Самодельный ламповый ВЧ усилитель. Руководство к действию.

Matt Erickson, KK5DR, http://www.qsl.net/kk5dr

Я читал во многих статьях, что в настоящее время наблюдается недостаток среди молодых любителей, тех, кто делает свою аппаратуру сам. В то же время, радиолюбители старшего поколения прекратили делать аппаратуру, или потому, что уже сделали всё, что хотели, или просто устали “бежать за прогрессом“… А проблема не такая уж и простая, если учесть, что и книг для самодельщиков выпускается не так уж много (особенно, это касается России, где на коммерческой основе, выпускается много дорогой “макулатуры”, содержащей лишь крупицы полезных знаний, остальное реклама или “вода”, в лучшем случае, производится перепечатка книг, выпущенных ещё в Советском Союзе, ценность которых нельзя не дооценивать - UA9LAQ).

Большинство книг по любительскому радио, прочитанных мной, действительно, мало что давали в плане реальной постройки аппаратуры (одна философия, да теория). В большинстве справочников даются начальные общие понятия, и до практики дело также не доходит (лишь описание узлов и деталей). Без достаточного уровня знаний, начинающий при постройке ВЧ усилителей вынужден использовать общеизвестный метод “научного тыка”, и, таким образом, приобретать необходимые знания и опыт. Я сам начинал подобным образом, и не осознавал, что я делаю, источников информации нехватало. Чтобы до всего “дойти”, потребовались годы. Эта статья является квинтэссенцией приобретённого к настоящему времени опыта в постройке усилителей. Я написал эту статью специально, чтобы помочь начинающему самодельщику, в ней сведены воедино все необходимые для постройки усилителя сведения, полученные опытным путём, коим я уже наделал много ошибок. Чтобы не проходить через это снова, хочу помочь молодому поколению поддержать великую традицию: делать свою аппаратуру самостоятельно.

Для простоты, в этой статье рассматривается эксплуатация и конструкция триодных ВЧ усилителей с заземлённой сеткой. Поскольку эта статья адресована начинающим, то самым простым (а, значит, удобным для повторения) является, именно, усилитель на триоде. Возможен вариант усилителя и на более “сложных” лампах, но, думаю, это будет возможно для начинающих позднее (думаю, соберусь и напишу статью и об этом). Могу предложить почитать что-нибудь из William’ a Orr’ a, например.

Что же, Вы и “сами с усами”? Вам, всё-равно, не помешает почитать чего-нибудь по теме. Читайте все справочники по радио, доступные Вам, концентрируйте внимание на разделах, касающихся ВЧ усилителей. Читайте старые (! – UA9LAQ) справочники и новые. Если у Вас этот усилитель первый – не гнушайтесь любой доступной информацией по теме, всё предстоит изучить. Могу предложить "Radio Handbook" за 1987-1973 William’a Orr’a , ARRL "Radio Handbook" 1945-1965, Essentials of Radio 1948, (Основы радиотехники) EIMAC Co. "Care and feeding of power grid tubes.(Эксплуатация и питание мощных радиоламп)", что-нибудь из R.L. Measures AG6K, и т. д. В Интернете есть веб-сайты, на которых выложены материалы по изготовлению усилителей в домашних условиях, проводятся конференции по проблеме. Прочитав, вышеупомянутые книги и усвоив азы, Вы будете готовы к постижению специальных знаний, изложенных в этой статье. Если в Вас, после прочтения книг и материалов в других источниках, не пропало желание строить усилитель, то Вам предстоит решить с каким типом ламп Вы будете работать, какую хотите получить от усилителя выходную мощность, на каких диапазонах и каким видом предстоит работать будушему усилителю, какой сервис Вы хотели бы ввести в усилитель. Размер конструкции усилителя и его конфигурация должны выбираться заранее.

Осторожно! Вы работаете с высоким напряжением! Будьте внимательны!

Безопасность: Практически в каждом ламповом усилителе имеется высокое напряжение. А это напряжение опасно для жизни! Особенное внимание должно быть уделено работе вблизи источника такого напряжения и проводов с ним связанных, лучше, всё-таки, сначала обесточить высоковольтные цепи, прежде, чем начать работы на них. Позднее будет рассмотрен вопрос защитной блокировки высокого напряжения.

Будьте внимательны! Держитесь подальше от высоковольтных цепей! Многие любители погибли от поражения током высокого напряжения, пусть больше не будет никому не нужных смертей.

“Мáни-мáни…”: Во сколько Вам обойдётся постройка самодельного усилителя? Это зависит целиком и полностью от того, кто строит. В принципе, Ваше дело – можно затратить и менее 100 долларов и более 10000. Если будут приобретаться все новые детали, то усилитель “влетит в копеечку”, если будет переделываться старый усилитель, то затраты могут быть самыми минимальными, хотя, получаемый результат, по всей вероятности, будет одинаковым в том и другом случаях. Проводимые ярмарки на любительских слётах, Интернет с его возможностями, позволяют приобретать детали хорошего качества и за умеренную цену. Перед тем, как начать закупать детали, нужно знать точно, что необходимо. Используемая лампа и требуемая выходная мощность усилителя налагают свои определённые требования к деталям.

Лампы: Если Вы планируете использовать в усилителе лампы устаревших образцов в стеклянных баллонах, то сразу приобретайте их несколько штук, так как, есть вероятность, что лет, этак, через 10 их уже не будут производить (лампы негде будет достать и создателю РА будет грозить переделка усилителя под новый тип ламп). Если Вы предполагаете использовать в РА металло-керамическую лампу, то не приобретайте таковую с истекающим или истекшим сроком годности. Правильный “научный” подход в этом вопросе, позволит сделать Вам правильный выбор.

Я, лично, выбрал лампу EIMAC 3CX1500A7/8877 – неприхотливый мощный триод, который будет ещё производиться, по меньшей мере, 15 лет, тем более, что в продаже и обиходе много таких ламп и их можно приобрести по достаточно низкой цене. Эти лампы могут отработать как менее 100 часов, так и более 10000.

Многие компании покупают такие лампы (предназначенные для работы в медицинской аппаратуре), проверяют их и сертифицируют для работы при полной выходной мощности. Лампы могут принадлежать к классу “восстановленных”, например, той же фирмой EIMAC или компанией “EconCo”. Такие лампы можно приобрести за 60% стоимости новых, однако, такую лампу можно считать “новой” с полной гарантией.

Сколько диапазонов?: Самый простой усилитель - однодиапазонный. Таковой не имеет недостатков, присущих многодиапазонным РА и, как раз, подходит для начинающих.

Если начать с диапазона 160 метров, то сложность разработки, изготовления и настройки усилителя возрастают с уменьшением длины волны (с ростом рабочей частоты, на которую рассчитан РА). Обеспечить стабильность работы усилителя сложнее всего на диапазоне 10 метров. И, всё-таки, даже на диапазоне 10 метров, однодиапазонный РА работает лучше, чем таковой, многодиапазонный, тем более, что однодиапазонный усилитель проще в изготовлении и настройке (Если ещё учесть то обстоятельство, что и однодиапазонные фильтры и однодиапазонные антенны обеспечивают самый чистый спектр сигнала передатчика в эфире, то не задаться ли целью и изготовить наращиваемый трансивер, в котором от последнего смесителя передатчика до антенн присутствовали бы однодиапазонные тракты, в которых фильтры верхних частот были бы заменены на полосовые. Часто, "давя" гармоники основной частоты передатчика, мы не задумываемся о том, что ниже рабочей частоты, тоже, “пролазит грязь”, т. е., частоты гетеродинов, синтезаторов, промежуточных трактов. Вспомнился случай: как-то я, будучи радистом одного из нефтяных трестов, “дежурил” в эфире. Вдруг, моё внимание привлекли довольно громкие (S8) сигналы любительских (саратовских – UA4C…) радиостанций и это на 300…400 кГц в стороне от диапазона 7 МГц! Радиостанции работали как ни в чём ни бывало с корреспондентами в одном из любительских диапазонов… - UA9LAQ).

