Трансиверы и усилители сделанные левой рукой. Усилитель КВ «Джин. Если ламповый КВ усилитель мощности будет эксплуатироваться с трансивером

Большинство аудиолюбителей достаточно категорично и не готово к компромиссам при выборе аппаратуры, справедливо полагая, что воспринимаемый звук обязан быть чистым, сильным и впечатляющим. Как этого добиться?

Поиск данных по Вашему запросу:

Усилители и трансиверы сделанные левой рукой

Схемы, справочники, даташиты:

Прайс-листы, цены:

Обсуждения, статьи, мануалы:

Дождитесь окончания поиска во всех базах.
По завершению появится ссылка для доступа к найденным материалам.

Пожалуй, основную роль в решении этого вопроса сыграет выбор усилителя.
Функция
Усилитель отвечает за качество и мощь воспроизведения звука. При этом при покупке стоит обратить внимание на следующие обозначения, знаменующие внедрение высоких технологий в производство аудио - аппаратуры:

• Hi-fi. Обеспечивает максимальную чистоту и точность звука, освобождая его от посторонних шумов и искажений.
• Hi-end. Выбор перфекциониста, готового немало заплатить за удовольствие различать мельчайшие нюансы любимых музыкальных композиций. Нередко к этой категории относят аппаратуру ручной сборки.

Технические характеристики, на которые следует обратить внимание:

• Входная и выходная мощность. Решающее значение имеет номинальный показатель выходной мощности, т.к. краевые значения часто недостоверны.
• Частотный диапазон. Варьируется от 20 до 20000 Гц.
• Коэффициент нелинейных искажений. Здесь все просто - чем меньше, тем лучше. Идеальное значение, согласно мнению экспертов - 0,1%.
• Соотношение сигнала и шума. Современная техника предполагает значение этого показателя свыше 100 дБ, что сводит к минимуму посторонние шумы при прослушивании.
• Демпинг-фактор. Отражает выходное сопротивление усилителя в его соотношении с номинальным сопротивлением нагрузки. Иными словами, достаточный показатель демпинг-фактора (более 100) уменьшает возникновение ненужных вибраций аппаратуры и т.п.

Следует помнить: изготовление качественных усилителей - трудоемкий и высокотехнологичный процесс, соответственно, слишком низкая цена при достойных характеристиках должна Вас насторожить.

Классификация

Чтобы разобраться во всем многообразии предложений рынка, необходимо различать продукт по различным критериям. Усилители можно классифицировать:

• По мощности. Предварительный - своеобразное промежуточное звено между источником звука и конечным усилителем мощности. Усилитель мощности, в свою очередь, отвечает за силу и громкость сигнала на выходе. Вместе они образуют полный усилитель.

Важно: первичное преобразование и обработка сигнала происходит именно в предварительных усилителях.

• По элементной базе различают ламповые, транзисторные и интегральные УМ. Последние возникли с целью объединить достоинства и минимизировать недостатки первых двух, например, качество звука ламповых усилителей и компактность транзисторных.
• По режиму работы усилители подразделяются на классы. Основные классы - А, В, АВ. Если усилители класса А используют много энергии, но выдают высококачественный звук, класса B с точностью до наоборот, класс AB представляется оптимальным выбором, представляя собой компромиссное соотношение качества сигнала и достаточно высокого КПД. Также различают классы C, D, H и G, возникшие с применением цифровых технологий. Также различают однотактные и двухтактные режимы работы выходного каскада.
• По количеству каналов усилители могут быть одно-, двух- и многоканальными. Последние активно применяются в домашних кинотеатрах для формирования объемности и реалистичности звука. Чаще всего встречаются двухканальные соответственно для правой и левой аудиосистем.

Внимание: изучение технических составляющих покупки, конечно, необходимо, но зачастую решающим фактором является элементарное прослушивание аппаратуры по принципу звучит-не звучит.

Применение

Выбор усилителя в большей степени обоснован целями, для которых он приобретается. Перечислим основные сферы использования усилителей звуковой частоты:

1. В составе домашнего аудиокомплекса. Очевидно, что лучшим выбором является ламповый двухканальный однотакт в классе А, также оптимальный выбор может составить трехканальный класса АВ, где один канал определен для сабвуфера, с функцией Hi - fi.
2. Для акустической системы в автомобиле. Наиболее популярны четырехканальные усилители АВ или D класса, в соответствии с финансовыми возможностями покупателя. В автомобилях также востребована функция кроссовер для плавной регулировки частот, позволяющей по мере необходимости срезать частоты в высоком или низком диапазоне.
3. В концертной аппаратуре. К качеству и возможностям профессиональной аппаратуры обоснованно предъявляются более высокие требования в силу большого пространства распространения звуковых сигналов, а также высокой потребности в интенсивности и длительности использования. Таким образом, рекомендуется приобретение усилителя классом не ниже D, способного работать почти на пределе своей мощности (70-80% от заявленной), желательно в корпусе из высокотехнологичных материалов, защищающем от негативных погодных условий и механических воздействий.
4. В студийной аппаратуре. Все вышеизложенное справедливо и для студийной аппаратуры. Можно добавить о наибольшем диапазоне воспроизведения частот - от 10 Гц до 100 кГц в сравнении с таковым от 20 Гц до 20 кГц в бытовом усилителе. Примечательна также возможность раздельной регулировки громкости на различных каналах.

Таким образом, чтобы долгое время наслаждаться чистым и качественным звуком, целесообразно заранее изучить все многообразие предложений и подобрать вариант аудио аппаратуры, максимально отвечающий Вашим запросам.

Усилитель мощности на IRF630 для КВ радиостанции за основу усилителя были взяты IRF630 как наиболее дешёвые и распространенные транзисторы. Цена их колеблется от 0,45 до 0,7 $.
Их основные характеристики: UCи макс = 200 В; 1с макс. = 9 А; U3и макс = ±20 В; S = 3000 мА/В; Сзи = 600…850 пФ (в зависимости от фирмы изготовителя); Сси – не более 250 пФ (реально измеренная Сси на 10 транзисторах разных фирм производителей – около 210 пФ); рассеиваемая мощность Рс – 75 Вт.

Транзисторы IRF630 предназначены для работы в импульсных схемах (развёртки мониторов компьютеров, импульсные блоки питания), но при выведении их в режим, близкий к линейному, дают хорошие показатели и в связной аппаратуре. По результатам моих «лабораторных работ» частотная характеристика этих транзисторов, если пытаться скомпенсировать в максимальной степени входную ёмкость, не хуже, чем у КП904. Во всяком случае, устанавливая их вместо КП904, я получал гораздо лучшие результаты как по АЧХ, линейности и усилению, так и по надёжности работы.

Усилитель мощности на IRF630 для КВ радиостанции испытывался при напряжении питания 36-50 В, но наиболее надёжно и эффективно он работал при напряжении питания 40 В, от стабилизированного источника. Расчёт усилителя производился под выходную мощность 80 Вт, чтобы сохранить надёжность работы, хотя с него можно было «выкачивать» и более 100 Вт. Правда надёжность работы транзисторов падала.

Учитывая входную ёмкость IRF630 и тот факт, что эти транзисторы управляются не током, а напряжением, в отличие от биполярных. В данном усилителе не удалось устранить некоторый завал частотной характеристики выше 18 МГц (Рвых 30МГц; 0,7РВых макс) хотя схемотехнические меры принимались. Но это присуще многим схемам, в том числе и на биполярных транзисторах.

Линейные характеристики усилителя хорошие, КПД; 55%, что подтверждает данные, которые приводились в упомянутой выше статье. Самое главное – это дешевизна комплектующих деталей, в том числе и транзисторов. Которые можно свободно приобрести на радиорынках и в фирмах, занимающихся ремонтом компьютерных мониторов и блоков питания. Для получения расчетной мощности на вход усилителя необходимо подать сигнал не более 5 В (эфф.) на нагрузке 50 Ом.

При необходимости коэффициент усиления можно снизить. Уменьшив сопротивление R1, R12, R13 (рис.), при этом остальные характеристики практически не изменятся. Но не стоит забывать, что напряжение пробоя затвора транзисторов не превышает 20 В, т.е. Uвх.эфф.макс. нужно умножить на 1,41.

На VT1 собран предварительный усилитель, который охвачен двумя цепями ООС – R1, С6 (линеаризует работу транзистора и предотвращает самовозбуждение за счет уменьшения коэффициента усиления) и R5, С7* (частотнозависимая ООС, корректирующая АЧХ на «верхних» диапазонах). На VT2, VT3 собран двухтактный оконечный каскад с раздельными цепями установки смещения и аналогичными первому каскаду цепями ООС.

