует вторая группа, внутри нее транзисторы разделяются на:
- А) предназначенные для линейного усиления ВЧ сигнала
- Б) для широкополосного усиления сигнала в классе С на частотах 50-400МГц.
Более подробно о том, как проектируются и изготавливаются те или иные транзисторы лучше прочесть в профессиональной литературе. Здесь же отметим лишь основные отличия подгруппы “А” и “Б”. Группа А, транзисторы предназначенные для связной аппаратуры - это в основном линейные широкополосные усилители, работающие в режиме одной боковой полосы, к транзисторам предъявляются дополнительные требования как по конструктивному исполнению (уменьшение емкости коллектора и индуктивности эмиттерного вывода) так и по линейности. В мощных ВЧ транзисторах для связной аппаратуры амплитуда комбинационных составляющих третьего и пятого порядков в 25-30 раз меньше чем амплитуда основных сигналов (ослабление не менее 27-33Дб). При изготовлении транзисторов этой группы производители основное внимание уделяют параметрам линейности и запасу прочности в предельных режимах эксплуатации. В подгруппе Б больше внимания уделяют частотным свойствам и повышению коэффициента усиления по мощности. Например, два транзистора, рассчитанные на получения одинаковой мощности 20Вт - КТ965А (подгруппа А) и КТ920В (подгруппа Б) отличаются предельными эксплуатационными параметрами. КТ965А - ток коллектора 4А, рассеиваемая мощность 32Вт при питании 13В; КТ920В - соответственно 3А, 25Вт при 12,6В. Так как граничная частота транзисторов, предназначенных для работы ниже 30 МГц, довольно невысокая (до 100МГц), то изготовителю легче произвести прибор с большей перегрузочной способностью. Например, минимальные размеры элементов транзистора на частоты 200-500МГц составляет 1мкм и менее, тогда как для частот 50-100МГц они могут иметь размер 3-4 мкм . В том, что перегрузочная способность транзисторов разработанных для линейного усиления КВ диапазона выше, чем у приборов более высокочастотных, но используемых радиолюбителями на частотах до 30МГц, пришлось убедиться на практике. Например, ШПУ с выходной мощностью 70Вт на КТ956А выдерживает КСВ до 10 в длительном режиме и обладает достаточно хорошей линейностью, чего нельзя сказать о точно таком же усилителе на КТ930Б. RU6MS использует ШПУ на КТ956А с выходной мощностью 100-130Вт в виде приставки к “Катрану” уже несколько лет, нагружая усилитель непосредственно на антенну без всякого согласования. Помеха телевидению, даже при использовании “польских” активных антенн, полностью отсутствует. Перед этим он пытался эксплуатировать усилитель, опубликованный Скрыпником в журнале "Радио" и кроме нервных стрессов после очередной замены КТ930Б, отсутствия возможности работать в эфире когда любимая жена смотрит очередной сериал по телевизору, насколько мне известно, другого опыта получено не было. RK6LB применяет промышленный блок на двенадцати КТ956А (мощность до 500Вт) и спокойно работает в эфире при расстоянии 4 метра между усилителем и головной, формирующей сигналы шести телевизионных каналов, станцией кабельного телевидения. Аналогичные параметры линейности и надежности можно получить, применяя транзисторы предназначенные для питания напряжением 13,8В. К сожалению перечень таких изделий выпускавшихся отечественной промышленностью очень мал - это КТ965А,КТ966А,КТ967А. Более современные типы транзисторов на радиорынках попадаются очень редко. Максимальные значения выходной мощности могут быть получены при применении КТ966А и КТ967А, но рассматривать эти версии ШПУ здесь не будем из-за дефицитности транзисторов. Достаточно линейных 50-60Вт выходной мощности можно получить с более доступными КТ965А. Если предполагается частая работа от аккумулятора, то на этом можно остановиться.
Следует учесть, что основная масса радиолюбителей до сих пор используют в трансивере выходной каскад на ГУ19 с такими же энергетическими параметрами и они не могут оценить великолепную чистоту эфира в моменты отключения электроэнергии. А если ещё происходят ежедневные "плановые" отключения, то пользователям ламповой техники остаётся только посочувствовать. Они теряют не только время, но и громадное удовольствие от прослушивания диапазонов во время отсутствия помех, когда отключается электроэнергия в достаточно большом районе. В том случае, когда нужна мощность не менее 100Вт при 12В аккумуляторе, потребуются КТ966,967 или импортные аналоги таких транзисторов, но тогда резко повышается стоимость трансивера и логичнее приобрести что-то готовое фирменное, нежели “изобретать велосипед”. Можно попытаться применить при низковольтном питании транзисторы, разработанные для 27В - это КТ956А, КТ957А, КТ944А, КТ955А, КТ951Б, КТ950Б но, как показал опыт, придется смириться с ухудшением энергетических характеристик и линейности. Одна из версий трансивера, использованного UA3RQ, была такова - задействованы КТ956А при напряжении питания около 20В, в моменты отключения сети подключаются три последовательно включенных щелочных аккумулятора напряжением 19В. Два типа доступных мощных ВЧ транзисторов - КТ958А и КТ960А предполагают их применение в таком трансивере, т.к. разработаны они под питающее напряжение 12,6В но для класса С. По техническим условиям в случае применения этих приборов в режимах классов А,АВ,В рабочая точка должна находиться в области максимальных режимов, т.е. более предпочтительна работа телеграфом и ограниченным SSB сигналом. Для обеспечения достаточной надежности, выходная мощность не более 40Вт. Желательна работа на согласованную антенную нагрузку, в противном случае линейка ШПУ на таких транзисторах склонна к подвозбуду.
Усилитель выполнен на печатной плате привинченной к задней стенке-радиатору корпуса. Распайка деталей с одной стороны платы на вытравленных площадках. Такой способ монтажа позволяет легко закрепить плату на радиаторе и обеспечивает доступ к замене элементов без переворачивания платы, тем самым упрощается процесс настройки ШПУ. Напряжение питания платы 13,8В, если используется отдельный стабилизированный мощный источник питания для трансивера, то напряжение для этого узла можно поднять до 14,5В, а для остальных каскадов TRX ввести дополнительный стабилизатор на 12-13В. Такая мера позволяет увеличить общий коэффициент усиления и соответственно облегчит задачу получения равномерной АЧХ. Ту же мощность при повышенном напряжении можно будет получить при меньшем токе и за счет этого уменьшить просадку питающего напряжения на подводящих проводах. Не нужно забывать, что при низковольтном питании трансивера и довольно большой выходной мощности, потребляемый ток может достигать значительных значений. При выходной мощности 50-60Вт потребляемый ток превышает 7А. Отрицательно сказываются на стабильности питающего напряжения длинные подводящие провода между блоком питания и трансивером. Например на сетевом “шнурке” длиной 1м от сгоревшего 100Вт паяльника, используемом для подачи питающего напряжения от блока питания к трансиверу, просадка напряжения при токе до 10А может достигать 0,3-0,5В, приплюсуйте сюда просадку на проводах внутри трансивера от разъема до выключателя и обратно к плате ШПУ, в итоге на коллекторах выходных транзисторов при максимальной мощности вместо 13,8В, на которые настроен блок питания, имеем 13-13,3В. Это не улучшает ни линейность усилителя, ни его энергетические показатели.
ШПУ трехкаскадный, первый каскад работает в режиме класса А, второй - класс АВ и оконечный в классе В. Схемотехника подобна применяемой в импортных трансиверах и отечественной связной аппаратуре, т.к. такие узлы хорошо отработаны и нет смысла “удивлять мир” радиолюбительскими конструкциями. Основные задачи при построении транзисторных ШПУ - обеспечение максимально линейной АЧХ, надежности и устойчивой работы на нагрузку, отличающуюся от номинальной. Равномерная отдача мощности во всем рабочем диапазоне частот решается при помощи выбора типов транзисторов, дополнительными частотозависимыми цепочками отрицательной обратной связи, подбора соответствующих широкополосных трансформаторов и конструктивным выполнением. Надежная и устойчивая работа обеспечивается всевозможными защитами по перегрузкам, выбором типов радиоэлементов и конструктивным исполнением.
Первый каскад усилителя выполнен на транзисторе VT1 в качестве которого можно применить КТ610, КТ939 или более современный 2Т996Б. Из доступных транзисторов лучший - это КТ939А, т.к. он специально разработан для работы усилителя в классе А с повышенными требованиями к линейности. Транзистор 2Т996Б по данным завода изготовителя обеспечивает такие цифры линейности в которые трудно поверить - коэффициент комбинационных составляющих на частоте 60МГц по второй гармонике (М2) не более - 65Дб, а по третьей гармонике (М3) не более - 95Дб, далеко не каждая лампа может обеспечить такие параметры. Ток покоя зависит от типа применяемого транзистора и составляет не менее 100-160мА. Первый каскад должен работать в жестком режиме класса А с минимумом “мусора” в выходном сигнале, т.к. от этого будет зависеть не только то, что получим на выходе линейки ШПУ, но и общий коэффициент усиления полезного сигнала. Последующие каскады так же широкополосные и они будут одинаково усиливать все сигналы поступающие на их вход. При большом количестве гармоник во входном сигнале часть мощности будет бесполезно расходоваться на их усиление, за счет комбинационных взаимодействий между ними это еще ухудшит и общую линейность. Если посмотреть анализатором спектра такую ситуацию, то обнаружим на выходе каскада еще больший частокол “палок” гармоник, чем видно во входном сигнале. Ток покоя первого каскада регулируется резистором R2. Максимальную отдачу на частоте 29 МГц регулируют конденсатором С1. Цепочка R5,C1 определяет как общий коэффициент усиления, так и наклон АЧХ. Трансформатор Т1 выполнен на ферритовом кольце К7-10 проницаемостью 1000, намотка бифилярная без скрутки двумя проводами диаметром 0,15-0,18 мм равномерно по всему кольцу, достаточно 7-9 витков. Начало одной обмотки соединено с концом второй и образует средний вывод. Дроссель Др1 должен выдерживать потребляемый транзистором ток. При настройке первого каскада основное внимание нужно уделить линейности работы каскада и максимальной отдаче на 29МГц. Не следует увлекаться повышением коэффициента усиления каскада, уменьшая R3,R4 и увеличивая R5 - это приведет к ухудшению линейности и устойчивости работы всего ШПУ. В зависимости от того, какую мощность хотим получить, ВЧ напряжение на коллекторе VT1 нагруженного на VT2, составляет 2-4В. Далее усиленный сигнал через С6 поступает на второй каскад, который работает с током покоя до 350-400мА. Конденсатор С6 определяет АЧХ и в случае завала на 160 м, его номинал можно увеличить до 22-33Н. Здесь применен транзистор КТ965А. Это на первый взгляд не совсем логичное решение, т.к. транзистор “очень мощный” для такого каскада и используется здесь на 15-20% от того, что в нем “заложено”. Попытки применить более “слабый” транзистор в этом каскаде не дали желаемых результатов. Высокочастотные транзисторы 12В серии из доступных - КТ920, КТ925 с различными буквами если и обеспечивали энергетические параметры, то не давали малого количества “палок” в выходном сигнале на экране анализатора спектра. Транзистор КТ921А при хорошей линейности не обеспечивает требуемую АЧХ при питании напряжением 13,8В и не раскачивает выходной каскад до требуемой мощности на ВЧ диапазонах. Только при применении КТ965А удалось получить до 5Вт линейного сигнала с этого каскада. Кстати, если нет требования получения большой мощности от такого трансивера, то на этом каскаде можно завершить построение ШПУ. Трансформатор Т2 следует включить наоборот, т.е. обмоткой II в цепь коллектора, а обмоткой I в нагрузку. Нужно будет подобрать соотношение витков обмоток для оптимальной согласовки с нагрузкой. Но даже при переключенном Т2 без подбора соотношения витков в обмотках, на нагрузке 50 Ом линейка из транзисторов 2Т355А (плата ДПФов), 2Т939А и 2Т965А обеспечивает 13-16В эффективного напряжения. Потребляемый ток достигает 1,3-1,5А, КПД получается невысокий, но это плата за высокую линейность сигнала. Если не удается найти КТ965А, тогда целесообразно этот каскад выполнить двухтактным на транзисторах КТ921А, рис.8. Придётся смириться с некоторым завалом на частотах выше 21 МГц, выходная мощность с таким каскадом достигает 10Вт. Можно получить спектрально очень чистый сигнал с линейной АЧХ мощностью до 5Вт, увеличивая отрицательные обратные связи элементами R5-R8,R10,C9,R11,C10. На схеме показаны раздельные цепи смещения отдельно для каждого транзистора - это версия для самого "бедного радиолюбителя", у которого нет возможности подобрать пару VT2,VT3 с идентичными характеристиками.
Если предполагается подбор транзисторов, тогда цепи питания баз можно объединить. Предварительно резисторами R14,R15 в цепочках стабилизаторов токов баз нужно выставить ток покоя в пределах 150-200 мА на каждый транзистор, а затем более точно подрегулировать по подавлению ближайшей четной гармоники, которую можно прослушать на дополнительный приемник. Пределы регулировки тока покоя зависят от крутизны применяемых транзисторов и количества последовательно включенных диодов VD1,VD2 и VD3,VD4. Попадаются транзисторы у которых для получения тока покоя до 200мА достаточно одного включенного диода. Цепочки С7,R1 и С8,R2 обеспечивают подъем амплитудно-частотной характеристики на высокочастотных диапазонах. Дроссель Др3 должен обеспечивать требуемый каскаду ток (до 2А) без просадки на нем напряжения. Его можно намотать на небольшом ферритовом кольце проницаемостью 600 и более, проводом диаметром не менее 0,6-0,7 мм, достаточно 10-20 витков.
Трансформатор Т1 выполнен в виде “бинокля” из ферритовых колец диаметром 7 мм, проницаемостью 1000-2000. Столбики “бинокля” склеены из 3-4 колец в зависимости от их толщины, высота столбика 9-11 мм. Первичная обмотка 2-3 витка монтажного провода во фторопластовой изоляции, вторичная 1 виток провода ПЭЛ 0,7-0,8 мм.
Трансформатор Т2 выполнен тоже в виде “бинокля”. Два столбика склеены из ферритовых колец проницаемостью 1000, диаметром 10 мм, столбики высотой 13-16 мм. Также можно использовать кольца проницаемостью 1000-2000 диаметром 7 мм, высота столбиков 10-11 мм. Первичная обмотка - 1 виток из оплетки от тонкого коаксиального кабеля с отводом от середины или один виток из сложенных двух монтажных проводов во фторопластовой изоляции, начало одного соединено с концом второго и образует средний вывод. Виток считается, когда провод входит в один “глазок бинокля” и возвращается из второго. Вторичная обмотка, в случае применения оплетки от коаксиального кабеля для I обмотки, проходит внутри этой оплетки, если же применен монтажный провод для “первички”, то обмотка II пропускается через отверстия столбиков аналогично I обмотке, только выводами в противоположную сторону. Количество витков обмотки II может колебаться от 2 до 5 в зависимости от исполнения обмотки I и их придется подобрать экспериментально по лучшему КПД и оптимальной АЧХ выходного каскада на требуемом сопротивлении нагрузки.
“Бинокли” нельзя приклеивать без изоляции на печатную плату, т.к. некоторые марки ферритов пропускают постоянный ток. Следует отметить, что ФНЧ на элементах С34,L1,C35,L2,C36 рассчитан на сопротивление 50 Ом. Если нагрузка значительно отличается от этого значения, фильтр нужно пересчитать или исключить, т.к. он в этом случае будет вносить неравномерность в АЧХ усилителя. Вернемся к схеме на рис. 9. Резистор R7 служит для предотвращения пробоя эмиттерного перехода при обратной полуволне управляющего напряжения и рассчитывается по формуле R=S/2пFгрСэ. Ток базы VT2 стабилизируется цепочкой VD1,VD2,VT3,R9,C9. Резистором R9 выставляется ток покоя. При помощи элементов отрицательной обратной связи R8,C4,R10,R11 можно выставить требуемую АЧХ и коэффициент усиления каскада. Устанавливать VT3 на теплоотвод не требуется. Дроссель Др3 должен выдерживать ток до 1,5А.
Настройка каскада заключается в подборе тока покоя резистором R9, коррекции амплитудно-частотной характеристики и коэффициента усиления резистором R8 и в меньшей степени конденсатором С4. Предварительно обмотку I трансформатора Т2 следует намотать 3 витка. Окончательный подбор будет осуществляться при настройке всего ШПУ.
Противофазные сигналы с трансформатора Т2 через цепочки C16,R15,C17,R16 формирующие требуемую АЧХ, поступают на выходные транзисторы VT6,VT5. Резисторы R8,R17 служат для той же цели, что и R7. При помощи С15 обмотка 2 трансформатора Т2 настраивается в резонанс на самой высокой рабочей частоте (29,7Мгц).
По выходным транзисторам VT6,VT5 информация следующая. Тип применяемых транзисторов зависит от предполагаемой выходной мощности. Самые мощные и соответственно дорогие - это КТ967А. С них можно получать выходную мощность более 100Вт с очень высокой надежностью. Возможно применение КТ956А, но при напряжении питания 13,8В у этих транзисторов резко падает усиление на высокочастотных диапазонах и линейность. Выход только один - повышать напряжение питания хотя бы до 18-20В. С транзисторами КТ965А в выходном каскаде возможно получение 50-60Вт с приемлемой надёжностью. Хотя в справочниках указывается выходная мощность 20Вт на один транзистор, но это как раз тот редкий случай, когда указана "штатная" мощность при применении в промышленной и военной технике с большим запасом надёжности. В качестве эксперимента с пары 2Т965А на 50Ом эквиваленте удавалось получить 90Вт на низкочастотных диапазонах. При выходной мощности 40-45Вт усилитель выдерживает практически любой КСВ в длительном режиме, оптимальной такую работу назвать, конечно же, нельзя. Т.к. при длительной работе с высокими значениями КСВ, например, несколько пользователей этой техники упрямо используют одну "проволоку" на все диапазоны (называя это антенной), обычно один-два раза в год они меняют первый транзистор линейки ШПУ - КТ355А. "Отражёнка" блудит по трансиверу и самое слабое место оказалось в первом каскаде. С транзисторами КТ966А можно получать не менее 80Вт выходной мощности, но у них больше завал на ВЧ диапазонах. Как показал опыт длительного применения этих транзисторов при КСВ до 1,5-2 они выдерживают двукратную перегрузку по мощности. Более распространенные и дешёвые транзисторы такие параметры, увы, не обеспечивают. Например, при применении КТ920В,925В можно с натяжкой получить линейных 40Вт, при превышении этой цифры резко падает надёжность и растёт уровень внеполосных излучений.
Дополнительно усиление и АЧХ можно корректировать цепочками R19,C30 и R20,C27. Стабилизатор базового смещения выполнен на элементах VD4,VD5,VT4. Транзистор VT4 через слюдяную прокладку прикручен к радиатору. Дроссель Др4 намотан на ферритовом стерженьке от самых больших и длинных дросселей (ДМ3) или на ферритовом кольце проницаемостью 600-1000, диаметром 14-16мм для удобства намотки, провод диаметром не менее 0,8мм на стерженьке до заполнения, на кольце достаточно 7-10 витков. Дроссели Др5,Др6 можно применить типов ДПМ-0,6 или намотать их на ферритовых колечках диаметром 7мм, проницаемостью 600-1000, достаточно 5 витков провода ПЭЛ 0,35-0,47мм.
Трансформатор Т3 - "бинокль" из колец диаметром 10-12мм, проницаемость 600-1000, длина столбиков 28-24мм. Обмотка 1 - один виток оплётки от коаксиального кабеля, обмотка 2 - два-три витка монтажного провода во фторопластовой изоляции, проложенного внутри первичной обмотки. Точное количество витков вторичной обмотки подбирается при настройке на требуемое сопротивление нагрузки и номинальной выходной мощности по равномерной АЧХ и наилучшему КПД каскада.
Ток покоя по 200-250мА на транзистор, подбирается резистором R24. Более точно ток покоя можно выставить по наибольшему подавлению чётных гармоник, которые можно проконтролировать анализатором спектра или дополнительным приёмником. Выходные транзисторы требуют обязательного подбора пары. Подбор на малом токе не оптимален - нужно проверить характеристики при токах коллектора 50мА, 300мА, 1А. Более того, транзисторы с близкими характеристиками на постоянном токе следует подобрать в пары ещё и на ВЧ по одинаковой отдаваемой мощности. Т.к. например, самые "крутые" на постоянном токе транзисторы очень часто уступают по отдаче на ВЧ транзисторам с параметрами "ниже средних". Задача успешного выбора пары выходных транзисторов достаточно просто решается - если есть в наличии хотя бы десяток транзисторов. Надежды на то, что раздельное питание баз может компенсировать разброс - увы, - "имеет место быть" только при небольшом разбросе. Наша промышленность так безобразно выдавала "на гора" эту продукцию, что разбросы таковы - на постоянном токе при одном и том же базовом смещении ток коллектора может колебаться от 20 до 300мА, а амплитуда ВЧ напряжения на нагрузке при одинаковой "раскачке" может быть и 20, и 30В. Сложно предположить, что будет выдавать ШПУ если в выходном каскаде применить два транзистора с крайними значениями разбросов. Понятно, что удовлетворения от работы такого "чуда" не получит ни сам пользователь, ни слушатели.
В реальной конструкции ШПУ различия параметров выходных транзисторов отражаются снижением выходной мощности, неравномерным нагревом транзисторов (более "крутой" греется сильнее), из-за перекоса плеч повышенное содержание гармоник в выходном сигнале (вплоть до появления TVI), низким КПД. К сожалению, одним тестером подобрать качественно пару транзисторов для выходного каскада не удаётся, поэтому если есть очень большое желание изготовить такой усилитель, но не удаётся приобрести достаточного количества, чтобы подобрать пару, в крайнем случае, можно за помощью обратиться к автору этих строк, не забывайте только, что возможности мои не безграничны.
К выходной обмотке трансформатора Т3 подпаяна "защита от дурака", состоящая из резисторов R21,R22. В случае, если у линейки ШПУ исчезнет нагрузка или будет подключено вместо антенны неизвестное сооружение, то вся мощность будет рассеиваться на этих резисторах. Рано или поздно от этих резисторов пойдёт дух горелой краски - сигнал нерадивому "эксплуататору" - смотри "чего-то не так, горим". Эта простейшая, но действенная защита позволяет, в случае надобности, без особенных опасений включать трансивер на передачу на неизвестную нагрузку. Чем сопротивление нагрузки выше 50ти Ом, тем большая мощность рассеивается на этих резисторах. Ситуации, когда сопротивление нагрузки ниже чем 50Ом возникают намного реже, и как показывает опыт, усилитель легче выдерживает КЗ нагрузки, нежели её отсутствие. Какая низкоомная нагрузка ни была бы, всегда есть реактивное сопротивление коаксиального кабеля, которым она подключена и реактивность ФНЧ, поэтому абсолютное КЗ на выходе УМа получить достаточно сложно, конечно, если специально не имитировать такую ситуацию. Как гласит один из законов Мерфи: "Защита от дурака срабатывает до того момента, пока не появится изобретательный дурак".
Цепочка R24,C37,VD6,C38,R23 служит для измерения выходной мощности. Элементы R24,C37 подобраны таким образом, чтобы компенсировать неравномерность измерения мощности от частоты. Резистором R23 регулируют чувствительность измерителя.