Многодиапазонные усилители усложняются прямопропорционально количеству диапазонов, вводимых в усилитель. Однодиапазонный усилитель может быть оптимизирован под конкретный диапазон, может быть более эффективным, стабилен, прост в настройке и эксплуатации.

Возможно, есть смысл для начинающего, сначала сделать однодиапазонный усилитель, потом уж, приобретя опыт в настройке и эксплуатаци переходить к более сложным усилителям, - многодиапазонным.

Компановка: Вот, теперь нужно решить, каким Вы хотели бы видеть Ваш будущий усилитель: “цельной” конструкцией (вместе с блоком питания), в настольной или напольной компановке, состоящим из двух блоков (ВЧ блок и блок питания). Принимаемое Вами решение важно и повлияет на всю дальнейшую работу по созданию РА, поэтому заранее всё хорошо обдумайте, а уж затем (засучив рукава) приступайте к делу. Я изготавливал все упомянутые конструкции РА, и у каждого были свои специфические проблемы и достоинства.

Самой простой является настольная конструкция РА в едином блоке с блоком питания, но такой РА должен иметь ограничения в занимаемом объёме и весе, которые ограничивают, в свою очередь, выходную мощность РА и размер применяемой в РА лампы. Настольные усилители, имеющие большие размеры и массу, могут создать массу проблем при транспортировке, да и не всякий стол такой РА выдержит.

Консольная напольная конструкция усилителя предполагает наличие свободного места под большее количество деталей и больший их размер, но может быть размещена толдько рядом с местом оператора, а не на рабочем месте оператора, как это бывает в случае настольной конструкции РА. Обычно напольная конструкция тяжёлая, объёмная, для облегчения перемещения её, желательно предусмотреть колёсики.

Конструкция РА, состоящая из двух половин, является промежуточной между первыми двумя, но и здесь существуют свои проблемы, о которых не следует забывать. ВЧ развязки следует осуществлять на всех входящих и исходящих проводах в обоих частях конструкции РА (в ВЧ блоке и в блоке питания). Для управления блоком питания с панели ВЧ блока потребуется многопроводный кабель, который, обычно, постоянно включен в рабочем положении. Обычно, требуется и высоковольтное соединение. Соединительные кабеля требуются для сведения в единое целое всех частей схемы РА и позволяют легко транспортировать, при необходимости, тяжёлые конструкции по частям.

Что касается ВЧ части РА, то следует помнить, что вход ламп(ы) следует экранировать от выхода (разделить экраном входные и выходные цепи). Такой экран поможет экранировать и блок питания, если БП расположен со стороны входных цепей лампы (видимо, здесь - возврат к настольной одноблочной конструкции). Лучшим экраном ВЧ является глухой металлический из толстого листового металла с хорошими проводящими свойствами.

Схема: Вот, Вы выбрали тип лампы, которую собираетесь “воткнуть” в РА, диапазоны в которых будет работать будущий усилитель, компановку, теперь следует отработать принципиальную схему и схему размещения имеющихся деталей. С чего начать? Это дело хозяйское, но проще всего и полезнее начать с блока питания. Тем более, что это позволит точнее адаптировать к блоку питания и РЧ часть, грубо определить её конфигурацию. На разработку РА может уйти масса времени. Старайтесь большинство операций проводить в голове и только готовые идеи доверять бумаге, иначе, этап проектирования может никогда не кончиться. Перепланировка, перестройка, модификация и т.п., проведённые в мозгу заранее, достаточно быстро дадут Вам схему дальнейших действий.

Документация: Вы окажете большую услугу себе, если на протяжение всей работы над усилителем будете вести её документирование. При разработке РА я использовал персональный компьютер, распечатывая всю схемотехнику усилителя. Порой приходилось распечатываать отдельные куски схемы в увеличенном масштабе, чтобы “справка” всегда была под рукой. Это обстоятельство позволяет избежать ошибок при монтаже. Все материалы по усилителю я “сбросил” на CD-R и теперь в любое время могу к ним вернуться. Могу, по крайней мере, предложить использовать записи и зарисовки. Если Вы изготавливаете конструкцию (любую, не обязательно только РА) на “всю оставшуюся жизнь”, то целесообразно сохранить документацию, потому что, Вы можете забыть то, что “творили” годы и годы тому назад (можно забыть даже и схему, по которой был собран РА. Hi! – UA9LAQ). Полный набор принципиальных схем на конструкцию – вот тот минимальный объём информации, которую нужно подготовить и “прибрать”. “Теорию” (инструкцию) по эксплуатации усилителя нужно также иметь. В ней должны быть детально (по каждому узлу и виду) описаны все операции, которые потребуются при работе с усилителем (его ремонте, возможных неисправностях, хронология отказов - UA9LAQ). Список деталей с полным их описанием и расположением может пригодиться на протяжении всей “жизни” аппарата и поможет при любом ремонте и модернизации. Если Вы делаете устройство с расчётом, что скоро его “сбудете”, т. е., продадите, сопутствующие “бумаги” помогут Вам сделать это и помогут новому владельцу лучше понять аппарат и грамотно его эксплуатировать. “Оформите” документацию так, как это делают ведущие производители радиоаппаратуры (инструкция по эксплуатации, инструкция по ремонту, набор принципиальных и монтажных схем, карта напряжений в контрольных точках и т.п. - UA9LAQ).

Детали всегда останутся деталями и хоть ты тресни, без них не собрать любую конструкцию, в частности, - усилитель. Пришло время поговорить о деталях, которые содержит практически, каждый ВЧ усилитель.

Анодный трансформатор: Я предлагаю использовать в усилителях трансформаторы типа Peter W. Dahl Co.,"Hypersil" (Где их взять у нас, - тоже бы сообщили. Hi! – UA9LAQ). Такие трансформаторы не дóроги, тем не менее, являются лучшими из доступных, я никогда не имел с ними проблем. Такой трансформатор, позволяющий давать усилителю постоянно 1500 Вт ВЧ выходной мощности, весит примерно 35…60 Lbs (фунтов) (1 фунт = 16 унциям = 7000 гранов = 453, 592 грамма). Трансформатор, способный обеспечить усилителю 500 Вт выходной мощности может дать и 1000 Вт РЕР (при 50% (по времени) цикле передачи, т. е., с отдыхом) будет весить 20…30 фунтов.

Трансформаторы, продаваемые на ярмарках, приуроченных к слётам, конференциям радиолюбителей, можно купить с выгодой для себя, т. е., относительно дёшево. Но, как правило, на них нет данных, да и состояние его неизвестно, хотя на вид, трансформатор и может выглядеть “на все сто”. Обмотки внутри трансформатора могут содержать повышенный уровень влаги, что драматично скажется на продолжительности его “жизни”. В старых трансформаторах, в качестве изолятора применялась бумага, которая “насосала” влагу из воздуха (гигроскопичность бумаги). Как только содержание влаги внутри трансформатора превысит определённый уровень, высокое напряжение пробьёт пространство между слоями обмотки, как только это произойдёт, “изделию - каюк”. В трансформаторах новых разработок, в качестве изолятора применяют Mylar®, или пластмассовые материалы, в некоторых случаях используют бумагу, пропитанную резиной, парафином, пластическими массами. В некоторых трансформаторах применяется даже Teflon®, в том случае, если ожидается сильный нагрев.

Официально разрешённая максимальная выходная мощность усилителя потребует от анодного трансформатора первичной обмотки, рассчитанной на напряжение только 240 В (речь идёт об американских стандартах, есть стандарт сети в 117 В, при таком напряжении, сеть будет сильно “подсаживаться”, из-за больших токов в первичной обмотке потребуется нереально толстый провод (подводящий и в первичной обмотке), сильно уменьшится кпд трансформатора - UA9LAQ).

