Данный усилитель является развитием идеи предложенной Игорем Гончаренко (DL2KQ) в статье «Легкий и мощный PA», которую можно прочитать в интернете по ссылке http://dl2kq.de/pa/1-1.htm . Поэтому я никого не агитирую, а просто хочу сказать, что анодный трансформатор - деталь тяжелая и необязательная в усилителе.
Написанная статья является описанием изготовленного усилителя, а не научным трудом, претендующим на открытие. Каждый выбирает то , что ему по душе.
Не забывайте, в усилителе присутствует высокое (1200 В) напряжение, опасное для жизни, правила электробезопастности никто не отменял! Не включайте усилитель в сеть со снятой крышкой!
Решение застабилизировать накал лампы принято только из-за особенностей местной электросети, напряжение которой гуляет от 180 до 240 В, а значит напряжение накала будет гулять от 10 до 13 В, мне просто хотелось забыть про эту проблему. Хотя если у радиолюбителя таких проблем нет, то стабилизатор накала можно не делать, а 12 В с обмотки накального трансформатора подать на С13 Рис.1.
Вход УМ - широкополосный, но для улучшения работы усилителя резистор Rк лучше заменить на переключаемые диапазонные фильтры. Резистор R1 - безындукционный, например ТВО.
Входной трансформатор Твх - типа «бинокль» собран из шести ферритовых колец М2000НМ-1 К20х12х6, намотан одновременно тремя проводами (один из них в фторопластовой изоляции - входная обмотка) и каждая обмотка содержит по 2 витка.
Антенное реле ТКЕ-54, три группы контактов К1.1 - К1.3 включены параллельно и используются для коммутации антенной цепи, а контакт К1.4 для включения входного реле Р2 - РЭН-34, контакты К2.1 - К2.2 включены так же параллельно.
Анодный L2 и защитный Др защ дроссели намотаны на ферритовых стержнях марки М400НН диаметром 10 и длиной 100 мм каждый, проводом ПЭВ-2 диаметром 0,27 мм, длина намотки - 70 мм.
Разделительные конденсаторы С7 и С10 - емкостью 1000 - 2000 пФ типа К15-У, с трехкратным запасом по напряжению и способные выдержать соответствующую реактивную мощность, тут экономить не следует. Попытка применить в ВЧ цепи «что попало под руку» ничем хорошим не заканчивается. С5 и С6 типа К15-У, КВИ-3.
В П-контуре использован вариометр, (обмотки включены параллельно) что позволило согласовать УМ с антенной Inv-V, питаемой длинной линией во всем диапазоне частот от 3 до 14 МГц. А конденсатор С8 (зазор между пластинами для Uа=1200 В около 0,5 - 0,8 мм) был заменен на галетный переключатель и четыре конденсатора типа К15-У на 33, 68, 150 и 220 пФ. Но детали П-контура могут быть и иными, в зависимости от возможностей радиолюбителя.
Конденсаторы С12 и С14 - типа КСО на 250 В.
Рис. 2.
Узел Auto TX на транзисторе VT1 Рис. 1 переводит УМ в режим передачи при появлении ВЧ сигнала на входе, это удобно для цифровых видов связи. Переключатель Auto TX выведен на переднюю панель.
На зло классической традиции я не стал запирать лампу на прием. Во первых нужно было бы применить реле с хорошей изоляцией между контактами и обмоткой (не менее 2 кВ), во вторых при отсутствии анодного тока немножко перегревается катод. Был изготовлен стабилизатор смещения (Рис.3) - транзисторный аналог стабилитрона с регулировкой напряжения стабилизации от 9 до 18 В, что позволило корректировать ток покоя (который составляет 40 - 50 мА) в процессе эксплуатации.
Рис. 3.
При изменении тока через стабилизатор от 40 до 300 мА напряжение стабилизации изменяется на 0,2 В. Транзистор VT1ст Рис. 3 установлен на радиатор.
Узел питания показан на Рис. 4.
Накальный трансформатор Т1 с хорошей изоляцией между обмотками (ТПП, ТН). Стабилизатор питания накала собран на транзисторах VT1, VT2 и интегральном стабилизаторе V1. Стабилизатор имеет ограничение по току нагрузки на уровне 2,3 А (определяется сопротивлением резистора R7 Рис.4), что уменьшает токовые перегрузки подогревателя при включении.
На транзисторе VT3 собран таймер, который примерно через 15 сек после включения УМ замыкает резистор R2, ограничивающий ток заряда электролитических конденсаторов анодного выпрямителя. Напряжение +27 В используется для питания реле и иллюминации. Транзисторы VT2, VT3 и диодная сборка VD5 Рис. 4 установлены на радиаторах.