Фильтр нижних частот с частотой среза 32Мгц состоит из C34,L1,C35,L2,C36. Он рассчитан под 50Ом нагрузку. ФНЧ следует дополнительно настроить по наивысшей отдаче на 28Мгц, сдвигая-раздвигая витки катушек L1,L2. В случае применения дополнительного согласующего устройства между трансивером и антенной или при работе с внешним усилителем мощности его достаточно для подавления внеполосных излучений. В правильно изготовленном и настроенном усилителе уровень второй гармоники не более -30Дб, третьей не более -18Дб, комбинационных колебаний третьего порядка в пике огибающей двух тонового сигнала не более -32Дб.
Контакты К1 реле Р1 подключают антенное гнездо к ШПУ в режиме передачи. Реле Р1 управляется через транзисторный ключ VT4 напряжением ТХ. Диод VD3 служит для защиты транзистора VT4 от бросков обратного тока при переключении реле. Р1 типов РЭС10, РЭС34 с сопротивлением обмотки до 400Ом, его предварительно нужно проверить на надёжность срабатывания от 12-13В. Некоторые реле, например РЭС10 паспортов 031- 03 02, 031-03 01 при напряжении питания 13,8В надёжно отрабатывают в течении первых двух-трёх недель, а затем при нагреве отсека УМа, где и расположены эти реле, начинают отказывать - недотягивают контакты и не подключают выход ШПУ к антенне. Возможно - это было связано с низким качеством реле, хотя десяток реле из той же коробки работают безотказно уже несколько лет. Также можно применить РЭС10 с сопротивлением обмотки 120Ом, паспорт 031-04 01, но нужно учесть, что потребляет оно около 110мА, при 13,8В питании TRX греется, что не улучшает общий температурный режим отсека ШПУ, соответственно максимальный коллекторный ток транзистора VT4 должен быть не менее этого значения. При применении РЭС10 выше описанных паспортов, в качестве VT4 можно применять КТ315.
Замечена интересная особенность отечественной элементной базы - она требует предварительного "теста", прогона в течении не меньше одной-двух недель и желательно в различном температурном режиме, т.е. трансивер следует включать-выключать, чтобы он во время работы нагревался и при отключении остывал. Тогда те детали, которые "должны вылететь" из-за их низкого качества "улетят" быстрее и не приведут к "нервному стрессу" в самый неподходящий момент, как это чаще всего бывает. После такого тестирования трансивер при грамотной и аккуратной эксплуатации, как правило, безотказно работает годами.
Усилители мощности ВЧ
КВ ЛИНЕЙНЫЙ ЛАМПОВЫЙ УСИЛИТЕЛЬ МОЩНОСТИ СЕГОДНЯ
Часть первая
Очень многие коротковолновики убеждены - о ламповых усилителях известно все. И даже больше... Может быть. Вот только число некачественных сигналов в эфире не уменьшается. Скорее наоборот. И что самое печальное, все это происходит на фоне роста количества используемых промышленных импортных трансиверов, параметры передатчиков которых достаточно высоки и удовлетворяют требованиям FCC (американской Федеральной комиссии связи). Однако иных моих коллег по эфиру, смирившихся с тем, что FT 1000 "на коленке" не сделаешь и использующих РА, сконструированные по канонам тридцатилетней давности (ГУ29 + три ГУ50) и т.д., не покидает уверенность, что по РА "мы впереди планеты всей". Замечу, "они там, за рубежом", не только покупают, но и конструируют РА, достойные внимания и повторения.
Как известно, на KB в
усилителях мощности применяются схемы с общей сеткой (ОС) и с общим катодом (ОК).
Выходной каскад с ОС - почти стандарт для радиолюбителей СНГ. Здесь используются
любые лампы - и специально предназначенные для работы по схеме с ОС, и лампы для
линейного усиления в схемах с ОК. По-видимому, объяснить это можно следующими
причинами:
- схема с ОС теоретически не склонна к самовозбуждению, т.к. сетка заземлена
либо по ВЧ, либо гальванически;
- в схеме с ОС линейность на 6 дБ выше за счет отрицательной обратной связи по
току;
- РА с ОС обеспечивают более высокие энергетические показатели, чем РА с ОК.
К сожалению, что хорошо в теории, на практике хорошо не всегда. При использовании тетродов и пентодов с высокой крутизной вольтамперной характеристики, третья сетка или лучеобразующие пластины которых не соединены с катодом, РА с ОС могут самовозбуждаться. При неудачном монтаже, некачественных комплектующих (особенно конденсаторах) и плохом согласовании с трансивером легко создаются условия баланса фаз и амплитуд для получения классического автогенератора на KB или УКВ по схеме с ОС. Вообще, согласовать трансивер с РА по схеме ОС не так просто, как об этом иногда пишут. Часто приводимые цифры, например 75 Ом для четырех Г811, верны только теоретически. Входное сопротивление РА с ОС зависит от мощности возбуждения, анодного тока, настройки П-контура и т.д. Изменение любого из этих параметров, например повышение КСВ антенны на краю диапазона, вызывает рассогласование на входе каскада. Но и это еще не все. Если на входе РА с ОС не применяется настроенный контур (а это обычное явление в самодельных усилителях), то напряжение возбуждения становится несимметричным, т.к. ток от возбудителя протекает только на отрицательных полупериодах входного напряжения, и это увеличивает уровень искажений. Таким образом, возможна ситуация, когда вышеприведенные факторы сведут на нет преимущества схемы с ОС. Но, тем не менее, РА с ОС популярны. Почему?
На мой взгляд, вследствие отличных энергетических показателей: когда необходимо "качнуть мощу", схеме с ОС цены нет. О линейности усилителя при этом думают в последнюю очередь, ссылаясь на крепко усвоенное из - "вносимые каскадом искажения мало зависят от выбора рабочей точки на характеристике". Например разработанная для линейного усиления однополосных сигналов лампа ГУ74Б в типовом включении в схеме с ОК должна иметь ток покоя около 200 мА, и вряд ли удастся при этом получить выходную мощность более 750 Вт (при Ua=2500 В) без риска для долголетия лампы, т.к. мощность рассеяния на аноде будет предельной. Другое дело, если ГУ74Б включить с ОС - ток покоя можно установить менее 50 мА, а получить выходную мощность 1 кВт . Сведений об измерении линейности подобных РА разыскать не удалось, а аргументы типа "на данном усилителе проведено множество QSO, и корреспонденты неизменно отмечали высокое качество сигнала" - субъективны, следовательно, неубедительны. Мощность более 1 кВт в приведенном выше примере обеспечивает популярный промышленный ALPHA/POWER ETO 91В, использующий пару ламп ГУ74Б с ОК в рекомендованном производителем режиме работы с известными интермодуляционными характеристиками. По-видимому, разработчики данного усилителя были озабочены не только экономическими соображениями (еще одна лампа удорожает и усложняет конструкцию), но и соответствием параметров РА нормам и требованиям FCC.
Достоинством РА с ОС считается отсутствие необходимости стабилизации напряжений экранной и управляющей сеток. Верно это лишь для схемы, в которой указанные сетки непосредственно соединены с общим проводом . Подобное включение современных тетродов вряд ли можно считать корректным - не только отсутствуют данные о линейности каскада в таком режиме, но и мощность рассеяния на сетках, как правило, превышает допустимую. Мощность возбуждения для такой схемы - около 100 Вт, а это вызывает повышенный разогрев трансивера, например при интенсивной работе на общий вызов. Кроме того, при длинном соединительном кабеле требуется применение на входе усилителя коммутируемого П-контура, чтобы избежать высоких значений КСВ и связанных с этим проблем.
К недостаткам схем с
ОК причисляют необходимость стабилизации напряжений экранной и управляю щей
сеток; однако у современных тетродов в режиме АВ1 мощность, потребляемая
указанными цепями, невелика (20...40 Вт), а стабилизаторы напряжения на
доступных в настоящее время высоковольтных транзисторах достаточно просты. Если
на силовом трансформаторе отсутствуют необходимые напряжения, можно применить
подходящие маломощные трансформаторы, подключив их наоборот - вторичной обмоткой
к напряжению накала 6,3 или 12,6 В. Другой недостаток схемы с ОК - большая
мощность рассеяния на аноде в паузах передачи. Один из возможных путей ее
снижения приведен на рис.1 (упрощенная схема из ). 
Напряжение возбуждения через емкостный делитель подается на двухполупериодный выпрямитель VD1, VD2 и далее - на компаратор DA1. Срабатывание компаратора переводит лампу из закрытого состояния в рабочий режим. В паузах передачи напряжение возбуждения отсутствует, лампа заперта, и мощность рассеяния на аноде незначительна.
На мой взгляд, РА с ОС может применяться на KB с устаревшими лампами - для удешевления конструкции, или с лампами, специально предназначенными для работы в таком включении. Применение на входе настроенного LC-контура невысокой добротности или П-контура обязательно. Это особенно актуально для трансиверов с широкополосными транзисторными выходными каскадами, нормальная работа которых возможна только на согласованную нагрузку. Безусловно, если выходной каскад трансивера имеет настраиваемый П-контур или антенный тюнер, и длина соединительного кабеля не превышает 1,5 м (т.е. представляет собой емкость для используемого диапазона частот), такой контур можно рассматривать как входной для РА. Но в любом случае применение П-контура на входе РА значительно снижает вероятность самовозбуждения на УКВ. Кстати, именно так реализовано подавляющее большинство РА с ОС, описанных в зарубежной литературе и выпускаемых промышленностью для коротковолновиков. Для радиолюбителей, задумавших создать РА мощностью 500 Вт и более, рекомендуется применение ламп, специально разработанных для линейного усиления радиочастотных сигналов в схеме с ОК. Особую актуальность данная рекомендация приобретает при использовании дорогостоящих "фирменных" трансиверов - в РА с ОС при самовозбуждении на входе присутствует значительная мощность ВЧ- или СВЧ-колебаний, что может привести к выходу из строя либо выходного каскада, либо входных цепей трансивера (в зависимости от коммутации цепи RX - ТХ в момент возникновения самовозбуждения). Увы, это не авторская фантазия, а реальные случаи из практики.
И еще одну проблему нельзя не затронуть, рассматривая ламповые РА - с легкой руки В.Жалнераускаса и В.Дроздова популярность приобрели схемы построения передающей части трансивера, когда после диапазонного полосового фильтра для возбуждения лампового усилителя используется линейное усиление радиочастотного сигнала транзисторными каскадами без промежуточной фильтрации. Конструктивно трансивер упрощается, но цена такой простоты - повышенное содержание побочных излучений при недостаточно тщательной настройке подобных схем.
Ситуация еще больше ухудшается, когда выходной мощности трансивера недостаточно для "раскачки", например в случае ГУ74Б с ОК с широкополосной входной цепью на трансформаторе 1:4. Необходимого усиления обычно добиваются дополнительным широкополосным каскадом . Если используется низкая ПЧ, и после двух-трехконтурного ДПФ передающий тракт имеет коэффициент усиления 40...60 дБ по мощности, а П-контур является единственной селективной цепью этого тракта, то не обеспечивается достаточное подавление побочных излучений. Последствия можно услышать на любительских диапазонах ежедневно, например вторые гармоники, почти равные по мощности основному сигналу. Послушайте, к примеру, участок 3680...3860 кГц, и почти обязательно услышите сигналы второй гармоники от SSB-станций 160-метрового диапазона. Собственно РА также обладает определенной нелинейностью, поэтому даже при подаче на него спектрально чистого радиочастотного сигнала на выходе неизбежно присутствуют гармоники. Одиночный П-контур можно рекомендовать при выходной мощности до 1 кВт. При большей мощности зарубежные любительские и промышленные РА используют П-L контур, изображенный на рис. 1 - коэффициент фильтрации у него в два раза выше.
Рассмотрим теперь схемные решения, демонстрирующие достаточно требовательный подход при конструировании РА.
Публикация знакомит нас с американской версией самодельного РА на ГУ74Б. George Т. Daughters, AB6YL, задумав переделать промышленный усилитель Dentron MLA2500, первоначально построенный на триодах по схеме с ОС, остановил свой выбор на лампе ГУ74Б (американское обозначение - 4СХ800А). Для этого проекта он посчитал оптимальным использование режима подачи сигнала возбуждения на управляющую сетку, где входная мощность рассеивается на пятидесятиомном резисторе между сеткой и общим проводом. Это позволило устранить необходимость в настроенных входных контурах и легко обеспечить широкополосность. Низкий импеданс цепи управляющей сетки помогает избежать самовозбуждения и обеспечивает выходному каскаду трансивера стабильную резистивную нагрузку с низким КСВ. Кроме того, очень популярный коммерческий усилитель ALPHA/POWER 91B с выходной мощностью 1500 Вт использует пару 4СХ800А в таком включении - это уже опробованная схема!
Схема усилителя приведена на рис. 2.
Большая входная емкость 4СХ800А (около 50 пФ) требует применения индуктивной компенсации, особенно на высокочастотных диапазонах. Проволочный резистор R1B 6 Вт/6 Ом обеспечивает необходимую индуктивность и дополняет совместно с безиндуктивными R1A и R1С сопротивление нагрузки до требуемого - 50 Ом/50 Вт. Согласно измерениям AB6YL, на частотах ниже 35 МГц входной КСВ - менее 1,1.
Энергетические показатели усилителя можно улучшить, подключая безиндуктивный резистор R2 сопротивлением до 30 Ом между катодом и общим проводом. Этот резистор обеспечивает отрицательную обратную связь, что позволяет снизить ток покоя и несколько улучшить линейность; уровень составляющих пятого порядка уменьшается при этом примерно на 3 дБ.
Параметры П-контура не приводятся, т.к. использованы компоненты от Dentron - MLA2500.
Накал 4СХ800А должен быть включен минимум за 2,5 минуты до подачи напряжений возбуждения и питания.
Технические условия на 4СХ800А/ ГУ74Б , поставляемые на американский рынок, рекомендуют напряжение смещения на управляющей сетке около -56 В при экранном напряжении +350 В. Источник питания управляющей сетки состоит из маломощного трансформатора Т2, включенного наоборот - на вторичную обмотку, используемую как первичная, подается напряжение 6,3 В от основного трансформатора Т1, что обеспечивает около 60 В переменного напряжения. На выходе параметрического стабилизатора VD9, R12 присутствует напряжение -56 В. Любой ток управляющей сетки вызывает нелинейные искажения, приводящие к splatter. Детектор тока сетки собран на операционном усилителе DA1, включенном по схеме компаратора. Когда ток сетки превышает несколько миллиампер, увеличивается падение напряжения на R16, вызывая срабатывание компаратора и свечение красного светодиода.
Экранная сетка питается от стабилизатора напряжения (VT1, VT2, VD7) с защитой от превышения потребляемого тока. Контакты реле К2 переключают экранную сетку между общим проводом (через R13) в режиме приема и напряжением +350 В в режиме передачи. Резистор R9 предотвращает броски напряжения при коммутации реле. Ток экранной сетки индицируется стрелочным прибором РА1, т.к. у тетродов ток экранной сетки - лучший индикатор резонанса и настройки, нежели ток анода. В режиме передачи анодный ток покоя должен быть 150...200 мА, при этом ток экранной сетки составляет около -5 мА (если используется прибор без нуля посередине, то стрелка переместится влево до упора). Усилитель работает в линейном режиме и не нуждается в ALC (пока нет тока управляющей сетки) при токе анода 550...600 мА и токе экранной сетки примерно 25 мА. Если ток экранной сетки при резонансе превышает 30 мА, необходимо увеличить связь с нагрузкой или уменьшить мощность возбуждения. При настройке усилителей на тетродах необходимо помнить, что ток анода увеличивается с ростом мощности возбуждения; ток экранной сетки максимален при резонансе или слабой связи с нагрузкой. Не следует, настраивая усилитель по максимальной выходной мощности, превышать значения параметров, указанных в ТУ для оптимальной линейности. Необходимая мощность возбуждения усилителя уменьшается на высокочастотных диапазонах. Это объясняется влиянием емкости катод - подогреватель, которая шунтирует резистор R2, уменьшая ООС. Необходимо помнить об этом, чтобы избежать перевозбуждения усилителя на 15 и 10 метрах. (Или применить ВЧ-дроссель в цепи накала. Прим. ред.)
Параметры усилителя при входной мощности около 45 Вт приведены в табл.1. (Значение выходной мощности, по-видимому, несколько завышено. Прим.ред.) Перед выключением усилителя после сеанса работы нужно оставить его в положении standby приблизительно на три минуты - вентилятор должен охладить лампу.
Табл.1
Напряжение анода 2200 В
Ток покоя анода 170 мА
Ток анода максимальный 550 мА
Ток экранной сетки максимальный 25 мА 0
Мощность рассеивания на аноде без сигнала 370 Вт
Мощность подводимая 1200 Вт
Мощность выходная 750Вт
Часть вторая
Стремление обеспечить
надежную и долговечную работу высоколинейного усилителя мощности ярко
продемонстрировал Mark Mandelkern, KN5S . Принципиальные схемы усилителя и
вспомогательных цепей приведены на рис.3...8. 
Не стоит удивляться обилию полупроводниковых приборов - их применение оправдано и заслуживает внимания, особенно применение схемы защиты. (Однако нельзя утверждать, что все они абсолютно необходимы. Прим. ред.)
При проектировании РА
преследовались следующие цели:
- питание нагревателя лампы от стабилизированного источника постоянного тока;
применение автоматических таймеров разогрева и охлаждения;
- измерение всех параметров, включая анодный ток и напряжение, без неудобных
коммутаций;
- наличие стабилизированных источников смещения и экранного напряжения,
допускающих подстройку напряжения в широких пределах;
- обеспечение работоспособности при значительных колебаниях напряжения сети
(особенно это актуально при работе в полевых условиях от генератора
электрического тока).
Источнику питания подогревателя мощных генераторных ламп редко уделяется должное внимание, а ведь он во многом определяет долговечность работы лампы и стабильность выходной мощности. Разогрев подогревателя должен происходить постепенно, не допуская бросков тока через холодную нить накала. В режиме передачи, когда происходит интенсивная эмиссия электронов, очень важно обеспечить постоянство напряжения накала и, соответственно, температуры катода. Вот основные причины применения для накала лампы стабилизированного источника питания с ограничителем потребляемого тока, который исключает бросок тока в момент включения.
Схема блока питания показана на рис.4 . Выходные напряжения допускают следующие диапазоны регулировки: от 5, 5 до 6 В (накал), от 200 до 350 В (экранная сетка) и от -25 до -125 В (управляющая сетка).
Стабилизатор напряжения накала использует популярную микросхему LN723 в типовом включении. Значительный ток накала тетрода 4СХ1000 (около 9 А) и соединение катода и подогревателя внутри лампы потребовали отдельных проводников большого сечения для сильноточной цепи (А- и А+); по цепи S- и S+ выходное напряжение подается на схему сравнения стабилизатора. Предохранитель FU1 на 10 А лучше всего запаять, а не использовать держатель.
Схема управления нагревателем показана на рис.5 . Схема исключает использование усилителя во время прогрева и защищает нагреватель от повышенного напряжения при неисправности стабилизатора. Защита обеспечивается отключением нагревателя с помощью реле К2 (рис.4). Кроме того, датчик воздушного потока через лампу SA2 (рис.4) контролирует работоспособность вентилятора. Если воздушный поток отсутствует, это также приведет к отключению реле К2 и стабилизатора напряжения накала.
Таймер разогрева (DA3 на рис.5) настроен на пять минут. По ТУ достаточно трех минут, но более длительный разогрев продлит жизнь лампы. Таймер запускается только после появления напряжения на нагревателе. Это определяет компаратор DA2.2, подключенный к точке S+. Так, например, если плавкий предохранитель сгорел, таймер не начнет работу, пока вы не замените предохранитель. При превышении напряжения (например при пробое регулирующего транзистора VT1) срабатывает триггер на DA2.3 и закрывается транзистор VT2, отключая напряжение от обмотки реле К2 (точка HR на рис.5). Конденсатор СЗ обеспечивает начальную установку триггера и, соответственно, открывание транзистора VT2 при подаче напряжения питания.
Наряду с таймером разогрева, усилитель нуждается в таймере охлаждения лампы перед выключением (DA4). При выключении усилителя цепь +12 В разряжается быстрее, чем цепь +24 В (имеющая минимальную нагрузку в режиме приема). На выходе DA2.1 появляется напряжение +24 В, и запускается таймер охлаждения. После запуска на выводе 7 DA4 присутствует низкий уровень напряжения, приводящий к срабатыванию реле К1 (рис.4), через контакты которого обеспечивается работа стабилизаторов +12/-12 В и +24 В. Приблизительно через три минуты на выводе 7 появляется высокий уровень, реле К1 возвращается в исходное состояние, и усилитель окончательно обесточивается. Цепь +24 RLY исключает работу таймера охлаждения, если по каким-либо причинам усилитель был выключен и сразу же включен. Например, прохождение радиоволн заканчивается и диапазон кажется мертвым - вы выключаете усилитель. Внезапно появляется интересный корреспондент - тумблер питания вновь в положении ON! При переходе в режим передачи напряжение +24RLY переводит DA2.1 в низкое состояние и сбрасывает таймер охлаждения.
Как и в случае с напряжением накала, стабилизатор напряжения экранной сетки редко удостаивается внимания при конструировании РА. А зря... Мощные тетроды из-за явления вторичной эмиссии имеют отрицательный ток экранной сетки, поэтому источник питания данной цепи должен не только отдавать ток в нагрузку, но и потреблять его при изменении направления. Последовательные схемы стабилизаторов этого не обеспечивают, и при появлении отрицательного тока экранной сетки транзистор последовательного стабилизатора может выйти из строя. Потеряв несколько высоковольтных транзисторов при настройке усилителя, радиолюбители приходят к решению установить мощный резистор сопротивлением 5...15 кОм между экранной сеткой и общим проводом, смирившись с бесполезным рассеиванием мощности. Применение параллельного стабилизатора напряжения, который может не только отдавать, но и принимать на себя ток, позволяет добиться безотказной работы, однако желательно использовать защиту от превышения тока.
Стабилизатор напряжения экранной сетки собран на транзисторах VT3, VT4 (рис.4). Вместо VT3 типа 2N2222A можно использовать высоковольтный, исключив параметрический стабилизатор R6, VD5, но при этом возможно ухудшение коэффициента стабилизации, т.к. высоковольтные транзисторы имеют невысокий коэффициент усиления. Выходное напряжение определяется суммой напряжения стабилизации VD11 и напряжения на переходах база-эмиттер транзисторов VT3, VT4 (15+0,6+0,6=16,2 В), умноженной на коэффициент, определяемый делителем напряжения R11,R12,R13 (12...20) на выходе стабилизатора.
Шунтирующий транзистор установлен непосредственно на алюминиевой пластине размерами 70х100х5 мм, которая, в свою очередь, крепится на боковой стенке с использованием керамических изоляторов. Резистор R7 ограничивает пиковый ток через шунтирующий транзистор VT4 величиной порядка 100 мА.
Схема ПРИЕМ-ПЕРЕДАЧА (рис.6) проверяет шесть сигналов: наличие воздушного потока через лампу (+12Н), состояние переключателя OPERATE-STANDBY, завершение разогрева накала, наличие анодного напряжения, наличие напряжения смещения и состояние схемы защиты от перегрузки. Схема коммутации прием-передача обеспечивает задержку срабатывания реле КЗ 50 мс (рис.4) при переходе на передачу и задержку отключения коаксиального реле 15 мс при переходе на прием. Если используются вакуумные реле, синхронизация реле может быть легко изменена для полного QSK.