П-фильтры L2, С32, СЗЗ, С37, С38 и L3, С35, С36, С40, С41 служат для приведения выходного сопротивления VT2, VT3, которое составляет около 15 Ом, к 25 Ом. Одновременно это ФНЧ с частотой среза около 34 МГц. После трансформатора сложения мощностей ТЗ выходное сопротивление усилителя становится равным 50 Ом. VD1-VD6 – детектор системы ALC и индикатора перенапряжений в стоковой цепи выходных транзисторов, собранного на VD7, VD8, R21, С39 (при достижении пикового напряжения на стоках VT2, VT3 более 50 В, «загорается» светодиод VD7, что свидетельствует о повышенном КСВ).

При задействовании управляющего напряжения для цепей ALC, которое будет изменять уровень мощности. В зависимости от уровня напряжения на выходе, светодиод не будет «загораться». В любом случае нужно помнить, что выходные каскады на транзисторах нужно подсоединять к антенне через согласующее устройство. Ведь антенна – это не активная нагрузка, и на каждом из диапазонов ведёт себя по разному, даже если и написано, что работает на всех диапазонах.

Монтаж усилитель мощности на IRF630 для КВ радиостанции выполнен на плате из двухстороннего стеклотекстолита, на которой скальпелем вырезаны прямоугольные контактные площадки для узлов схемы и «общего провода». По контуру платы оставлена полоска металлизации «общего провода».

Контактные площадки «общего провода» соединяются сквозными перемычками со сплошной металлизацией второй стороны платы через 2…3 см. Детали располагают в том порядке, как указано на схеме (рис.). Таким способом было изготовлено около десятка усилителей. В процессе наладки они показали хорошую повторяемость, качественную и надёжную работу.

Плата коммутации усилитель мощности на IRF630 для КВ радиостанции:

выполняется любым способом и соединяется проводами с усилителем, реле располагаются у входа и выхода усилителя, а управление ими подводится к коммутационной плате. Подстроенные резисторы R1, R2, R3 (рис.2) нужно применять многооборотные, предварительно установив их движки в нижнее по схеме положение. Для того, чтобы при установке тока покоя резким движением не вывести из строя транзисторы.

В истоковые цепи всех транзисторов (рис.1) введены резисторы, которые уменьшают их крутизну по «постоянке», и тем самым дополнительно их защищают. Эти меры были приняты после того, как, набравшись опыта работы с такими транзисторами и выбросив десятка полтора в мусор, я понял, что такая крутизна по постоянному току не нужна. Установка начального тока каждого выходного транзистора в отдельности сделана для того, чтобы не было надобности перебирать кучу транзисторов.

Предварительно устанавливают токи покоя VT1 около 150 мА и VT2, VT3 – по 60-80 мА, но одинаковые в каждом плече, а более точно – с помощью анализатора спектра. Но, как правило, достаточно просто установить правильно токи покоя.

Теперь поговорим о том, как нужно устанавливать транзисторы. Корпус этих транзисторов (ТО-220) напоминает «пластмассовый» КТ819 с выводом стока на металлическую подложку и металлический фланец. Этого не нужно бояться и крепить их на радиатор можно рядом с платой усилителя мощности по разные стороны через слюдяные прокладки. Но слюда должна быть качественной и предварительно обработана теплопроводящей очищенной от песка пастой. Автор заостряет внимание на этом в связи с тем, что к слюде подводится не только постоянное напряжение, а и напряжение ВЧ.

Конструктивная ёмкость крепежа через слюду входит в ёмкость П-фильтров, так же впрочем, как и выходная емкость транзисторов. Транзисторы лучше прижимать к радиатору не через отверстие во фланце, а дюралевой пластиной, прижимающей два выходных транзистора сразу, что обеспечивает лучшую теплоотдачу и не нарушает слюду. Такой же крепёж и у VT1, только в начале платы.

Трансформаторы мотаются на кольцах из феррита марки НН и, в зависимости от наличия, проницаемостью от 200 до 1000. Размеры колец должны соответствовать мощности, я применил 600НН К22х10,5х6,5. Намотка производилась проводом ПЭЛШО-0,41 для Т1 (5 витков в три провода, 4 скрутки на сантиметр) и ПЭЛ-ШО-0,8 для Т2 (4 витка в два провода, 1 скрутка на сантиметр), ТЗ (6 витков в два провода, 1 скрутка на сантиметр). В связи с тем, что не всегда можно найти провод нужного диаметра в шелковой изоляции. Намотку также можно выполнить проводом ПЭВ-2, обязательно «прозвонив» обмотки между собой после намотки трансформатора.

Кольца перед намоткой обматывают слоем лакоткани.

Данные обмоток для каждого трансформатора зависят от марки и типоразмера применяемых колец и в случае применения иных колец их легко можно высчитать по формуле 12 [С.Г.Бунин и Л.П.Яйленко. «Справочник радиолюбителя-коротковолновика», Киев, «Техника», 1984 г., стр.154], где значение Rk для Т1 – 50, для Т2 -15, для ТЗ – 25.

L2, L3 имеют по 5 витков провода ПЭВ-1,5 на оправке диаметром 8 мм, длина намотки 16 мм. Если эти данные полностью сохранить, подстройку фильтров производить практически не нужно. L1 – стандартный дроссель 100 мкГн должен выдерживать ток не менее 0,3 А (например, Д-0,3). Конденсаторы в выходных ФНЧ применяются трубчатые или любые высокочастотные с соответствующей реактивной мощностью и рабочим напряжением. Аналогичные требования и к С26 -С31.

Все остальные конденсаторы должны быть также рассчитаны на соответствующие рабочие напряжения. После включения и выставления всех режимов по постоянному току, подключают нагрузку и корректируют АЧХ усилителя с помощью ГСС и лампового вольтметра или измерителя АЧХ (автор применял Х1-50). Подбором С7, С10, С19-С22 можно корректировать характеристику в области 14-30 МГц (рис.1). Для «выравнивания» Рвых на ВЧ диапазонах, возможно, дополнительно понадобится подобрать количество битков у Т1 и Т2.

КВ усилитель мощности на двух лампах ГИ-7Б.

Усилитель с использованием двух ламп ГИ-7Б выполнен по традиционной схеме. Несмотря на то, что данная лампа разработана для работы в импульсном режиме при анодной модуляции, при подаче напряжения возбуждении в катод лампы, и условии использования только левой части анодно-сеточных характеристик и принятии дополнительных мер согласования каскадов по сопротивлению, удается получить удовлетворительную линейность усиления благодаря эффекту возникновения автоматической обратной связи по току.

Блок усилителя.

Конструкция усилителя проста и дополнительных пояснений не требует. На рис.1 приведена электрическая принципиальная схема блока усилителя мощности. При проектировании усилителя была предпринята попытка уменьшить вдвое эквивалентное сопротивление ламп на частоте 29,7 МГц. В виду того, что полученное эквивалентное сопротивление ламп достаточно высоко, реализация индуктора с достаточно высоким КПД для диапазона 10 м не представляется возможным. Для этого были использованы два дополнительных индуктора - L2, L3. Входное сопротивление катодной части усилителя при максимальном входном сигнале равно 43 Ом, то есть близко к 50 Ом. Однако вопреки бытующему мнению, обойтись без дополнительного согласования выходного каскада трансивера с входной частью усилителя невозможно.

Электронно-вакуумные приборы представляют собой реактивную нагрузку. А это значит, что входное сопротивление лампы изменяется с изменением уровня напряжения возбуждения и соответственно с изменением протекающего через лампу тока. Т.е. при максимальном напряжении возбуждения в катод, отрицательной полуволной сигнала, будет получено минимальное входное сопротивление, равное в данном случае 43 Ом. При минимальном уровне напряжения входное сопротивление лампы становится чрезвычайно большим, обусловленным током покоя и статическими параметрами лампы. При переходе уровня сигнала возбуждения на положительную полуволну, входное сопротивление лампы стремится к бесконечности и будет, практически, определятся межэлектродными емкостями и частотой сигнала возбуждения.

В таких условиях ни использование согласующих трансформаторов, ни автоматические антенные тюнеры современных трансиверов не в состоянии обеспечить согласование трансиверов с выходными каскадами. Игнорирование необходимости принятия дополнительных мер для согласования трансивера с усилителем ведет к нарушению линейной работы выходного каскада трансивера и возникновению повышенного уровня интермодуляционных искажений в самом усилителе.

Основные параметры ламп в используемом усилителе:

• Напряжение анода лампы, В ………………….. 2500
• Напряжение накала, В ………………………. 12,6... 13,2
• Максимальный анодный ток ламп, А…………..0,7
• Ток покоя, мА……………………………………50

Высоковольтный блок питания.