Анодный выпрямитель на диодах D1 - D4 собран по схеме учетверения сетевого напряжения, хотя напряжение анода 1200 В (да еще -100 В просадка при нагрузке) для ГИ-7Б несколько маловато. Поэтому целесообразнее собрать выпрямитель по схеме Рис. 5 для получения 1800 В (схема использована из статьи Игоря Гончаренко, DL2KQ). Каждый из диодов D1 - D4 зашунтирован конденсатором 1000 пФ 1000 В. Дроссель ДР от сетевого фильтра импульсного блока питания видеомонитора.
Рис. 5
В результате на эквиваленте нагрузки 50 Ом 200 Вт при входной мощности 15 Вт получено на частоте 3,600 МГц - 180 Вт (ток анода 250 мА), а на частоте 14,200 МГц - 190 Вт (Iа 260 мА).
Внешний вид учетверителя:
Анодный блок:
Ламповый блок:
Монтаж общий:
Внешний вид:
Изготовленный усилитель (размеры корпуса 350х310х160 мм) получился безопаснее любого импульсного компьютерного блока питания, ток утечки на землю составляет 0,05 мА. С момента ввода в эксплуатацию УМ, он пережил несколько SSB, RTTY и PSK тестов, а также при повседневной работе, показал себя надежным изделием.
UR5YW, Мельничук Василий, г. Черновцы, Украина.
E-mail: [email protected]
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
Ламповый кв усилитель мощности собран на 4-х лампах ГУ-50. Включенных параллельно по схеме с общими сетками, и предназначен для работы в диапазонах 80, 40, 30, 20, 15 и 10 м. Если монтаж усилителя выполнен согласно требованиям, предъявляемым к таким устройствам, не требуется нейтрализация проходной емкости ламп. Максимальная выходная мощность усилителя - 350 - 400 Вт.Для питания усилителя используются два силовых трансформатора. Выходы выпрямителей на диодах VD1 - VD4 и VD5 - VD8 включены параллельно и нагружены на емкостный фильтр (электролитические конденсаторы С1 -СЗ). Параллельно каждому диоду выпрямителя включен высокоомный резистор и конденсатор небольшой емкости. Что повышает электрическую “прочность” выпрямителей и уменьшает пульсации выходного напряжения.Анодное напряжение составляет приблизительно 1000 В.
Усилитель мощности
Постоянное напряжение +15 В получается на выходе однополупериодного выпрямителя VD9-C4 и используется для питания реле и светодиодов, индицирующих режим работы усилителя.
Напряжение накала подается на подогреватели ламп через дроссель Др6.
На входе усилителя установлен фильтр нижних частот C6-L1-C7 с частотой среза около 30 МГц. Тем не менее, учитывая, что входное сопротивление усилителя довольно низкое и меняется в зависимости от диапазона. Между усилителем и трансивером желательно установить согласующее устройство. Хорошо согласованный с трансивером усилитель при небольшой мощности возбуждения (около 50 Вт) позволяет получить выходную мощность 400 Вт (и даже больше!). И обеспечивает на выходе спектрально чистый сигнал (конечно, если трансивер и усилитель исправны и работают в номинальных режимах).
Если ламповый КВ усилитель мощности будет эксплуатироваться с трансивером,
на выходе которого установлен П-контур. То при использовании короткого соединительного кабеля между этими устройствами согласующее устройство не требуется. На выходе усилителя установлен традиционный П-контур, но т.к. “анодный” конденсатор переменной емкости С11 имеет малые начальную и максимальную емкость, к нему в диапазоне 80 м параллельно подключается конденсатор С12.
При замыкании контактов переключателя S2.1 срабатывает реле К1, с помощью контактов которого выход трансивера подключается к входу усилителя. Выход усилителя к антенне, а катоды ламп VL1 - VL4 - к общему проводу (через резистор R2).
Анодный дроссель Др7 намотан на ребристом керамическом каркасе 40 мм и содержит 30 витков провода 0,5 мм.
Резистор R2 состоит из двух включенных параллельно резисторов сопротивлением по 1 Ом.
Катушка L1 - бескаркасная, намотана проводом 0,1 мм на оправке 12 мм и содержит 11 витков, катушка L2 - 9 витков посеребренного провода 3 мм, намотанного на ребристом керамическом каркасе. Положение отводов подбирается при настройке КСВ на выходе усилителя не должен превышать 2. Кроме того, рекомендуется подключать антенну к усилителю через фильтры нижних частот, а при длительной работе в режиме передачи применять принудительное охлаждение.
Схему в формате Splan можно скачать
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:
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
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...
