На главную

И. Подгорный (EW1ММ).
"КВ и УКВ" июль 95

Линейный усилитель мощности на металокерамическом триоде

Усилители с общей сеткой с применением металлокерамических триодов широко используются радиолюбителями на протяжении многих лет. Преимущества такого усилителя — хорошая линейность, повышенная устойчивость в работе, высокие энергетические показатели.

Недостатки—малый коэффициент усиления (10...25), а так же большая, чем в усилителях с общим катодом, требуемая мощность возбуждения.

В схемах с общей сеткой иногда используются тетроды и пентоды в триодном включении. Последние, у которых лучеобразные пластины или третья сетка соединены с катодом внутри лампы, не рекомендуется применять в схеме с ОС, т.к. они склонны к самовозбуждению.

В последние годы в ряде республик СНГ пересмотрен регламент радиолюбительской связи. В частности, станциям вы сшей категории разрешено использовать мощность до 1 кВт. Там, где это не сделано, в период крупных международных соревнований по специальному разрешению ГИЭ иногда разрешают доводить мощность до указанной величины.

Линейный усилитель мощности класса 1 кВт с применением металлокерамического триода ГС-35Б (рис.1) ориентирован на тех радиолюбителей, которые имеют соответствующее разрешение.
13_0.gif

Данная схема может быть полезна и тем, кто строит усилитель меньшей мощности на лампах типа ГИ7Б, ГИ14Б или подобных, поскольку их построения аналогичны рис. 1 при соответствующих напряжениях анода и смещения.

Технические данные усилителя мощности на ГС-35Б:
- класс работы усилителя — В2;
- входное сопротивление — 50...75 Ом;
- выходное сопротивление —50...75 Ом;
- эквивалентное сопротивление анодного контура — 2 кОм;
- напряжение анода — 3000 В;
- мощность, отдаваемая в нагрузку — 1 кВт;
- КПД усилителя — 55...65%;
- мощность возбуждения — 80 Вт.

Детали усилителя

Др.1 — накальный дроссель на стержневом ферритовом сердечнике длиной 150 мм диаметром 8...12 мм, предварительно обмотанном стеклотканью. Проницаемость — 400. Намотка — в два провода. Количество витков — 25. Провод — ПЭВ диаметром 2 мм. Индуктивность — не менее 35 мкГн.

Др.2 — анодный дроссель. Каркас — диаметром 30 мм. Намотка — виток к витку, образует обмотку длиной 70 мм, затем, ближе к аноду лампы — 17 витков с принудительным шагом. Индуктивность— 195 мкГн. Провод—ПЭВ диаметром 0,5 мм;

Др.3 — дроссель ВЧ типа — 2,5 мГн.

L1 — катушка П-контура диапазона 28/21 МГц. Материал — медная шина 1х10 мм. Количество витков— 3,5...4. Отвод на 28 МГц — от 2,5 витка. Диаметр оправки — 40 мм;

L2 —диапазон 14 МГц. Материал— медная трубка 6 мм. Количество витков — 5,5...6. Диаметр оправки — 50 мм.

L3 —диапазон 7/3,5/1,8 МГц. Материал — голый медный провод диаметром 2,5 мм. Количество витков — 20. Диа- метр ребристого каркаса из радиофарфора — 75 мм. Индуктивность — 20 мкГн.

Во всех катушках П-контура намотка выполняется так, чтобы расстояние между соседними витками равнялось диаметру применяемого провода (трубки). На диапазонах 28 МГц и 21 МГц расстояние между витками катушки равно толщине шины, т.е. 1 мм.

VD1...VD7 — стабилитроны Д815А, установлены на радиаторах и изолированы от корпуса.

VD8 — стабилитрон Д817А.

VD9,VD10,VD11— диоды 1000В, 1 А.

РА1 — измерительная головка — 1,5 А.

РА2 — измерительная головка — 0,5 А.

РV1 — измеритель высокого напряжения.