Операционные усилители схемы коммутации прием-передача на рис.6 используют очень простые R-C цепи для получения задержки переключения. В режиме передачи на выходе DA1.4 присутствует напряжение порядка +11 В, что обеспечивает быстрый заряд конденсатора С4 через диод VD8 цепи коаксиального реле коммутации антенны Kant. Конденсатор С5 цепи реле питания экранной сетки заряжается при этом через резистор R26, поэтому экранное реле срабатывает позже. При переходе в режим приема на выходе DA1.4 появляется напряжение около -11 В, и происходит обратный процесс. Вход KEY позволяет уменьшить мощность рассеяния на аноде в паузах передачи и избежать изменения формы посылки CW-сигнала при работе с РА, но для этого необходимо, чтобы трансивер имел соответствующий выход. Схема блокировки при перегрузках (рис.7) срабатывает, когда ток управляющей или экранной сетки, или анода превышает значение 1 мА, -30 мА и 1150 мА соответственно. Схема защиты от перегрузки экранной сетки функционирует только при отрицательных токах. Ограничителем положительного тока экранной сетки является резистор R27 в схеме стабилизатора напряжения. Срабатывание схемы защиты от перегрузки (рис.8) вызывает отключение схемы ПРИЕМ-ПЕРЕДАЧА по цепи OL (рис.6), включение с помощью контактов реле К1 дополнительного резистора R2 в цепи смещения управляющей сетки, включение генератора на DA2.4 и мигание красного светодиода VD9 ПЕРЕГРУЗКА на передней панели.
От однополярного источника +24 В питается только микросхема DA2 (рис.5). Все другие операционные усилители используют напряжение питания +12/-12 В.
На рис.7 приведена схема измерения. Пять стрелочных приборов позволяют измерять с помощью дополнительных кнопок 10(!) параметров: прямую/отраженную мощность в антенне, ток/напряжение управляющей сетки, анодный ток/напряжение, ток/напряжение экранной сетки, напряжение/ток накала. Для считывания значений параметров, указанных через дробь, необходимо нажать соответствующую кнопку. Основные параметры считываются немедленно; вторичные параметры имеют большое значение только при начальной настройке и для подстройки после замены лампы. Самый простой неинвертирующий усилитель, используемый здесь - для измерения анодного напряжения (DA2.1). Допустим, что предел измерений должен быть 5000 В; делитель R7, R8 (рис.3) имеет коэффициент деления 10 000, т.е. 5000 В в точке HV2 - это 0,5 В. Резистор R9 не влияет на работу схемы, поскольку операционный усилитель имеет высокое входное сопротивление. При напряжении питания +12/-12 В максимальное выходное напряжение усилителя около +11/-11 В. Допустим, что +10 В выходного напряжения операционного усилителя соответствуют полному отклонению стрелки измерительного прибора при использовании резистора R22 10 кОм и прибора на 1 мА. Требуемый коэффициент усиления (10/0,5) равен 20. Выбрав R15=10к0м, находим, что резистор обратной связи должен иметь сопротивление 190 кОм. Указанный резистор составлен из подстроечного резистора R20 сопротивлением приблизительно в половину номинального значения и постоянного резистора R19, выбранного из ряда стандартных значений.
Схема измерения тока анода аналогична. Напряжение, пропорциональное анодному току, снимается с резистора отрицательной обратной связи R2 в цепи катода (рис.3). Конденсатор С2 обеспечивает демпфирование показаний измерительного прибора РАЗ при работе SSB.
Экранное напряжение измеряется аналогичным образом. Номиналы резисторов, определяющих коэффициент усиления схем измерения прямой и обратной мощности, зависят от конструкции направленного ответвителя.
Несколько иначе реализована схема измерения тока экранной сетки. Выше указывалось, что ток экранной сетки может иметь и отрицательные, и положительные значения, т.е. требуется измерительный прибор с нулем посередине. Схема реализована на операционном усилителе DA2.3 и имеет диапазон измерения -50...0...50 мА, используя для индикации обычный прибор с нулем слева.
При 50 мА положительного тока экранной сетки падение напряжения на резисторе R23 (рис.4) составляет -5В в точке -Е2. Таким образом, от операционного усилителя необходимо усиление -1, чтобы получить требуемое выходное напряжение +5 В для отклонения стрелки на половину шкалы. При R23=10 кОм резистор обратной связи должен иметь номинальное значение 10 кОм; используются подстроечный R32 и постоянный R30 резисторы. Для смещения стрелки прибора на середину шкалы при напряжении питания -12 В требуется коэффициент усиления +5/-12=-0,417. Точное значение коэффициента усиления и, соответственно, нуль шкалы, устанавливается подстроечным резистором R25.
На операционных усилителях DA2.2, DA2.4 реализована расширенная шкала измерения напряжения накала. Дифференциальный усилитель DA2.2 преобразует напряжение накала в однополярное, т.к. точка S не соединена непосредственно с общим проводом. Суммирующий усилитель DA2.4 реализует расширенный масштаб измерения - от 5,0 до 6,0 В. Фактически, это вольтметр с пределом измерения 1 В, смещенный к начальному значению 5 В.
В схемах выпрямителей применяемые диоды должны быть рассчитаны на соответствующий ток, остальные - любые импульсные кремниевые диоды. За исключением высоковольтных транзисторов, можно применять любые маломощные соответствующей структуры. Операционные усилители - LM324 или подобные. Измерительные приборы - РА1...РА5 с током полного отклонения 1 мА.
Приведенные схемы, безусловно, усложняют РА. Но для надежной повседневной работы в эфире и в соревнованиях стоит затратить дополнительные усилия на создание действительно качественного устройства. Если на диапазонах будет больше чистых и громких сигналов, то в выигрыше окажутся все радиолюбители. За QRO без QRM! Выражаю благодарность И.Гончаренко (EU1TT), советы и замечания которого оказали большую помощь при работе над статьей.
Литература
1. Бунимович С., Яйленко Л. Техника любительской однополосной радиосвязи. -
Москва, ДОСААФ, 1970.
2. Радио, 1986, N4, С.20.
3. Дроздов В. Любительские KB трансиверы. - Москва, Радио и связь, 1988.
4. QST ON CD-ROM, 1996, N5.
5. http: //www.svetlana.com/.
6. QEX ON CD-ROM, 1996, N5.
7. QEX ON CD-ROM, 1996, N11.
8. Радиолюбитель. KB и УКВ, 1998, N2,
С.24.
9. Радиолюбитель, 1992, N6, С.38.
10. ALPHA/POWER ETO 91B User"s Manual.
Г.ПЕЧЕНЬ (EW1EA) "КВ и УКВ" №9 1998 год
Публикуемый материал рассчитан на широкий круг радиолюбителей, не имеющих специального технического образования, сложного слесарного инструмента и опыта постройки подобных конструкций, поэтому, некоторые вопросы возможно на чей-то взгляд освещены слишком подробно.
Следует сразу заметить для критики, что в данной статье автором выражено только свое видение решения этого вопроса и, поэтому изложенный материал не претендует на оригинальность и бесспорность как в суждениях и схемных решениях, так и в практической реализации конструкций собственно усилителей, так и их отдельных узлов.
Основные задачи данной публикации:
- получение универсальной конструкции усилителя, позволяющей собрать её радиолюбителю, не имеющему большого опыта в постройке подобных устройств и не обладающему высокой квалификацией;
- дать возможность радиолюбителям, без серьёзных переделок конструкции, экспериментировать с отдельными узлами, использовать (иметь возможность замены) в схеме усилителя наиболее часто встречающиеся отечественные генераторные лампы средней мощности;
- применение в конструкции усилителя мощности максимального числа общедоступных деталей широкого применения заводского изготовления;
- возможность применения при изготовлении усилителя минимума сложного слесарного и токарного оборудования, а также сервисной аппаратуры и измерительных приборов при его настройке.
Усилители, описанные в статье, эксплуатировались с различными типами трансиверов: UW3DI-2; RA3AO; Эфир- М; Волна, UA1FA (передающая приставка), на CB и 10-метровом диапазоне для раскачки использовались ONWA и LINCOLN. Во всех случаях качество выходного сигнала однозначно определялось качеством сигнала используемого трансивера.
ОСНОВНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ УСИЛИТЕЛЕЙ
В схемах усилителей использованы лампы ГИ-7Б, ГИ-7БТ, ГИ-6Б (2 шт.), ГУ-72 (2 шт.), ГМИ-11, ГУ-74Б, 6П45С, 6П42С, 6П36С (4 шт.), ГУ-50 (3 и 4 шт.), Г-807(4 шт.), ГК-71. Усилители работают в классе AB1 (в режиме SSB) и классе C (режим CW).
Диапазон рабочих частот ………………………………………………..1,8 — 28,7 МГц
Вид излучения …………………………………………………………………..SSB, CW, RTTY
Мощность, подводимая к анодной цепи в течение длительного времени в режиме
«нажатия» ………………………………………………………..…………650 Вт max.
(зависит от мощности возбуждения и ограничивается мощностью источника анодного напряжения);
мощность в нагрузке* в полосе частот 1,8 — 28,7 мГц …………….…….300-350 Вт
(в зависимости от КПД выходного контура на данном диапазоне);
входное (выходное) сопротивление усилителя ………………………… 75 (50) Ом;
мощность, потребляемая усилителем от сети в режиме «нажатия» ….. 700 Вт max;
в режиме «молчания» ……………………………………………….…….130 Вт;
в режиме приема ……………………………………………………………60 Вт.
габаритные размеры усилителя (без ножек) мм ……………………..352 ´ 153 ´ 350;
масса усилителя ………………………………………………………около 25(13)** .кг.
*- Имеется в виду гарантированная выходная мощность, т.е. мощность, получаемая при номинальных значениях токов и напряжений трансформаторов и 70% рабочем цикле, выходная мощность отдельных экземпляров достигает 500 Вт.
**- Для схем с бестрансформаторным питанием.
POWER AMPLIFIER DVA — 300
Power amplifier uses one GU-74B, GMI-11 tube, two GI-7B (GI-7BT, GI-6B), GU-72 tubes, three or four GU-50, four 6P45S (6P42S, 6P36S), four G-807 tubes, four G-811 tubes, GK-71. The PA covers 160-10 m (also all WARC). It requires 10-40 watts to produce full power. The PA uses AB class (SSB), C class (CW) grounded cathode circuit. The AC power supply is built-in and can be set for 220/230 VAC
Frequency range …………………………………………..……………….1.8-28 MHz Modes…………………………………………………………………SSB, CW, RTTY
Input Power……………………………………………..………………650 watts max.
Power Output……………………………………………..……..……..300-350 watts
DriverPower………………..………………………………………………5-40 watts
Efficiency………………………………………………………………..……55-65%
Input/Output impedances……………………………………..……………75(50) Om
Plate Voltage……………………………………………….……………….1300 volts
Harmonics…………………………………………….…………………35 dB typical
Front panel status indicators……………….……..………standby, operate, transmit
Metering………………………………………………………………….……..Ig, Iout
Primary Power……………………………………………………..220/230VAC, 3A
Dimensions………………………………………………. …….350 x 150 x 350 mm
Weight ……………………………………………….…………………… …….25 Kg
Во всех приведенных ниже схемах и сборочных чертежах нумерация элементов и деталей, выполняющих одно и то же назначение, сохранена от схемы (чертежа) к схеме (чертежу). Если на чертеже нет какого-то очередного номера элемента либо размера на чертеже, это значит, что он был на предыдущей схеме (чертеже) и соответственно, вновь появляющиеся элементы имеют номер, не встречающийся ранее.
1 . БЛОК ПИТАНИЯ УСИЛИТЕЛЯ МОЩНОСТИ.
Принципиальная схема блока питания (в дальнейшем БП) изображена на рис.1. БП для всех вариантов усилителей (за исключением бестрансформаторных) собраны по схеме удвоения анодного напряжения, что в основном обусловлено типом применяемых для получения анодного напряжения трансформаторов (так называемая схема Латура), Схема удвоения может работать только на ёмкостную нагрузку, частота пульсаций выпрямленного напряжения получается вдвое выше частоты сети. По своим энергетическим характеристикам эта схема не уступает мостовой схеме, работающей на емкость.
Выпрямитель анодного напряжения выполнен на четырех диодах КД 210 В. В практике принято для каждого плеча схемы удвоения на каждые тысячу вольт выпрямленного напряжения использовать по одному диоду, поэтому они включены последовательно по два в каждом плече. Данный тип диодов позволяет их применение в последовательном включении без шунтирования резисторами. При использовании же диодов старых типов, параллельно им необходимо включить резисторы, для равномерного распределения обратного напряжения (из расчета 750-1000 кОм на 1000 В напряжения) и зашунтировать их конденсаторами емкостью 0,01-0,05 мкФ для предохранения от возможности электрического (не теплового) пробоя кратковременными импульсами, по разным причинам возникающими в цепях.
Как показала трехлетняя практика эксплуатации усилителей (по приведенным схемам было изготовлено несколько вариантов таких усилителей на различных лампах), в усилителях можно абсолютно спокойно применять выпрямитель с удвоением напряжения и электролитическими конденсаторами в качестве емкостной нагрузки, причем качество сигнала практически зависит только от качества сигнала применяемого передатчика. Габаритная мощность трансформатора питания может быть всего на 10—15% больше мощности, подводимой к оконечному каскаду. Кроме того, при этом его вторичная обмотка имеет в два раза меньшее число витков, а сечение провода наоборот увеличивается, что облегчает намотку трансформатора.
Величина анодного напряжения выбрана исходя не только от типа примененных трансформаторов, но также с учетом получения большего значения величины эквивалентного сопротивления анодной нагрузки (Rэ = Uа / 2Iа), так как при малом Rэ лампы работают с большими анодными токами (мало Uа), вследствие чего из-за увеличения требуемой мощности раскачки уменьшается как КПД каскада, так и срок службы ламп.
Учитывая применение в усилителях включения ламп по схемам с общим катодом, источник обеспечивает также полный набор остальных напряжений: необходимых для работы усилителя: напряжений экранной и управляющей сеток, напряжения накала и служебных напряжений, необходимых для питания цепей автоматики и сигнальных цепей.
Несущественные различия имеются только в схеме питании накальных цепей, она выполняется в зависимости от напряжения накала конкретной лампы, при этом используются различные накальные трансформаторы. В БП применены только трансформаторы промышленного изготовления, которые прошли Государственные испытания в предельных режимах эксплуатации и обеспечивают возможность непрерывной круглосуточной работы при номинальных напряжениях и токах в жестких климатических условиях, повышая тем самым надежность при эксплуатации усилителя. А учитывая то, что средняя мощность усилителя при работе в режиме SSB составляет порядка 30% от пиковой мощности, а длительность пиков полной мощности при этом достаточно кратковременна, с усилителя можно получить большую выходную мощность.
Следует учесть, что, если Вы собираетесь использовать усилитель для работы цифровыми видами излучения либо FM (т.е. при работе предполагается постоянное излучение несущей) то в этом случае, во-первых, возможны просадки анодного напряжения непосредственно до величины (эффективное значение) напряжения выходной обмотки трансформатора, что приводит к появлению искажений выходного сигнала, а во-вторых, к перегреву и соответственно выходу из строя самой лампы выходного каскада. Поэтому в таких случаях выходную мощность необходимо снизить. Кроме того, сетевые обмотки этих трансформаторов содержат отводы, позволяющие использовать трансформаторы при повышенном либо пониженном напряжении питающей сети, что особенно важно для сельской местности. А наличие у них отводов во вторичных обмотках позволяет в широких пределах варьировать величиной анодного напряжения. Варианты замены анодных трансформаторов приведены в таблице 1. Все сказанное, ни в коей мере, не исключает Вашей инициативы по самостоятельному изготовлению трансформаторов при отсутствии возможности приобретения заводских экземпляров. Просто при их изготовлении необходимо учитывать следующее:
Во-первых, высоковольтная обмотка должна быть надежно изолирована от всех остальных обмоток (лучше всего ее намотать последней).
Во-вторых, трансформатор должен быть обязательно надежно пропитан лаком. Наши «шэки» зачастую не самое идеальное место в квартире (если в квартире!) и увеличение влажности воздуха зачастую является причиной пробоя обмоток.
Сам порядок расчёта трансформаторов на железе марки ПЛ здесь не приводится, так как он неоднократно описывался в различной литературе, например см. .
Блок питания усилителя обеспечивает следующие выходные параметры:
анодное напряжение …………………………………………….1330 (1500) В / 500 mA;
стабилизированное напряжение экранной сетки ………………………300 В / 50 mA;
стабилизированное напряжение управляющей сетки …………………100 В / 50 mA;
напряжение накала (переменное) ……………………..…26 В / 2,1 A (12,6 В / 7,0 A);
напряжение питания реле ……………………………………….………..24 В / 700 mA;
напряжение питания сигнальных ламп (переменное) …………………6,3 В / 700 mA.
ПРИМЕЧАНИЕ:
1. Применяемые в схеме умножения напряжения конденсаторы должны иметь одинаковое напряжение утечки.
3. Так как при использовании ламп ГИ-7Б в схемах с общей сеткой нет необходимости в отдельном источнике напряжения смещения, величину напряжения анода можно увеличить до 1500 вольт за счет использования для этой цели дополнительно включаемых последовательно обмоток 15-19 и 21 — 22 трансформаторов Тр.1 и Тр.2. Конденсаторы С1- С8 типа К50- 20 при этом необходимо поменять на К50-7 или аналогичные, рассчитанные на рабочее напряжение 450 В. Еще лучше применить импортные конденсаторы, например фирмы “Samsung”, которые не требуют подбора, правда их стоимость раза в три выше.
4. Для симметричного питания нитей накала ламп обмотку трансформатора Тр.3, с которой берется напряжение накала при возможности лучше всего выполнить со средней точкой, которую необходимо посадить на схемную землю, как это показано на рис.1А.2 (это относится ко всем описанным схемам). Если обмотка не имеет средней точки, её легко получить при помощи диодов, как это показано на рис..1А.3 Применяемые для этой цели диоды должны быть рассчитаны на протекание через них полного тока катода, а их максимально допустимое обратное напряжение должно быть не менее напряжения накала. Этим требованиям отвечают практически все современные мощные диоды.
Включается БП нажатием кнопки S1 «ВКЛ.». При этом питание подается только на сетевую обмотку накального трансформатора Тр3. С этого же трансформатора получается напряжение для выпрямителей, питающих цепи управляющей сетки, сигнальные лампочки, реле и вентилятор. Использование отдельного трансформатора позволяет, во-первых, включать напряжение питания анода только при наличии напряжения накала и прогрева ламп, во-вторых, сразу после включения напряжения накала лампа запирается отрицательным напряжением на управляющей сетке и в третьих, это позволяет использовать усилитель в дежурном режиме с выключением высокого напряжения при длительной работе радиостанции только на прием..
Все усилители снабжены вентиляторами для обдува ламп. Это может пригодиться в жаркое время года, при работе в соревнованиях, а также при работе RTTY, PACKET и т.д. Схема выпрямителя для питания вентилятора собрана на VD15, VD16 и C13, C14. Чтобы напряжение на вентиляторе при нагрузке было равно 12 В, емкость конденсаторов C13, C14 должна быть по 470 мкФ.
Вентилятор охлаждения включается либо одновременно с включением напряжения накала ламп, либо самостоятельно, нажатием кнопки S1 «ВЕНТ». В вариантах схемы усилителя на лампах, работающих только при принудительном охлаждении, используется вентилятор типа ВВФ 71М, имеющий относительно малые габариты и достаточную производительность — 45 куб. метров воздуха в час. В паспорте на металлостеклянные и металлокерамические лампы сказано, что охлаждение на лампы должно подаваться до включения напряжения накала и прекращаться не ранее, чем через три минуты после выключения напряжения накала. Поэтому включение вентилятора производится автоматически при включении кнопки S2 «НАК», а при выключении напряжения накала в случае надобности вентилятор можно оставить включенным (для ламп, работающих с принудительным охлаждением), нажав кнопку S1 «ВЕНТ». Для удобства работы желающие могут параллельно кнопке включения вентилятора поставить термореле (например РБ 5-2) и тогда вентилятор будет автоматически включаться при достижении температуры 60 градусов. Для долголетней и бесшумной работы вентилятор необходимо обязательно периодически обслуживать: ежемесячно чистить и раз в полгода смазывать с разборкой (конечно, если смазка предусматривается ТУ на вентилятор).
Для получения анодного, экранного и напряжения смещения применены два трансформатора ТА262-127/220-50 Тр1 и Тр2, вторичные обмотки обоих трансформаторов включены последовательно. При нажатии кнопки S3 «АНОД» срабатывает реле К1, которое своими контактами подключает к сети (через предохранители FU1 и FU2) первичные обмотки трансформаторов.
Резисторы R1 и R2 служат для ограничения скачка тока заряда конденсаторов C1 — C8 при включении питания усилителя, их величина составляет 3 — 10 Ом. В схемах с трансформаторным питанием анода ЭДС самоиндукции вторичных обмоток анодных трансформаторов препятствует скачку тока при включении питания, поэтому величина R1 и R2 выбирается равной 3 – 4 Ом. В случае выполнения источника питания анодных цепей усилителя по бестрансформаторной схеме, нагрузка выпрямителя становится чисто емкостной. При этом значительно возрастает пусковой ток и при номиналах R1 и R2, равных 3 – 4 Ом, при включении источника их проводящий слой мгновенно испаряется, сами резисторы при этом даже не успевают потемнеть от нагрева. В данном случае номинал резисторов необходимо увеличить до 560 – 1200 Ом, а чтобы исключить на них падение напряжения в рабочем режиме, необходимо добавить пусковую схему, собранную на R26, C28, K1A, которая, после окончания заряда C1 — C8, закорачивает R1 и R2 (на рис.1 обозначена пунктиром). Величина R26, от которой зависит время включения К1А, подбирается при настройке.
Резисторы R3 — R6 наоборот служат для разряда C1 — C8 при выключении анодного напряжения. На резисторах R9 — R13 происходит падение напряжения до напряжения стабилизации стабилитронов VD11 — VD13, включенных в цепь экранной сетки. Величина резисторов выбирается исходя из тока стабилизации VD11 — VD13.
Резисторы RШ1 и RШ2 предназначены для измерения тока анода и экранной сетки соответственно. Сопротивление резисторов зависит от типа применяемых приборов. Так, для приборов типа М2001 с током полного отклонения 1,0 mА их сопротивления равны 0,28(0,14) и 2,8 Ом соответственно, при этом их шкалы будут соответствовать 500 (1.0 А) и 50 mА В базовой конструкции измерение тока экранной сетки не предусмотрено, т.к. это требует дополнительной коммутации прибора и резистор RШ2 стоит «на любителя».
* — При использовании трансформаторов данных типов схема выпрямителя выполняется по мостовой схеме без удвоения напряжения, диоды, применяемые в этом случае, должны быть рассчитаны на соответствующее напряжение.
** — Сопротивление подбирается до получения нормального тока стабилизации VD11-VD13.
*** — При использовании трансформаторов данных типов необходимо увеличить ширину шасси БП до 160 мм и скорректировать расположение отверстий для крепления трансформаторов, скорректировать раскладку и длину проводов жгута, а также удлинить дет. 12 — дет.13 до 160 мм. Соответственно изменяются размеры корпуса.
Источник напряжения смещения управляющей сетки лампы также выполнен по схеме удвоения напряжения на диодах VD5, VD6 и конденсаторах C10, C11, далее напряжение смещения стабилизируется стабилитроном VD14. Переменные резисторы R22 и R23 предназначены для установки тока покоя ламп в режиме SSB и CW соответственно. Точное значение напряжения рабочей точки устанавливается по минимуму внеполосных излучений. Об этом следует помнить при замене ламп, величину тока покоя новой лампы следует устанавливать равной исходя из выше изложенного условия. Выбор режима производится переключателем S4 «SSB-CW».