Далее перейдём к расчёту величины анодного напряжения. Требуемое анодное напряжение в 3500 В предполагает наличие на вторичной обмотке анодного трансформатора переменного напряжения со средне-квадратичным значением, примерно, в 2700 В. 2700, умноженное на 0, 9, даст число вольт, которое необходимо получить на выходе диодного моста, что даст 2430 В постоянного тока. Теперь умножим это значение на 1, 41, чтобы получить пиковое выходное напряжение выпрямителя на конденсаторах фильтра. Получится 3426 В, что очень близко к 3500 В. Возможно, напряжение будет немного выше (или немного ниже), в зависимости от колебания напряжения в сети. Чтобы найти средне-квадратичное значение напряжения на вторичной обмотке трансформатора, произведите расчёт в обратном порядке: необходимое значение анодного напряжения поделите на 1, 41, затем, - на 0, 9. В результате, получите искомое (средне-квадратичное - RMS) значение переменного напряжения на вторичной обмотке анодного трансформатора. Такой расчёт поможет при изготовлении трансформатора самостоятельно или при выборе подходящего, готового.

Накальный трансформатор: Постарайтесь применить трансформатор, точно обеспечивающий “потребности” накальной цепи лампы усилителя. Трансформатор накала, имеющий запас по мощности, будет обеспечивать большее напряжение накала лампы (перекаливать её), поэтому потребуется настроечный (мощный) резистор, включенный в цепь первичной обмотки лампы последовательно, такая конфигурация имеет положительное свойство, так как не требуется дополнительно применять устройство “мягкого старта” (в момент включения, когда холодная нить накала лампы имеет низкое сопротивление, происходит резкий скачок тока: нить накала лампы, подобно “хлопающим” порой в момент включения лампочкам освещения, может оборваться. Если такой “жёсткий” старт не приводит к перегоранию нити накала, то сильно сокращает срок её службы, истончая осыпанием фрагментов с её поверхности. Для продления срока службы нити накала и обеспечения должной надёжности накального силового трансформатора, применяют постепенное увеличение тока нагрузки в течение некоторого времени – так называемый, “мягкий старт”. Проблема стоит остро и в цепи питания анода, так как разряженные конденсаторы фильтра тоже обеспечивают стартовый ток, стремящийся к бесконечности (ограниченный только сопротивлением проводов (подводящих и обмоток), габаритной мощностью трансформатора и возможностями подводящей сети) - UA9LAQ). Так же как и у анодного трансформатора, напряжение, на которое рассчитана первичная обмотка, должно составлять 240 В (не 117 В), хотя, в данном случае, это совсем не обязательно. Накальный трансформатор обычно имеет в первичной обмотке незначительный ток и может быть подключен в сеть с напряжением 117…120 В. В двухфазной сети 240 В напряжение в 120 В легко получить, используя одну фазу, “заземлив” второй вывод первичной обмотки накального трансформатора. В однофазную сеть напряжением 240 В включается первичная обмотка, рассчитанная на это напряжение.

Для накала можно использовать стабилизированный источник постоянного тока, но это рекомендуется делать только с лампами, имеющими катоды косвенного накала (подогревные), например, такие как 8877. При использовании стабилизатора, выбирайте такие, которые имеют регулируемое выходное напряжение и защиту от короткого замыкания и перегрузок (а также обеспечивают “мягкий старт”, как например, стабилизатор “Клаусмобиля” - UA9LAQ).

Тщательно устанавливайте требуемое напряжение накала непосредственно на цоколе лампы, пользуясь вольтметром со средне-квадратичной характеристикой. Упомянутые источники питания обеспечивают достаточно “мягкий старт”который снижает “стресс” нити накала при включении. Ненужными оказываются пошаговые включения и настроечные резисторы (по-видимому, нарастание тока будет замедлено из-за довольно большого сопротивления проводов обмотки, тонких, рассчитанных только-только на ток накала лампы (в случае выбора трансформатора накала без запаса по мощности) - UA9LAQ).

Высоковольтные выпрямители: в качестве высоковольтных выпрямителей можно использовать либо последовательно включенные цепочки из отдельных диодов либо диодные блоки, такие, например, как выпускаемые “Silicon Alley” K2AW и некоторыми другими производителями. Диодные блоки желательно располагать на алюминиевой или медной пластине толщиной ¼ дюйма (1 дюйм = 25,4 мм). Смысл размещения блоков на металлической пластине заключается в том, что залитые блоки плохо отводят тепло самостоятельно и требуется “помощь” дополнительных радиаторов. Отдельные диоды рассеивают тепло лучше, но только в том случае, если их корпуса обтекает поток воздуха. Диоды на печатной плате необходимо монтировать на расстоянии в ¼ дюйма от платы. Это даёт проход воздуху, который будет обтекать корпус диода полностью и уносить тепло с собой. (Можно, конечно, смонтировать диоды на печатной плате, прижав их к площадкам фольги и увеличить, таким образом, охлаждаемую площадь каждого диода, но… это можно рекомендовать только для низковольтных выпрямителей, в высоковольтных, где действуют высокие потенциалы, между площадками фольги может произойти пробой, особенно на заострённых и близко отстоящих друг от друга металлических поверхностях – UA9LAQ). Для чего же нужно охлаждать диоды? Нагрев диодов влияет на выпрямление высокого напряжения, что, в свою очередь, влияет на линейность выходного с РА ВЧ сигнала.

Диоды (каждый) в высоковольтном выпрямителе должны быть зашунтированы (одинаковыми! - UA9LAQ) резисторами сопротивлением 470…820 кОм с рассеиваемой мощностью 2 Вт, класса “с допуском 1%”. Эти резисторы уравнивают напряжения на диодах в цепочке. К сожалению, этого нельзя сделать в диодных блоках (поэтому, на совести производителя должен оставаться тщательный подбор идентичности диодов в блоке, иначе, блоки будут обладать пониженной надёжностью в сравнении с отдельными диодами, хотя монтировать блоки, в отдельных случаях, удобнее - UA9LAQ). Параллельно каждому диоду следует подключить и конденсаторы (также одинаковые) для подавления продуктов переключения диодов высоких порядков, генерируемых самими диодами (и радионаводок извне - UA9LAQ). Эти продукты проявляют себя как “белый шум” в боковых полосах передатчика (известно, что “белый шум” весьма широкополосен”, таким образом, сигнал CW передатчика, например, будет промодулирован этим шумом по амплитуде и ”добавит” к сигналу боковые полосы, которые будут ”ощущаться” соседями по частоте в виде шипения и увеличенного уровня стука и щелчков. Таким образом, идеально сформированный в передатчике сигнал, прошедший через узкополосные фильтры, может быть кардинально загрязнён в усилителе мощности, тем более, что поставить сверхузкополосные фильтры, например, кварцевые, после усилителя, чтобы срезать боковые полосы, мы не можем - UA9LAQ). Конденсаторы, включенные параллельно диодам, срезают “белый” шум. (И мультипликативный фон, который будет являться результатом детектирования мощных сигналов местных вещательных радиостанций, да, и своего собственного. Помехи не будут проявляться на приёмной стороне в близлежащих приёмниках в виде рычания или модуляции радиовещательной станции. Помню случай, когда около сигнала коллективной любительской радиостанции, с каждым нажатием на ключ, возникал сигнал радиовещания - UA9LAQ). Шунтирующие конденсаторы должны иметь ёмкость около 0,01 мкФ на рабочее напряжение не менее 1 кВ и включаться параллельно каждому диоду в последовательной цепочке.