С1 — 10...500 пФ с зазором 3...4 мм.

С2 — 2200 пф, рабочее напряжение — 10 кВ, ток — 6...8 А.

СЗ — 2000 пф, от лампового вещательного приемника.

С4 — 1000 пФ, рабочее напряжение — 10 кВ.

С5—2200 пф. Тип—КВИ-3. Рабочее напряжение— 10 кВ.

С6—0,01 мкФ, 1кВ.

С7—0,01 мкФ, 300 В.

С8,С9,С10—0,01 мкФ, 300 В.

Реле К1 — РПВ 2/7 ВЧ типа. Рабочее напряжение — 27 В.

Реле К2 — ВЧ типа. Рабочее напряжение — 27 В, ток кон тактов — 5...7 А.

Реле К3—НЧ типа на ток 1 А. Рабочее напряжение—27В.

S1 — переключатель НЧ типа на ток 1 А.

S2 — галетный переключатель ВЧ типа, керамический, на ток 7...8 А.

Блок питания, показанный на рис.2, содержит следующие детали:

VD1...VD20— выпрямительные диоды 1 кВ, ЗА.

С1...С20—0,01 мкФ, 1 кВ, керамические.

R1 ...R20 — 390 к, мощность — 0,5 Вт.

R21...R22—30 Ом, тип ПЭВ-10.

К4 — реле переменного тока. Контакты — 10 А, Uраб — 220 В.

К5 — реле переменного тока. Контакты — 5 А, Uраб — 220 В.

Т1 — силовой трансформатор. Напряжение вторичной обмотки — 3000 В при токе 0,8 А.

Т2 — накальный трансформатор 4А, 12,6В (ТН-46).

Т3— тип ТН-36,ТН-46.

Назначение элементов блока питания

R21 — для ограничения тока в первичной обмотке высоковольтного трансформатора в момент включения, чтобы предотвратить выход>из строя диодов выпрямителя.

R22 — для ограничения тока накала. Повышает срок службы лампы до 22000 час.

Спустя 20...40 мс эти резисторы закорачиваются контак тами реле. Задержка слышна на слух. Номиналы R21 и R22 должны подбираться. Так, при емкости конденсатора фильтра в высоковольтном выпрямителе 25 мкФ R21 = 30 Ом. При емкости 250 мкФ потребовался резистор 15 Ом. Влияет также тип применяемого реле.

Выпрямитель собран по двухполупериодной мостовой схеме.
13_1.gif

Максимальное обратное напряжение диодов должно быть в 1,4 раза больше входного действующего напряжения. Пример одного плеча диодного моста изображен на рис.2. Каждый диод зашунтирован резистором для равномерного распределения обратного напряжения. Шунтиру- ющие конденсаторы необходимы для устранения так называемого "белого" шума, который может сопровождать пе редачу. Резисторы 240 к — для выравнивания напряжения на неполярных конденсаторах фильтра, а также для разряда последних после выключения выпрямителя. Резисторы номиналом 1 МОм — 10 шт, служат шунтом измерителя высокого напряжения, который находится на передней панели выпрямителя. Калибровочный резистор Rдоп. входит в общий номинал шунта. Предохранители блока питания установлены на диэлектрической пластине.

В высоковольтном выпрямителе в качестве фильтра нежелательно использовать электролитические конденсаторы вследствие разброса их параметров и плохой работоспособности при неравномерном распределении напряжения на них. Не следует ожидать напряжения на выходе выпрямителя в 1,41 раза выше, чем напряжение на вторичной об мотке. Высоковольтные выпрямители, в отличие от низковольтных, работают по своим законам. Даже при использо вании трансформатора с габаритной мощностью 2,5 кВт сказываются потери во вторичной обмотке и броски по сети. В приведенной схеме напряжение холостого хода выпрями теля — 3400 В, а при настроенном в резонанс П-контуре — 3000 В. Реле К1, К2, К3 ВЧ блока усилителя, а также схема индикации питаются стабилизированным напряжением 26 В (рис.3).