На рис.2 приведена электрическая принципиальная схема высоковольтного блока питания. Высоковольтный блок питания выполнен в отдельном корпусе, с минимально возможным числом компонентов. Для ограничения зарядного тока конденсатора фильтра, включение выполнено по двухступенчатой схеме. Высокое напряжение от блока питания к усилителю подается через коаксиальные разъемы и коаксиальный кабель. В целях повышения безопасности экранная оплетка кабеля соединена с корпусом блока питания и усилителя. Мощность трансформатора для работы только в режиме SSB должна быть не менее 1 кВт.

Если предполагается использовать все виды модуляции, мощность трансформатора должна быть не менее 1,5 кВт. Выходное напряжение блока питания должно быть при отдаваемом токе 50 мА (ток покоя усилителя) не менее 2500 В. Для уменьшения опасности возникновения перенапряжений, на выходе блока питания, связанных с переходными процессами во время эксплуатации усилителя и холостым ходом трансформатора, на выходе фильтра установлено нагрузочное сопротивление R4. Кратковременные перенапряжения могут достигать значительных величин и вызывать возникновение дуги внутри корпуса лампы.

При вводе в работу усилителя необходимо помнить, что при установке новой лампы или если она не использовалась более 3-х месяцев, необходимо начинать ее использование при пониженной генерируемой мощности. Только убедившись, что лампы восстановили вакуум и стабильны, следует переходить на использование усилителя при максимальной выходной мощности. Практика показала, что первое время при вводе ламп в эксплуатацию, рекомендуется использовать их в течение какого то времени примерно на 50% отдаваемой мощности. После чего, постепенно, если не возникает электрических пробоев, лампы вводятся на полную расчетную мощность. Наиболее ответственным в этот период является момент настройки выходного контура в резонанс при помощи КПЕ со стороны анодов ламп, т.к. это соответствует возникновению максимального суммарного напряжения на аноде. Контроль за режимом ламп осуществляется с помощью миллиамперметра в цепи питания управляющих сеток.

При резонансе контура и достаточной мощности возбуждения возникает максимальная амплитуда переменного напряжения на аноде, в связи с чем остаточное напряжение на аноде становится ниже минимально допустимого, в результате возникает эффект перехвата электронного потока сетками ламп. Управление этим процессом осуществляется своевременным увеличением передачи мощности в нагрузку с помощью выходного переменного конденсатора Pi-контура или регулированием мощности возбуждения усилителя. И то и другое ведет к уменьшению переменного напряжения на аноде и вместе с этим к уменьшению тока управляющих сеток.

Схема управления

Блок управления усилителем выполнен по упрощенной схеме, и не имеет каких либо особенностей. На рис.3 приведена электрическая принципиальная схема блока управления. Стабилизатор +27В выполнен на ИМС КРЕН12А. Для выбора рабочей точки ламп использована схема на транзисторах VT2, VT3. Предохранитель FU2, предотвращает повреждение ламп и полупроводниковых приборов в катодной части ламп в случае возникновения разряда внутри корпуса лампы. На транзисторе VT4 выполнена схема защиты по току управляющей сетки лампы. Ток отсечки выбирается меньше максимального тока одной лампы, так как изначально предполагается использовать только левую часть анодно-сеточных характеристик ламп. Данная мера обеспечит так же защиту обеих ламп по токам сеток.

Элементы схемы управления коммутационных реле на транзисторе VT1 обеспечивают необходимую последовательность переключения реле. При срабатывании защиты по току сетки ламп, функция "reset" выполняется выключением и повторным включением выключателя S3 "Standby". Реле К1 уменьшает электродинамические нагрузки на компоненты схемы и накальные цепи ламп. Задержка составляет 1...2с. Неоновые лампы установленные в выключателях, представляют собой нелинейные элементы, которые снимают возникающие перенапряжения в цепях обусловленные переходными процессами.

Согласование усилителя с нагрузкой

Согласование усилителя с нагрузкой не отличается от типовой. На вход усилителя подается сигнал возбуждения, примерно 30% от необходимого для полного возбуждения. При полностью введенном роторе конденсатора Pi-контура со стороны антенны, вращением ротора конденсатора Pi-контура со стороны анодов ламп, находится резонанс контурной системы. Резонанс определяется по максимальному току управляющих сеток. Если ток сеток отсутствует или имеется обратный ток, то необходимо увеличить мощность возбуждения.

Получив максимум сеточного тока, который не должен превышать максимально допустимого, необходимо выводить пластины конденсатора со стороны подключения антенны, подавая тем самым запасенную контуром мощность в нагрузку. При этом необходимо контролировать, каким либо методом, мощность, отдаваемую в фидер. При полученном максимуме передачи энергии в фидер, ток экранной сетки будет стремиться к минимуму. После чего можно увеличить снова мощность возбуждения и повторить процедуру. Это делается до тех пор, пока не будет получен максимальный анодный ток при минимальном токе управляющих сеток и полной мощности в фидере.

Определив необходимую максимальную мощность возбуждения, можно установить порог срабатывания ALC резистором R7 расположенным в блоке усилителя.

Детали

В данном усилителе были использованы следующие коммутационные реле. Реле, которые были использованы в высоковольтном блоке питания:

• К1 РПУ-ОУХЛ4 220/8А;
• К2 РПУ-ОУХЛ4 24-27/8А;

Реле, которые были использованы в схеме управления:

• К1 РЭС9 паспорт РС4.529.029-00;
• К2 РЭС22 паспорт РФ4.523.023-00;
• КЗ РПВ2/7 паспорт РС4.521.952;
• К4 РЭВ14 паспорт РФ4.562.001-00;
• К5 РЭС9 паспорт РС4.529.029-00;

Основные параметры усилителя на двух лампах ГИ-7Б

При расчете привязка сделана к напряжению на анодах ламп (2500 В) и току покоя для двух ламп (0,05 А). Расчет линейного усилителя производился при помощи программы "RF Amplifier"s Developer 2001".

Результаты расчета параметров анодной цепи усилителя для одной лампы

• Анодное напряжение лампы, В ……………………………………………………………….. 2500
• Максимально допустимое напряжение сетки, В ……………………………………………… 80
• Анодный ток лампы в режиме несущей, А…………………………………………………… 0,35
• Ток покоя лампы, А…………………………………………………………………………… 0,025
• Угол отсечки анодного тока, град…………………………………………………………….. 96,41
• Максимальный ток анода, А ………………………………………………………………….. 1,034
• Максимальный анодный ток первой гармоники, А…………………………………………. 0,531
• Усиление лампы при минимальном остаточном напряжении………………………………. 4,308
• Коэффициент напряженности режима лампы……………………………………………….. 0,904
• Амплитудное значение переменного напряжения генерируемого анодом лампы, В……… 2260
• Минимальное остаточное напряжение на аноде, В………………………………………….. 240
• Максимальная амплитуда суммарного напряжения на аноде, В………………………….… 4160
• Колебательная мощность на аноде лампы, Вт……………………………………………….. 600,03
• Коэффициент для SSB сигнала с учетом пикфактора (р-4) ………………………………… 0,35
• Средняя колебательная мощность SSB сигнала, Вт ………………………………………... 73,504
• Максимальная мощность, подводимая к аноду, Вт………………………………………… 875
• Средний КПД лампы для SSB сигнала………………………………………………………..0,23
• Средняя подводимая к аноду мощность, Вт………………………………………………… 319,583
• КПД лампы …………………………………………………………………………………… 0,686
• Максимальная мощность, рассеиваемая на аноде, Вт ……………………………………… 274,97
• Средняя мощность, рассеиваемая на аноде, Вт …………………………………………… 246,079
• Мощность, рассеиваемая на аноде при токе покоя, Вт …………………………………… 62,5
• Эквивалентное сопротивление анодной цепи лампы, Ом………………………………… 4256

Параметры для второй гармоники

• Пиковый анодный ток второй гармоники, А ………………………………………………….0,194
• Колебательная мощность второй гармоники, Вт……………………………………………. 219,22
• Эквивалентное сопротивление анода для второй гармоники, Ом …………………………. 11649

Параметры для третьей гармоники

• Пиковый анодный ток третьей гармоники, А………………………………………………… 0,032
• Колебательная мощность третьей гармоники, Вт……………………………………………. 36,16
• Эквивалентное сопротивление анода для третьей гармоники, Ом ………………………… 70625

При определении основных параметров для двух ламп, выбранный параметр необходимо увеличить или уменьшить в 2 раза исходя из математической логики.

Таблица 1.