Применяемые в высоковольтных выпрямителях диоды (или цепочки из последовательно включенных диодов) должны иметь параметр пикового (максимального) допустимого обратного напряжения не ниже, чем необходимое анодное напряжение, умноженное на 1, 41. При анодном напряжении в 3500 В, цепочки диодов должны быть рассчитаны на напряжение минимум 5 кВ. Усилители, рассчитанные на разрешённый уровень выходной мощности, должны содержать в выпрямителях диоды с рабочим током в 1…3 А (как минимум).

Какие диоды использовать? Для усилителя, требующего анодное напряжение в 3500 В, в каждое плечо моста нужно не менее шести 1…3 А диодов с обратным напряжением в 1 кВ. Для надёжности я выбрал 3 - амперные диоды. Что касается блоков, то нужно выбирать таковые на ток 3 А и напряжение 6…12 кВ, всего в мосте таких блоков длжно быть четыре, по одному на плечо.

Мостовая конфигурация выпрямителя является наиболее приемлемой и качественной для высоковольтных выпрямителей (если применить схему выпрямителя со средней точкой, то придётся мотать вдвое большее количество витков, хоть и более тонким проводом сложно добиться полной симметрии обмоток, готовый трансформатор достать, при этом, практически невозможно. Есть, однако, преимущество и у этой схемы - вдвое меньшее количество выпрямительных диодов, меньшее падение напряжения при прохождении тока через диоды, возможность применения двух одинаковых трансформаторов меньшей мощности в качестве одного анодного (эта возможность сохраняется и при мостовой схеме, где напряжение на вторичной обмотке каждого трансформатора может быть в количество трансформаторов меньше, также как и мощность отдельно взятых трансформаторов, первичные обмотки которых включаются в сеть параллельно, а вторичные последовательно и подключаютя к выпрямительным диодам). Возможен вариант схемы высоковольтного выпрямителя, когда несколько выпрямителей, имеющих собственные отдельные трансформаторы или обмотки, собственные мосты и фильтры питания, включаются последовательно, такая конфигурация громоздка, но в целях безопасности и использования высоковольтного БП для питания низковольтных каскадов или экранных сеток ламп, порой, используется на практике - UA9LAQ).

На Рис. 1 показан типовой высоковольтный выпрямительный мост. В каждое плечо моста включены диоды типа 1N5408 (1 кВ, 3 А).

Рис. 1

Конденсаторы высоковольтного фильтра: конструктор может использовать в фильтре один конденсатор или цепочку из включенных последовательно. Один “масленный” высоковольтный конденсатор может служить всю жизнь не требует замены, надёжен, неприхотлив в обслуживании, но имеет большие габариты, тяжёл и, всё-таки, имеет “проблемы”, на которых я остановлюсь позже. Малогабаритные оксидные (электролитические) конденсаторы “компьютерного” типа часто применяются в современных усилителях, но они имеют весьма короткий срок “жизни” (в основном, высыхают),даже, по сравнению с оксидными конденсаторами старых типов (действительно, мне встречались аппараты, причём ширпотребовские, бытовые, в которых оксидные конденсаторы работают с 50-х годов прошлого века – UA9LAQ).

“Компьютерные” конденсаторы имеют большей частью радиальную конструкцию, с винтовым креплением, что означает: их выводы находятся с одной стороны корпуса конденсатора и имеется резьба. Корпус такого конденсатора соединён с отрицательным полюсом, а винт на “ножевом (штеккерном)” выводе - с положительным. Самое большое рабочее напряжение у этих конденсаторов составляет 450 В. При разрешённой максимальной выходной мощности высоковольтный фильтр питания должен содержать конденсатор ёмкостью 25…100 мкФ. 50 мкФ достаточно и можно равняться на эту величину на практике. Усилитель имеющий анодное напряжение в 3500 В должен содержать 12 конденсаторов по 600 мкФ каждый, чтобы получить результирующий “конденсатор” ёмкостью 50 мкФ на напряжение порядка 5400 В, что находится выше максимального напряжения действующего в цепи и является надёжным (не пробьёт). Конденсаторы необходимо зашунтировать уравнивающими резисторами, речь о которых пойдёт позже. Такая ёмкость конденсатора, да, при таком высоком напряжении является мощной нагрузкой для выпрямителя в момент включения, поэтому, для этой цели следует применять пошаговое включение или плавный “мягкий старт”, об этом речь также, - позже. Дополнительный нагрев конденсаторов сильно сокращает срок их службы, который составляет при комнатной температуре 20…25 лет. Чем больше температура, воздействию которой подвергаются конденсаторы, тем короче их “жизнь”. Отказы конденсаторов могут происходить по двум причинам: потеря ёмкости и разогрев при замыкании (утечке) и взрыв. Потеря ёмкости выражается в уменьшении анодного напряжения и резком ухудшении его стабильности (начинает “играть” в такт с сигналом). Замыкание в конденсаторе (утечка), сопровождающаяся взрывом может повлечь за собой выход из строя всего блока конденсаторов фильтра (а за этим и диодов выпрямителя, после, начнёт гореть транс… - UA9LAQ). При работе, внутри конденсаторов выделяется тепло, которое нужно выводить наружу, так же как и тепло от шунтирующих конденсаторы резисторов. Как Вы заметили, выше изложенное следует отнести к недостаткам конденсаторов такого типа. (Отмечу, что не следует укорачивать выводы шунтирующих резисторов, так как благодаря теплопроводности, эти резисторы, нагреваясь сами, нагревают и конденсаторы, длинные выводы у резисторов способствуют меньшему нагреву конденсаторов. Рабочее положение резисторов не должно позволять конвекционным потокам выходить к конденсаторам и нагревать их. По всему напрашивается вопрос вентиляции корпуса выпрямителя, как естественной через отверстия в шасси, корпусе, так и принудительной, как это сделано, например, в блоке питания компьютера, с помощью небольшого вентилятора - UA9LAQ). ESR - наличие электро-статического сопротивления, утечка являются причиной нагрева конденсаторов “компьютерного” типа. Конденсаторы с малым ESR генерируют много меньше тепла.

“Масляные” конденсаторы хорошо подходят для использования в высоковольтных блоках питания усилителей мощности ВЧ, но они, обычно, громоздки, тяжелы, их довольно трудно найти. Я использовал в своих конструкциях более современный тип таких конденсаторов, так называемые “разрядные”, которые имеют габариты чуть-чуть поменьше, чем старые, “масляные”. Большинство таких конденсаторов - неполярные, а это означает, что выводы не обозначены каким-либо знаком (плюс или минус), разработчик сам определяет таковые подключением внешних схем. Пошаговое включение выпрямителей с такими конденсаторами является абсолютно необходимым. Параллельно такому конденсатору подключается один резистор утечки сопротивлением от 100 до 250 кОм. Резистор 100 кОм должен иметь рассеиваемую мощность равную 200 Вт, а 250 кОм - 100 Вт. Такие резисторы имеют внушительные размеры и их трудно отыскать. Можно применить и пару 100 кОм резисторов с рассеиваемой мощностью 50 Вт, соединив их последовательно. Это основной недостаток “масляных” конденсаторов. Достоинство же их заключается в том, что они могут работать неопределённо долго и мало подвержены дополнительному нагреву. Я испытал “разрядный” конденсатор при токе 2, 5 А, нагрева и каких-либо других проблем не обнаружено.

“Разрядные” конденсаторы предназначены (после зарядки) для разряда токами в тысячи ампер за время в несколько миллисекунд и последующей зарядки в такое же время, так что, эксплуатация в усилителе мощности для них - “семечки”! Такие конденсаторы используются в научно - исследовательской аппаратуре, связанной с ядерной энергией, лазерной аппаратуре, вот, пожалуй, (к сожалению) и все места, где эти конденсаторы можно “взять”.

Фирма Maxwell Components of San Diego, Ca. изготовляет прекрасные конденсаторы. Недорогие, но они прослужат столько, сколько будет служить Вам Ваш ВЧ усилитель мощности.