Для сглаживания пульсаций анодного напряжения применены электролитические конденсаторы марки К50-20. Часто в литературе пишется, что их применение в связи с тяжелым тепловым режимом внутри корпуса усилителя нежелательно и приводятся многочисленные доводы. Однако двадцатилетний личный опыт обслуживания ЭВМ типа «Минск-32», «ЕС-1022» и «ЕС-1045», работающих круглосуточно месяцами без выключения питания доказал, что ведут себя они очень надежно. Единственное, чего не любят эти конденсаторы — так это длительного простоя без подачи напряжения. Так, что если при первоначальном включении усилителя или при его включении после длительного простоя (три месяца и более), Вам будут указывать на «фон», не волнуйтесь — пара дней работы в эфире и все встанет на свое место. Кроме того, конденсаторы отделены перегородкой от места установки ламп и практически не нагреваются. Вообще, перед установкой в схему, во избежание прострела, конденсаторы лучше всего отформовать, хотя бы потому, что они могут попасться 80-х или даже 70-х годов выпуска. Это делается либо перед установкой их в схему с помощью простейшей схемы, либо непосредственно в схеме (см. главу 5).
В розетку XP2 в случае возникновения необходимости можно включить трансивер, либо какое-нибудь вспомогательное устройство.
На разъём XP8 выведено напряжение + 24В (+ 12В), которое может быть использовано для подключения питания коммутатора антенн или, например, электронного ключа.
В БП для усилителя на 2-х ГИ-7Б для получения служебного напряжения применено два конденсатора (C12, C15), это сделано на тот случай, если, например Вы не достанете нужного трансформатора из серии ТН, а Вам попадется трансформатор, имеющий различные по току накальные обмотки, например ТН-56. При его применении для получения требуемого тока накала будет необходимо комбинировать обмотками. Для получения служебного напряжения Вы также легко перейдете на схему удвоения, используя только одну обмотку 6,3В, как это показано на рис.2А1 (это касается и других схем).
2. ОБЩЕЕ ОПИСАНИЕ СХЕМЫ УСИЛИТЕЛЯ
Для постройки усилителей лучше всего подходят те генераторные либо модуляторные лампы, у которых вывод анода расположен отдельно от других выводов и находится сверху. При такой конструкции лампы при монтаже усилителя проще разделить друг от друга анодные, сеточные и накальные цепи, что уменьшит вероятность их взаимного влияния, а соответственно и склонность усилителя к самовозбуждению при включении.
Принципиальная схема высокочастотной части усилителя мощности приведена на рис.2. Схема анодной части базового усилителя является общей для всех вариантов и выполнена по схеме параллельного питания. Анодный контур представляет собой традиционный П-контур, состоящий из диапазонных катушек L4 и L5, анодного конденсатора C20, конденсатора связи с антенной C21. Единственной особенностью схемы является включение антенны приемника в “горячий” конец П-контура выходного каскада, что дало дополнительную селективность сигнала на приеме. При таком включении появилась возможность настройки контура на передачу в “холодном” режиме. Это исключило режим перенапряжения усилителя при расстроенном контуре в режиме настройки, так как операция настройки производится чисто в режиме приема без подачи высокого напряжения и излучения сигнала в эфир, причем при этом настройки в режиме приема и передачи практически совпадают, небольшое различие наблюдается только на диапазоне 10 метров. Чтобы уменьшить «шум» лампы во время приема за счет остаточного тока через нее (иначе стабилитроны не будут работать, т.к. при малых токах просто, не выйдут на режим стабилизации), запирающее лампу отрицательное напряжение выбрано достаточно большим.
Эксперименты, проведенные при конструировании усилителей, показали, что при нормированном входном сопротивлении приемника (Rвх). равном 75 (50) Ом, значение емкости конденсатора связи C19, включенного в «горячий» конец контура, должна быть не менее 15 пФ. В противном случае сигнал на входе приемного тракта будет иметь большое затухание, однако при этом величина емкости конденсатора в диапазоне 10 метров становится соизмеримой с величиной емкости анодного конденсатора C20, что и приводит к некоторой разнице в настройках. Кроме того, суммарная емкость этих конденсаторов становится уже значительной для диапазона 10 метров, в связи с чем могут возникнуть трудности с настройкой контура на передачу, так как при передаче C19 подключается параллельно конденсатору C20, поэтому последний должен иметь как можно меньшую начальную емкость (за исключением варианта E).
От применения на входе усилителя широкополосных трансформаторов (ШПТ), повышающих входное напряжение возбуждения вдвое (для схем с общим катодом) пришлось отказаться. Были проведены многочисленные эксперименты, использовались кольца проницаемостью от 1000 до 20 ВЧ, изменялись число витков обмоток и шаг скрутки провода, для компенсации завала характеристики на ВЧ применялся последовательно включенный контур, изменялась схема включения обмоток ШПТ и все равно были получены примерно одни и те же результаты. Да, как трансформатор сопротивления во всем диапазоне он работает великолепно, но на частотах выше 11 мГц амплитуда сигнала начинала падать, а на 28 мГц ее уровень был в два раза ниже уровня входного сигнала, а учитывая снижение коэффициента усиления самих схем с ОК с ростом частоты, получили соответствующий результат. Таким образом, выяснилось, что одним ШПТ нельзя перекрыть полосу практически в 28 мГц, чего и следовало ожидать, применить же несколько ШПТ – получаем те же самые входные диапазонные контура. Но применение входных диапазонных контуров на входе усилителя сразу же значительно усложняет и удорожает его конструкцию. Это также приводит к усложнению и схемы коммутации, так в этом случае необходимо применение дополнительных реле для коммутации входных контуров, либо необходима их механическая связь с переключателем выходного П-контура, что в итоге ведет к затруднению повторяемости схемы малоквалифицированными радиолюбителями. Хотя конечно малоквалифицированный радиолюбитель с первой категорией – парадокс, но все же. Естественно, при желании Вы можете использовать оба варианта (заодно и самостоятельно проверить все вышесказанное). Схемы возможных вариантов подключения ШПТ на входе усилителя приведены на рис.2C2
Если Вы все же собираетесь поставить на входе усилителя диапазонные контура, либо планируете использовать совместно с усилителем трансиверы типа RA3AO, УРАЛ-84 либо аналогичные им, которые содержат широкополосные усилители небольшой мощности (до 5 Вт) и мощности которых недостаточно для раскачки мощного выходного каскада, а сооружать дополнительный каскад нет возможности из-за недостатка места в корпусе трансивера, в этом случае можно на входе усилителя установить полосовые фильтры. Лучше всего для этой цели использовать контура с индуктивной связью, которые во-первых, обеспечивают гальваническую развязку (что является обязательным условием для бестрансформаторных схем) и, во-вторых, — хорошую диапазонную фильтрацию. Схема входной части усилителя с такими фильтрами приведена на рис.2.22 (для схем с ОК) -2.24(для схем с ОС), а чертеж универсальной платы — на рис.13Н.
В базовом варианте схемы усилителя отсутствует режим «ОБХОД», так как усилитель не предназначался для проведения местных связей. К тому же, во-первых, для проведения местных QSO существует телефон, СВ и 144 мГц, во-вторых, в настоящее время даже почти все наши «home made» снабжены регуляторами выходной мощности и, в третьих, если динамика Радио Вашего корреспондента по дому не позволяет ему слушать Вас, можно побеседовать с ним просто сидя на лавочке во дворе (сэкономив «при этом QSO» на электроэнергию для связи с DX).
Если Вы все же хотите иметь в усилителе режим « ОБХОД », в схему ВЧ части усилителя необходимо внести изменения согласно рис.2.1 и рис.2.2, при этом на шасси БП (рис.11) дополнительно устанавливается реле К5, а на передней панели БП — реле К3 при помощи скобы поз.106. В этом случае, как в передней панели усилителя, так и в фальшпанели дополнительно сверлятся отверстия под кнопку S6 — «ОБХОД», делаются соответствующие изменения в схеме прокладки жгута.
Если, Вы не предусматриваете использование П-контура усилителя в приемном тракте, коммутация антенны осуществляется согласно рекомендациям, приведенным на рис.2.3. В этом случае реле К3 устанавливается на передней стенке БП при помощи скобы поз.106, отпадает необходимость в конденсаторе C19, а на перегородке ВЧ блока отверстия для крепежа К3 не сверлятся. Соответственно делаются изменения и в схеме прокладки жгута.
В случае использовании для работы с усилителем трансивера, в котором коммутация антенны с приема на передачу производится непосредственно в самом трансивере, в принципиальную схему ВЧ части усилителя необходимо внести изменения согласно рис.2.4 и рис.2.5. При этом разъем XP1 на задней панели усилителя (рис.4) не устанавливается и, соответственно отверстие под него не сверлится. На шасси БП (рис.11) дополнительно устанавливается реле К5 и вносятся соответствующие изменения в схеме прокладки жгута. Если на приеме П-контур усилителя не используется, в схему вносятся изменения согласно рис.2.5 и рис.2.6, а если при этом необходим еще и режим “ОБХОД” — согласно рис.2.6 и рис.2.2.
При использовании усилителя как совместно с трансивером, имеющим внутреннюю коммутацию антенны, так и с трансивером, имеющим раздельные гнезда приемной и передающей антенн, ВЧ часть усилителя выполняется согласно рис.2.7 и рис.2.8. На шасси БП устанавливается реле К5, реле К3 устанавливается на передней панели БП, на задней панели сверлится отверстие диам. 8мм для установки переключателя S7 “2 – 3”. Делаются соответствующие изменения в схеме прокладки жгута.
Если в данном варианте на приеме П-контур усилителя не используется, ВЧ часть усилителя выполняется согласно рис.2.8 и рис.2.9, если при этом еще необходим и режим «ОБХОД», то на шасси БП дополнительно устанавливается реле К6, на передней панели устанавливается кнопка S6 «ОБХОД». Монтаж в этом случае ведется согласно рис.2.10 и рис.2.11.
Все усилители снабжены встроенными приборами, позволяющими в процессе эксплуатации контролировать состояние антенно-фидерного хозяйства (КСВ-метр), а также приблизительно измерять мощность на выходе усилителя. Для этой цели использована готовая и хорошо зарекомендовавшая себя схема В.А. Скрыпника, приведенная в книге «Приборы для контроля и налаживания радиолюбительской аппаратуры», только в отличие от автора в ней для удобства пользования прибором используются сразу два стрелочных индикатора. Первый из них показывает уровень падающей волны, а по второму сразу же можно оценить показания КСВ антенно-фидерной системы. Включается КСВ-метр нажатием кнопки S5.
Теперь отдельно хотелось бы выделить вопрос об использовании ламп, особенно старых годов производства. Опять же бытует мнение о том, что старые лампы, пролежавшие на складах десять и более лет, нельзя использовать в мощных каскадах, работающих при высоких напряжениях, т.к. возможен пробой либо разряд внутри лампы вследствие частичной потери ими из-за старости вакуума. Особенно охотно это мнение поддерживают перекупщики ламп (по известным причинам). Действительно, при длительном хранении ламп их детали и оболочка могут выделять некоторое количество газа. При этом неизбежно ухудшается вакуум, необходимый для устойчивой работы и обеспечения стабильных параметров ламп. Однако, в большинстве случаев можно улучшить вакуум внутри лампы и сделать ее вполне пригодной для работы путем специальной тренировки лампы. Поэтому при первом включении лампы после длительного хранения, а также после пребывания в нерабочем состоянии более полугода лампы необходимо обязательно подвергнуть тренировке, которую принято называть «жестчением».
При наличии искрового течеискателя проверку вакуума можно провести следующим образом: проводником с высокочастотным потенциалом от искрового течеискателя касаются одного из электродов лампы или стеклянного баллона и наблюдают при этом характер свечения. Во избежание пробоя не следует касаться стекла в одном месте более 2-3 сек. Избегайте также попадания искры на места спаев металла со стеклом.
Степень вакуума определяется по следующим признакам:
а) отсутствие свечения или слабое поверхностное свечение (флюоресценция стекла) зеленого или голубого цвета указывает на наличие высокого вакуума;
в) объемное свечение газа голубого цвета указывает на то, что лампа «газная». Такая лампа до включения в рабочую схему должна быть предварительно подвергнута «жестчению»;
с) объемное интенсивное свечение газа розового цвета указывает на то, что в лампу проникает воздух;
d) если между электродами внутри лампы проскакивает искра, то это указывает на наличие в лампе полного атмосферного давления.
Жестчение лампы можно производить либо непосредственно в усилителе, в котором лампа будет работать, либо в специальной установке, при наличии таковой.
Выдержать лампу при нормальном напряжении накала (без других питающих напряжений) 20-30 мин.
Включить отрицательное напряжение сетки.
Включить напряжение анода, не превышающее половины номинального значения, выдержать 5-10 мин и затем повышать его ступенями через 150 — 200 В до номинального значения, выдерживая на каждой ступени 5-10 мин. При приближении к номинальному значению напряжения время выдержки на каждой ступени следует немного увеличить (до 15-20 мин).
Если при повышении напряжения в лампе произойдет разряд, следует снизить напряжение на одну ступень, выдержать 10-15 мин и затем снова повышать напряжение ступенями до нормального. Отсутствие пробоев свидетельствует о том, что вакуум в лампе повысился.
Для предохранения лампы от повреждений в случае пробоя в анодную цепь при жестчении необходимо включать сопротивление в 3-5 раз больше обычного ограничительного сопротивления, включаемого при нормальной работе лампы. В конце жестчения, при отсутствии разрядов, величину сопротивления следует уменьшить до номинального значения.
При повышении напряжения необходимо следить за тем, чтобы мощности, рассеиваемые электродами, не превышали предельно допустимых значений. Регулировку тока анода можно производить изменением напряжения смещения сетки.
После того, как напряжение анода доведено до номинального рабочего значения и в течение 20-30 мин не будет разрядов или каких-либо ненормальностей в работе лампы, рекомендуется увеличить напряжение анода на 5-10% выше номинала и выдержать 10-15 мин. После этого, при отсутствии разрядов, лампу можно включать в работу.
Жестчение можно также производить в динамическом режиме. В этом случае лампа включается при пониженных значениях питающих напряжений и, после выдержки в течение 5-10 мин, напряжения и нагрузка медленно повышаются ступенями до нормальных значений.
Включение полного напряжения анода должно производиться при настроенном контуре. В противном случае возможен выход лампы из строя вследствие пробоя. Если лампа при полной настройке после длительного хранения не отдает достаточной мощности, допускается кратковременное (не более чем на 5 мин.) повышение напряжения накала выше номинального на 15%.
В любом случае для долголетней и безотказной работы новые лампы необходимо подвергнуть тренировке. При первом включении новой лампы или после длительного перерыва в работе (более 10 суток) рекомендуется следующий порядок подготовки лампы к нормальной работе: включается накал; при нормальном напряжении накала (без других напряжений электродов) лампа выдерживается 15-20 мин. После этого можно включать напряжения анода и сеток. Желательно выдержать лампы 5-6 часов в режиме передачи при отсутствии сигнала возбуждения.
ПРИМЕЧАНИЕ:
- Включение любых напряжений электродов должно производиться только после того, как напряжение и ток накала достигли номинальных значений.
- Во время работы лампы напряжение накала должно быть постоянным и не должно превышать номинального значения. Даже небольшое повышение напряжения накала может значительно сократить срок службы лампы.
- Выходная мощность и крутизна характеристики ламп могут уменьшаться к концу срока службы до 20% от нижнего предела нормы.
- Превышение предельных режимов работы неизбежно влечёт за собой преждевременный выход лампы из строя.
Многократные включения и выключения накала ламп нежелательны, так как они способствуют деформации катода и могут сократить срок службы лампы. Поэтому при эксплуатации ламп с частыми периодическими перерывами в работе, рекомендуется на время перерыва не выключать накал, а еще лучше снижать его напряжение до 80 % от номинала.
2. 1. СХЕМА КВ УСИЛИТЕЛЯ МОЩНОСТИ С ЗАЗЕМЛЕННЫМИ СЕТКАМИ (НА ЛАМПАХ ГИ-7Б, ГИ-7БТ, ГИ-6Б, ГС-9Б, ГС-90Б, ГИ-23Б,ГИ-46Б,ГУ-50, Г-811, ГК-71)
Если выходная мощность трансивера составляет порядка 30 – 50 Вт, а трансивер не имеет регулировки уровня выходной мощности, лучший вариант в этом случае – постройка усилителя по схеме с общей сеткой (ОС).
Усилители с общей сеткой могут работать в любом из режимов. Преимущества таких усилителей — хорошая линейность, высокие энергетические показатели и устойчивость, линейность работы в широком диапазоне, так как в схеме с ОС управляющая сетка является электростатическим экраном, размещенным между анодом и катодом, т.е. между входом и выходом и, создавая при этом хорошую развязку, позволяет повысить граничную частоту усиливаемых сигналов. К недостаткам следует отнести низкое входное сопротивление, вследствие чего схема имеет малый коэффициент усиления по мощности (Кр » 10-20 раз), поэтому для полной раскачки усилителя требуется большая подводимая мощность возбуждения. Лампы, предназначенные для линейного усиления сигналов в режиме АВ, в схеме с ОС использовать не рационально, так как при этом не используется их основное достоинство – высокий коэффициент усиления. Не рекомендуется использовать также те тетроды и пентоды, у которых лучеобразующие пластины либо третья сетка соответственно соединены с катодом внутри лампы, так как они склонны в данном включении к самовозбуждению.
Лампа ГИ-7Б, ГИ-7БТ, ГИ-6Б, ГИ-23Б,ГИ-46Б, ГС-9Б (вариант А). Нижеприведённая схема предназначена для совместной работы с трансиверами, имеющими выходную мощность 20-40 ватт. Для работы с QRP или QRPP аппаратами на входе такого усилителя необходимо 
включить дополнительный предварительный усилитель. Cам усилитель выполнен на двух триодах ГИ-7Б (так как все выше перечисленные лампы имеют примерно одинаковые основные электрические параметры и геометрические размеры, рассматривается только схема усилителя на лампах ГИ-7Б) по гибридной схеме с заземлёнными сетками. Лампы ГИ-7Б в схемах с заземлённой сеткой устойчиво работают на частотах до 500 МГц.
Лампы ГИ-6Б отличаются от ламп ГИ-7Б только верхней граничной частотой, при работе на КВ это не сказывается никоим образом. Кроме того, выбор этих ламп обусловлен следующим: лампы ГИ-7Б по стоимости являются самыми дешёвыми лампами такого класса и, поэтому получили широкое распространение при постройке усилителей. К примеру, на рынках Украины их стоимость составляет всего 1 — 2 USD за шт., в то время как, например стоимость ГУ-72 — 15 USD, ГМИ-11 — 25 USD, ГУ-74Б — 25 USD, 6П45С – 3-4 USD. (данные приведены на лето 2000 года).
Применение в усилителе двух ламп, включенных параллельно, позволяет получить гораздо больший анодный ток при сравнительно малой мощности возбуждения. Усилитель можно изготовить и на одной лампе, сохранив те же параметры (имеются в виду подводимая и отдаваемая мощности), при этом нагрузка на лампу возрастает, лампа работает при больших токах, что может привести к перегреву катода и сетки, следовательно, долговечность и надежность усилителя будет соответственно ниже, и кроме того, для получения той же выходной мощности необходимо увеличить мощность возбуждения. Для одной лампы ток покоя соответственно уменьшается в два раза, все остальные требования сохраняются.
В катод лампы включен предварительный усилитель на полевом (бипланарном) транзисторе VT1, который подключается при необходимости в зависимости от выходной мощности трансивера при помощи реле К4, коэффициент усиления по мощности при этом возрастает. При коэффициенте усиления по мощности около 20 (13 dB) выходная мощность трансивера, используемого совместно с усилителем, должна быть 20-40 Вт. При включении предварительного усилителя коэффициент усиления возрастает до 100 (20 dB), поэтому требуемая мощность возбуждения снижается на порядок и составляет всего 3,0-5,0 Вт, т.е. в этом случае усилитель может эксплуатироваться практически с любым QRP трансивером (передатчиком). При эксплуатации данного усилителя возможны три варианта:
a) предполагается постоянное использование усилителя мощности только с трансивером, имеющим мощность 20-40 Вт, при этом отпадает надобность в предварительном усилителе и реле К4. В этом случае установочные отверстия в шасси ВЧ-блока под реле К4, транзистор VT1, переменные резисторы R22, R23 не сверлятся.
b) предполагается постоянное использование усилителя мощности только с QRP трансивером, имеющим мощность 3-5 Вт, отпадает надобность в реле К4. В этом случае не сверлятся. установочные отверстия под реле К4.
c) предполагается использование усилителя мощности как с QRP трансивером, так и с трансивером, имеющим мощность 20-40 Вт. В этом случае в шасси сверлятся все отверстия. Причем, если Вы будете большую часть времени использовать усилитель с QRP трансивером, вход и выход предусилителя лучше распаять на замкнутые контакты реле К4 и соответственно, наоборот, если чаще будете работать с мощным трансивером, предусилитель распаивается на разомкнутые контакты реле К4, то есть в любом случае К4 большую часть времени будет находиться в обесточенном состоянии.
Следует сразу оговорить, что при постройке универсального усилителя нужно иметь в виду, что в приведенной схеме, в предварительном усилителе лучше всего использовать «токовые» транзисторы, т.е. транзисторы, отдающие максимальную мощность при низких напряжениях коллектора (стока). Это связано с тем, что при анодном напряжении 1300 В (1500 В), используемом в описанной схеме усилителя и токе покоя ламп, равном 50-90 мА, напряжение смещения для ламп ГИ-7Б составляет всего 14-15 В (20 — 22 В), но это же напряжение одновременно используется и для питания предварительного усилителя. Нормальное напряжение питания для КП904 составляет 40-50В, следовательно, получившейся величины напряжения смещения недостаточно для того, чтобы получить с транзистора максимальную мощность. Это замечание относится и ко многим другим транзисторам. Поэтому при данной величине анодного напряжения Вы не в полной мере используете преимущества гибридного каскада.
тронов VD1-VD4. В этом случае напряжение на катоде будет около + 80 В, при этом лампа надежно заперта. При переводе усилителя в режим передачи нажатием педали реле К2, включенное параллельно VD4, закорачивает его, уменьшая напряжение смещения на управляющих сетках, лампы открываются. Ток, протекающий через контакты реле на пиках анодного тока может достигать величины 1,0 А, поэтому в качестве этого реле необходимо применять реле, имеющие
| мощные контакты, например РЭС-47, РЭС-48, РЭН-34 и т.д. Эквивалентное сопротивление анодной нагрузки каскада около 1,3(1,5)кОм. Входное сопротивление каскада около 30 Ом, поэтому уже при входной мощности 40 Вт напряжение на входе усилителя составит около 35 В, а это приведет к появлению тока сетки на пиках входного сигнала, т.е усилитель переходит в класс АВ2, что вполне допустимо для режима SSB, поэтому при небольшом превышении напряжения смещения это не страшно, так как ток сетки незначителен по сравнению с общим входным током усилителя и вносимые при этом им иска- |
Рис.5 Плата БП предусилителя. |
|
 Рис.6 Реле РЭН-34 |
жения незначительны. При дальнейшем же увеличении уровня сигнала на входе усилителя, нелинейные искажения на выходе усилителя возрастают (переменная составляющая анодного напряжения принимает импульсный характер, поэтому на выходе появляются гармоники), так что лучше придерживаться расчётного режима. В случае применении гибридного каскада лишнее напряжение возбуждения легко гасится уменьшением величины R23. Точно так же при недостатке напряжения возбуждения величину R23 можно увеличить. Переменный резистор R22 служит для подстройки тока покоя при замене ламп. | |
Для лампы ГИ-7Б, мощность, рассеиваемая анодом лампы, достаточно большая и составляет 350 Вт. И хотя некоторые авторы пишут, например , что в «легком режиме» лампы могут работать и без принудительного обдува, не рекомендую использовать их в этом режиме. По этой же причине, провода, идущие от накального дросселя к хомутам крепления выводов подогревателя и катода, должны быть к ним припаяны только тугоплавким припоем, а еще лучше надежно прикручены винтами через шайбы, а не припаяны, так как в случае перегрева лампы, провода могут просто отпаяться. Такие же требования предъявляются и к монтажу анодных цепей (особенно это касается работы в соревнованиях, когда большую часть времени усилитель находится в режиме передачи и происходит максимальное выделение тепла).