Частота, МГц	1,85		7,05	10,12	14,15	18,1	21,2	24,9
Cin, пФ
L, мкГн	19,03	9,78	4,99	3,12	1,63		0,73	0,53
Cout, пф	2251	1157
				13,6	19,1	24,6	28,0

Индуктор выполняется из посеребренной медной трубки диаметром 6 мм. Требование к конструкции - высокая добротность ненагруженного индуктора. Результаты расчета значений элементов анодного П-контура усилителя для диапазонов 160...12 м (для двух ламп) приведены в табл.1.

Таблица 2.

Частота, Мгц		1,85				7,05		10,12		14,15		18,1		21,2		24,9		28,6
L, мкГн		17,43		8,18		3,39		1,49				0,58		0,32		0,12		0,43
L, мкГн +20%		20,92		9,82		4,07		1,79		1,44				0,38		0,14		0,52
Диаметр каркаса, мм
Диаметр провода, мм
Расстояние между витками, мм
Количество витков				16,5

Параметры выходного П-контура из 3-х соединенных последовательно индукторов приведены в табл. 2. Влияние элементов металлического шасси на индукторы было принято равным 20%.

Результаты расчета анодного П-контура усилителя для диапазона 10м (для двух ламп)

• Частота, МГц ………………………………………….29,7
• Емкость конденсатора Сinp пФ ……………………… 30
• Индуктивность катушки, мкГн ……………………….0,43
• Емкость конденсатора Couf пФ ……………………… 352
• Q полученное………………………………………….19,1

При этом были использованы следующие исходные данные:

Таблица 3.

Частота, Мгц	1,85		7,05	10,12	14,15	18,1	21,2	24,9	29,7
Cin, пФ	2677	1355
L, мкГн	3,69	1,89	0,97	0,67	0,48	0,38	0,32	0,27	0,23
Cout, пф	2838	1458

Результаты расчета входных согласующих П-контуров усилителя приведены в табл. 3. При этом были использованы следующие исходные данные:

Таблица 4.

Частота, Мгц	1.85		7.05	10.12	14.15	18.1	21.2	24.9	28.6
L, мкГн	3,69	1,89	0,97	0,67	0,48	0,38	0,32	0,27	0,24
L, мкГн + 20%	4,43	2,27	1,16		0,58	0,46	0,38	0,32	0,29
Внутренний диаметр L, мм
Диаметр провода L, мм
Расстояние между витками L, мм
Количество витков L		11,9
Q нагруженная
КПД	0,91	0,93	0,94	0,94	0,94	0,94	0,94	0,95	0,95
Перекрытие, кГц		1200	2350	3373	4717	6033	7067	8300	9533

В табл. 4 приведены параметры индукторов входных П-контуров для каждого диапазона. Влияние металлических частей шасси на индукторы было принято равным 20%. Несмотря на большое перекрытие по частоте, особенно на верхних диапазонах, реальное согласование по сопротивлению возможно только в пределах одного диапазона. При использовании одного фильтра для двух и более диапазонов, необходимо применять сложные элептические фильтры.

Cкачать схемы усилителя мощности - zip 730kb.

Ред. 04.12.2018г.

07.05.2013

Закончил сборку своего первого КВ-УМ на металлокерамических лампах ГИ-7Б с бестрансформаторным питанием по схеме уважаемого И.Гончаренко . Фотографии процесса сборки выложены в .

04.01.2015

Проанализировав информацию на форумах, касательно вопросов построения бестрансформаторных блоков питания, решил переделать первоначальный вариант своего б/п, в котором использовалось 6 емкостей по 330мкФx400В. При токе нагрузки более 300мА, просадка анодного напряжения была существенной... Собственно, согласно рекомендациям И.Гончаренко, нагрузочная способность второй ступени б/п как раз составляла 300мА, т.к. суммарная емкость конденсаторов в каждом плече составляла около 165мкФ.

Добавлено 08.12.2016

Как выяснилось позже, просадка напряжения была связана с падением напряжения в сети... Однако, в любом случае, умножения на 4 для ГИ-7Б недостаточно. Лучше применить умножение на 6 или на 8.

Теперь, в первой ступени будут стоять по два конденсатора 330мкФx400В в плече (с целью разделения токов), во второй ступени будут стоять 4 конденсатора 680мкФx400В. В результате, ожидаемая нагрузочная способность б/п должна будет возрасти до 600мА.

Так же, планирую отделить б/п от блока ламп тепловым экраном из стеклотекстолита.

06.01.2015

Переделка усилителя закончена. Новые фотографии выложил .

Помимо переделки блока питания (вот файл для моделировщика Electronics Workbrench Version 5.12), заменил и анодный дроссель. Изготовил копию дросселя Ameritron. Использовалась керамическая трубка диаметром 26,5мм при толщине стенки 2,6мм и обмоточный провод 0,355мм по лаку. Индуктивность дросселя составила 200мкГн. Старый дроссель, выполненный на фторопластовом стержне диаметром 14мм проводом ПЭЛШО-0,56 имел индуктивность всего лишь 40мкГн. Первый резонанс нового дросселя находится на частоте 6,5МГц, второй - на частоте около 12,6МГц...

Откалибровал измеритель анодного тока по эталонному миллиамперметру на 500мА.

Рабочие данные усилителя: при уровне входного сигнала 30Вт - на эквивалент идет 300Вт при токе 440мА. Измерялось на диапазоне 40м. К сожалению, просадку анодного напряжения пока не измерял. Согласно , после переделки б/п, анодное не должно снижаться менее 1200В при токе до 1А. В принципе, ранее, при таком же анодном, каждую из ламп я легко раскачивал до 200Вт при токе 300мА, так что, для двух ламп при токе 600мА, отдаваемая мощность может достигать 400Вт. Однако, не вижу в этом особого смысла, т.к. анодное напряжение изначально мало для этих ламп...

08.01.2015

Вчера обратил внимание на один неприятный момент в работе усилителя. Вход не хотел должным образом согласовываться с трансивером через внешний П-контур и, самое главное - через 20сек. в режиме нажатия ключа, начинал вырастать анодный ток и постепенно падала выходная мощность до 200Вт. Подсказали (R2AC), что дело может быть во входном трансформаторе на ферритовых трубках... Установлены трубки от мониторного кабеля с полу-круглыми торцами. Где-то на форуме читал, что они не годятся для таких целей и есть трубки с прямыми торцами - они де подходят больше... К сожалению, в наличии оказался только один комплект такого феррита и он уже был задействован в с ГУ-50 - снимать не стал...

Провел лабораторную работу с несколькими видами ферритов, имеющихся в наличии и разным кол-вом витков в обмотках. Проверил входной ВЧ-трансформатор в УМ и оказалось, что во всех трех обмотках сделано по три витка. Отмотал один виток от первичной обмотки и замерил входное сопротивление усилителя в режиме передачи, подключив на вход анализатор АА330-М. Сопротивление оказалось 62Ом на диапазоне 40м. После этого вход усилителя прекрасно согласовывался с выходом трансивера и эффект снижения мощности уже не наблюдался.

09.09.2015

О проверке линейности усилителя двухтональным сигналом написал . моей методики измерения уровня IMD, которую я стал применять несколько позднее...

15.05.2016

Вчера был впервые получен, а сегодня закреплен на диапазонах 40-30-20м результат: 400Вт полезной мощности (ток - 440мА) при использовании нового умножителя напряжения на 6. Для этой цели был извлечен старый умножитель напряжения на 4 и подключен новый, в режиме теста.

Материал о вариантах умножителей размещен .

Данный умножитель по своим габаритам в имеющийся корпус не помещается. Блок питания будет выполнен в отдельном корпусе, а освободившееся внутри усилителя место, хочу попробовать использовать для размещения входных диапазонных П-контуров...

При токе около 500мА, умножитель абсолютно не греется и не создает какого-либо шума.

Изменилось эквивалентное сопротивление и П-контур необходимо будет подвергнуть некоторой переделке. Опасался, что будет прошивать прореженный КПЕ, но этого пока не произошло ни разу.

21.05.2016

Сегодня в эфире ребята подсказали, что PA несколько меняет характер звучания сигнала с трансивера. Порекомендовали увеличить ток покоя. Исходный ток был 40mA на две лампы (Д815Е+Д815Д). После замены одного из стабилитронов, ток покоя стал 100mA (Д815Е+Д815В) и корреспонденты отметили заметное улучшение качества сигнала. Уровень внеполосных излучений так же в норме (контроль на панораме Icom IC-7300).

По хорошему, лучше набрать цепь смещения из стабилитронов с допустимым током 1А (буквы А,Б,В), однако, под рукой был только один стабилитрон с буквой "В".