Пошаговое включение: Блоку питания, в котором используются конденсаторы большой ёмкости, просто необходимо устройство пошагового включения. Это устройство призвано ограничить ток включения до безопасного уровня на несколько секунд, пока заряжаются конденсаторы фильтра, затем усилитель включается в сеть полностью. Для управления мощным (вторичным) реле включения усилителя, которое не срабатывает сразу, использовано реле времени (таймер). Для предварительного включения (через ограничитель тока, в простейшем случае, - резистор – UA9LAQ) используется дополнительное (первичное) реле, имеющее (как минимум) одну группу контактов на переключение, рассчитанных на полный ток, потребляемый блоком питания от сети или превосходящий его (обычно более 20 А). Первичное реле срабатывает, при включении БП в сеть, тут же начинается цикл отсчёта реле времени, который длится 0,5…3 секунды. Когда цикл задержки реле времени заканчивается, оно срабатывает и включает вторичное реле, которое подключает усилитель к сети напрямую. Пошаговое включение осуществлено. Вторичное реле (контактор, пускатель) должно иметь две группы контактов на переключение. Через нормально замкнутые контакты напряжение сети подаётся на ограничительный резистор, а через него - на силовой трансформатор. При срабатывании реле времени, оно включает вторичное реле, которое закорачивает дополнительный токоограничивающий резистор; полное напряжение сети поступает на трансформатор. Сопротивление токоограничивающего резистора (резисторов) выбирается в пределах 30…100 Ом с мощностью рассеяния 25…50 Вт. На Рис.2 показана схема “пошагового” включения БП в питающую сеть переменного тока.

Рис. 2

Резисторы утечки: В прошлом было традицией в среде самодельщиков устанавливать постоянные нагрузочные резисторы для высоковольтных выпрямителей, сопротивление которых выбиралось таким, чтобы потреблять ток равный 10% от полного рабочего тока, на который рассчитан выпрямитель. Например, в выпрямителе, рассчитанном для работы при токе в 1 А, нагрузочный паразитный резистор должен был “усугубить” ток в 100 мА. Смысл применения подобных паразитных нагрузок был оправдан тем, что раньше в фильтрах выпрямителей применялись дроссели и, при сбросе нагрузки, анодное (высокое) напряжение резко возрастало, так что дополнительная нагрузка выполняла роль стабилизатора. (В одном из старых журналов “Радио” предлагалось таким способом даже стабилизировать напряжение сети на рабочем месте радиооператора, подключая вместо передатчика с усилителем в паузах электроплитку через тиристорный переключатель - UA9LAQ). В настоящее время нагрузки высоковольтных БП не используются, так как в фильтрах выпрямителей не применяются дроссели, но для стабилизации напряжения, на что не пойдёшь. Вот, и мне нравится применять нагрузочные резисторы, но, которые потребляют меньше мощности от БП. Например, 75-килоомный нагрузочный резистор с мощностью рассеяния более 6 Вт, теперь можно заменить на 220-килоомный с мощностью рассеяния 2 Вт. Более высокоомные резисторы меньше нагружают БП, но и дольше разряжают конденсаторы фильтра после выключения РА.

Для высоковольтного БП, в котором используется только один конденсатор, ток утечки нужно учитывать, чтобы правильно выбрать мощность нагрузочного резистора. Например, анодное напряжение в 3500 В вызывает ток 35 мА в резисторе сопротивлением 100 кОм (I = U/R). Мощность, рассеиваемая на резисторе, будет равна 122, 5 Вт (P = U x I). Из расчёта (и запаса прочности) следует, что нагрузочный резистор следует взять с мощностью рассеяния, по крайней мере, 150 Вт. Двухсотваттный резистор будет ещё “полезнее”, так как ему придётся “трудиться” всё время, пока включен РА. Хорошим решением было бы поместить этот резистор для охлаждения в струю воздуха, выдуваемого вентилятором из корпуса блока питания (усилителя).

На Рис. 3 показана типовая схема применения в фильтре высоковольтного питания одного “масленного” или “разрядного” конденсатора с резисторами утечки и градуировки высоковольтного вольтметра, а также токоограничительным резистором. (Высоковольтный вольтметр измеряет напряжение на резисторе, включённом в делитель, который служит одновременно и резистором утечки. Такая схема выгоднее применения отдельных резисторов для утечки (нагрузки) и вольтметра. Во-первых, при включении последовательно резисторов, уменьшается рассеиваемая мощность в расчёте на каждый, по отношению к одному единственному; во-вторых для вольтиетра потребовались бы специальные высоковольтные резисторы или целая вереница обычных, включенных последовательно и размещённых в линию, на почтительном расстоянии от стенок корпуса, во избежание коронирования и пробоя, что также и небезопасно при обслуживании и ремонте БП - UA9LAQ). Токоограничительный резистор используется как защитное средство для диодов выпрямительного моста при случайных авариях в цепи фильтра или РА. Этот резистор выполняет также и другие функции, но об этом - позднее.

Рис. 3

Цепочка “компьютерных” конденсаторов требует меньшей мощности рассеяния на нагрузочных резисторах. На каждом конденсаторе имеется свой шунтирующий резистор, который не только служит нагрузочным резистором (разрядным резистором для соответствующего конденсатора после отключения БП от сети, резистором утечки), но и уравнивает в союзе с собратьями напряжения на всех конденсаторах, включенных в цепочку последовательно. Одним словом: “всем поровну”, так, например, при анодном напряжении в 3500 В и 12 конденсаторах, включенных последовательно, каждому конденсатору “достанется”, примерно, по 291,6 В (3500 В / 12), (при условии, что “распределение” будет “справедливым”, т. е., сопротивления шунтирующих резисторов будут равными - UA9LAQ). Полученное значение напряжения довольно низкое, по отношению к максимально допустимому для конденсаторов - 450 В. Но анодное напряжение может изменяться, а с ним и напряжение на каждом конденсаторе. Чтобы обеспечить равное распределение напряжений между конденсаторами, шунтирующие резисторы должны быть подобраны равными друг другу с высокой точностью (не хуже 1%). Резистор сопротивлением 220 кОм, подключенный параллельно конденсатору, при напряжении на нём, примерно, 292 В, пропускает ток 1, 3 мА, что составит мощность рассеиваемую на резисторе в 0,39 Вт. 2-ваттного резистора невоспламеняющихся типов “хватит” здесь на “всю жизнь”. Важно использовать резисторы повышенных классов точности (1...2%), т. е., подогнанные друг к другу по сопротивлению (ещё лучше перед установкой прогнать резисторы на цифровом омметре, так можно выбрать резисторы и среди классов с пониженной точностью. Следует обращать внимание на качество контактов колпачков с проводящим слоем резисторов, наличие нестабильности показаний омметров при отборе резисторов - UA9LAQ). Полная, рассеиваемая цепочкой резисторов, мощность составляет 0,39 Вт х 12 = 4,68 Вт. Разряд конденсаторов до безопасного уровня осуществляется в течение, примерно, двух минут после выключения БП из сети. До истечения этих минут, не лезь в аппарат, какой бы срочности ремонт ни предстоял!

Пусковые реле - “защёлки”: Я уже упоминал о реле, осуществляющие пошаговое включение высоковольтного БП, теперь немного о реле- “защёлках” (пускателях). Я люблю такие реле, которые позволяют отвести большие токи от выключателей, также такие реле разрывают входную цепь БП, при авариях в питающей сети, связанных с коротким замыканием (здесь не так страшно отключение, как новый бросок при включении напряжения. Наверное, на памяти у многих остались случаи, когда после жёсткого включения, “лопаются” лампочки, сгорают холодильники, телевизоры и т. п. - UA9LAQ).

На Рис. 4 показана типовая конфигурация пускателя (реле-“защёлки”).