Лампа ГУ-50.(вариант F). Пентод ГУ-50 в схеме с ОК изза малой крутизны использовать нецелесообразно (если на входе не применяется предварительный усилитель). Наилучший вариант – использование ее в схеме с ОС. В схеме же с ОС правильный выбор рабочей точки позволяет уменьшить ток покоя лампы до 10-15 mA по сравнению со схемой ОК, где он составляет 40-60 ma , при этом нагрев лампы в паузах уменьшается, а КПД каскада и соответственно выходная мощность растут, режим лампы приближается к режиму В. в данном случае лампа отдает наибольшую мощность – до 110 Вт (по паспорту!).
Схема выполнена на 3-х лампах (можно применить и четыре). Лампа неудобна тем, что анодные и сеточные выводы у нее расположены вместе, что создает неудобство при монтаже. Если Вы сведете вместе аноды, неудобно разводить входные цепи и соответственно наоборот. Поиск выхода из этого положения привел к решению выполнения монтажа подвальной части ВЧ-блока в два этажа (см. рис.12E3 и рис.12Е4). Анодные и сеточные цепи разделены пластиной-экраном поз.106, для изоляции анодных цепей от шасси усилителя. служит пластина поз.106А. В связи с тем, что аноды лампы находятся снизу, пришлось перекомпоновать и расположение элементов выходного П-контура («перевернуть» весь монтаж), немного перекомпонована и передняя панель. При выполнении слесарных работ будьте внимательны. В остальном, схема особенностей не имеет.
В схеме с ОС возможны два варианта включения лампы:
а) с сетками, заземленными по ВЧ (вариант F2), т.е. с наличием номинальных постоянных напяжений на сетках;
в) все сетки непосредственно соединены с корпусом (вариант F1), при этом лампа превращается в триод с высоким коэффициентом усиления. Так как все сетки соединены с корпусом, усилитель становится очень устойчивым, а его линейность ничем не отличается от усилителя с номинальными постоянными напряжениями на сетках. Кроме того, при таком включении пентода не нужны дополнительные источники стабилизированного напряжения для экранной и управляющей сеток, но зато для этой схемы требуется бóльшая мощность возбуждения и токи сеток, соединенных вместе, возрастают, причем основная часть тока приходится на управляющую сетку.
Лампа Г-811. (вариант H). Долго не хотелось заниматься этим вариантом, так как лампа по своим размерам не вписывается в корпус, используемый для остальных вариантов усилителей. Но по просьбе друзей пришлось изготовить и этот вариант. Для нормального размещения четырех ламп и соблюдения при этом нормального температурного режима внутри лампового отсека пришлось увеличить его ширину и высоту на 30 мм (на всех чертежах размеры деталей для данного варианта усилителя приведены в скобках). Усилитель можно выполнить на двух, трех и четырех лампах, от числа параллельно включенных ламп зависит входное сопротивление усилителя. Дело в том, что эти лампы имеют малую входную емкость, поэтому их и удобно использовать в параллельном включении. Кроме того, они имеют малое сопротивление анодной нагрузки, что дает выигрыш на высокочастотных диапазонах. Схема усилителя приведена на рис. 2D.3. При повторении усилителя вместо отечественных ламп Г-811 использовать ее зарубежный аналог — лампы 811-А.
Лампа ГК-71 (вариант I). Отличие данной схемы том, что для согласования высокого входного сопротивления лампы применен трансформатор типа ШПТЛ. Данное схемотехническое решение упрощает конструкцию усилителя, исключая применение переключаемых входных П-контуров на каждый диапазон. Для полной раскачки необходима мощность порядка 70 ватт, для этой цели подойдёт UW3DI. Для получения выходных параметров, необходимо использовать для питания анода схему умножения напряжения на шесть.
Как уже отмечалось выше, усилители, построенные по схеме с ОС, имеют низкое входное сопротивление Rвх., что усложняет согласование входа усилителя с выходом трансивера (передатчика) при совместном их использовании. Причём Rвх. зависит, как от диапазона, так и от количества параллельно включенных ламп. С увеличением количества ламп Rвх. уменьшается. Несогласованность ведет к тому, что для нормальной раскачки усилителя передатчик должен иметь запас по мощности. Самый простой выход из этого положения – согласование с использованием на входе усилителя ВЧ автотрансформатора (см. Рис.2.19). Трансформатор наматывается на ферритовом кольце проницаемостью 50 ВЧ и содержит 10-15 витков (обычно 12). Диаметр кольца 20-30 мм (в зависимости от входной мощности), диаметр провода – 0,6-0,8 мм. Положение отвода подбирается по максимальному согласованию на всех диапазонах. Первоначально отвод берется от 7-8 витка, считая от заземлённого конца обмотки трансформатора. Аналогично согласуется и вход усилителя, выполненного с бестрансформаторным источником анодного напряжения. В этом случае используется трансформаторное включение обмоток и согласование осуществляется изменением числа витков входной обмотки.
2. 2 КВ УСИЛИТЕЛЬ МОЩНОСТИ ПО СХЕМЕ С ОБЩИМ КАТОДОМ (НА ЛАМПАХ ГУ-72, ГМИ-11, ГУ-74Б, 6П45С, ГУ-50, Г-807)
Схемы всех приводимых усилителей построены по схеме с общим катодом (ОК). Схема с общим катодом имеет большое входное сопротивление, поэтому для ее возбуждения достаточно небольшой мощности. Такое включение лампы позволяет получить большой коэффициент усиления по мощности (Кр), поэтому при выходной мощности Вашего аппарата 5 – 20 Вт лучше избрать этот вариант. Схема легко согласуется с предыдущими каскадами. Однако, слишком большое значение Кр может привести либо к неустойчивой работе УМ, либо к его самовозбуждению, так что при монтаже ВЧ части усилителя необходимо соблюсти все требования. Кроме того, с увеличением рабочей частоты Кр падает, поэтому в трансивере необходимо предусмотреть некоторый запас по мощности для получения требуемой выходной мощности усилителя на ВЧ диапазонах.
Непосредственно на входе усилителя включено нагрузочное сопротивление равное выходному сопротивлению трансивера 75 либо 50 Ом, которое улучшает устойчивость усилителя к самовозбуждению и одновременно является нагрузкой для трансивера. На этом резисторе падает часть мощности трансивера (около 20 %). Усилитель устойчиво работает и без него, но при этом могут возникнуть проблемы с согласованием некоторых типов импортных трансиверов, имеющих систему ALC. Рассеиваемая сопротивлением мощность составляет 8 Вт, при подаче на вход усилителя мощности превышающей это значение, следует увеличить и мощность сопротивления (набрав их из большего числа резисторов).
Лампа ГУ-72.(вариант В) Усилитель работает в классе АВ1 при работе в режиме SSB, AM и классе С при работе в режиме CW и RTTY. Мощность, необходимая для раскачки усилителя составляет 8-12 Вт. Режим лампы в зависимости от рода работы устанавливается автоматически выбором смещения на управляющей сетке лампы при помощи реле К2, управляемым переключателем рода работы S4 «SSB — CW». В режиме приема на управляющую сетку лампы усилителя мощности со стабилитрона VD14 подается отрицательное напряжение -100 В, лампы усилителя надежно заперты. При замыкании контактов 1 и 2 разъема XP3 (Педаль) срабатывают реле К2 и К3. Реле К3 своими контактами 4.5 отключает антенну от входа приемника, а контактами 2,3 переводит трансивер в режим передачи.
Рис. 7 Усилитель с трансформаторным питанием на 2-х лампах ГУ-72.
Контактами реле К2 подключается делитель напряжения R22 или R23 (в зависимости от выбранного режима излучения) и отрицательное напряжение на управляющей сетке уменьшается до нужной величины, соответствующей току покоя лампы в данном режиме.
Основным достоинством тетродов ГУ-72 является то, что анод лампы не требует принудительного обдува, в то время, как допустимая мощность, рассеиваемая анодом лампы составляет 85 Вт, поэтому с усилителя, выполненного на двух лампах, без применения дополнительных мер по их охлаждению можно снимать мощность до 350 Вт.
Если же мощность трансивера, используемого Вами составляет порядка 25-30 Вт, а трансивер не имеет регулировки уровня выходной мощности, то для предотвращения перекачки усилителя по входу, лучше собрать его по схеме с ОС (в данном случае с сетками, заземленными по ВЧ), как это показано на рис.2.B (вариант С1). В таком варианте включения лампы выходная мощность усилителя получается процентов на тридцать больше по сравнению с усилителем, выполненным по схеме с ОК. Монтаж усилителя приведен на рис.16.6.
Лампа ГМИ-11 (вариант С) Импульсный генераторный тетрод ГМИ-11 при достаточно малом токе накала (всего 1,75 А при Uн=26 В) обладает отличными характеристиками. Ток анода лампы в импульсе составляет > 14 А, максимально допустимое напряжение анода 10 кВ. При этом ее, как и лампу ГУ-72, не надо обдувать. Эту лампу тяжело «загнать» даже любителям длительного «нажатия» при настройке своих «power¢ов» прямо в эфире и испытывающих от этого огромное блаженство, правда, при этом надо еще правильно выбрать частоту, например редкого DX, ведь здесь многие сразу оценят мощность и качество работы Вашего замечательного PA, о чем, кстати, Вам сразу и тут же в корректной и лестной форме и сообщат.
Рис. 8 Усилитель с трансформаторным питанием на лампе ГМИ-11.
Схемотехника усилителя на лампе ГМИ-11 практически ничем не отличается от схемы варианта B, только используется одна лампа. Расположение выводов лампы полностью совпадает с ГУ-72, и поэтому при некотором изменении конструкции усилителя, собранного по схеме варианта B, в нем можно использовать две лампы ГМИ-11, правда при этом следует помнить о тепловом режиме внутри корпуса усилителя и мощности источника анодного напряжения.
Лампу можно использовать и в усилителе по схеме с ОС, собрав его по схеме, приведенной на рис.2.B (вариант С1). Монтаж усилителя приведен на рис.16.11.
Лампа ГУ-74Б (вариант D) Аналогично предыдущим выполнена схема и на лампе ГУ-74Б, отличие состоит в том, что вентилятор обдува лампы включается вместе с включением усилителя. Вентилятор имеет производительность около 120 м³/час, в то время как для обдува лампы требуется всего 35 м³/час, это позволяет разместить его сбоку лампы, но в корпусе достаточно места, чтобы установить его и сверху. Эта лампа специально предназначена для усиления однополосных сигналов (ОМ), поэтому увеличение напряжения смещения по сравнению с оптимальным в целях снижения тока покоя в данной схеме нежелательно. При этом искривляется колебательная характеристика в области малых входных сигналов. Этот режим аналогичен ограничению телефонного сигнала снизу, что приводит к ухудшению разборчивости сигнала, росту нелинейных искажений и внеполосных излучений, поэтому применение этих ламп теряет всякий смысл. Исходя из этого при наладке, устанавливая ток покоя лампы, следует помнить, что он составляет 300 mA в режиме SSB. Данную лампу также можно использовать в варианте усилителя, собранного по схеме с ОС.
Лампа 6П45С, 6П42С, 6П36С (варианты Е). Некоторые радиолюбители опасаются применять ТВ лампы строчной развёртки в усилителях мощности из-за их термической “хрупкости”, другие заявляют, что такие лампы не годятся для усиления SSB. Конечно, доля правды в этих двух утверждениях есть. Термическую “хрупкость” (неспособность длительно выдерживать повышенный нагрев) можно просто исключить, производя настройку усилителя короткими циклами (не держа ключ нажатым до тех пор, пока лампа станет сначала малиновой, а потом посинеет) либо, используя «холодную настройку» выходного каскада. Ограничение времени непрерывной работы ламп вызваны тем, что ТВ лампы предназначены для импульсной работы с довольно большими амплитудами токов, но при их малой длительности, а не с постоянно действующими токами, поддерживающими лампу в открытом состоянии длительное время.Тем не менее, ТВ лампы вполне удовлетворяют требованиям как профессиональной, так и любительской аппаратуры связи, при использовании “прерывистых” (не постоянно действующих) сигналов: CW, SSB.
Прежде чем приступить к сборке и отладке этого варианта, был собран усилитель на двух лампах, опубликованный в , причем были опробованы два варианта, как с раскачкой в катод, так и в сетку. При анодном напряжении 750 В и мощности на входе усилителя 7-10 Вт (при раскачке в сетку) практически на всех диапазонах был получен анодный ток 600 mA.
В результате проведенных экспериментов было установлено, что напряжение на экранных сетках ламп должно составлять 180 — 200 В, так, как того и требует паспорт на лампу. При дальнейшем увеличении напряжения на второй сетке, при переводе усилителя в режим передачи даже без подачи напряжения возбуждения, лампы начинают самопроизвольно открываться, ток анода возрастает до 1,0 А и более, аноды ламп при этом мгновенно становятся малиновыми.
Конечно, анодного напряжения 1330 В, для ламп 6П45С пожалуй несколько многовато, но зато при таком напряжении сопротивление нагрузки (Rэ) получается бОльшим чем в усилителе, описанным автором, что позволяет получить гораздо меньшие значения емкостей П-контура. И все же в усилителе на лампах 6П45С сопротивления нагрузки получается достаточно низким, что требует соответственно большой величины анодного конденсатора переменной емкости. При отсутствии возможности приобретения такого конденсатора, можно составить его из двух, «подстегивая» к основному на каждом диапазоне (естественно там, где не будет хватать емкости основного конденсатора) конденсатор постоянной емкости либо вообще заменить его набором конденсаторов постоянной емкости, коммутируемых с помощью переключателя диапазонов. В этом случае для точной настройки анодного контура в резонанс в качестве индуктивности П-контура можно использовать шаровой вариометр. По габаритам и значению индуктивности очень хорошо подходит вариометр от радиостанции Р-140 (ЯР4.773.022).
В большинстве ламп, предназначенных для работы в строчной развертке, междуэлектродные расстояния достаточно большие, что позволяет использовать их при повышенном анодном напряжении. Накопленный практический опыт подтвердил, что такие лампы можно форсировать со снижением срока их службы. при анодном напряжении 1000 В и выше и при токах намного превышающих паспортные допустимые значения. Просто лампы придётся менять чаще, чем при работе в пределах паспортных режимов, но зато их можно найти практически на любом рынке и стоят они дешевле генераторных ламп. Кроме того, по Вашему усмотрению всегда можно уменьшить величину анодного напряжения, перепаяв для этого отводы на вторичных обмотках анодных трансформаторов.
При изготовлении усилителя следует иметь в виду, что мощность, потребляемая каждой лампой (6П45С) по накалу составляет 18 Вт, следовательно для питания четырех ламп при Uн = 6,3 В необходимо получать с трансформатора 10А, что несколько проблематично при сохранении малых габаритов накального трансформатора, поэтому, с целью возможности использования стандартного трансформатора серии ТН подходящего размера, нити накала ламп включены попарно последовательно. Без разницы, какого типа Вы выбрали лампы для своего усилителя, при параллельном включении ламп, у Вас могут (вернее, обязательно возникнут!) возникнуть специфические проблемы.
Предметом особого внимания следует считать анодный ток, получаемый от каждой лампы в связке. Динамический баланс существенен, так как важно, чтобы ни одна из ламп в комбинации не “садила” остальные. Если, например, мы включим параллельно четыре лампы 6П45С, имеющих различную крутизну характеристики, то при работе на передачу одни из этих ламп будут являться нагрузкой для других, другие будут раскачиваться больше вплоть до тока насыщения, что приведет к их перегреву, а в целом соответственно к снижению КПД каскада, т.е.к уменьшению выходной мощности. Результатом такой работы может стать перегрев ламп, их аноды вместе со стеклянным баллонами могут расплавиться, а последние могут и просто треснуть.
При изготовлении данного варианта усилителя, лампы перед установкой в схему, предварительно должны быть отобраны, либо при настройке усилителя подстройкой напряжения смещения при полной раскачке усилителя устанавливаются одинаковые анодные токи ламп (каждой индивидуально). Токи покоя ламп, как правило, получаются неодинаковыми, но они чересчур малы, чтобы повлиять на линейность усилителя в целом либо на долговечность ламп.
Это, кстати, касается и всех других ламп, если Вы используете более двух в параллельном включении. Идеальный случай — это подбор ламп также и по крутизне характеристики. Для любителя это решение нельзя назвать удачным, так как требуется большое количество “материала”, из которого можно “выбрать” лампы для использования в РА (как правило, таких запасов радиолюбители не имеют), это может позволить себе не каждый.
Другой трудностью, встречающейся при параллельном использовании ламп, является заметное увеличение входной и выходной ёмкости. Нет необходимости говорить, что при увеличении любой из этих величин, будет больше проявляться эффект шунтирования по РЧ, упомянутый ранее. Определённые и жёсткие ограничения на значение верхней частотной границы также появляются при соединении ламп в РА параллельно.
Например, паспортное значение входной ёмкости лампы 6П45С составляет 40 пФ, выходной – 16 пФ. Четыре лампы, включенные параллельно дадут входную ёмкость 240 пФ, выходную – 96 пФ. Выходная ёмкость может быть абсорбирована схемой анодного контура (включена в его схему, нейтрализована), а, вот, со входной ёмкостью придётся обходиться с помощью согласующего устройства, т. е., ничуть не лучшим образом, чем это делается сейчас в усилителях мощности ВЧ на транзисторах.
Компания Galaxy представила 2 кВт (РЕР) усилитель мощности (модель 2000+), в котором применялось 10 ламп строчной развёртки, включенных параллельно. Усилитель работал в классе АВ1, “раскачивался” через мощный безиндуктивный резистор и был выполнен по схеме включения ламп “с общим катодом”.
Поскольку лучеобразующие пластины ламп 6П45С (из этой серии только её) не имеют соединения с катодом внутри корпуса лампы, можно использовать их и в схеме с ОС, причем в обоих вариантах: как с сетками, заземленными по ВЧ, т.е. с номинальными постоянными напряжениями на сетках; так и сетками, непосредственно соединенными с корпусом, как это сделано например в . Схема включения приведена на рис.2B (варианты Е1 – Е2), а монтаж ВЧ части на рис.16.17, рис.16.18 соответственно..
ПРИМЕЧАНИЕ: Так как проводник, соединяющий внутри лампы 6П45С анод лампы с анодным колпачком, выполнен из тонкой медной проволоки, которая может отпаяться либо просто расплавиться при использовании ламп в режиме максимальной мощности Вашего РА, особенно это касается работы на ВЧ диапазонах, усилитель необходимо снабдить принудительной вытяжкой, используя для этой цели вентиляторы от блоков питания ПЭВМ.
Лампа Г-807 (варианты G). Как показала многолетняя практика использования ламп Г-807, они отлично работают как в режиме класса С при использовании в телеграфном режиме, так и режиме класса АВ1 при усилении однополосного сигнала. Чтобы лампы не перегревались при этом, наиболее благоприятный режим работы для ламп (имеется в виду для четырех) Uа = 1200 В, Uс2 = 300 В (CW), Uс2 = 350-400 В(SSB),Uс1 = — 100 В, Iа = 80-100 на лампу. Rэ при этом составляет около 3,3 кОм. То-есть наш источник питания как раз удовлетворяет всем этим требованиям. При таких режимах лампы сохранят свою гарантированную работоспособность более 1500 часов.
Схема построения усилителя приведена на рис.2B (варианты G1 – G2), а монтаж ВЧ части на рис.16.24, рис.16.30 соответственно.
2. 3 ДВУХТАКТНЫЙ КВ УСИЛИТЕЛЬ МОЩНОСТИ (НА ЛАМПАХ ГУ-72, 6П45С, 6П42С, 6П36С, ГУ-50, Г-807, Г-811)
К преимуществам построения схемы усилителя по двухтактной схеме следует отнести следующее:
a) более высокая линейность и экономичность, по сравнению с однотактными усилителями;
b) гораздо меньший по сравнению с однотактными усилителями уровень излучения четных гармоник;
c) последовательное включение входной и выходной емкостей лампы к соответствующим им контурам, что уменьшает начальную емкость этих контуров;
d) уменьшение напряжения анодного источника вдвое по сравнению с обычной схемой включения для получения равных мощностей;
e) уменьшение амплитуды выходного сигнала вдвое, что позволяет уменьшить требования к зазору конденсатора «горячего» конца выходного П-контура
Недостатки двухтактной схемы:
a) необходимость подбора близких по параметрам ламп;
b) удвоение эквивалентного сопротивления выходного контура, что может оказывать сильное влияние на верхних диапазонах.
В усилителе, построенном по двухтактной схеме, напряжение возбуждения на сетки ламп подается противофазно (т.е. со сдвигом на 180°) с противоположных концов входного трансформатора. Аналогично подключены аноды ламп. Выходной контур усилителя включен во вторичную обмотку выходного трансформатора. При симметрии схемы токи нечетных гармоник складываются на нагрузке, токи же четных гармоник компенсируются. Средние точки обмоток трансформаторов имеют нулевой потенциал (по высокой частоте), поэтому к ним соответственно подключают напряжение смещения и напряжение анода. Однако в связи присутствия на них некоторого ВЧ-напряжения, связанного с неполной симметрией схемы их (средние точки) нельзя заземлять.
Усилитель, выполненный по двухтактной схеме, может работать как в схемах с ОС, так и в схемах с ОК.
Схема двухтактного усилителя с ОК, выполненного на 4-х лампах 6П45С (6П42С, 6П36С) (вариант E3), приведена на рис.2D1 Чертёж монтажа ВЧ блока усилителя приведен на рис.16.19 и рис.16.20. Лампы 6П45С (только!) можно использовать и в схеме с ОС.
Схема двухтактного усилителя с ОС на 4-х лампах ГУ-50 (вариант F3), приведена на рис.2D24. Чертежи монтажа ВЧ блока вариантов усилителя приведены на рис.16.21, рис.16.22 и рис.16.23. Лампы ГУ-50 можно использовать и в схеме с ОК
На входе усилителя включен ШПТ, который увеличивает амплитуду входного сигнала вдвое и создает противофазные сигналы для возбуждения плеч усилителя. Аналогичный трансформатор на выходе усилителя наоборот уменьшает амплитуду выходного сигнала в два раза. Все остальное аналогично предыдущим схемам.
Аналогично строятся схемы на двух лампах ГУ-72 и четырех лампах Г-807.
2. 4 КВ УСИЛИТЕЛЬ МОЩНОСТИ С БЕСТРАНСФОРМАТОРНЫМ (КОМБИНИРОВАННЫМ) БЛОКОМ ПИТАНИЯ
Если для изготовления усилителя у Вас нет возможности приобретения необходимых анодных трансформаторов или просто необходим легкий, но достаточно мощный PA для работы в полевых условиях либо DX-экспедициях, где как известно каждый лишний килограмм при транспортировке не только «кушает» Ваши деньги, но и здорово удлиняет руки, любой из выше описанных усилителей можно выполнить с блоком питания, собранным по бестрансформаторной ли-бо комбинированной схеме. Часто при этом для получения анодного напряжения используются схемы удвоения, утроения либо учетверения или даже ушестерения (я встречал даже схему умножения на восемь) напряжения питающей сети в зависимости от требуемой мощности усилителя. Наличие современных малогабаритных электролитических конденсаторов большой емкости, имеющих высокое рабочее напряжение и одинаковое сопротивление утечки, позволяет выполнять бестрансформаторные высоковольтные источники анодного питания ламповых выходных каскадов усилителей мощности сравнительно малого размера, используя при этом безграничный ресурс мощности такого источника питания как промышленная электросеть. Для получения напряжения накала и необходимых служебных напряжений можно использовать небольшой по весу и габаритам трансформатор. В нашем случае при использовании учетверения напряжения усилитель получается легче базового в среднем на десять — тринадцать килограммов. Использовать схему умножения напряжения более чем в четыре раза не имеет смысла, так как при этом вес применяемых для этой цели электролитических конденсаторов, учитывая их общую требуемую емкость, а соответственно и количество, становится соизмеримым с весом, объемом и ценой анодных трансформаторов.
