ЛИНЕЙНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ МОЩНОСТИ НА МЕТАЛЛОКЕРАМИЧЕСКОМ ТРИОДЕ ГС-35Б

Рейтинг:  5 / 5

Подробности

Категория: Усилители мощности КВ

Опубликовано: 15.03.2017 22:17

Просмотров: 18781

И.ПОДГОРНЫЙ (EW1MM)
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 также 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 высшей 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. 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.З — дроссель ВЧ типа — 2,5 мГн.
L1 —катушка П-контура диапазона 28/21 МГц. Материал
— медная шина 1x10 мм. Количество витков — 3,5...4. Отвод нa 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. Диамeтp ребристого каркаса из радио фарфора — 75 мм. Индуктивность — 20 мкГи.
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. PV1 — измеритель высокого напряжения. С1 — 10...500 пФ с зазором 3...4 мм.
С2 — 2200 пФ, рабочее напряжение — 10 кВ, ток — 6...S 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 КЗ — НЧ типа на ток 1 А. Рабочее напряжение — 27 В.
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, 3 А. С1...С20—0,01 мкФ, 1 кВ, керамические. Rl ...R20 — 390 к, мощность — 0,5 Вт. • R21...R22 —30 Ом, тип ПЭВ-10.
К4—реле переменного тока. Контакты — 10 A, Upaб—220 В. К5—реле переменного тока. Контакты — 5 А, Uраб — 220 В. 
Tl — силовой трансформатор. Напряжение вторичной обмотки — 3000 В при токе 0,8 А.
Т2 — накальный трансформатор 4А, 12,6В (ТН-46).
ТЗ —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 контактами 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. 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. Шунтирующие конденсаторы необходимы для устранения так называемого "белого" шума, который может сопровождать передачу. 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 обмотке. Высоковольтные выпрямители, в отличие от низковольтных, работают по своим законам. Даже при использовании трансформатора с габаритной мощностью 2,5 кВт сказываются потери во вторичной обмотке и броски по сети. В приведенной схеме напряжение холостого хода выпрямителя — 3400 В, а при настроенном в резонанс П-контуре — 3000 В. Реле Kl, K2, КЗ ВЧ блока усилителя, а также схема индикации питаются стабилизированным напряжением 26 В (рис.3). 

Микросхема КР142ЕН12А установлена на радиаторе, который изолирован от корпуса. Собственно ВЧ блок усилителя по схемным решениям знаком многим. Следует помнить, что усилитель работает в классе В2, т.е. когда напряжение возбуждения превышает напряжение смещения. Имеет место ток сетки, который может достигать 30% от тока катода. В целях безопасности не производится измерение Іа в цепи +3000 В. Ток катода равен сумме токов сетки и анода.
Стабилитроны VD1 ...VD7 обеспечивают смещение лампы. Ток покоя в SSB обставляет 100 мА, в CW — 60 мА. VD8 — стабилитрон, обеспечивает запирание лампы в режиме приема. При передаче он закорачивается контактами реле КЗ. 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 VT1 и VT2 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 нагрузку. Несмотря на то, что входное сопротивление усилителя 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 искажении и уменьшению КПД на 5%. Конструктивно лампа может быть расположена как горизонтально, так и вертикально. Обдув со стороны анода — потоком воздуха до 150 м3 в 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 н 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 СЗ 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, по формуле Р = U²/R. При эксплуатации усилителя с высокоомными  длиннопроводными антеннами рекомендуется использовать антенный тюнер.
Литература
1.Radio Handbook, 23rd EDITION, B. ORR, (W6SAI).
2.THEARRL HANDBOOKS, 1964...1994.
3."CQ". 1975...1995.

И.ПОДГОРНЫЙ (EW1MM),
220050, Минск, а/я 76.
Радиолюбитель, KB и УКВ, июль 95