УМ с безтрансформаторным БП на лампах с общим катодом UT2XS Сергей - UT2XS
Прочитав и изучив статью И.Гончаренко в Радиолюбителе КВ и УКВ NN1-2 / 1999. Лёгкий и мощный РА, я остановился на той мысли, что хотелось бы сделать усилитель на мощность 200 Вт на дешевых проверенных лампах и раскачивать его 5-8 ватами мощности например "дроздивером", что явно недостаточно для получения этой мощности при закачке в катод. После некоторых раздумий нарисовалась схема, которую я воплотил в готовый усилитель. Надёжность и безопасность не вызывают ни малейшего сомнения. Ведь многие радиолюбители повторившие схемное решение автора вышеуказанной статьи остались довольны и с успехом эксплуатируют эти усилители. Я надеюсь,что данной схемой я заполню нишу и для схем с общим катодом.
Для себя я выбрал лампы ГУ-50, по моему мнению неплохо подходящие под поставленные мной задания. Учитывая тот факт, что эти лампы при работе с общим катодом требуют не 1100 В, а порядка 800В(классический режим В), напряжения экранной сетки 250В пришлось запитывать усилитель не учетверителем, утроителем напряжения сети, в конечном итоге +600В и -300В.С 600В всё понятно, а вот -300В учитывая подпору катода стабилитронами создающими смещение на первой сетке относительно катода превращается уже примерно в 260В, ну и учитывая общий просад напряжения питания можно с уверенностью говорить о режиме В.
Не буду повторятся по поводу всех развязок, это всё оговорено в выше указанной статье. Но возникает проблема в подаче сигнала в сетку. Если говорить, что в сетку можно подавать сигнал через трансформатор, то это по меньшей мере спорно, хотя и существуют схемы. Все эти трансформаторы приводят к солидному завалу частотной характеристики на ВЧ диапазонах. По этому обратимся к классическим схемам, а конкретно Радио-дизайн N 1 за 98 год страница 44. А именно Lсв/Lk=2,5 Это соотношение витков в катушке связи и диапазонной катушке. А диапазонные катушки рассчитываются под каркасы которые имеются в наличии. Обращаю особое внимание на то ,что каркасы для катушек нужно выбрать с учётом того факта,что катушки связи обязательно наматываются проводом МГТФ с хорошей не повреждённой и толстой изоляцией, а диапазонные катушки, как минимум ПЭЛШО. Это делается для надёжной гальванической развязки по входу. На это нужно обращать особое внимание!!! Катушка связи по входу после переключателя диапазонов грузится на двухватный резистор номиналом 75 или 50 Ом в зависимости от сопротивления выходного каскада передатчика. Резистор R1 должен быть надежно распаян по сколько при его обрыве в момент переключения диапазонов лампы могут выйти из строя.
Ток покоя всех ламп вместе составляет 120 мА, это режим подбирается количеством стабилитронов Д815А. Д817Г служит для запирания ламп в режиме приёма. Следует не забывать устанавливать стабилитроны на отдельные радиаторы, поскольку на них рассеивается в момент передачи достаточная мощность. Реле которое коммутирует стабилитроны нужно применять с импульсных источников питания блоков питания импортных телевизоров. У этих реле хорошая гальваническая развязка и мощная контактная группа. Конечно можно применить и схемы на оптопарах, но на мой взгляд данное решение проще и надёжней и что немаловажно упрощает схему
Таймер на К561ЛА8 рассчитан на задержку около 10 секунд, которая нужна для зарядки конденсаторов блока питания и разогрева накала ламп. При срабатывании балансный резистор закорачивается, загорается светодиод, который говорит о рабочем режиме усилителя. П- контур рассчитывается по формулам которые широко известны и подробно останавливаться на них нет смысла. Анодный дроссель я мотал на ферритовом стержне, данные на него так же опубликовывались неоднократно в Радио-дизайне. Можно также изготавливать из расчётных формул.
Ток ламп можно измерять, включив в цеп анода мили амперметр на 0,5А. Все блокировочные емкости, относящиеся к лампам и анодной цепи крепить по возможности ближе к лампам, сами панельки полностью разобраны и к шасси крепится только керамика указав на шасси краской место ключа. Это уменьшает ёмкость монтажа и на ВЧ диапазонах увеличивает отдачу.
Подобное решение можно применить и для ГМИ-11 или других ламп применив учетверение напряжение сети но напряжение на экранной сетке придется формировать уже из 600В вычитая последовательным включением стабилитронов в цеп сетки и рассчитывая их мощность. Зато, какой выигрыш в габаритах, цене. Да и гальваническая развязка получается не хуже чем с большим, тяжелым и дорогим силовым трансформатором.
Сразу оговорюсь, что насущной потребности в бестрансформаторном усилителе мощности у меня не было. Дело в том, что у меня есть классный усилитель KENWOOD TL-922. Однако использовать его не всегда целесообразно. В этом усилителе установлены две лампы 3-500Z, каждая стоимостью около 200 USD, поэтому усилитель следует беречь.