Конечно, нет плюсов без минусов. Появляются и некоторые неудобства, к примеру, шасси усилителя в данном случае уже не будет является общей минусовой шиной питания и должно быть гальванически изолировано от сети.
Следует сразу предупредить: в целях безопасности жизни оператора, а также предупреждения выхода из строя аппаратуры, подключаемой к усилителю, эксплуатация данного усилителя возможна только в том случае, когда на радиостанции имеется надежное электро-техническое заземление. В остальном, усилитель не представляет сколь большей опасности, чем всякое другое устройство, имеющее в своем составе высоковольтные источники питания, напряжения которых представляют опасность для жизни человека.
Схема бестрансформаторного БП, использующего принцип умножения напряжения питающей сети для получения анодного напряжения, т.е. не содержащего дефицитных высоковольтных трансформаторов приведена на рис.1D. Схема предназначена для работы от однофазной сети переменного тока напряжением 220 В, один из проводов которой является нулевым.
Учитывая то, что при таком построении схемы источника анодного напряжения, он не имеет гальванической развязки от первичной сети, а именно этот источник потребляет наибольшую мощность от сети. Поэтому для защиты от проникновения в сеть помех, создаваемых при работе усилителя (пульсаций анодного напряжения), появилась потребность включения на входе источника фильтра радиопомех, состоящего из конденсаторов C22, C23 и дросселя L7.
При таком построении схемы отсутствует гальваническая связь электродов ламп с корпусом усили теля и, следовательно — корпуса с питающей сетью.
При желании в схему БП для увеличения безопасности можно добавить схему автоматического пускового устройство (ПУ), приведенного в и обеспечивающего правильную фазировку питающей сети при включении усилителя. Такое устройство выполнено на реле К7, К8, схема его включения приведена на рис.1E.3. Устройство срабатывает только в том случае, когда к радиостанции подключено электротехническое заземление. При включении ПУ могут возникнуть следующие ситуации:
а) При правильном включении на обмотку реле К2 через нормально замкнутые контакты К1 подается сетевое напряжение и при срабатывании реле включается БП (реле К1 в этом случае все время остается в обесточенном состоянии).
в) Если нарушена фазировка, то при включении срабатывает реле К1 и его контакты «перефазируют» цепи питания, далее выпрямитель работает как обычно.
с) При отсутствии заземления нарушаются цепи питания обоих реле, и реле не будут срабатывать, при этом БП просто не включается.
Таким образом, данная пусковая схема позволяет включать БП при любом положении вилки сетевого провода. Правда, реле РПТ-100, применяемые в схеме достаточно дефицитны, поэтому при их отсутствии, схему можно выполнить так как показано на рис. 1.1. Естественно, можно обойтись и без нее, но тогда каждый раз при подключении усилителя к сети, Вы должны будете контролировать правильность фазировки питающей сети.
Собственно сам учетверитель напряжения выполнен по симметричной схеме, обладающей лучшими динамическими характеристиками и удвоенной частотой пульсаций выпрямленного напряжения. Схема включает конденсаторы C24 — C27, C1 — C8 и диоды VD1 — VD4. Для обеспечения уровня пульсаций (Uп =0,05%Ua), требуемый для работы усилителя в линейном режиме, численное значение емкости конденсаторов каждого плеча умножителя в мкФ должны и соответствовать численному значению максимальной мощности усилителя в ваттах. Резисторы R1 и R2 – балластные, предназначены для защиты диодов и предохранителей от перегрузок, возникающих в момент включения БП. При анодном токе около 600mA (на пиках сигнала), при указанных на схеме номиналах этих резисторов, на них падает всего порядка 4В и соответственно рассеивается около 2,5 Вт мощности, поэтому нет необходимости отключать их после заряда конденсаторов. Аналогичным образом работает и БП, выполненный по схеме удвоения напряжения. Остальная часть схемы БП и собственно усилителей соответствует описанным выше и в пояснении не нуждается.
При повторении схемы не следует забывать, что катоды ламп будут находиться под высоким потенциалом относительно корпуса усилителя. Для увеличения надежности работы схемы бестрансформаторного усилителя, при его изготовлении лучше всего применять лампы с изолированными катодами (т.е. лампы, имеющие косвенный подогрев), а в случае применении ламп прямого накала, для питания накальных цепей лучше всего использовать трансформаторы заводского изготовления из серии ТН и ТПП, имеющие надежную изоляцию как между обмотками, так и между обмотками и корпусом. При изготовлении самодельных трансформаторов следует уделить особое внимание этому вопросу, так как от него зависит надежность Вашего усилителя.
Практически любая, из приведенных в данной брошюре схем усилителей может быть использована для работы с бестрансформаторным блоком питания. Схема реализации усилителя на двух лампах ГИ-7Б, приведена на рис.2C (вариант AB).
При мощности возбуждения равной 25 Вт усилитель отдает в антенну 400-450 Вт на на нагрузке 75 Ом и около 500 Вт на нагрузке 50 Ом на всех любительских диапазонах. Усилитель отличается великолепной линейностью коэффициента усиления во всем диапазоне частот.
Рис. 8 Усилитель с бестрансформаторным питанием на 2-х лампах ГИ-7Б
С целью развязки и защиты выходного каскада трансивера, напряжение возбуждения подается в обмотку III дросселя L6. Конденсатор С14 необходим на тот случай, если по какой-либо причине произойдёт межвитковое замыкание L6. Благодаря его наличию трансивер не пострадает.
Проницаемость колец, используемых для намотки дросселя, возможно, придется подобрать. Дело в том, что кольца, выпускаемые различными заводами, неодинаково ведут себя на различных частотах. Поэтому при возможности надо изготовить два-три дросселя, например, 2000НН, 1000НН и 600 – 400 НН и прогнать по очереди их через схему по диапазонам, и оставить естественно тот, при котором выходная мощность более равномерна по диапазонам, если конечно Вы не хотите иметь где-то подъем усиления на одном из диапазонов (например для компенсации неравномерности выходной мощности трансивера).
Для развязки с антенной и на выходе усилителя можно также применить ШПТ, изображенный на рис.2.12, но включенный по трансформаторной схеме 1:1, либо для увеличения полосы удовлетворительного согласования – 2: 1 (трансформатор в этом случае наматывается в три провода). Изменения, которые необходимо внести в этом случае в схему, показаны на рис.ХХ
При использовании данного усилителя для работы с QRP трансивером его следует дополнить предварительным усилителем выполненным по любой приведенной в альбоме схеме, но лучше использовать схему рис.2.15, это позволит одновременно выполнить развязку выхода трансивера от бестрансформаторного БП усилителя. Обмоткой I трансформатора Т1 в этом случае служит обмотка III дросселя L6.
При использовании усилителя, выполненного по схеме с бестрансформаторным питанием, для работы в полевых условиях его лучше также дополнить коммутатором антенн. Схема коммутатора изображена на рис2.17 – рис.2.18.
Рис. 9 Усилитель с бестрансформаторным питанием на 4-х лампах 6П45С, со встроенным антенным коммутатором.
Чтобы обойтись тремя тумблерами для переключения четырех антенн (четыре не вписываются во внешний вид), пришлось применить сдвоенные тумблеры МТ-3 и разместить их на задней панели усилителя. При выборе любой из антенн 2 – 4, антенна 1 автоматически отключается. Монтаж коммутатора показан на рис.15АВ (реле коммутатора устанавливаются на месте расположения анодного трансформатора на скобе поз.117, которая крепится к задней панели усилителя).
Если Вы все же считаете, что при такой мощности усилителя Вам все равно плохо отвечают, можно еще несколько увеличить мощность усилителя, собранного по схеме бестрансформаторного питания, собрав источник анодного питания по схеме умножения напряжения на шесть, так как это показано на Рис.1Е4.
При таком построении схемы БП величина анодного напряжения увеличится до 1800 вольт (на холостом ходу). При этом величина просадки анодного напряжения под нагрузкой зависит только от емкости применяемых в умножителе конденсаторов.
Рис. 10 Усилитель с бестрансформаторным питанием на 3-х лампах ГУ-50.
Схема умножения напряжения на шесть состоит их двух схем удвоения. Верхняя – C1, С2, С4-C7, VD1, VD2 и нижняя — C8, C9, С11-С14, VD5, VD5. Каждая из этих схем удвоения даёт по 600 В. Но поскольку напряжения в точках соединения VD1, VD2 и VD5, VD5 выше на 300 В, чем в схеме рисунка 5, то входные разделительные конденсаторы пришлось поставить той же ёмкости, но на удвоенное (600 В) напряжение. Обе эти схемы удвоения «подпираются снизу» напряжениями «+300 В» и «– 300 В», которые получаются с обычных однополупериодных выпрямителей, собранных на VВ3, С3 и VD4, C8 соответственно. В сумме получается 1800 В (600+600+300 +300).
При применении этой схемы, прежде всего, следует уделить повышенное внимание изоляции цепей катода – в этом варианте на них может присутствовать пиковое напряжение относительно заземленного корпуса до 1200 В. Именно не менее чем на это напряжение (а еще лучше – с двух-трех кратным запасом) должна быть рассчитана изоляция накального трансформатора, а также (при его применении) входного ВЧ трансформатора. Рабочее напряжение для конденсаторов С19 и Ср в целях надежности конструкции должно составлять 2,5 – 3,5кВ.. Применение пусковой схемы, собранной на R26, C28, K1A, в этом случае обязательно. Конструкция и монтаж измененного блока питания показаны на рис.12G.
Для совместной работы с бестрансформаторным источником питания очень удобно использовать построение схемы самого усилителя по двухтактной схеме. В этом случае гальваническая развязка схемы усилителя от сети переменного тока получается автоматически за счет использования на входе и выходе усилителя разделительных широкополосных трансформаторов (см.. рис.15.3, 15.4 и рис.16.3, 16.4, 16.6.
Конструктивное исполнение модификаций всех приведенных выше схем усилителей приведено на рис.16доп.1 – рис.16доп.24
ДЕТАЛИ УСИЛИТЕЛЕЙ
При конструировании усилителей упор делался на применение в них стандартных заводских деталей, широко используемых в бытовой аппаратуре и имеющихся в наличии у многих радиолюбителей. Исключение составляют анодный и накальный дроссели, катушки П-контура ВЧ и НЧ диапазонов.
Анодный дроссель является одним из важнейших элементов схемы, поэтому к его изготовлению необходимо отнестись с серьезным вниманием. Так при малой его индуктивности, т.е. соизмеримой с индуктивностью анодного контура происходит распределение мощности, а в случае возникновения последовательного резонанса на одном из рабочих диапазонов усилителя происходит «отсасывание» мощности, дроссель при этом сильно разогревается и может даже обуглиться. То же самое может произойти, если Вы выполните контактные выводы в виде замкнутого витка из магнитного материала. Дроссель L1 должен быть рассчитан на ток до 600 mA, его конструкция приведена на рис.12C.
Рис. 11. Анодный дроссель
Дроссель выполнен на каркасе из фторопласта диаметром 20 мм, длина каркаса выбирается в зависимости от используемых ламп. Это сделано для удобства монтажа, необходимо чтобы вывод его «горячего» конца находился на одном уровне с выводом анода лампы. Намотка ведется проводом ПЭЛШО диаметром 0.4 — 0,5 мм. Для намотки берется 16 метров провода.
Выбор длины основан на том, что при такой длине провода дроссель не будет является полуволновым повторителем ни в одном из любительских диапазонов. Первые 15 витков намотаны с шагом 2,0 мм, для получения необходимого шага на каркасе нарезается спиральная канавка, затем 40 витков намотаны виток к витку, а оставшийся провод наматывается «универсалью» (вариант А), чтобы витки «не плыли», они дополнительно закрепляются клеем «Момент» либо пропитываются лаком. На обоих концах каркаса из посеребренного провода диам. 1,0 — 1,2 мм изготавливаются контактные выводы, которые проходят сквозь каркас, к ним и припаивают выводы дросселя. Получившийся дроссель имеет индуктивность порядка 500 — 600 мкГн и отлично работает на всех КВ диапазонах. Каркас дросселя крепится к шасси латунным винтом М4, для чего с торца каркаса просверлено отверстие под резьбу М4 глубиной 15 мм..
При креплении стальным винтом, он не должен доставать до места расположения катушки, иначе винт превратится в сердечник. Каркас можно взять и заводской керамический. В том случае, если у Вас возникает проблема с намоткой типа «универсаль», дроссель наматывается виток к витку, а для увеличения индуктивности в НЧ часть дросселя вставляется отрезок круглого ферритового стержня диам. 8 мм от магнитной антенны радиоприемников длиной 50 мм (вариант В). Дроссель также можно целиком намотать и на круглом ферритовом стержне от магнитной антенны карманных р/приемников либо на ферритовом кольце диаметром 30-40 мм, к примеру, так как это сделано в радиостанции Р-130. Кольцо предварительно обматывается фторопластовой лентой (лакотканью). В последнем случае для намотки лучше применить провод МГТФ.
К дросселю L8, используемому в катоде лампы, предъявляются гораздо меньшие требования. Он наматывается на фторопластовом каркасе диам. 18 мм, намотка ведется виток к витку также проводом ПЭЛШО диаметром 0.4 — 0,5 мм до заполнения пространства между выводами (см. Рис.12D).
В качестве дросселя L2 используется дроссель заводского изготовления ДМ-0.1 индуктивностью 250 — 500 мкГн, аналогичные дроссели использованы в качестве L1, L2 КСВ-метра.
Рис. 12. Конструкция дросселя L3
Катушка L4 бескаркасная, диаметр катушки 60 мм, число витков — 6.5, шаг намотки — 7 мм, намотана медной трубкой диаметром 5 мм. Трубку можно не серебрить, так как добротность катушки получается большой и серебрение практически ничего не добавляет. Отводы на катушке выполнены от 2¼ вит. — 10 м., 2 ½ вит. – 12 м., 3½ вит. – 15 м. и 4½ вит. – 17м. Эти данныеприблизительны, так как Вы можете немного уменьшить диаметр катушки в зависимости от размеров анодного конденсатора, число витков увеличится, либо ошибиться в расстоянии между витками при изготовлении катушек, поэтому она изготавливается с некоторым «запасом».Он делается приблизительно 3 витка, при настройке лишнее отпиливается. На «горячем» конце катушки нарезана резьба М5, которой катушка вворачивается в конденсатор C17, во второй конец катушка впаивается посеребренный провод диам. 1,2 -1,5 мм, им она и крепится к переключателю диапазонов (пропускается сквозь контакты переключателя).
Рис.13. Конструкция катушки L 4
|
Таблица 4
|
Отводы от катушки также выполнены посеребренным проводом диам. 1,2-1,5 мм. Учитывая то, что ВЧ-токи протекают только по поверхности проводников, катушку L4 можно изготовить и из биметалла. Она, как и L5 выполнена согласно рекомендациям, приведенными в журнале «Hand-book» за.1986 г. исходя из выходной мощности (см. таблицу 4)
При таком диаметре провода они не перегреваются токами, протекающими через П-контур. Если для изготовления катушки L 4 Вы используете тонкостенную трубку, то при нарезании резьбы в нее надо что-то вставить (залить припоем), чтобы плашка не рвала края трубки. Медь металл «капризный», поэтому для нарезания резьбы необходимо использовать только новую плашку. Если диаметр трубки немного меньше 5 мм, конец трубки следует немного сплющить. В остальных случаях конец катушки, который вкручивается в конденсатор, можно выполнить в соответствии с рис.12B.
Рис.14. Конструкция катушки L 5
Катушка L5 наматывается на каркасе из фторопласта (керамики) диаметром 50 мм, шаг намотки – 2,5 мм (на каркасе с целью закрепления витков и удобства намотки также нарезаны спиральные канавки. Глубина канавок должна быть не менее половины диаметра применяемого для намотки провода). Для намотки используется провод ПЭЛ — 1,2 – 1,5, число витков катушки — 25. Отводы выполнены соответственно от 4-го вит. – диапазон 30м.; 8-го вит. – 40м.; 15-го вит. –80 м..
В качестве L5 подойдет катушка от устройства согласования радиостанции Р-104, выполненная на керамическом каркасе. При отсутствии каркаса нужного диаметра катушку очень легко пересчитать под имеющийся каркас.
Для однослойных цилиндрических катушек, у которых
длина намотки равна или больше половины диаметра катушки, расчет индуктивности проводится по формуле:
L = D²´ n² / (45D + 100l),
где L – индуктивность катушки, мкГн; D – диаметр катушки, см;
n – число витков катушки; l – длина намотки катушки, см.
Для наших данных катушки L5 — D = 5 см, n = 25, l = 6,25 см, подставив эти значения в формулу получаем L = 5²´25²/(225 + 625) ≈ 18,38 мкГн, причем, если при этом уменьшается и диаметр провода при сохранении длины намотки, индуктивность получится на 1 – 2 % меньше.
Теперь произведем пересчет числа витков катушки, к примеру, для диаметра каркаса 3,5 см. В этом случае величина диаметра каркаса уменьшается на 30 %, следовательно, для сохранения неизменной величины индуктивности необходимо увеличить число витков на 30 %, или примерно на 8 витков. Таким образом, получившаяся катушка будет иметь 33 витка.
Рис.15. Конструкция дросселя L6
Дроссель L6 намотан двумя сложенными вместе проводами на ферритовом кольце проницаемостью 400 — 2000, диаметр кольца 40-50 мм. Данный размер диаметра взят для удобства намотки, он может быть и меньшим. Один квадрат сечения феррита держит 300- 500 Вт мощности (в различных источниках приводятся разные величины мощности) К его конструкции предъявляются гораздо меньшие требования чем к анодному дросселю. Обмотки дросселя должны быть рассчитаны на протекающий ток до 4 А (5 А в случае применения ламп 6П45С). Для бестрансформаторного варианта усилителя на лампах ГИ-7Б, ГК-71
Намотка ведется в три провода, причем провод обмотки возбуждения имеет меньший диаметр, т.к. по ней проходит лишь мощность возбуждения, а само кольцо в этом случае должно иметь проницаемость 400 — 1000, это касается и случая использования предусилителя, собранного по рис.2.15. Кольцо перед намоткой предварительно должно быть обернуто фторопластовой лентой либо лакотканью. Количество витков 8-12.(для лампы ГК-71 обмотка III – 20 витков). Их количество не критично и не производит заметного влияния на работу усилителя, поэтому намотка ведется просто до заполнения периметра сердечника. Но мотать больше нет смысла, т.к. просто увеличивается сопротивление дросселя, что ведет к потерям в нем. Провод МГШВ-0.75, очень удобно намотать дроссель двойным сетевым проводом, имеющим к тому же двойную изоляцию. Дроссель хорошо работает на всех КВ диапазонах. Блокировать дроссель по ВЧ конденсаторами не обязательно. При монтаже дроссель располагается вблизи катодов ламп и крепится при помощи двух шайб из изоляционного материала дет.75 и винта М4. Если Вы сверлите отверстия под ламповые панели с помощью центробора, не выбрасывайте получившиеся шайбы, с их помощью Вы закрепите дроссель L6, это касается и L7. В одной из шайб отверстие должно быть диаметром 3,2 мм, в другой под резьбу М3, это нужно для того, чтобы можно было прижать обмотку дросселя к кольцу, закрепив ее таким образом.
Дроссель фильтра помех L7 намотан двумя сложенными вместе проводами МГШВ-0,35 либо двойным сетевым проводом на ферритовом кольце проницаемостью 2000НН и содержит 20 витков, диаметр кольца 50мм. Конструкция и крепление дросселя аналогичны L6.
Входной трансформатор Т1, используемый в двухтактной схеме усилителя, наматывается на кольцевом сердечнике из феррита ВЧ 50 с внешним диаметром около 20 мм. При его отсутствии можно использовать феррит и с проницаемостью 100-600 без заметного ухудшения параметров трансформатора. Намотка обмоток трансформатора производится слабо скрученными проводниками и содержит 6 витков. Выходной трансформатор Т2 намотан на двух, сложенных вместе кольцах из феррита МН1000 диаметром 55 мм, предварительно обмотанных фторопластовой лентой (использованы кольца от трансформатора согласующего устройства радиостанции Р-130). Для намотки использовался скрученный провод МГТФ-1,5, сложенный втрое (около пяти скруток на сантиметр). Обмотки содержат по 8 витков. При установке трансформатора следует уделить особое внимание правильности монтажа его выводов.
На конденсаторы C1 -.C8 одевается трубка ПХВ соответствующего диаметра либо термоусадочная трубка, вместо этого их можно просто обмотать “скотчем”, это предохранит от выхода из строя высоковольтный выпрямитель при попадании чего-либо (кого-либо HI!) проводящего между корпусами конденсаторов. Если нет возможности найти шайбы (поз.68) под конденсаторы, их можно изготовить самостоятельно, применив для этой цели голый медный провод диаметром 1,2-1,5 мм как это показано на рис.12B (деталь 68А). Для улучшения контакта провод лучше предварительно залудить, это предотвратит в дальнейшем его от окисления. Кронштейн для крепления C24 -.C27 поз.113 можно взять готовым от блоков питания серии ЕС либо изготовить по чертежу.
Анодный конденсатор — двухсекционный от старых вещательных ламповых радиоприемников емкостью 2 х 12-500 пФ, ротор и статор которого предварительно прорежены через пластину, при этом зазор между пластинами конденсатора составит около 2 мм, а максимальная емкость секции 120 пФ, секции включаются параллельно. Напряжения пробоя после прореживания (постоянное) составляет 2500-3500 В (зависит от тщательности сборки после переделки конденсатора). Очень хорошо подходит для этой цели переменный конденсатор от устройства согласования радиостанции Р-104 (емкость каждой секции 12 — 500 пФ), Можно взять для этой цели также и конденсатор от р/ст РСБ-5, имеющий емкость 45 – 230 пФ. На оси этого конденсатора закреплен эксцентрик, который при повороте оси ротора конденсатора на 180° замыкает контакты переключателя, расположенного на корпусе конденсатора. Чтобы иметь возможность работать в диапазоне 160 м, на эти контакты необходимо распаять дополнительный конденсатор емкостью 150-220 пФ типа К15У-1 либо КСО-6, который включается параллельно основному конденсатору (не забудьте при этом снизить выходную мощность усилителя до разрешенных 10 Вт! HI!). Чтобы конденсатор хорошо работал в диапазоне 10 м, необходимо отфрезеровать или высверлить днище и боковые стенки его корпуса, так как при этом его начальная емкость уменьшится до 30 пФ и конденсатор уже можно использовать. Для дальнейшего уменьшения его начальной емкости необходимо на 2-3 мм срезать верхнюю часть статорных пластин. Можно этого и не делать, а включить последовательно с ним конденсатор малой емкости, однако этот вариант усложняет конструкцию, т.к. корпус основного конденсатора в этом случае должен быть изолированным от шасси усилителя. Подходит и конденсатор от р/ст «ЧАЙКА», его емкость 6 — 600 пФ, вследствие чего настройка на верхних диапазонах получается очень острой, но параллельно ему можно повесить конденсатор типа К15У-1 (КСО-6) емкостью 15-20 пФ, что решит эту проблему. Но все равно в любом случае анодный конденсатор должен иметь как можно меньшую начальную емкость.