Рис. 4

Используемое реле (пускатель) содержит обмотку, рассчитанную на напряжение 120 В с, по крайней мере, тремя группами контактов на включение. Приводится в действие такое реле кратковременным нажатием на кнопку “Пуск”. Кнопка выключения - “Стоп”, обычно, имеет нормально замкнутые контакты, кнопка “Пуск” – разомкнутые. Когда последняя кнопка нажата, цепь питания обмотки пускателя замыкается, по ней течёт ток, якорь реле притягивается и тащит за собой контакты, которые замыкаются с неподвижными ответными контактами и включают, таким образом, исполняющие устройства. При опускании кнопки, якорь реле остаётся притянутым, так как кнопка пуска блокируется (перемыкается) специальной группой контактов пускателя. Через выключатели и кнопки проходит только небольшой ток питания обмотки пускателя. Свободные контакты пускателя замыкают цепи питания исполнительных устройств. Это могут быть: другие более мощные реле, реле времени, вентилятор охлаждения отсека питания или (и) усилителя, цепи управления тем же блоком питания и т. д. Если в питающей сети происходит понижение напряжения при работе блока питания, пускатель выключится, чтобы его включить, достаточно снова нажать кнопку “Пуск”. Отключение пускателя при снижении напряжения в сети позволяет избежать серьёзных повреждений усилителя мощности при его работе, когда напряжение вдруг падает, а потом, вдруг, резко возрастает. Раньше усилители часто выходили из строя по этой причине, пока не были снабжены пускателями ( резкие изменения напряжения в цепях, где содержатся индуктивности (обмотки трансформаторов) приводят к броскам напряжений, которые превосходят все нормы - UA9LAQ). Положительным свойством пускателей является и тот факт, что выключатели и кнопки пропускают лишь незначительные токи, не ток, например, потребляемый усилителем, который в пересчёте на первичную обмотку высоковольтного трансформатора, составляет, обычно, не менее 20 А при разрешённой максимальной выходной мощности. Чтобы выключить блок питания, пользователю достаточно нажать на кнопку “Стоп”. Питание обмотки пускателя прерывается, его якорь “отпускает”, исполнительные контакты размыкаются и отключают питаемое через эти контакты устройство. В сильноточных промышленных схемах, практически, всегда применяется пускатель. Они легко монтируются, недороги и могут однажды (да и не единожды) съэкономить Вам кучу денег

Подавление паразитных импульсов и развязка: Радиочастотные усилители должны иметь развязку с питающей сетью, чтобы не допустить проникновение в неё импульсов сигналов передатчика, могущих создать помехи другому оборудованию, подключенному к этой сети. Защиту от экстремальных импульсов, гуляющих по питающей сети, следует тоже предусмотреть. Сотни больших и малых импульсов случаются в сети каждый день, их усреднённые величины (из-за наличия индуктивности проводов) посещают дом каждого, по нескольку раз в год эстремальные импульсы выводят из строя аппаратуру, подключенную к сети и не имеющую защиты от таких напастей. “Разящие” импульсы возникают при включении и отключении мощных нагрузок, при бушующих грозах (следует добавить, что и при коротких замыканиях и (в крайних северных и южных районах) при магнитных бурях – тоже - UA9LAQ). Во время грозы, молнии наводят в питающей сети, от которой питается Ваша радиоаппаратура, мощные импульсы, даже, если гроза бушует за километры от Вас. Испытал лично такое “удовольствие”, когда дорогой усилитель был “смертельно ранен” такими импульсами, поэтому знаю, как важно иметь защиту от таких разрушительных импульсов.

Ввод сети должен быть оснащён плавкими предохранителями (отметьте: не “жучками”!) или разрывателями (плавкими предохранителями с пружинами или специальными автоматами, отключающими сеть от нагрузок при перегрузке), затем должен следовать набор металло-оксидных варисторов, которые замыкают импульсы на землю, как только их амплитуда превысит критическое значение. Если мы установим в 120 В сети 130-вольтовые варисторы (с проводов сети на землю), то все импульсы в сети, достигшие (в месте установки варисторов – UA9LAQ) амплитуды более 130 В начнут ограничиваться, так как варисторы начнут проводить. При амплитуде в 150 В , варисторы откроются полностью и ограничат импульсы, амплитуда которых не сможет превысить это значение напряжения. В 240 В двухфазной сети при однофазном питании, номинальное напряжение на каждом проводе составляет 120 В. 130-вольтовые варисторы, включенные с каждого провода на землю, - вот тот минимум, который я могу предложить для обеспечения защиты. (Следует отметить, что современные варисторы способны срезать даже очень короткие импульсы наносекундного диапазона, имеющие амплитуду в киловольты и десятки кВ, но длительного воздействия не терпят, при “широких” импульсах, порой защитив аппаратуру, а порой – нет, они моментально испаряются - взрываются и, естественно, требуют замены. Очень важен правильный подбор варисторов по напряжению, стóит в вышеприведённом примере напряжению в сети повыситься до 130 В и варистор начнёт проводить, а если напряжение возрастёт до 150…160 В, а такие скачки не редкость в перегруженных и длинных сетях… Поэтому, необходимо максимально повышать устойчивость аппаратуры к повышениям напряжений, а уж затем выбирать и устанавливать варисторы, проверив, предварительно суточный ход изменения напряжения в сети, например, напряжение в течение суток меняется от 190 до 245 В, значит, нужно устанавливать 255…260 В варисторы, как минимум, а это значит, что сама аппаратура должна выносить скачки напряжений до 280…300 В! – UA9LAQ).

Чтобы продвинуться на шаг дальше, подключите между проводами сети 275 В варистор. Важно, чтобы варистор был подключен намертво – пайкой, а не включался с помощью соединителей, перемычек и т. п. Паяное соединение способно пропустить бóльшие токи и контактное соединение при действии импульсов сильно нагревается и может не только увеличить сопротивление, но и разорваться, оставив защищаемую аппаратуру один на один с разрушающими импульсными токами. (Варисторы следует устанавливать как можно ближе к защищаемому устройству, осуществляя соединение самыми короткими выводами, в другом месте на этой же линии, из-за сопротивления проводов и их индуктивности, амплитуда импульсов будет больше. Не следует забывать и о нагреве, а также возможном взрыве варисторов, установив, например, механическую защиту на пути от варистора к лампе и т.п. – UA9LAQ).

После варисторов следует установить фильтр, обеспечивающий электромагнитную развязку аппаратуры (не только усилителя) с питающей сетью. Этот узел не позволяет ВЧ колебаниям путешествовать из аппарата в сеть (да, и - наоборот). (Аналогию здесь можно привести с обычным и хорошо знакомым многим фильтром питания, устанавливаемым после выпрямителя, разница лишь в том, что ВЧ фильтр работает на более высоких частотах и в цепи переменного тока низкой частоты, значит, для сглаживания поступающих ВЧ пульсаций необходимы неполярные конденсаторы относительно малой ёмкости, чтобы не искажать форму питающего низкочастотного напряжения. Как и ранее, в фильтрах питания, за отсутствием конденсаторов большой ёмкости, для повышения эффективности сглаживания применяли индуктивные элементы - дроссели, так и в ВЧ цепях применяют катушки для увеличения эффективности работы развязывающих фильтров, действие которых основано на свойствах фильтров нижних частот (ФНЧ), которые подавляют все частоты выше частоты среза, которая зависит, в свою очередь, от номиналов компонентов, применённых в фильтре - UA9LAQ). Фильтры питания имеются в продаже, но должны быть подобраны по допустимой пропускаемой мощности, потребляемой БП при полном токе нагрузки и напряжению питания. Обычно: это – 250 В переменного тока и 20 А на вывод. Корпус фильтра должен иметь непосредственный и надёжный контакт с корпусом аппарата. (Коль скоро, разговор зашёл о фильтрах питания, упомяну, что рабочее напряжение фильтра зависит от допустимого рабочего напряжения, применённых в нём конденсаторов, а рабочий ток – от диаметра провода в катушках и количества их витков. Как-то один мой знакомый долго мучился, стараясь подавить помехи во “внутренней сети” - в автомобиле, для сглаживания пульсаций, нехватало индуктивности катушки фильтра, увеличив таковую, парень встал перед проблемой уменьшения напряжения питания в такт с изменением громкости аудиоаппарата, причём, вплоть, до самовозбуждения, увеличение диаметра провода приводило к неоправданно большим размерам катушки фильтра и проблемам (ужé!) с наводками. Пришлось посоветовать намотать катушку фильтра или на кольце или, заключить её в броневой сердечник. Таким образом, было убито сразу несколько зайцев: уменьшилось сопротивление провода катушки, так как, индуктивность, благодаря сердечнику, стала достаточной при меньшем количестве витков, катушка стала компактной и защищённой от внешних полей. Проведённая экранировка всей затеи довершила дело, и малогабаритный фильтр порадовал владельца прекрасной работой - UA9LAQ).