Кроме того, многие используемые в настоящее время трансиверы имеют выходную мощность 100 Вт. Это приличная мощность. Правда, выходной каскад трансивера должен быть нагружен на сопротивление 50 Ом, иначе сработает система защиты (например, ALC). Следовательно, трансиверу требуется антенный тюнер. А тюнер, увы, "бесстыжий обманщик", да и трансивер не следует "гонять" на предельной мощности. В нем только пара транзисторов оконечного каскада стоит около 90 USD.
В общем, я пришел к выводу, что неплохо было бы иметь "активный" тюнер. Вот так родилась идея использовать маломощный ламповый усилитель в качестве "активного" тюнера. П-контур в усилителе — это, фактически, тот же тюнер, который согласует выходной импеданс усилителя с антенной, а собственно усилитель позволяет эксплуатировать трансивер в режиме пониженной мощности. Остается только выбрать схему согласования трансивера и усилителя мощности. После небольших экспериментов широкополосный трансформатор на ферритовом кольце нашел свое место в схеме.
Рассуждаем дальше. Усилитель должен быть малогабаритным, экономичным и простым в повторении (я всегда преследую такую цель при разработке конструкций). Как следует решать данную задачу? Лампы —дал Бог: в течение моей 48-летней радиолюбительской практики в шкерке скопилось немало ГИ-7Б, ГУ-74Б, ГУ-43Б, ГУ-34Б, ГУ-ЗЗБ, ГК-71, ГУ-81М, т.е. почти вся номенклатура ламп советского производства. Но все эти лампы должны работать при высоком анодном напряжении, поэтому требуются высоковольтные конденсаторы и в анодной цепи, и в П-контуре. Кроме того, панельки для некоторых из перечисленных выше ламп стоят почти столько же, столько сами лампы. А для некоторых ламп требуется еще и обдув.
А что получится, если использовать ГУ-50? Лампа очень популярная, дешевая и очень доступная (панельки — тоже). Три-четыре лампы дают мощность, которая чаще всего требуется в повседневной работе в эфире. Этим лампам не нужен обдув. Анодное напряжение — около 1000 В.
А если такое низкое анодное напряжение получить без громоздкого силового трансформатора? Умножение переменного напряжения сети 220 В — это отличное решение! Но опыта работы с умножителями напряжения у меня не было, поэтому решил попробовать изготовить умножитель на четыре, состоящий из 6 электролитических конденсаторов 220 мкФ/385 В и 4 диодов 1N5408, и был приятно удивлен полученным результатом. На холостом ходу выпрямитель давал 1200 В, под нагрузкой 50...600 мА напряжение почти не изменялось — 1100 В.
Эти результаты окончательно подтолкнули меня к выбору бестрансформаторного анодного питания усилителя мощности, но требовалось решить проблему безопасной эксплуатации усилителя с таким источником. Релейная схема на базе реле переменного тока дала возможность обеспечить требования техники безопасности. Во избежание броска тока во время включения, предусмотрена схема "мягкого" пуска. Маломощный трансформатор используется только для питания накалов ламп и реле.
Переходим к выбору схемы усилителя. Из своего опыта знаю, что ГУ-50 в схеме с общими (заземленными) сетками в режимах CW и SSB без проблем работает при напряжении 1200 В на аноде. Значит, 1100 В на выходе бестрансформаторного выпрямителя — вполне допустимое анодное напряжение. Все сетки ламп — на "земле". Автоматическое смещение в цепи катодов ламп в режиме STANDBY обеспечивает их полное запирание, а в режиме передачи — ток покоя около 45 мА на каждую лампу, обеспечивающий линейный режим усиления. Анодное питание — последовательное. В такой схеме уменьшается влияние реактивности анодного дросселя, а также требования к его конструкции.
Сколько ламп ГУ-50 следует использовать в усилителе? Две — это явно мало (овчинка не стоит выделки), да и входный импеданс будет более 100 Ом. В то же время, ни объем, ни вес усилителя с двумя лампами не уменьшаются по сравнению с устройством на трех или четырех лампах. Однако при четырех лампах эквивалентное выходное сопротивление усилителя довольно низкое, поэтому для П-контура требуются конденсаторы довольно большой емкости. Кроме того, при четырех лампах усилитель имеет низкое входное сопротивление. Также следует увеличить нагрузочную способность высоковольтного выпрямителя (учетверителя напряжения), применив в нем электролитические конденсаторы емкостью 470 мкФ.
Три лампы ГУ-50 — это, на мой взгляд, оптимальное решение. Рационально используются все комплектующие, а разница в работе между усилителями на 3-х и 4-х лампах ГУ-50 незаметна для корреспондентов.
Возможно, все описанное выше хорошо знакомо некоторым читателям. Но, на мой взгляд, не следует слепо повторять любую конструкцию, не ответив для себя на вопросы: что, как и почему.