Если все-же Вам не удалось достать ничего из вышеперечисленного, в этом случае можно составить конденсатор из двух конденсаторов, как это показано на рис.2.19 — конденсатора постоянной ёмкости Cp номиналом 5600 – 6200 пФ и двухсекционного переменного от обычного приемника емкостью 2 ´ 12 ¸ 495 пФ (Конденсатор предварительно прореживают через пластину. Максимальная емкость конденсатора при этом составит 220 пФ), включенных последовательно. Емкость конденсаторов, включенных последовательно равна
C = C1´C2 / (C1 + C2).
В нашем случае Cmin = 5600´24/ (5600 + 24) = 23,9 пФ, случае Cmax = 5600´220/ (5600 + 220) = 212 пФ, таким образом получили конденсатор 24 ¸ 212 пФ.
Можно для этой цели использовать один двухсекционный конденсатор от обычного приемника 2 ´ 12 ¸ 495 пФ, включив его секции последовательно, как это показано на рис.2.21. При таком включении корпус конденсатора должен быть изолирован от шасси. Крепление конденсатора показано на рис.12F1. Конденсатор винтами М4 впотай крепится к стеклотекстолитовой пластине поз.126, а пластина через три втулки поз.120 винтами М4 поз.103 — к передней панели усилителя. На ось конденсатора насаживается и закрепляется винтом М3 ось поз.127.
Антенный конденсатор, имеющий четыре секции (емкость каждой секции 12 — 510 пФ), от авиационного радиокомпаса АРК-5 или АРК-7, либо от р/ст. Р-104 или от согласующего устройства этой же р/ст., если Вы будете использовать усилитель в режиме максимально возможной выходной мощности, его лучше для большей надежности также проредить (конденсатор от р/ст Р-104 прореживать не надо, он имеет достаточный зазор). Если при этом окажется, что максимальная емкость антенного конденсатора мала (так как он прорежен) или не удалось найти такой конденсатор, можно поставить трех- либо двухсекционный, а параллельно ему в зависимости от диапазона подключить конденсаторы постоянной емкости, используя для их подключения две свободные секции переключателя диапазонов.
В этом случае в прцессе настройки усилителя на тех диапазонах, где не хватает емкости C21, его ротор устанавливается в среднее положение, а параллельно C21 подключается вспомогательный конденсатор переменной емкости и им производится настройка, затем замеряется значение его емкости, и он заменяется конденсатором постоянной емкости, требуемой величины. Для этой цели лучше всего использовать конденсаторы типа КВИ либо КСО-6, имеющие достаточные допустимую реактивную мощность и рабочее напряжение. Эти конденсаторы закреплены при помощи пайки на боковой стенке антенного конденсатора C21 (см. рис. 12C).
На чертеже передней панели усилителя отверстия для крепления конденсаторов C20, C21 не указаны, так как их расположение зависит от конкретного типа, применяемого конденсатора.
Для переключения отводов катушки П-контура при переходе с диапазона на диапазон использован галетный переключатель 11П-5Н. Три его галеты, включенные параллельно для большей надежности, служат собственно для переключения отводов, хотя благодаря возможности «холодной» настройки, перенапряженный режим выходного каскада практически отсутствует. Две оставшиеся галеты, включенные также параллельно, используются для подключения в случае необходимости дополнительных конденсаторов постоянной емкости к антенному конденсатору. Перед установкой переключателя его необходимо доработать. Дело в том, что отводы диапазонов 10-18 метров сделаны посеребренным проводом диам. 2,2 мм, который шире, чем отверстия в контактах переключателя и не влазят в него. Необходимо их сделать шире. Для этой цели используется шило или «цыганская» игла. Вставив шило в отверстие контакта, и вращая его, постепенно добиваются такого диаметра, чтобы вошел провод. Делается это аккуратно, чтобы не порвать края контакта и не повредить саму ламель.
В качестве трансформатора Тр.3 для вариантов усилителя B и C можно использовать ТА-163 220/127-50, либо ТПП-287. Для вариантов усилителя A, E, — используется ТН-53 220/127-50 ТН-55 220/127-50, ТН-56 220/127-50, ТН-57 220/127-50, (или любой из серии ТН, соответствующий по току и мощности, либо ТПП-287, согласно таблиц 2-3). Для варианта D — ТН-57 220/127-50 (при этом цепи накала ламп VL1, VL2 и VL3, VL4 необходимо будет соединить попарно последовательно).
Возможные варианты замены Тр.1-Тр.2 без потери мощности усилителя приведены в Таблице 1. Для намотки трансформаторов, при их самостоятельном изготовлении, используется ленточное железо типа ПЛ 20´40 — 80.
Кнопка S1 — ПКН41-1-2, кнопки S2 — S6 П2К с независимой фиксацией, установленные на общей планке, причем S6 устанавливается только при использовании в усилителе режима «ОБХОД».
Рис. 16.
Конструкция реле ТКЕ52ПКТ и РП-2
В качестве К3 использовано реле от усилителя мощности УМ-3 радиостанции Р-105 (его старое название РП-2). Вместо него можно использовать реле из серии ТКЕ52, лучше всего ТКЕ52ПКТ. В этом случае для его крепления используется кронштейн дет.21В, а на стенке БП сверлятся отверстия диам. 3,2 мм согласно рис.10.
Фонари для сигнальных ламп использованы от блоков питания, инженерных пультов и др. устройств, входящих в состав ЕС-1022, ЕС-1045 и т.д.
Вместо лампочек для индикации можно применить и светодиоды, например, АЛ307, которые запитываются от источника для питания реле. В данном случае светодиоды включаются через резисторы МЛТ-0,25 номиналом 2,7 — 3,0 кОм (при напряжении 24 В) либо 1,2 -1,5 кОм (при напряжении 12 В). Светодиоды устанавливаются на печатной плате, которая крепится к передней панели при помощи втулок поз.74, аналогично кнопкам. Для этой цели в передней панели дополнительно сверлятся отверстия диам. 3,2 мм. Чтобы светодиоды плотно входили в отверстия, скорректировать. Чертеж печатной платы под установку светодиодов приведен на рис.13 (Пл.4), а схема включения на рис.2.13 соответственно просверленные для их крепления в передней панели
Шунты RШ1 и RШ2 намотаны нихромовым проводом на резисторах МЛТ-2 сопротивлением не менее 100 кОм. При возможности лучше всего использовать готовые резисторы типа С5-16Т нужного сопротивления или, если есть С5-16Т большего номинала, изготовить требуемые из них. Как известно, сопротивление является линейной величиной, поэтому С5-16Т разбирается, измеряется длина провода, которым он намотан, и отрезается кусок, длина которого соответствует нужному сопротивлению (см. главу 1).
Лампы ГИ-7Б крепятся самодельными хомутами за выводы сетки в отверстиях, вырезанных в шасси, для крепления ламп остальных типов использованы стандартные панели, что естественно не исключает применение самодельных. При их изготовлении следует иметь ввиду, что контакты выводов должны быть надежными (особенно это касается выводов подогревателя и катода, где протекают большие токи и при наличии переходного сопротивления они будут сильно разогреваться).
Рис. 18. Плата 1
Транзистор, используемый в катоде лампы любой, с граничной частотой не ниже 100 МГц и током коллектора (стока) не менее 2 А, рабочее напряжение коллектора транзистора 30 В.
Элементы блока питания R7-R13, C9- C10, VD5-VD6 размещаются на печатной плате Пл.1. Элементы C13 — C14, VD15 — VD16 — на плате Пл.3 Чертежи плат и размещение на них элементов приведены на рис.13.
Втулки поз.71 — поз.73 использованы готовые — от переключателя 11П-5Н, либо можно применить самодельные.
Вентилятор, с целью снижения уровня шумов, создаваемых им, желательно установить на скобе через резиновые втулки либо полностью на резине.
Шайбы под конденсаторы C1 — C8 поз.69, служащие для изоляции корпусов конденсаторов, установленные с обеих сторон шасси — полистироловые, они, как и шайбы поз.68, используются заводского изготовления. При отсутствии этих шайб шасси БП можно изготовить из стеклотекстолита толщиной 4 мм (при использовании более тонкого материала шасси будет прогибаться), но при этом необходимо будет скорректировать положение отверстий на передней стенке БП, служащих для крепления к ней трансформаторов Тр.1,Тр.2.
Винты и гайки, используемые для крепления хомутов на анодах и катодах ламп, конденсатора С19, ктушки L5 — латунные.
Рис. 19. Плата КСВ-метра
КСВ-метр. В качестве переменного резистора R19 в схеме КСВ-метра лучше использовать спаренный потенциометр, у которого обе половины имеют более близкие характеристики, например ПП3, так как от этого зависит точность показаний КСВ-метра. При применении в качестве Р1 и Р2 приборов с током полного отклонения менее 1,0 mA на плате КСВ-метра последовательно с резистором R3 устанавливается резистор R3’, величина которого подбирается в зависимости от чувствительности применяемого прибора. При применении прибора на 1,0mA вместо R3’ ставится перемычка.
Диоды, примененные в схеме, могут быть как германиевыми, так и кремниевыми, например ГД507, КД522А (лучше применить германиевые).
Подстроечные конденсаторы — КПК, КПВМ, трансформатор тока выполнен на кольцевом сердечнике типоразмера К12´6´4,5 из феррита марки М50ВН-14. Первичная обмотка представляет собой отрезок посеребренного провода диаметром 0,8 – 1,0 мм, продетого сквозь кольцо, вторичная обмотка — 30 витков провода ПЭВ-2 0,25. Схема КСВ-метра смонтирована на печатной плате из стеклотекстолита, чертеж платы приведен на рис.13B. Плата установлена в подвале шасси БП и отделена экранирующей перегородкой от остального монтажа усилителя.
4. КОНСТРУКЦИЯ И ПОРЯДОК СБОРКИ УСИЛИТЕЛЯ
Теперь, когда Вы внимательно ознакомились с описанием вариантов усилителей и соответствующими им чертежами, только после ознакомления и конкретного выбора Вами варианта усилителя в зависимости от ваших требований и возможностей, а также используемого для работы трансивера, смело приступайте к работе. Это избавит Вас от лишней работы и ошибок при разметке и сверлении отверстий (а меня от кошмарных снов по ночам).
Все чертежи выполнены в натуральную величину, это сделано с той целью, что в случае отсутствия какого-то размера на чертеже, е го легко можно было бы снять с чертежа.
Следует признать, что при конструировании усилителя был нарушен один из основных законов конструирования – разъёмность всех составляющих его частей. «то в главной степени касается задней панели. Объясняется это тем, что размещение разъемов на лицевой стороне панели позволяет скрыть все огрехи, допущенные при сверлении отверстий в панели при ее изготовлении в домашних условиях, а также отказаться от фальшпанели. В противном случае, чтобы не испортить внешнего вида усилителя, все работы пришлось бы выполнять с особой тщательностью.
Сборочный чертеж усилителя*, выполненный в масштабе 1: 1,34 (масштаб взят с таким расчетом, чтобы сборочный чертеж полностью умещался на стандартном листе формата А3), приведен на рис.15 — рис.16. Резисторы R15, R17 на рис.16A, B, D, E и F расположены под резисторами R14 и R16 соответственно. Чертеж раскладки жгута базового усилителя (при изготовлении различных модификаций усилителей необходимо скорректировать таблицу проводов), совпадающего по масштабу с масштабом сборочного чертежа, приведен на рис.14.
Чертеж жгута выполнен на бумаге с нанесенной на неё сеткой, шаг сетки 1 см. В целях удобства чтения сборочного чертежа жгут на нем не показан, но если при сборке у Вас возникнут трудности, Вы всегда сможете совместить эти чертежи. По этой же причине не показаны отводы от катушек L4 и L 5.
Конструкция бестрансформаторных усилителей отличается только тем, что шасси ВЧ-блока (поз.5) и БП изготавливаются из стеклотекстолита толщиной 4 мм, а сверху на шасси ВЧ блока устанавливается субшасси из дюралюминия толщ. 2мм (поз.5А), размеры и конфигурация которого зависят от типа применяемых ламп.
Размеры передней панели корпуса усилителя были выбраны в свое время применительно к размерам трансивера «РАДИО-77», а для трансивера «ЭФИР-М», например, его лучше сделать шириной 380 мм. Каждый может решить ‘тот вопрос по своему. Корпус усилителя разделен на три отсека. В первом отсеке — отсеке блока питания расположены трансформаторы Тр.1 — Тр.3, электролитические конденсаторы С1 — С8, С12; во 2-м отсеке находится блок анодного контура, где расположены разделительный, анодный и антенный конденсаторы, диапазонные катушки, переключатель диапазонов, реле К3 переключения антенны с приема на передачу. Третий отсек — блок высокой частоты (ламповый), где расположены лампы усилителя, анодный дроссель, вентилятор обдува анодов ламп, стрелочные приборы. Блок высокой частоты является сменным, его конструкция зависит от типа примененных в усилителе ламп. Анодные цепи блока ВЧ отделены от сеточных цепей и цепей накала горизонтальным шасси.
Перед сборкой все панели тщательно зачищаются мелкозернистой наждачной бумагой («нулевкой»), при возможности вместо этого их лучше химически обработать.
Фальшпанель, передняя панель усилителя, панель блока питания и задняя панель соединены между собой стяжками круглого сечения поз.8 — поз.13, причем фальшпанель и передняя панель для красоты крепятся к стяжкам хромированными винтами М5 вполупотай. В месте установки передней панели блока питания, стяжки соединяются между собой шпильками М5 поз.14. К стяжкам при помощи винтов М3 крепятся шасси и перегородка блока ВЧ, шасси блока питания. Сечение стяжек может быть и квадратным, просто в конструкции были применены готовые от блоков питания ЭВМ “Минск-32”.
Все органы управления, индикация и стрелочные приборы выведены на переднюю панель. На задней панели находится только переключатель «2 — 3», которым при работе практически не приходится пользоваться. Все разъемы находятся на задней панели. На чертеже передней панели не показаны отверстия для крепежа конденсаторов переменной емкости, так как их расположение зависит от конкретного типа применяемых конденсаторов.
Верхняя и нижняя крышки корпуса (вариант А) крепятся к передней и задней панелям винтами М3 с шайбами и граверами при помощи бобышек поз.15 либо уголков поз.15А. При изготовлении корпуса по варианту B крышки соединяются между собой с обеих сторон винтами М3 с шайбами и граверами при помощи планок поз.109, поз.110.
Для придания товарного вида фальшпанель следует отгравировать в соответствии с чертежом рис.3. При изготовлении усилителя в домашних условиях, эта работа выполняется следующим образом: предварительно панель тщательно обезжиривается, затем нагревается на обычной домашней электроплите (плитке), и наконец, на горячую красится в выбранный цвет краской МЛ (желательно любой цвет кроме черного, т.к. нет белой туши). Правда, надписи можно выполнить и красной тушью, но при этом теряется контраст). При возможности перед покраской лучше всего предварительно нанести слой грунта. Использовать для покраски передней панели эмаль ПФ нежелательно, она реагирует с цапон-лаком, при этом покрытие начинает пучиться. Через трафарет тушью “Кальмар” наносятся надписи в соответствии с выбранным Вами вариантом усилителя. Надписи затем закрепляются бесцветным цапон-лаком. Получается неплохой вид. Надписи можно также выполнить при помощи переводного шрифта (кстати, имеется белый шрифт). В этом случае перед нанесением слоя цапон-лака их необходимо закрепить лаком для волос (например «Прелесть»). Есть еще один способ. Чертеж передней панели со всеми надписями выполняется в зеркальном отображении на компьютере и печатается на лазерном принтере, затем прикладывается к фальшпанели и через ткань тщательно проглаживается горячим утюгом. Аналогичным методом изготовляются и печатные платы. Чтобы на плате получился хороший рисунок, чертеж необходимо прогнать через принтер 2-3 раза.
Чтобы в надписях не было дефектов, панель должна быть гладкой, и, кроме того, перед этим лучше всего предварительно потренироваться Окраску корпуса можно произвести и аэрозольными красками, которые продаются на автомобильных рынках для подкраски автомобилей, но это получается гораздо дороже.
Корпус окрашен эмалью ПФ либо другой на Ваше усмотрение. На рис.17 представлено два варианта изготовления корпуса, по своему желанию можете использовать любой из этих вариантов (кстати, второй вариант родился из-за отсутствия металла большой длины).
Сколь велико бы не было Ваше желание, не спешите приступать к монтажу (знаю по себе, но кроме лишней работы впоследствии, это ничего не дало). Сборку и монтаж усилителя необходимо начинать только после полного выполнения всего объема слесарных работ и покраски всех необходимых деталей и панелей.
Сначала снизу к шасси БП винтами М3 с головками впотай прикручиваются втулки поз.71 и монтажные стойки Мс3, Мс4 поз.62, затем сверху шасси устанавливаются стяжки поз.13, крепятся они снизу шасси винтами М3 через две втулки дет.73 каждая (на эти втулки затем устанавливаются печатные платы 1 и 2). Далее сверху на шасси устанавливают трансформаторы Тр.1 — Тр.3, причем Тр1.- Тр2. крепятся винтами М6 как к передней панели БП, так и к шасси, что является основой жёсткости всей конструкции, поперечную жесткость создают стяжки. Для крепления к шасси БП кронштейна поз.113, с установленными на нем конденсаторами C24 – C27 бестрансформаторном варианте, служат те же отверстия, что и для крепления трансформаторов. Трансформатор Тр.3 крепится винтами М5 к шасси. После этого подпаивают к выводам трансформаторов концы жгута и жгут заправляется в подвал шасси, сверху на шасси через изолирующие шайбы дет.69 (одна шайба сверху шасси, одна снизу) устанавливаются электролитические конденсаторы C1 — C8 и при необходимости реле К5, К6. Снизу шасси на кронштейнах дет.21 (дет.21А) устанавливается(ются) реле К1(К1А) РЭС34, далее приворачивают к стяжкам винтами М4 заднюю панель УМ, с предварительно установленными на ней разъемами и держателями предохранителей (естественно она должна быть уже окрашена).
Устанавливается передняя панель БП, на нее предварительно крепятся планки поз.22 — 2шт., поз.23(23А) с диодами и стабилитронами, монтажные стойки Мс5 и Мс6 поз.62, кронштейн поз.78 и при необходимости реле К3, установленное на скобе поз.105. Сама панель крепится к Тр.1 — Тр.2. В верхней части конструкции, передняя панель БП и задняя панель УМ соединяются между собой при помощи стяжек дет.12. Далее производится распайка жгута в подвале шасси и к Пл1 и плате КСВ-метра, которые после этого закрепляются на втулках поз.71, поз.73. После этого устанавливается экран КСВ-метра поз.77.
К стяжкам поз.12, поз.13 шпильками поз.14 приворачиваются стяжки поз.8 — поз.11, к которым снизу горизонтально крепится шасси ВЧ блока, с предварительно установленными на нем панелью под лампу (лампы), дросселем L3 вместе с конденсатором C13, переменными резисторами R22 и R23. Конденсатор C13 одним концом припаивается к выводу дросселя L1, а вторым концом к монтажному лепестку поз.61, который в свою очередь винтом М3 крепится к шасси. В вариантах С и Е ламповые панели устанавливаются на пластинах поз.76, поз.107, которые через втулки лоз.74 снизу крепятся к шасси винтами М3, предварительно на пластине (вариант С) закрепляются Мс1, Мс2 поз.60 и четыре монтажных лепестка поз.61. Вертикально крепится перегородка ВЧ блока с также установленными заранее кронштейном поз.19 с реле К2 (РЭС9), реле К3 и втулкой поз.20, раскладывается жгут, провода жгута, идущие к К3 пропускаются через отверстие в перегородке и распаиваются на реле. Производится монтаж жгута и навесных элементов подвала ВЧ блока. Крепится передняя панель с заранее установленными на ней при помощи втулок поз.72 кнопками S1 — S5, приборами P1, P2 и фонарями. На приборе P1 закрепляют плату ПЛ.3, производят монтаж.
К перегородке ВЧ блока через втулку винтом М5 (желательно латунным) крепят конденсатор C17, в него вворачивается «горячий» конец катушки L4, второй конец катушки закрепляют на переключателе диапазонов, затем устанавливают переменные конденсаторы, после чего и производится целиком монтаж ВЧ части усилителя.
Вентилятор обдува ламп устанавливается на скобе поз.76 (за исключением варианта D) через резиновые прокладки, что снижает уровень шумов вентилятора. Сама скоба крепится к стяжкам поз.8 и поз.9 винтами М3. Для этой цели в стяжках дополнительно сверлятся отверстия под резьбу М3, два отверстия в поз.8 и одно — в поз.9 (одно уже имеется). На рис.9А размеры установочных отверстий указаны под установку вентилятора ВВФ-71М, при применении вентиляторов других типов их необходимо скорректировать.
Ножки крепятся к нижней крышке корпуса винтами М4 впотай. Верхняя и нижняя крышки корпуса крепятся к передней и задней панелям, а также друг к другу при помощи бобышек поз.15 (15А). Бобышки прикручиваются через шайбы винтами М3.
Пример выполнения сборочного чертежа усилителя, имеющего режим «ОБХОД» и режим » 3 — 2 » приведен на рис.15BM и рис.16BM соответственно.
При внесении различных собственных изменений и корректировок в конструкцию усилителя помните: ВЧ монтаж производится по кратчайшему пути, место установки блокировочных конденсаторов в любом случае должно находиться непосредственно у сеткок ламп.
Примечание. При изготовлении бестрансформаторного усилителя со встроенным антенным коммутатором необходимо выполнить дополнительно следующие работы:
а) в плате КСВ метра сделать полукруглый вырез радиусом 3-5 мм под выход коаксиального кабеля (см. рис.16АВ);
в) в шасси БП крайнее отверстие диам.6,2 мм, предназначенное для крепления Тр.1, рассверлить до диаметра 10мм (чтобы сквозь это отверстие мог пройти кабель поз.70);
с) в шасси БП просверлить отверстие диам. 5мм, через которое пройдет перемычка 38 (см. таблицу проводов).
5. ПОРЯДОК НАСТРОЙКИ УСИЛИТЕЛЯ
Хотелось бы написать: «Устройство, изготовленное из заведомо исправных деталей, в наладке не нуждается». Но, увы.
Прежде чем приступить к настройке усилителя НЕОБХОДИМО УБЕДИТЬСЯ В ПРАВИЛЬНОСТИ ВЫПОЛНЕННОГО МОНТАЖА. Знакомство с высоким напряжением, как правило, не приносит большой радости, да и наблюдение длинного короткого замыкания тоже, опять же приходится проветривать комнату, да и выгорает, как правило, самое ценное, да еще в придачу находящееся к тому же в самом недоступном месте.
При наладке бестрансформаторных схем следует помнить, что они имеют два общих провода. Один — для схемы по постоянному току, он обозначен на схеме точкой «0В». Все измерения по постоянному току следует производить относительно этой точки. Учитывая, что эти цепи не имеют гальванической развязки от питающей цепи, при измерениях необходимо соблюдать правила техники электробезопасности (это, кстати, касается и всех остальных работ). Общим проводом для радиочастотного сигнала является корпус усилителя, и соответственно все измерения ВЧ — напряжений при необходимости производятся относительно него.
Настройка усилителей особенностей не имеет. Её последовательность такова.