Соединения и соединители: Большую часть хорошо спроектированного усилителя и блока питания занимают различного рода соединения: проводные жгуты, одиночные проволочные соединения, соединения с помощью кабелей и соединителей. Каждая схема должна иметь соединения, способные вынести, проходящие по ним токи и имеющиеся напряжения. Лучше перестраховаться и применить провода с запасом, например, по току, тогда такие провода не будут греться и обеспечат длительную эксплуатацию аппаратуры. Расположение проводов тоже очень важно. Не прокладывайте провода в зонах большого нагрева или больших ВЧ наводок. Избегайте прокладки управляющих цепей параллельно высоковольтным проводам или коаксиальным кабелям, несущим ВЧ. Провода должны быть связаны в жгут и проложены там, где не повлияют на работу аппарата (в нашем случае, усилителя), не могут быть повреждены, соприкасаясь с острыми углами конструкции. При прохождении через металлические панели, провода следует предохранять от поврждения резиновыми втулками. Если конструктор желает довести свою конструкцию до “совершенства”, то можно ещё установить проходные конденсаторы на входящие и выходящие из ВЧ части провода, хотя это и не обязательно, большего внимания должен заслуживать “маршрут” прокладки проводов и в некоторых точках проводов следует включать развязывающие фильтры. Лучшим решением было бы: вообще, не иметь управляющих линий в ВЧ части усилителя, но в большинстве случаев, их присутствия избежать не удастся. Следует продумать также доступность отдельных узлов, например, для ремонта и обслуживания, сколько плат нужно прежде удалить, пока откроется доступ к искомому узлу. Для облегчения демонтажа того или иного узла следует установить соединители на все провода входящие или выходящие из него. Это займёт у Вас немного дополнительного времени и потребует дополнительных затрат, но будет, при случае, положительно оценено Вами же. Полезно (современно и надёжно) также выполнять жгуты из провода в изоляции из Teflon® (фторопласта), хотя этот тип проводов, явно подороже, не везде найдёшь, но, зато, их пожизненная (для РА и БП) эксплуатация будет Вам гарантирована. Маркировка проводов с занесением в сопутствующую (которую, я надеюсь, Вы ведёте) документацию с описанием: что это за провод, откуда идёт и куда, напряжения на нём и текущие по нему токи…- Этот “путеводитель по проводам” очень поможет Вам избежать ошибок при ликвидации аварий, которые (не дай Бог!) могут случиться в аппаратуре. Используйте стяжки, скобки и проволочные колечки для обеспечения аккуратной укладки проводов в жгут и его крепления. Внешний вид внутренностей усилителя во многом определяется тем, насколько аккуратно уложены провода. Располагайте стяжки жгута на расстоянии от ½ дюйма до 1 дюйма или немного больше (в зависимости от толщины и упругости проводов, толщины жгута - UA9LAQ). Соединители должны быть зафиксированы (от расцепления) с помощью стяжек, если у соединителей нет фиксаторов-защёлок. Конечно, времени на укладку жгута придётся потратить предостаточно, но не жалейте, Ваши старания окупятся сторицей – усилитель будет и выглядеть преотлично (и изнутри) и превосходно работать. Если это возможно, то проверьте каждую цепь отдельно, прежде, чем провод будет скреплён с другими в жгут. Временно, для проверки может потребоваться присоединение различных приспособлений, дополнительных источников питания, измерительных приборов, импровизированных нагрузок… Проверка может своевременно выявить допущенные ошибки и просчёты, неправильную или нечёткую работу узлов и т.п. Лучше, конечно, выявить всё это до того, как провода будут уложены в жгут и последняя стенка корпуса РА будет намертво прикручена на добрых десятка три винтов. И, снова, время, потраченное в этом случае, окупится сторицей в будущем, при запуске РА в работу, поскольку Вы уже произвели детальную проверку всех узлов и деталей вновь созданного усилителя.

Когда дело дойдёт до вязки жгутов, неплохо иметь цепкую память, припоминая и замечая все нюансы. Пристальное внимание к мелочам – ключ к успеху, тогда, когда наступает момент истины, когда аппарат, который Вы так долго и тщательно изготовливали подключается к сети и работает отлично!

Развязка по ВЧ: Все провода в РА и БП должны содержать определённый минимум ВЧ развязок (проходные конденсаторы, фильтры). В усилителе и вокруг его “гуляют” довольно мощные поля, которые могут повредить как отдельные детали в самом РА и в БП его питающем, так и создать помехи окружающим, если их правильно (и вовремя) не экранировать, развязать, заблокировать, подавить. Подключение дешёвых дисковых конденсаторов ёмкостью 0,01 мкФ на рабочее напряжение 1 кВ, тут и там, где возможно, помогает устранить малые наведённые ВЧ токи, текущие по проводам внутри аппарата. Особое внимание следует уделять проводам управляющих (командных) линий, которые соединяют РА и БП, развязывая их тщательнейшим образом с помощью фильтров. Каждая обмотка реле должна быть шунтирована конденсатором на корпус. Различные контрольные лампочки и светодиоды, измерительные головки, в обязательном порядке, должны иметь конденсатор, включенный параллельно выводам и (или) с выводов на корпус. Любой питающий провод, где присутствует постоянное напряжение, должен быть развязан на корпус с помощью проходных конденсаторов, иначе, при работе РА могут возникнуть проблемы. Я покупаю конденсаторы ёмкостью 0,01 мкФ сотнями штук, упаковками, - это говорит о том, как часто и много я “втыкаю” их в схемы развязки устройств. Дешёвые (по 10 центов) и во множестве такие конденсаторы снимают проблему ВЧ развязки в любой ВЧ аппаратуре. Вашим правилом должно быть: “Каждый провод должен быть развязан в какой-либо (естественно, разумно-полезной) точке”. Такими точками являются начала и концы проводов (места назначения, подвода). В этих точках провода должны быть абсолютно чисты от ВЧ напряжений, несмотря на наличие таковых по пути проложенных линий. (В старой профессиональной аппаратуре советского времени часто встречаются жгуты соединительных проводов, в которых каждый провод имеет свой металлический экран – чулок, изоляция провода внутри чулка тугоплавкая и позволяет производить пайку на чулке. Этим обстоятельством пользуются для крепления жгута в отдельных точках с помощью удлинённых лепестков заземления, привёрнутых винтами с шайбами и гайками к шасси. Лепесток огибают вокруг жгута в месте, где все экраны - чулки спаяны вместе и припаивают лепесток к жгуту. Громоздко, времени на монтаж тратится чуть больше, зато защита от наводок, практически, полная. Конечные заземления чулка производятся в начале и конце провода, а сам провод служит своеобразным (дополнительным!) проходным конденсатором. Все остальные способы развязки при таком монтаже не упраздняются, сохраняются. Такой способ монтажа жгута можно рекомендовать, как обязательный, хотя бы для устройств, обладающих мощными полями рассеяния, какими и являются усилители мощности. Современные экранированные провода во фторопластовой (на западный манер: тефлоновой) изоляции позволят не увеличивать объём жгута значительно. Соединительные кабеля блоков электронной аппаратуры, например, РА и отдельного БП также выполняются экранированными проводами. Здесь нужно помнить, что высоковольтные провода должны быть с изоляцией потолще, часто за неимением таковых в качестве высоковольтных проводов используют коаксиальный кабель достаточного диаметра, оплётку заземляют, соединители должны быть рассчитаны на высокое рабочее напряжение - UA9LAQ).