При попытке перевести металлокерамический триод в класс, близкий классу В - искажения сигнала, вносимые PA, становятся заметны корреспондентам в эфире... Потому, при токе анодов 440mA и токе покоя 100mA, выходная мощность у моего PA составила 400Вт. Т.е. КПД получился около 0,53. Ку по мощности составил 13. Добротность П-контура, который был переделан - 12.

Возможно, при использовании аналогичного питания 1,8кВ при использовании пентода ГК-71, можно было бы получить большую выходную мощность при сохранении качества сигнала либо аналогичную, при меньшем значении тока анода. Со временем, обязательно проверю это на практике!

Поработав в эфире с пол-часа в режиме неспешного диалога, заметил, что усилитель разогрелся и вентиляторы гонят теплый воздух. Оно и понятно, на анодах постоянно расходуется 180Вт мощности при токе покоя. Так же и с точки зрения экономии электроэнергии, это далеко не оптимальный вариант. Пришлось делать цепь запирания ламп во время RX. Задействовал дополнительный стабилитрон Д817Г (поставил в разрыв между двумя рабочими стабилитронами, т.к. это было удобно конструктивно) и задействовал свободную пару контактов входного реле РЭН29. Последнее пришлось "оторвать" от шасси, проложив текстолитовую прокладку между шасси и корпусом реле. Стабилитроны Д815 установлены на небольших радиаторах из уголка 40x15x35, Д817 закреплен между ними на текстолитовую опорную пластину без радиатора.

Было сомнение относительно возможных наводок при коммутации и способности изоляции обмотки реле выдержать разность потенциалов около 900В (относительно контактной группы), что является предельным значением данного реле по паспорту. К счастью, опасения не подтвердились. Коммутация работает стабильно.

25.05.2016

Переделал цепь смещения. Теперь установлена цепочка из трех Д815А и одного Д815Б. Ток покоя - 90mA при напряжении смещения около 23В. В разрыв цепочки включен стабилитрон Д817Г, закорачиваемый при TX. Поскольку, расчетный ток катода не будет превышать 0,6A и рассеиваемая мощность не превысит 3-4Вт - стабилитроны установлены без радиаторов. Кроме того, они находятся в поле обдува.

При токе покоя двух ламп около 90-100mA, усилитель работает в классе AB1 до тех пор, пока амплитуда входного сигнала (на отрицательном полупериоде) не достигнет уровня напряжения смещения на катоде и далее - в классе АВ2 (с током управляющей сетки). По некоторым , ток сетки(ок) не должен превышать 30% от тока катода. По другим - 20...25%. Желательно контролировать ток сетки отдельным прибором, либо вычитать разницу между током катода и током анода. Предполагаю, что ориентиром здесь может служить параметр максимально допустимой рассеиваемой мощности на сетке одной лампы - 7Вт и при его превышении, сигнал будет портиться. Так же, возможны прострелы и даже выход лампы из строя...

14.12.2016

Сегодня провел лабораторную работу на предмет измерения Ку по мощности и определения токов сеток двух триодов ГИ-7Б, в зависимости от мощности раскачки. Результаты свел в таблицу.

Uэфф,В	Pвх,Вт	I,mA в "+"	I,mA в "-"	Ig,mA	Uпит,В	Pвых,Вт	Ку по мощ.	КПД
20.5	8.4	270	270	24	1780	200	23.8	0.42
26.5	14	340	340	56	1730	300	21.4	0.53
32	20.5	400	400	80	1700	380	18.5	0.56
36	26	440	440	100	1670	400	15.3	0.53

Пояснения к таблице:

Uэфф - ВЧ напряжение с трансивера, измеренное на эквиваленте нагрузки прибором ВУ-15 (если измерять напряжение при подключении П-контура, согласующего выход трансивера со входом PA, то уровень ВЧ напряжения - ниже);

Pвх - мощность раскачки с трансивера на эквиваленте 50Ом равная Uэфф x Uэфф / 50;

I в "+" - ток, измеренный в положительном полюсе бестрансформаторного умножителя напряжения на 6;

I в "-" - ток, измеренный в отрицательном полюсе бестрансформаторного умножителя напряжения на 6;

Ig - ток в цепи "сетки - точка ноль вольт" (в разрыв подключен миллиамперметр на 500mA положительным полюсом к точке "0В");

Uпит - напряжение на полюсах умножителя с учётом просадки в зависимости от нагрузки;

Pвых - выходная полезная мощность в режиме нажатия на эквиваленте, измеренная КСВ-метром VEGA SX-200;

Ку - коэффициент усиления по мощности - соотношение выходной мощности ко входной;

КПД = Pвых / (Uпит x I в "+"/1000)

Согласно моим измерениям, ток сеток составил примерно четверть от общего тока в любом из полюсов умножителя. Кстати, в случае с бестрансформаторным источником высокого напряжения, с точки зрения безопасности, нет разницы, в каком полюсе включать этот прибор (в классических блоках питания рекомендуется устанавливать миллиамперметр в минусовую цепь, чтобы иметь на приборе минимальный потенциал относительно корпуса усилителя), т.к. в любом случае, он будет находится под половинным потенциалом умножителя напряжения относительно шасси (корпуса).

Так же, отчетливо заметно, что когда "холодная" емкость П-контура имеет меньшее значение, нежели в резонансе - ток сеток меньше того значения, которое устанавливается при настройке П-контура в резонанс. В режиме, когда "холодная" емкость П-контура имеет большее значение нежели в резонансе - ток сеток существенно вырастает.

Еще одно интересное и вполне объяснимое наблюдение: если отключить сетевое напряжения на входе умножителя и нажать на ключ - начинают разряжаться конденсаторы умножителя, мощность и ток в полюсах умножителя начинает падать, а ток сеток начинает расти. Рост продолжается приблизительно до 400mA (в моем случае) и, очевидно, зависит от уровня раскачки по входу. Рост сеточного тока происходит потому, что по мере уменьшения анодного напряжения, все больше и больше электронов, испускаемых катодом, начинают перехватываться сеткой. В такой ситуации можно легко превысить предельно допустимую рассеиваемую мощность управляющей сетки, что приведет к ее перегреву. Потому, делать разряд емкостей источника питания таким способом не рекомендуется...

Следующим шагом, я хочу посмотреть ток в разрыве цепи стабилитронов смещения, амплитуду и форму сигнала на катодах, чтобы определить максимальные значения напряжения и посчитать мгновенное значение рассеиваемой сетками мощности, учитывая ток сеток. Ток сеток будет иметь импульсную прерывистую форму и потому посчитать рассеиваемую мощность по обычным формулам здесь не получится, но определить ее пиковые значения будет возможно... Так же, вычтя значение напряжения смещения из амплитудного значения сигнала, можно будет увидеть, разность потенциалов, при которых лампа уже работает в классе AB2.

17.12.2016

Лабораторная работа на предмет контроля токов анода, катода и сетки. Измерительные приборы были включены согласно этой схеме:

Т.к. в случае с бестрансформаторным питанием мы имеем два абсолютно идентичных по потенциалу но разных по знаку полюса - рекомендую разделить ограничительные резисторы на оба полюса умножителя (на рис. указано только в положительном полюсе) и ограничить ток разряда в случае прострела в лампе или КЗ по другим цепям значением 40-50А. Так же, защита измерительной головки встречно-параллельными диодами и емкостью показана только для нижнего на рисунке прибора. Стрелками показано направление протекания тока (от плюса к минусу).

Ток в плюсовом и минусовом полюсе умножителя напряжения - идентичный. Ток в цепи стабилитронов (ток катода) - сумма токов источника питания (анода) и тока сетки (в разрыв цепи "сетка - точка ноль вольт"). Так, при токе катодов двух ламп около 500mA, ток в цепи источника питания составил 420mA, а в цепи сеток - 84mA. Измерение проведено при выходной мощности около 370Вт. Если контролировать ток в цепи катода - нужно ставить измерительный прибор на предел 750mA или 1A. Так же, можно добавить, что при настройке П-контура, провал анодного тока около 15% заметен именно по измерителю в цепи источника питания (ток анода). Ток катода остаётся практически постоянным и зависит от уровня раскачки по входу.

Оставив только прибор для измерения тока анода и несколько увеличив раскачку, посмотрел сигнал на выходе трансивера, на входе усилителя после согласующего П-контура и на одной из обмоток накального трансформатора в цепи катода (катод - точка соединения цепи стабилитронов смещения). Предполагаю, что асимметрия синусоиды на последнем фото связана с тем, что нагрузка для сигнала на положительном полупериоде гораздо выше, чем на отрицательном (лампа заперта). Отрицательная полу-волна сигнала показывает амплитудный уровень около 42В при том, что напряжение смещения на катоде составляет +23В. Т.е. часть полу-периода лампа работает с током сетки. Учитывая сеточный ток 100mA и разностную амплитуду в 19В, получаем мгновенное значение рассеиваемой мощности при настройке П-контура в резонанс - 1,9Вт на две лампы, что значительно ниже предельного значения.