Предварительно тренированные лампы вставляются в панельки. Первоначально усилитель настраивают без включения блока питания. Это делается при помощи ГСС и ВЧ вольтметра, либо с помощью ГИР, или просто на слух при помощи приемника. К разъему XP7 (Ант) подключается ГСС, а ВЧ вольтметр — к аноду лампы. В первую очередь необходимо «уложить» число витков катушек, поэтому настройку начинают с диапазона 20 метров. Если резонанс на этом диапазоне получается «где-то близко», попробуйте сжать или раздвинуть витки L4, в противном случае необходимо будет уменьшить число витков. На диапазоне 20 метров катушка L4 должна быть включена полностью. После этого на диапазоне 160 метров подгоняется число витков катушки L5. Затем производится уточнение положения отводов катушек на остальных диапазонах и проверяется возможность настройки П-контура, причем по мере уменьшения частоты от диапазона к диапазону, резонанс должен наблюдаться при все более возрастающих значениях емкостей C20 и C21.
На следующем этапе проверяют работу высоковольтной части блока питания. Для этого на контакты 1 и 4 реле К1 через ЛАТР подают пониженное сетевое напряжение (порядка 60 вольт), что исключит всякие неожиданности, и последовательно меряют напряжение на парах конденсаторов C7, C8 и C5, C6; C3, C4 и C1, C2, если напряжения между соседними парами имеют большой разброс, это означает, что необходима либо тренировка (формовка) конденсаторов, либо их замена. Для тренировки конденсаторов БП выдерживается включенным при входном напряжении сети 60 В часов 5-6, затем снова проводятся замеры, если разброс уменьшился – увеличивают напряжение вольт до 150 и т.д. Если разница напряжений между какими-либо из пар конденсаторов не изменилась и составляет вольт 20 — 30 (при U сети = 60 В) и соответственно растет при увеличении напряжения сети, то конденсаторы, на которых напряжение имеет меньшее значение, следует заменить (или возможно один из пары), иначе в дальнейшем они все равно подведет. У меня был случай при изготовлении первого усилителя, когда выстреливший конденсатор пробил насквозь шесть билетов на международный матч «Динамо» Киев, которые лежали на полке над усилителем (усилитель был в стадии приработки и стоял без корпуса). По этой причине в целях обеспечения симметрии плеч конденсаторы для использования в схеме умножения желательно приобретать одной партии и с некоторым запасом по количеству, а еще лучше предварительно проверить их на утечку..
Включают питание по нормальной схеме и проверяют соответствие напряжения на электродах лампы (ламп). На аноде лампы должно быть около +1330В (+1260В при бестрансформаторном исполнении), на экранной сетке — +300 В, на управляющей сетке — минус 100 В. Если нечем померить высокое напряжение, достаточно измерить его на конденсаторах C7, C8 и показание умножить на четыре. Переведя усилитель в режим передачи, резисторами R22 и R23 устанавливают необходимый ток покоя ламп в режиме SSB и CW соответственно.
Далее дайте лампам прогреться минимум 5 мин. После прогрева к выходу усилителя подключают эквивалент антенны и ВЧ вольтметр (например типа ВК7-9), при отсутствии необходимых приборов можно для этой цели использовать лампу накаливания мощностью 500 Вт на напряжение 220 В, на вход усилителя подают напряжение возбуждения, при этом ток анода в расстроенном состоянии выходного контура должен быть 400 — 500 mA, а при настройке контура по максимуму выходного напряжения уменьшаться до 300 — 350 mA, а лампа, используемая в качестве нагрузки должна гореть почти в полный накал. Если ток анода ни на одном из диапазонов не достигает этого значения, следовательно, мощность возбуждения на входе усилителя мала. Если же на одном из диапазонов ток анода нормальный, а выходная мощность мала, хотя аноды ламп при этом краснеют, и к тому же «возбуда» нет, значит, конструкция Вашего анодного дросселя получилась неудачной, количество витков дросселя необходимо изменить в большую либо меньшую сторону на 10 – 15%.
При настройке (в случае самовозбуждения) усилителя, выполненного по бестрансформаторной схеме, возможно придется экспериментально подобрать место установки конденсатора Ср, либо набрать его из нескольких, разместив их вокруг панелей ламп.
На следующем этапе, включив трансивер в режиме настройки и плавно увеличивая напряжение возбуждения, проверяют линейность работы усилителя, т.е. соответствие возрастания выходной мощности трансивера росту анодного тока и выходной мощности РА. Прекращение роста выходной мощности РА при продолжающемся росте анодного тока говорит о «насыщении» т.е. появлении тока сетки. В этом случае нужно уменьшить мощность возбуждения. Не забывайте об этом при работе в эфире, не будет жалоб на ваши «хвосты» от друзей — коллег по эфиру, а соседи любители TVI не будут лазить по крыше с кусачками.
КСВ-метр настраивается при подключенном эквиваленте антенны. Переключатель S5 устанавливают в положение «КСВ», подают раскачку с передатчика и подстройкой емкости конденсатора C1 изменяют коэффициент деления емкостного делителя C1, C2 так, чтобы амплитуды напряжения на конденсаторе C2 и резисторе R1 уравнялись. Поскольку эти напряжения по отношению к диоду VD1 включены встречно, ток через диод должен быть равен нулю. Если подстраивая C1, не удается установить стрелку прибора P1 на нулевое деление шкалы, то следует поменять местами выводы обмотки II трансформатора Т1 КСВ-метра. Затем меняют местами точки подключения выхода УМ и эквивалента, и подстраивая C3, устанавливают на нулевое деление стрелку прибора P2. Далее восстанавливают соединения, подключают нагрузку, подают раскачку и резистором R19 устанавливают стрелку прибора P1 на последнее деление шкалы (если показания прибора «зашкаливают», необходимо уменьшить число витков вторичной обмотки трансформатора Т1 и, наоборот при слабом отклонении стрелки прибора – увеличить число витков). При сопротивлении нагрузки 75 (50) Ом стрелка прибора P2 при этом должна находиться на нулевом делении шкалы, что соответствует КСВ =1,0. Изменяют сопротивление нагрузки и на шкале прибора P2 отмечают соответствующее этому сопротивлению значение КСВ и т.д. Верхний предел измерения КСВ каждый устанавливает по собственному желанию. Не забывайте и в дальнейшем при каждом измерении резистором R19 устанавливать стрелку прибора P1 на последнее деление шкалы.
Теперь можно приступить к градуировке прибора Р2 для измерения мощности. Для этого включив трансивер в режиме настройки “выжимаете” из усилителя максимум выходной мощности (в нашем случае это 350 — 200 Вт), измеряете напряжение на нагрузке и пользуясь Таблицей 5 находите соответствующую этому напряжению максимальную мощность Вашего усилителя. Вращая движок резистора R3 КСВ-метра устанавливаете стрелку прибора Р2 на последнее деление. Это деление будет соответствовать максимальной мощности усилителя, при этом, возможно, что R3 придется подобрать. Далее уменьшая напряжение раскачки и контролируя напряжение на выходе усилителя градуируете остальную шкалу прибора. В дальнейшем при измерении следует помнить, что точность показания прибора при измерении мощности в реальной антенне будет тем выше, чем лучше КСВ, т.е. чем ближе сопротивление используемой Вами антенны к 75 (50) Ом.
Усилитель, собранный по варианту А, сначала настраивается без подключения предварительного каскада. Первоначально устанавливается ток покоя ламп в пределах 60-100 mА подбором числа стабилитронов (VD11-VD14). К примеру при применении трех стабилитронов Д815А ток покоя получился 30mА, перемычкой закорачиваем VD11, ток покоя возрастает до 150 mА. Убираем совсем VD11, а в качестве VD12 ставим стабилитрон Д815Б, Iо становится 75mА, тогда опять меняем VD12 на Д815А, а вместо VD11 используем диод типа КД202 или аналогичный, включенный в прямом направлении, ток покоя становится 100 mА, если он меньше добавляем еще один диод КД202 (место для установки этого диода предусмотрено на планке дет.23А).
При использовании стабилитронов других типов необходимо иметь в виду то, что максимальный ток через них на пиках сигнала может достигать величины 1,0 А.. Применение стабилитронов Д815А обусловлено тем, что в данном случае могут быть использованы даже без радиаторов. Стабилитроны Д815А можно заменить на включенные параллельно через ограничительные резисторы сопротивлением 3 – 4 Ома стабилитроны Д815Е-Ж (буква определятся при настройке). К диодам предъявляются требования только по прямому току (он должен быть больше 1,0 А), так как приложенное к ним напряжение незначительно.
ТОЛЬКО ПОСЛЕ ПРОВЕДЕНИЯ ЭТОЙ ОПЕРАЦИИ можно приступить к настройке предварительного каскада. Такой порядок позволяет произвести настройку быстро и без разочарований. Из схемы видно, что транзистор подключен параллельно цепочке L6, VD11-VD13, поэтому, приоткрывая транзистор VT1, можно регулировать ток покоя ламп. Первоначально движок переменного сопротивления R22 ставится в положение максимального сопротивления. После этого включите усилитель и дайте лампам прогреться минимум 5 мин. После прогрева с помощью R22 можно установить номинальный ток покоя. После настройки при желании резистор можно заменить на постоянный, соответствующего номинала. Далее, включив трансивер в режиме настройки и, плавно увеличивая напряжение возбуждения, проверьте линейность работы усилителя, при «насыщении», т.е. появлении тока сетки нужно уменьшить величину R23. Если ток анода ни на одном диапазоне не достигает 0,5 А, значит мощность возбуждения мала и можно сопротивление R23 увеличить. При настройке следует помнить, что настройка производится по максимуму ВЧ напряжения на эквиваленте антенны, либо в отсутствие такового с помощью простейшего индикатора напряженности поля непосредственно в самой антенне. Не рекомендую настраивать усилитель по максимуму анодного тока, при этом Вы просто переводите каскад в режим усилителя постоянного тока, что не будет соответствовать режиму максимальной выходной мощности.
Согласование используемого для работы трансивера со входом усилителя, построенного с бестрансформаторной схемой питания анодных цепей (на 2-х ГИ-7Б) производится путем изменения числа витков обмотки III L6 по минимуму КСВ на входе усилителя и максимуму отдачи.
При наладке усилителя, собранного по двухтактной схеме, прежде всего, следует добиться симметрии плеч, т.е. равенства ВЧ напряжений на сетках (катодах) ламп. В случае необходимости делается это перемещением средней точки обмоток I и II входного трансформатора Т1. Далее изменением коэффициента трансформации этого же трансформатора подгоняют приемлемое значение величины КСВ по входу усилителя.
Таблица 5.
В процессе настройки любой из схем усилителя может оказаться, что полоса удовлетворительного согласования с нагрузкой недостаточна для перекрытия рабочего участка диапазона без подстройки элементов П-контура. Ширина полосы согласования зависит от коэффициента трансформации сопротивления в согласующей цепи, и представляет собой соотношение:
N = Rэ / Rн, где Rэ — эквивалентное сопротивление лампы выходного каскада, а Rн — соответственно, сопротивление нагрузки.
Таким образом, при использовании для питании антенны коаксиального кабеля со стандартным волновым сопротивлением 50-75 Ом, в нашем случае получаем коэффициент трансформации примерно равным 20. Его значение можно уменьшить (соответственно при этом расширится полоса удовлетворительного согласования) увеличив сопротивление нагрузки, т.е. применив на выходе П-контура для согласования с нагрузкой ШП трансформатор с коэффициентом трансформации 4: 1 (рис.2.12). Однако при этом следует иметь в виду, что с увеличением величины Rн напряжение на C21 при сохранении выходной мощности также увеличится, поэтому зазор между его статорными и роторными пластинами должен быть увеличен. Этот трансформатор выполняется аналогично дросселю L6 (кольца для его намотки лучше взять проницаемостью 600-1000, подходят кольца от САУ для р/ст. Р-130) и устанавливается на передней панели БП (рис.15BM, рис.16BM). Крепление трансформатора также аналогично креплению дросселя L6.
Теперь несколько советов:
1.Усилитель не «любит» работы с большим КСВ (≥2,5) ,при этом происходит перераспределение мощности и, часть этой мощности идет в дроссель, пробивая его.
- Усилитель желательно заземлить. В процессе эксплуатации бывали случаи, когда во время сильных грозовых разрядов «выбивало» сетевые предохранители. Это происходило в тех случаях, когда с усилителем использовались антенны открытого типа (LW, Inv.Vee, V-Beam и т.д.), которые во время грозы не были отключены.
- Не стремитесь получить с усилителя выходной мощности больше, чем позволяет габаритная мощность примененных Вами трансформаторов питания, хотя примененные в данной конструкции трансформаторы естественно выполнены с запасом, но по существующим (и никем пока не отмененным) законам Мэрфи — как раз в самый ответственный момент (например при вызове P5 или на крайний случай FO0) они и прикажут долго жить (а ведь он уже вот-вот должен ответить, да еще кажется Вам!). Кроме того, из-за просадки анодного напряжения это в первую очередь повлияет на качество сигнала Вашего радио.
- Не поленитесь, выполните все работы, и тогда Вам всегда будет что предъявить и чем гордиться перед радиолюбительским братством, ведь у них усилитель работает только без корпуса, да еще в придачу только стоящим на боку, а перед включением его еще надо и ударить в определенном месте кулаком (а может и не раз!).
- Усилитель предназначен для проведения межконтинентальных связей, т.к. для проведения местных необходимо применять как минимум ГУ-5Б, ну, в крайнем случае, допускается ГУ-81 (но при 3 кВ на аноде). Сущность этого в следующем: все ручки усиления на приемнике сразу устанавливаются в нулевое положение, при этом, во-первых, даже любой самый примитивный детекторный приёмник абсолютно перестает шуметь, во-вторых, сколько бы остальные «умники» не «брэкали» на частоте, им не помешать Вашей приятной беседе о видах на урожай и т.д. А все прочие из-за «субпродуктов» сами разбегутся в стороны кГц где-то на пятьдесят — сто, им же тоже надо услышать кого-то.
- Если собранный Вами с любовью и знанием дела усилитель не заработал, сразу становится ясным, что естественно автор – дурак и схема его дурацкая, а генетика, опять же естественно, тут не при чем. Конечно зто все юмор.
И самое главное, чего нельзя никогда забывать — усилитель лишь в том случае будет хорошим помощником, если он является приложением к хорошей антенне.
Описанное выше не догма, а практическое руководство к работе, подсказывающее направление конструирования, в процессе творчества вы можете увеличить габаритные размеры, изменить компоновку в зависимости от примененных Вами деталей, Вашей фантазии, возможностей, опыта и т.д., короче — творите как мы, творите лучше нас. Главное, прошу писать обо всех пожеланиях, критических замечаниях и обнаруженных Вами ошибках, как теоретического, технического, так и орфографического характера. Материал готовился и редактировался фактически одним человеком, поэтому практически невозможно было отследить все. Заранее большое СПАСИБО.
И в заключение. Хотелось бы выразить огромную благодарность А.С.Рожнову UY0UZ и В.В.Юрченко UT5UAO за большую техническую помощь, оказанную ими в изготовлении отдельных опытных образцов усилителей и проведении экспериментов по отработке их отдельных узлов.
Просмотрено: 18 522
Представляю Вашему вниманию усилитель мощности для КВ трансивера на полевых транзисторах IRF510.
При входной мощности порядка 1 ватта, на выходе легко получается 100-150 ватт.
сразу прошу извинения за качество схемы.
Усилитель двухкаскадный. Оба каскада выполнены на популярных и дешёвых ключевых мосфетах,что выгодно отличает данную конструкцию от многих других.Первый каскад - однотактный. Согласование по входу с источником сигнала 50 Ом достигнуто не самым лучшим, но простым способом - применением на входе резистора R4 номиналом 51 Ом. Нагрузкой каскада является первичная обмотка междукаскадного согласующего трансформатора. Каскад охвачен цепью отрицательной обратной связи для выравнивания частотной характеристики. L1, входящая в эту цепь, уменьшает ООС в области высших частот и тем самым поднимает усиление. Такую же цель преследует установка C1 параллельно резистору в истоке транзистора. Второй каскад - двухтактный. С целью минимизации гармоник применено раздельное смещение плеч каскада. Каждое плечо также охвачено цепью ООС. Нагрузка каскада - трансформатор Tr3, а согласование и переход на несимметричную нагрузку обеспечивает Tr2. Смещение каждого каскада и соответственно - ток покоя, выставляются раздельно при помощи подстроечных резисторов. Напряжение на эти резисторы подаётся через ключ PTT на транзисторе Т6. Переключение на TX происходит при замыкании точки PTT на землю. Напряжение смещения стабилизировано на уровне 5в интегральным стабилизатором. В целом очень несложная схема с хорошими эксплуатационными характеристиками.
Теперь о деталях. Все транзисторы усилителя - IRF510. Можно применить и другие, но с ними можно ожидать увеличения завала усиления в области частот выше 20Мгц, так как входная и проходная ёмкости транзисторов IRF-510 наиболее низкие из всей линейки ключевых мосфетов. Если удастся найти транзисторы MS-1307, то можно рассчитывать на значительное улучшение работы усилителя в области высших частот. Но вот дорогие они… Индуктивность дросселей Др1 и Др2 некритична - они намотаны на кольцах из феррита 1000НН проводом 0.8 в один слой до заполнения. Всё конденсаторы - smd. Конденсаторы С5,С6 и особенно - С14, С15 должны иметь достаточную реактивную мощность. При необходимости можно применить несколько конденсаторов,включённых в параллель. Для обеспечения качественной работы усилителя необходимо особое внимание уделить изготовлению трансформаторов. Тr3 намотан на кольце из феррита 600НН внешним диаметром 22мм и содержит 2 обмотки по 7 витков. Наматывается в два провода, которые слегка скручиваются. Провод - ПЭЛ-2 0.9.
Тr1 и Tr2 - выполнены по классической конструкции одновиткового ШПТ (aka "бинокль"). Tr1 выполнен на 10 кольцах (2 столба по 5) из феррита 1000НН диаметром 12мм. Обмотки выполнены толстым проводом МГТФ. Первая содержит 5 витков,вторая - 2 витка. Хорошие результаты даёт выполнение обмоток из нескольких включенных в параллель проводов меньшего сечения. Tr2 выполнен с использованием ферритовых трубочек,снятых с сигнальных шнуров мониторов. Внутрь их отверстий плотно вставлены медные трубки,которые и образуют один виток - первичную обмотку. Внутри намотана вторичная обмотка, которая содержит 4 витка и выполнена проводом МГТФ. (7 проводов в параллель). В данной схеме отсутствуют элементы защиты выходного каскада от высокого КСВ, кроме встроенных конструктивных диодов, которые эффективно защищают транзисторы от "мгновенных" перенапряжений на стоках. Защитой от КСВ занимается отдельный узел, построенный на базе КСВ-метра и снижающий питающее напряжение при росте КСВ выше определённого предела. Эта схема - тема отдельной статьи. Резисторы R1-R4,R7-R9,R17,R10,R11 - типа МЛТ-1.R6 - МЛТ-2. R13,R12 - МЛТ-0.5. Остальные - smd 0.25 вт.
Усилитель предназначен для линейного усиления однополосных, телеграфных и AM сигналов в диапазонах 10...80 м. При усилении телеграфных и AM сигналов (в режиме несущей) подводимая мощность 200 Вт, при усилении однополосных сигналов средняя подводимая мощность (при произнесении длительного «а» перед микрофоном) также 200 Вт, тогда как "пиковая подводимая мощность может достигать 400- 500 Вт. КПД усилителя 65-70% в зависимости от рабочею диапазона. В усилителе используют четыре параллельно включенные лампы Г811 по схеме с ОС (рис. 1).
A. Jankowski (SP3PJ)
Несмотря на общую тенденцию использования полупроводниковых приборов во всех технических устройствах, необходимо все же не забывать, что ламповые КВ-усилители мощности (с выходной мощностью более 100 Вт) гораздо проще в изготовлении и устойчивее в работе. Эксперименты с транзисторными устройствами - дорогое удовольствие,ведь как кто-то метко заметил, никто не умирает так тихо, так быстро и наверняка, как транзистор.
Кому нужны усилители мощности? Немногие из любителей работают QRP, большая же часть рано или поздно начинает мечтать об увеличении мощности передатчика. Однако необходимо отдавать себе отчет - чтобы корреспондент заметил изменение силы сигнала на один балл шкалы S (6 дБ), выходную мощность передатчика необходимо увеличить в четыре раза, при этом не имеет значения, местная ли это связь или же QSO с DX.
Вячеслав Федорченко (RZ3TI), г. Дзержинск Нижегородской обл.
Многие радиолюбители конструируют коротковолновые усилители мощности на лампах прямого накала, таких как ГУ-13, ГК-71, ГУ-81. Эти лампы не дорогие, неприхотливы в эксплуатации, отличаются высокой линейностью характеристики и не требуют принудительного охлаждения. Главным положительным качеством этих ламп является их готовность к работе через одну-две секунды после подачи питания. По предлагаемому описанию было изготовлено более десятка конструкций, которые показали отличные технические характеристики, хорошую повторяемость, простоту в налаживании и эксплуатации. Конструкция рассчитана на повторение радиолюбителями средней квалификации.
В. Гнидин UR8UM (ex,UR4UAS) За основу взял схему усилителя из статьи В. Дрогана (UY0UY). «КВ усилители мощности» Немного упростил схему, переделав под имеющиеся у меня детали так сказать бюджетный вариант. Предлагаю к обозрению то что получилось.
Олег Платонов (RA9FMN), г. Пермь
Этот усилитель работает на любительских диапазонах 3,5-28 МГц. При мощности входного сигнала 25...30 Вт его выходная мощность в режиме SSB на диапазонах 3,5-21 МГц будет не менее 600 Вт и не менее 500 Вт на диапазонах 24 и 28 МГц. Входное сопротивление усилителя - 50 Ом.
Он выполнен на двух импульсных генераторных тетродах ГМИ-11, включённых параллельно по схеме с общим катодом
С помощью гибридной схемы усиления и согласования импедансов входным П-контуром -раскачиваем сигнал до мощности 150-160Вт при токе анодов двух ГУ-50 - около 300мА в режиме нажатия ключа. Так же, желательно контролировать ток экранных сеток и не превышать его значение более 40мА для двух ламп. 250В x 0,02А = 5Вт - предельно допустимый уровень рассеиваемой мощности на экранной сетке для одной лампы. Защитный диод предохранит транзистор стабилизатора при возможном простреле лампы на сетку.
Обычно, усилитель мощности для радиостанции или КВ- трансивера строят на лампах типа «ГУ...» или на мощных высокочастотных транзисторах. Эти оба варианта не всегда могут быть приемлемы. Лампы серии "ГУ" относительно дефицитны, а мощные ВЧ-транзисторы, хотя и можно приобрести, но они чрезмерно дороги. К тому же, чтобы построить выходной каскад мощностью более 100 Вт потребуется несколько таких транзисторов, плюс еще трудоемкие высокочастотные трансформаторы. Описываемый, в данной статье, усилитель мощности построен по гибридной схеме на двух относительно доступных транзисторах (КТ610А и КТ922В) средней мощности, и одной лампе 6П45С, которая широко применялась в выходных каскадах строчной развертки ламповых телевизоров и, в связи с этим, тоже является относительно доступной и дешевой.
И.АВГУСТОВСКИЙ (RV3LE), Смоленская обл., г.Гагарин Идея построения двухтактного усилителя на электронных лампах не нова, и схемотехника данного усилителя, в принципе, ничем не отличается от схемотехники построения двухтактных усилителей на транзисторах. Следует заметить, что в данной схеме лучше всего работают токовые лампы, т.е. лампы с малым внутренним сопротивлением, которые способны при низком напряжении питания обеспечить значительный импульс анодного тока. Это лампы типа 6П42С, 6П44С и 6П45С. Однако и на лампе типа ГУ-29 мне удалось построить усилитель с неплохими характеристиками.