13_2.gif

Микросхема КР142ЕН12А установлена на радиаторе, который изолирован от корпуса. Собственно ВЧ блок усилителя по схемным решениям знаком многим. Следует пом нить, что усилитель работает в классе В2, т.е. когда напряже ние возбуждения превышает напряжение смещения. Имеет место ток сетки, который может достигать 30% от тока като да. В целях безопасности не производится измерение Iа в цепи +3000 В. Ток катода равен сумме токов сетки и анода.

Стабилитроны VD1 ...VD7 обеспечивают смещение лампы. Ток покоя в SSB составляет 100 мА, в CW — 60 мА.

VD8 — стабилитрон, обеспечивает запирание лампы в режиме приема. При передаче он закорачивается контактами реле К3. При подаче напряжения накала необходимо учитывать падение напряжения на накальном дросселе. Срок службы лампы намного увеличивается при использовании резистора R22 в цепи первичной обмотки накального трансформатора, а также при подаче напряжения накала, на 2% меньше номинального. Последнее измеряется непосредственно на клеммах лампы, т.е. с учетом падения напряжения на дросселе. С помощью R1 (10 Ом) производится измерение тока сетки. На транзисторах VТ1 и VТ2 выполнена схема индикации. Зеленый светодиод показывает нормальную работу усилителя. Резистором 500 Ом устанавливают порог срабатывания светодиода при токе сетки лампы до 30% от максимального тока катода. Порог срабатывания красного светодиода устанавливается при токе 35%.

При неправильном согласовании усилителя с антенной, обрыве самой антенны, а также при перекачке и перегреве лампы возрастает ток сетки и, соответственно, сработает красный светодиод, что обращает внимание оператора на неправильную работу усилителя.

Резисторами 680 Ом в цепи светодиодов подбирают значения тока в цепи в пределах 10 мА. При эксплуатации усилителя при появлении тока сетки в момент настройки сразу необходимо произвести подстройку регулирующих элементов П-контура, для того чтобы отвести ВЧ энергию в нателя низкое, рекомендуется применять переключаемые входные контура. Такие контура имеют низкую добротность порядка 2 — и не нуждаются в перестройке.

Если в трансивере имеется П-контур с переменным конденсатором на выходе, проблем согласования с усилителем нет, однако входное напряжение становится несимметричным. Это приводит к определенному уровню нелинейных искажений и уменьшению КПД на 5%. Конструктивно лампа может быть расположена как горизонтально, так и вертикально. Обдув со стороны анода — потоком воздуха до 150 м3 час. Панелька представляет собой мощный теплоотвод от сетки на шасси устройства. Материал — бронза, латунь. Желательно, чтобы поток воздуха проходил от анода к катоду и выходил за пределы усилителя. Если блок питания выполнен в виде отдельного устройства, для подачи + 3000 В в ВЧ блок используют отрезок толстого коаксиального кабеля, предварительно сняв с него оболочку и экран. Напряжение -3000В подают медным проводом диаметром 2...3 мм в хорошей изоляции, повышенных требований к нему нет. Напряжение питания накала лампы подается через пару экранированных проводов. Экраны на концах заземляют в ВЧ блоке и в выпрямителе. Корпус выпрямителя и усилителя тщательно соединяют между собой и заземляют. Катушки П-контура, анодный дроссель и радиатор анода лампы для уменьшения монтажной мощности располагают не ближе 5 см от металлических поверхностей. Переменный конденсатор С3 соединяют с гнездом "Антенна" внутри усилителя с помощью коаксиального кабеля, волновое сопротивление которого равно выходному сопротивлению усилителя. Калибруют усилитель мощности с помощью эквивалента 50...75 Ом по максимуму ВЧ напряжения, определяя мощность, отдаваемую в нагрузку. При эксплуатации усилителя с высокоомными длинопроводными антеннами рекомендуется использовать антенный тюнер.


Совсем недорого таро-клуб для всех желающих.