Хочу обратить внимание, что подключая осциллограф к усилителю, блок питания которого выполнен по бестрансформаторной схеме, категорически запрещается допускать контакт корпуса или щупов прибора с шасси (корпусом) усилителя. Так же, помните, что корпус осциллографа и некоторые элементы органов управления будут находиться под высоким потенциалом относительно земли и прикосновение к ним опасно...

Некоторые соображения по поводу возможных вариантов анодного напряжения и допустимых токов анода при использовании одной и двух ламп ГИ-7Б.

Рассмотрим вариант с одной лампой. Анодное напряжение - 1750В под нагрузкой 300mA (умножение на 6). Эквивалентное сопротивление лампы - около 2700Ом (по формуле И.Гончаренко). Подводимая к аноду мощность - 525Вт. КПД триода по схеме с общей сеткой - 0,45...0,55. Возьмем максимальное значение. Тогда, полезная мощность составит около 290Вт, а на аноде будет рассеиваться 235Вт.

Раскачиваем анод до тока 400mA. Ua=1700В (с просадкой). Rоэ=2000Ом (П-контур на ВЧ-бендах реализовать проще). Pпод.=680Вт. Pотд.=374Вт. На аноде будет рассеиваться 306Вт. Однако, эмиссионная способность катода у нас допускает максимальный ток 0,6А. Предполагаю, что учитывая ток сетки, мы получим близкое к предельному значение... Т.е. для лампы этот режим будет заметно тяжелее. Если же, КПД окажется минимальным - еще и предельный режим для анода будет превышен.

Отсюда, рискну предположить, что при таком анодном напряжении, середина между двумя рассмотренными вариантами будет оптимальной для одной лампы...

Рассмотрим следующий вариант - умножение сетевого на 8. При потребляемом токе 0,3А (ток анода) и напряжении около 2350В (под нагрузкой) - к лампе подводим более 700Вт мощности, а мощность, рассеиваемая анодом составит почти предельную величину. Однако, эквивалентное сопротивление лампы получается более 3700Ом и реализовать П-контур на ВЧ-бендах уже будет не реально...

Увеличив ток анода до 400mA, мы подведем к аноду около 900Вт. Рассеиваемая анодом мощность превысит предельно допустимую и лампы на долго не хватит. Предполагаю, что и сигнала хорошего в таком режиме не получить...

В таком режиме могли бы работать две лампы и полезная мощность составит около 500Вт. Однако, реализовать П-контур с добротностью не более 16-ти на ВЧ-бендах вряд ли получится.

Следующий режим - ток анода двух ламп 600mA, анодное напряжение под этой нагрузкой - 2300В. Roэ=1800. Полезная мощность - около 700Вт и примерно чуть меньше будет рассеиваться на анодах. Предполагаю, что это будет оптимальный максимум, на который способны две ГИ-7Б.

Т.е. я веду к тому, что, на мой взгляд, при умножение на 6 не стоит добиваться мощности более 400Вт при общем токе анодов двух ламп до 450mA. Если использовать умножение на 8, то верхняя планка полезной мощности - около 700Вт при токе анодов не более 600mA. В обоих случаях вполне реализуем П-контур.

Разумеется, что и при умножении на 6 можно качнуть аноды до 600mA, однако, это не имеет смысла, т.к. реальный прирост полезной мощности будет несущественным... Кроме того, сетки будут работать в более тяжелом режиме. Здесь есть ещё и другой момент - ток катодов будет составлять около 800мА и вероятность выхода из строя стабилитронов цепи смещения увеличивается...

(прим. 04.12.2018 в данный момент я использую усилитель именно при таких энергетических показателях, опять же, в экспериментальных целях)

Что касается эффекта от данных вариантов усилителей в эфире, то относительно стандартной мощности трансивера 100Вт, усилитель мощности на 400Вт дает прибавку на 1 балл по шкале S-метра, 700Вт - чуть меньше полутора баллов. Разумеется, когда вы будете демонстрировать разницу между подаваемой с трансивера мощностью (а она будет существенно ниже, чем стандартные 100Вт) и выходной с усилителя - разница будет гораздо заметнее. Например, в моем случае при Ку по мощности около 16-ти - это 2 балла по шкале S-метра.

02.01.2017

Всех с наступившим Новым годом!

Поработав какое-то время с усилителем, обратил внимание, что система вентиляции в данном конструктиве не справляется со своей функцией. Решил несколько переделать подвес ламп. Отказался от способа крепления ламп за сеточное кольцо, убрав при этом дюралевую пластину с отверстиями, через которые к анодам проходило недостаточно воздуха от вентиляторов. На самом деле, оси вентиляторов находятся несколько дальше друг от друга и, по хорошему, лампы стоило бы раздвинуть примерно на сантиметр, но это переделывать уже не буду.

Закрепил лампы за аноды, чуть пододвинул их к вентиляторам при этом, на столько же отодвинув их от стеклотекстолитового экрана.

Думаю, тепловой режим ламп теперь будет более приемлемым.

06.01.2017

Одна лампа приказала долго жить. Симптоматика была такая: возрос ток покоя раза в полтора потом стали гореть предохранители в блоке питания и сильно разогревался накальный трансформатор. Сопротивление накала одной лампы составило 0,6Ом, против 2,7Ом у другой лампы.

RZ3DLL любезно передал в дар пару ГИ-6Б с хранения, которые в тот же день были установлены взамен старых ламп. Стабилитроны цепи смещения установил на небольшие радиаторы, по совету старших товарищей.

Появилась прекрасная возможность сравнить две модели ламп - ГИ-7Б и ГИ-6Б в работе на КВ-бендах...

Переделана коммутация накальных обмоток трансформатора ТПП-268. Ранее накальное напряжение составляло почти 14В (до того как одна лампа вышла из строя). Сейчас накальное напряжение составляет 12,3В. Так же, теперь буду более внимательно относиться к напряжению смещения. Ток покоя планирую устанавливать по 30-40мА на лампу.

07.01.2017

В данный момент, лампы 76-го года подвергаются тренировке после длительного хранения. Подержу 4-6 часов под накалом (с обдувом), потом, час под пониженным анодным напряжением 1240В (по две ступени с умножителя на 6), потом час под низким током покоя, далее - час под анодным 1860В и, в конце, час под номинальным током покоя. После тренировки ламп, можно попробовать поработать в эфире с небольшой раскачкой и постепенно вывести усилитель на проектную мощность 400Вт...

Лабораторная работа - ГИ-7Б в разрезе .

08.01.2017

При токе 200мА в режиме нажатия, при 6Вт на входе, на выходе получается 190Вт. Ку по мощности получается более тридцати. Общее впечатление от работы ламп вполне приятное. Лампы не перегреваются, накальный трансформатор - тёплый.

Еще интересное наблюдение. Во время тренировки, за час простоя под током покоя, последний вырос с 78мА до 98мА. В настоящий момент, ток покоя составляет около 60мА при включении. При длительной работе он может вырасти не более чем до 80мА на две лампы.

Прим. 09.12.2018

В цепи смещения сейчас стоит три стабилитрона Д815А и один - Д815Б, дополнительный "запирающий" стабилитрон - Д817А (установлен без радиатора). Ток покоя - 110мА.

03.12.2018

В процессе поиска способа раскачки данного усилителя до желаемых 400Вт и более, предпринял попытку усиливать сигнал в несколько этапов. Получился целый паровоз, со своими минусами, но вполне имеющий право на существование. Кроме того, найденный способ был мне интересен с теоретической точки зрения и возможности испытать теорию на практике.

Цепочка прохождения и усиления сигнала выглядит следующим образом: со смесителя (IMD3 более 50дБ) сигнал идёт на усилитель (IMD3 около 42дБ при мощности менее 1Вт), далее на по схеме с общим катодом (PA1 на рис.ниже) и на 2xГИ-6Б (PA2 на рис.ниже). При токе 0,6А и 1700В анодного напряжения у оконечного усилителя на выходе получается чуть более 500Вт. Поскольку, система находится в процессе оптимизации, окончательные параметры по линейности на данный момент не получены. Желаемый результат - не менее 30дБ. Но уже сейчас можно сказать, что оконечный усилитель ухудшает линейность совсем незначительно, приблизительно на 2-3дБ, что лишний раз подтверждает факт того, что усилители с ОС имеют бо льшую на 6дБ линейность за счёт отрицательной обратной связи. Разумеется, речь идёт о правильно выбранном режиме работы и оптимальной получаемой мощности. Следовательно, подав на такой усилитель достаточно линейный сигнал (36-38дБ), можно будет получить заветные 34дБ!