Описание схемы
Схема усилителя (рис.1) довольно проста. "Минусовый" вывод источника высокого напряжения, который подключается контактами К4а реле Rel4 к измерительному прибору М1, измеряющему анодный ток, является общим проводом схемы по постоянному току, а по переменному току этот провод через конденсаторы С5 и С20 соединен с шасси. Все сетки ламп VL1 — VL3 включены параллельно и соединены с общим проводом. Катоды ламп также соединены параллельно, но к общему проводу подключены через вторичную обмотку входного трансформатора Тг2 и резистор R8, который обеспечивает автоматическое смещение. В катодную цепь также включен резистор R7, который предохраняет лампы от прострелов. Аноды ламп соединены параллельно через антипаразитные дроссели, предотвращающие самовозбуждение усилителя на УКВ.
Нагрузкой усилителя является П-контур. Анодное напряжение подается на "холодный" конец П-контура через дроссель Dr2, т.е. применена схема последовательного анодного питания. В такой схеме катушка П-контура находится под напряжением, но зато снижаются требования к анодному дросселю Dr2. Несмотря на то что в окончательном варианте усилителя применяется дроссель, рассчитанный на установку в схему параллельного питания, я пробовал использовать самый простой дроссель индуктивностью 16 мкГн, имеющий рядовую не- секционированную намотку, и эффект был один и тот же — усилитель работал хорошо.
В моих конструкциях П-контур всегда тщательно рассчитывается на основе данных об анодном напряжении и токе, рабочем режиме (в данном случае, класс АВ) и нагруженной добротности катушки П-контура (Q=12). Раньше расчет проводился вручную, а сейчас компьютер делает такой расчет за секунды. Катушки, естественно, изготавливаются согласно рассчитанным индуктивностям для П-контура с учетом диаметра применяемого каркаса.
В П-контуре усилителя используются обычные конденсаторы переменной емкости от старых ламповых радиоприемников. В конденсаторе С1 пластины прореживают через одну, и из конденсатора емкостью 2x500 пФ получается КПЕ с максимальной емкостью около 135 пФ (при паралельном включении секций).
Прореживать пластины в конденсаторе С2 не требуется. Здесь лучше всего использовать строенный КПЕ.
КПЕ С1 и С7 подключены к П-контуру через конденсаторы С2 и С6 и, следовательно, находятся только под ВЧ- напряжением. На низкочастотных диапазонах параллельно каждому КПЕ добавляется емкость (СЗ, С4, С8, С9).
Для переключения диапазонов применяется обычный керамический галетный переключатель (4 галеты, 11 положений). Две галеты, соединенные параллельно, предназначены для переключения отводов катушки индуктивности, а две другие — для подключения добавочных конденсаторов.
Если фазовой провод включен правильно, то при подаче на блок питания сетевого напряжения сразу включитсяреле Rel2, и переменное напряжение поступит на выпрямители. Если фазовый провод включен неправильно, сработает реле Rel1, которое своими контактами перекоммутирует "фазу" и "ноль", установив их в правильное (безопасное для эксплуатации) положение.
Сетевое напряжение подается на выпрямители через резисторы R14 — R18, которые ограничивают пусковой ток, обеспечивая "мягкий" пуск. В течение несколько секунд напряжение после этих резисторов возрастает до уровня, при котором включается реле Rel3, которое блокирует цепь "мягкого" пуска. После цепи "мягкого" пуска установлен дроссель Dr1, который препятствует попаданию ВЧ-напряжения из усилителя в сеть переменного тока.
Накал лампы и напряжение для низковольтного выпрямителя (D7 — D11 и С37) снимается с трансформатора Тг1. Напряжение на выходе низковольтного выпрямителя — 24 В.
Высоковольтный выпрямитель выполнен по симметричной схеме учетверения напряжения. Он включается сразу после подачи сетевого напряжения, и после "мягкого" пуска на его выходе появляется напряжение 1200 В.
Двухконтактный двухпозиционный тумблер SW2a,b служит для переключения режима STANDBY. При включенном режиме STANDBY усилитель сохраняет готовность к работе, но не подключен к выходу трансивера, поэтому сигнал "раскачки" через нормально замкнутые контакты Rel5 и Rel6 поступает прямо в антенну.
При выключении режима STANDBY срабатывает реле Rel4, и высокое напряжение подключается к общему проводу и к анодной цепи. Одновременно подается напряжение на цепи питания реле Rel5 и Rel6. Переход "прием/передача" осуществляется при замыкании контактов К7 реле Rel7. Для управления этим реле применяется транзисторный ключ Q1. Напряжение для ключа и для репе Rel7 берется от интегрального стабилизатора IS1. Это напряжение должно быть не более 12 В, потому что во всех современных трансиверах линия РТТ имеет потенциал +12 В в режиме приема и 0 В — в режиме передачи.