В чём сложность согласования данной системы из двух ламповых усилителей? Оконечный усилитель выполнен по схеме с общими сетками а это значит, что его входное сопротивление зависит от частоты усиливаемого сигнала, тока анода выходных ламп и положения настройки конденсаторов П-контура. Кроме того, без принятия специальных мер (входной диапазонный П-контур с низкой добротностью), входное сопротивление усилителя с ОС меняется от малого (в данном случае, менее 50Ом) до бесконечно большого каждый период сигнала. Об этом подробно написано у И.Гончаренко . Но, даже имея входной П-контур оконечного усилителя, у нас есть ещё два - ВКС каждого лампового УМ. Словом, в этом уравнении имеется множество неизвестных...

Решаю я эту проблему следующим образом. Первый усилитель настраивается на эквивалент на нужной частоте при мощности несколько меньшей нежели та, которая предполагается для последующей раскачки оконечного усилителя. Контролируется линейность сигнала. После этого, положения конденсаторов П-контура не изменяем. Если подключить в разрыв между усилителем и эквивалентом КСВ-метр, то он должен показать значение, близкое к единице. Для коммутации узлов я использую стандартные кабели длиной около 0.9м. Далее, в цепочке оставляем КСВ-метр, а вместо эквивалента нагрузки подключаем входную цепь оконечного усилителя. Входная цепь согласования представляет из себя обычный П-контур с низкой добротностью. Предварительно, элементы данного П-контура рассчитываем на калькуляторе И.Гончаренко.

В различных источниках для входных П-контуров рекомендуются значения добротности в пределах 2-5. Чем ниже добротность, тем в более широком диапазоне частот не потребуется дополнительное согласование, но и входное сопротивление будет изменяться в более широких пределах, что не есть хорошо... Для двух ГИ-7(6)Б приблизительное значение входного сопротивления составит около 35Ом. Пример расчёта элементов П-контура с добротностью 5 для диапазона 40м:

При выполнении данного узла, можно сразу установить дополнительные подстроечные конденсаторы, что значительно облегчит дальнейшее согласование цепей.

И, наконец, переходим к настройке ВКС оконечного усилителя мощности (на эквивалент). Постепенно, доводим раскачку оконечного усилителя до проектной. Разумеется, это потребует перенастройки и первого усилителя. Определив предварительные настройки ёмкостей оконечного усилителя, смотрим на КСВ-метр. Скорее всего, показания будут отличаться от единицы. Здесь необходимо переходить к настройке входного П-контура. В моём случае оказалось, что при подаче 80Вт на вход, из-за не оптимального согласования, мощность сигнала падала вдвое, при этом, на выходе оконечного усилителя было около 400Вт. Это говорило о том, что фактическое входное сопротивление усилителя было ниже расчётного. Добавляя ёмкость во входной П-контур со стороны лампы, данный дисбаланс сокращался и КСВ, кстати, приближался к заветному значению. При значениях КСВ близких к единице потребуется меньшая мощность раскачки, нежели чем при плохом согласовании, что положительно скажется на линейности сигнала. Однако, нельзя её бесконечно уменьшать, т.к. это приведёт к слишком высокому эквивалентному сопротивлению лампы (Roe) усилителя PA1, он будет работать в недонапряжённом режиме по причине невозможности трансформации сопротивления штатными элементами П-контура и т.п.. Например, одно дело брать с двух полтинников по схеме с ОК 60-80Вт и совсем другое - 30-40Вт. В последнем случае, анодный ток будет слишком мал, штатной холодной ёмкости в П-контуре уже будет недостаточно, настроиться в резонанс не получится и т.п. Переход на одну лампу потребует уменьшения анодного напряжения с целью получения нормально значения Roe, что эквивалентно фактической переделке усилителя...

Мой КСВ-метр VEGA SX-200, установленный в разрыв между усилителями, позволяет измерять проходящую через него мощность сигнала. При достаточном согласовании, при переключении оконечного усилителя в режим усиления, мощность сигнала не должна значительно отличаться от исходной в режиме "обход". Это будет говорить о том, что настроенный ранее промежуточный усилитель PA1 на эквивалент, по прежнему видит нагрузку 50Ом.

При своих недостатках (большое кол-во элементов, сложность согласования, инерционность в плане перестройки по диапазону), данный способ усиления сигнала имеет свои преимущества: хороший запас по мощности раскачки оконечного усилителя и достаточно высокая линейность сигнала. Ранее, получить те же параметры линейности сигнала с применением транзисторных промежуточных усилителей мне так и не удалось...

Продолжение следует...

Рис. 17
КПЕ с разделённым статором может быть применён в качестве анодного конденсатора в П-контуре и обеспечивает оптимальную его настройку, при условии наличия достаточного расстояния между пластинами (чтобы не пробило ВЧ напряжением. Существует ещё один метод уменьшения начальной ёмкости анодного КПЕ. Подключив этот конденсатор к отводу от катушки П-контура, добиваемся уменьшения вносимой в контур ёмкости и уменьшения влияния КПЕ на частоту его настройки - UA9LAQ).
КПЕ с воздушным диэлектриком и вакуумные: Конденсаторы с воздушным диэлектриком легче найти, они и стóят дешевле, но имеют некоторые недостатки, изложенные выше. Вакуумные КПЕ - дороги, их не так легко найти, но только они, порой обеспечивают П-контуру, всё, что мы хотим от него получить и без применения дополнительных переключаемых конденсаторов постоянной ёмкости. Другим достоинством этих конденсаторов является высокое рабочее напряжение, нечувствительность к загрязнениям окружающей атмосферы и изменениям её влажности и давления и могут проводить большие ВЧ токи. Я никогда не слышал о том, чтобы какой-нибудь вакуумный конденсатор прострелило или в нём образовалась дуга. Средний конденсатор вакуумного типа, применяемый в КВ усилителе может пропускать через себя ВЧ токи во много раз превышающие те, которые способен давать реальный РА. Большинство вакуумных конденсаторов изменяют ёмкость от минимальной до максимальной путём поворота оси регулирования (многооборотные). Конструкция вакуумного КПЕ позволяет устанавливать различные отсчётные устройства со сбросом и установкой в определённое положение, требуемое для отдельных диапазонов. Ограничители в начале и конце регулировки ёмкости КПЕ также предусматриваются, чтобы избежать его повреждения. Установка вакуумных КПЕ может оказаться проблемою, а может и нет, так как большинство таких КПЕ содержат и монтажные приспособления, если таковых не предусмотрено, значит, их легко изготовить. Вакуумные КПЕ могут быть смонтированы в любом положении: вертикально, горизонтально, в подвешенном положении.
Для, по-настоящему, мощного усилителя, лучшим выбором будет применение вакуумных КПЕ, которые не прошивает даже при очень больших подводимых к ним мощностях. Да, не дёшевы они, но скупой платит дважды… (Попадание небольшой части воздуха во время хранения, транспортировки или эксплуатации делают такие КПЕ абсолютно непригодными из-за возникновения в них разрядов. Перед эксплуатацией необходимо проверить КПЕ на утечку с помощью высоковольтного тестера и оберегать их от деформации и ударов при эксплуатации - UA9LAQ).
Один момент: чем выше используемое в усилителе анодное напряжение, чем труднее найти подходящий КПЕ с воздушным диэлектриком, который бы выдержал постоянное анодное напряжение плюс ВЧ и не явился причиной возникновения дуг или проблем с перекрытием по ёмкости. При напряжении на аноде ламп(ы) РА в 3 кВ, ещё можно допустить применение КПЕ с воздушным диэлектриком, проблемы применения их при анодном напряжении 4 кВ и более возрастают по экспоненциальному закону. (Автор, видимо, имеет в виду непосредственное подключение КПЕ к аноду лампы без разделительного конденсатора, но и, будучи включенным после разделительного конденсатора, анодный конденсатор с воздушным диэлектриком в П-контуре должен иметь повышенное расстояние между пластинами: с повышением анодного напряжения возрастает выходное сопротивление лампы, а, значит, увеличивается и РЧ напряжение, значит, риск пробоя промежутка между пластинами КПЕ увеличивается - UA9LAQ).
При покупке вакуумных КПЕ, обратите внимание на состояние электродов (пластин) внутри стеклянного корпуса. Если они потеряли свой сияющий медный вид, значит, скорее всего в КПЕ нарушен вакуум. Если, при полном выкручивании регулировочного винта, отсутствует сопротивление, оказываемое при разведении пластин, то, скорее всего, КПЕ - сломан. В общем, перемещение пластин внутри КПЕ должно сопровождаться сопротивлением (требуется усилие), а внутренности КПЕ должны блестеть, как будто их только что начистили. Иначе, лучше обойдите этот КПЕ стороной!
Переключатель диапазонов: Не скупитесь на эту важную часть РА. Купите себе лучший, какой только сможете достать. Иначе, просто, пожалеете! Очень приличные переключатели изготавливает Radio Switch Corp. Их переключатель модели 86 - хорош, однако, самым лучшим является переключатель топ-модели 88. Этот переключатель рассчитан на напряжение 13 кВ и ток 30 А. Даже 5 кВт передатчик не сможет "зажечь дугу” на этом переключателе. Для П- или L- контуров в этом переключателе потребуется, по крайней мере, два набора контактов, но три – лучше. Группа контактов должна быть предусмотрена на каждый диапазон из используемых. Специальный переходник должен быть использован, чтобы соединить ось переключателя в П-контуре с осью переключателя входных контуров (т. е., при переключении диапазонов РА одной ручкой). Если на входе РА используются резисторы (ненастраиваемый вход), тогда, естественно, надобность в переходнике отпадает. Есть ещё возможность применения отдельных переключателей на входе и выходе усилителя, но, чтобы исключить установку переключателей в неверное несоответствующее положение, необходимо применить какую-либо блокировку: механическую или электронную.
На Рис. 17 показана конфигурация переключателя, которая поможет начинающему конструктору понять требования, предъявляемые к П-контуру на диапазоны 160…10 метров. Поохоттесь за подобными переключателями и на ярмарках, рынках, а также поищите в Интернете, пойдут и исправные б/у.
Накальные дроссели: Дроссель в цепи накала лампы с катодом прямого накала абсолютно необходим, при подогревных катодах, как у ламп типа 8877, без такого дросселя можно и обойтись. Катод прямого накала можно найти почти во всех старых мощных лампах со стеклянным баллоном, в качестве нити накала и катода там используется торированный вольфрам. На таком катоде присутствуют как большой ток, так и большое ВЧ напряжение, которые должны быть развязаны от проникновения в другие цепи, так что, тут и устанавливают мощные дроссели. Такой дроссель обычно громоздок, его намотка производится двойным проводом, виток к витку на ферритовом стержне и содержит количество витков, достаточное для полного удаления ВЧ после дросселя. Развязывающие конденсаторы, обычно ставят сразу после дросселя со стороны подвода напряжения накала от блока питания, на корпус. У этого типа дросселя - очень большая величина индуктивности, при этом, он обеспечивает прохождение через себя больших токов, Я опробовал также использование тороидального дросселя и остался им доволен, тем более, что этот дроссель имел и небольшие габариты.
В лампах с подогревными катодами, такой катод представляет собой оксидированный "рукав”, одетый на нить накала, которая его подогревает для получения электронной эмиссии. Катоды такого типа требуют меньших токов накала, чем первые, рассмотренные выше, и не допускают распространения ВЧ, так как катодный "рукав” оказывает постоянное экранирующее действие (внешняя сторона, сообразно со скин-эффектом излучает и втянута в схему функционирования ВЧ токов, нижняя РЧ токам не подвержена и служит замкнутым экраном, тут можно ещё вспомнить и про токи Фуко - UA9LAQ). Тем не менее, дроссели в цепь накала включать нужно, чтобы исключить попадание, пусть даже случайного выброса ВЧ в питающий комплекс. Дроссель накала в схемах с лампами, имеющими подогревные катоды, уже не должен быть большим, громоздким, иметь большую индуктивность, поскольку действующие в цепи накала ВЧ токи малы. Дроссель имеет небольшие габариты, намотан двойным проводом достаточного сечения для пропускания тока накала в резиновой или тефлоновой изоляции, намотка производится на небольшом кольцевом или стержневом ферритовом сердечнике. Индуктивность дросселя для работы на диапазонах 160…10 метров должна составлять 30…300 мкГн. Развязывающие конденсаторы включают с обоих проводов накала на корпус усилителя в точке подключения к дросселю со стороны блока питания. Ставьте также конденсаторы между проводами накала со стороны цоколя лампы и катодом. Связь нити накала по ВЧ с катодом будет способствовать выравниванию ВЧ потенциалов на обоих. Это будет препятствовать различного рода неоднородностям в сигналах: вспышкам, прострелам, хрустам, пробоям на нить накала, уравняет оба края нити накала по ВЧ, что устранит колебания накального напряжения.

Рис. 18
На Рис. 18 приведена типовая схема включения лампы с подогревным катодом с обычным накальным дросселем.
ALC: Эту схему необходимо делать обязательно. Обойтись без неё можно только в случае, если Вы используете лампу, которая может раскачиваться полной мощностью имеющегося возбудителя. Примером может являтся лампа 3CX1200A7, которая может раскачиваться мощностью до 120 Вт, включительно. Тем не менее, независимо от того, используете Вы лампу 8877 или 3CX800A7, мощности в 120 Вт вполне хватит, чтобы систематически выводить из строя сетки. Система ALC препятствует этому, но если Вам "нравится” менять лампы чаще, чем это требуется, не делайте никакой ALC. Лучшей точкой привязки возбудителя к усилителю является точка между реле приём/передача на входе и входным настраиваемым устройством.
Схема ALC детектирует в усилителе небольшую часть входного ВЧ сигнала возбудителя. Этот выпрямленный сигнал - отрицательной полярности и может изменяться в пределах от -1 до -12 В. Изменяющийся в отрицательную сторону сигнал подаётся обратно в возбудитель, который смещает усилитель мощности в возбудителе, а тот в свою очередь уменьшает выходную мощность возбудителя и этим предотвращает перекачку оконечного РА.
Процедура установки порога ALC заключается в следующем:
1. Настроить усилитель на полную выходную мощность.
2. Подстроить потенциометром установки порога ALC такой уровень, чтобы в выходном сигнале появилось едва заметное уменьшение его мощности.
3. Всё. Установка закончена.
После установки порога ALC, уровень ВЧ раскачки может быть увеличен или уменьшен, но максимальная выходная мощность усилителя, установленная с помощью регулятора ALC, уже не будет превышена.
Расположение регулировочного органа системы ALC может быть как на задней, так и на передней панели управления, но, в любом случае, хорошо помечено. Установочная регулировка оправдывает себя на практике, так как таковая не может быть случайно сбитой (для регулировки нужно взять отвёртку да ещё залезть под крышку, сняв возможный фиксатор). Однажды установленная, регулировка порога ALC редко изменяется.
На Рис. 19 показана типовая схема системы ALC, простая и эффективная.

Рис. 19
Регулироки: Наиболее заметная часть усилителя - панель регуляторов, она же и самая сложная. Есть много способов расположения и управления аппаратом. Насколько проста будет панель управления зависит от разработчика и изготовителя.
Существуют готовые платы, которые можно приобрести и установить в усилитель, но это немного не то, ведь самому создать усилитель с нуля – намного интереснее, тем не менее, для начинающего - это выход из положения. Помните, чем сложнее аппарат, тем труднее с ним управляться и ремонтировать. Простота и надёжность, - вот из чего нужно исходить при разработке усилителя. Если конструктор хочет создать полностью автоматизированный усилитель и чувствует, что может справиться с задачей, то флаг ему в руки… Трудновато будет, да и проблем будет, проблем… Для начинающих советую, строить самые простые, надёжные, без наворотов усилители. После того, как построите попроще, будут и более сложные аппараты, более изящные.
Вот так посмотрите на проблему: ”Ты - инженер-разработчик, ты решил, что сделаешь аппарат, сколько бы времени и сил это не потребовало!”
Послесловие: В наше время, когда легко купить и эксплуатировать любительское оборудование, какое хочешь, легко забыть о том удовлетворении, которое приносит самостоятельное его изготовление. Тот, кто покупает и потом играет дорогой игрушкой, никогда не испытает этого чувства. Тем, кто, всё-таки, хочет испытать его, приложить собственные руки и голову и сделать свой ВЧ усилитель, как их делали в своё время наши коллеги предшественники и посвящена настоящая статья. Невозможно описать словами то чувство завершённости, исполненного долга, удовлетворения от полученного опыта. А ещё и приобретёте чего-нибудь новенького в процессе…
Если у Вас есть вопросы, я с удовольствием поделюсь знаниями и опытом с Вами, если Вы этого искренне желаете.
73 de Matt Erickson, KK5DR
Свободный перевод с английского: Виктор Беседин (UA9LAQ) [email protected]
г. Тюмень ноябрь, 2003 г