Заземление: Это очень и очень важный вопрос. Блок питания просто обязан иметь хорошее соединение общего провода с шасси, которое должно быть соединено с “землёй” сети питания переменного тока или с хорошим отдельным заземлением. Множественные заземления (соединения с шасси, индивидуальные заземления всех блоков аппаратуры) снижают риск возникновения нежелательных обратных связейи ударов током. Хорошие механические соединения с землёй должны производиться в любом месте аппаратуры и чем больше, тем лучше. Множественные соединения, как с шасси, так и с заземлением снижают их сопротивления как постоянному, так и ВЧ токам. Качественным заземлением для усилителя и блока питания следует считать отличное заземление сети переменного тока, к которому от аппарата протянут толстый провод или кабельная оплётка, которые жёстко присоединены с внешней стороны корпуса аппарата с помощью мощного зажима (прижим на большой площади) или винтом с широкими шайбами (последнее можно осуществить и на противоположной стороне провода заземления при подключении к действующему контуру заземления). (Следует отметить: да, заземление сети переменного тока бесспорно лучше индивидуального, но только в том, что имеет контакт с землёй в каждом доме (так называемый, “заземляющий контур”). Если не развязать по ВЧ такое заземление, а оно является в ряде случаев противовесом для антенны в радиолюбительской практике, то, будучи, разветвлённым по зданию (лестничные клетки с электрощитами, подводы к электроплитам), такое заземление создаст прецендент к нападкам на Вас по поводу создания радиопомех, тем более, что источник помех будет находиться в каждой квартире. Индивидуальное заземление лучше во всех случаях, лишь бы оно было качественным с развитой поверхностью, контактирующей с влажной почвой (лучше на уровне водоносных слоёв), подвод заземления к аппаратуре должен осуществляться толстым проводом минимально возможной длины, минимального сопротивления, который должен быть надёжно соединён как с аппаратурой, так и заземлением и быть проведённым без острых углов - UA9LAQ). Положение зажима заземления логически привязывается ко вводу провода сети в корпус (шасси) блока питания, но если это Вам не подходит, выберите другое, более удобное, место подключения.

Корпус: Механически прочный (глухой) корпус поможет предотвратить самовозбуждение аппарата и излучение помех напрямую, минуя выходные фильтры. Ящик, который Вы собрались использовать под усилитель, должен иметь достаточно места для размещения всех узлов и деталей РА, которые Вы планируете применить. Снаружи корпуса не должно быть никаких узлов, деталей и связанных с ними проводов. Такая практика порочна, неприемлема и небезопасна. Корпус (шасси) аппарата должен обладать достаточной механической прочностью, чтобы нести груз, “взваленных ему на плечи” узлов и деталей. Если материал шасси (и корпуса) достаточно тонок или плохо закреплён, то он может деформироваться и коробиться. (Ещё одну проблему, возникающую при применении тонких материалов для изготовления корпуса, хотелось бы упомянуть. В своё время, я активно работал CWна двухметровом диапазоне, мощность была достаточно малой для наших мест и я решил изготовить усилитель мощности на металлокерамической лампе (вначале это была ГИ-14Б, а, затем, ГС-35Б. После первого включения, корреспонденты стали отвечать намного охотнее, но ссылались на своеобразный фон в моём сигнале, перебрав выпрямитель, я не нашёл ничего криминального, аппаратуры для детальной проверки я не имел, как и отдельного приёмника, поэтому стал действовать с помощью корреспондентов и метода “научного тыка”: спрашивал у корреспондентов, что изменилось после каждой манипуляции, - изменений небыло. Шло время… Однажды, я случайно забыл на верхней крышке РА АВО-метр и тут же в эфире мне дали знать о том, что мой сигнал кардинально изменился. “Репу чесать” пришлось недолго, оказалось, что я, после каждой манипуляции, приворачивал (для быстроты) крышку корпуса из достаточно тонкого дюраля (толщиной около 1 мм) всего на 4 винта по краям, а не на несколько десятков, как положено прожимать по всем экранным перегородкам. Сзади корпуса, как предусмотрено технологическим рабочим циклом для “металлокерамики”, для её охлаждения, “ревел” оконный вентилятор “АИСИ”, сотрясая аппарат… Анодная амплитудная механическая модуляция! - вот что пришлось обнаружить. В такт с вибрацией сотрясался корпус, который скреплён был достаточно жёстко, был собран из панелей толщиной 2 мм и более, кроме, тонкой верхней крышки, которая, сотрясаясь, действовала как мембрана высокочастотного конденсаторного микрофона, расстраивая анодный контур усилителя! Так что, корпус нужно монтировать из достаточно толстых панелей или (и) ставить на них демпферы в виде приклёпанных полос металла, приклееных резиновых полос и т.п., иначе, при передаче, можно будет прослушивать то, что творится в комнате. Хороший “жучок”, не правда ли?! Отверстия в корпусе РА нужно заделывать весьма тщательно, речь идёт об вентиляционных отверстиях и об отверстиях под измерительными головками, как наиболее значительных по площади, о которых мы, порой и не подозреваем, а они в радиодиапазоне – прозрачны! На измерительные головки следует одевать металлические колпаки, прижимая их к металлической передней стенке, на пластмассовые вентиляторы (а вентиляторы с металлической крыльчаткой при близком расположении от лампы, кстати, также дают эффект анодной модуляции при вращении) следует одевать колпаки из мелкой металлической сетки, контакт проволок в которой в месте пересечения их должен быть надёжным. - UA9LAQ)

При разработке и изготовлении конструкции шасси и корпуса нужно тщательно подгонять все детали и учитывать то, что конструкция выдержит их. Вентиляцию следует осуществлять через отверстия в корпусе. Есть много способов как её осуществить. Вентилятор можно установить внутри корпуса и воздух будет втягиваться через отверстие в корпусе и выходить через другое. Следует отметить, что входное отверстие должно быть примерно вдвое больше по площади, чем отверстие, имеющееся у вентилятора и определяемое размером крыльчатки. Выходное отверстие должно быть таким же как и у вентилятора или чуть большим. Другим важным вопросом является размер многочисленных “перфорированных” отверстий, (из которых должны состоять вышеупомянутые, например, или другие отверстия в корпусах аппаратуры, предназначенные для охлаждения). Диаметр отверстий должен быть таким, чтобы, с одной стороны препятствовать радиоизлучению изнутри наружу (и наоборот) аппарата, с другой, чтобы крупные частицы пыли, волосы и т.п. не попадали внутрь. Если отверстия будут слишком маленькими, то охлаждение “внутренностей” аппаратуры будет неэффективным. Конечно, для изготовления множества однинаковых отверстий пригодились бы штампы, но где их взять, сверленные круглые отверстия, тоже пойдут, хотя выглядят не так аккуратно как штампованные и требуют приличных трудозатрат. Диаметр отверстий может колебаться от 1/8 до 1/4 дюйма, не больше и не меньше. Если Вы будете делать эти отверстия на панелях корпуса “с нуля”, то можно, прямо, в магазине, торгующем металлопрокатом попросить проперфорировать листы. Алюминий является лучшим материалом для изготовления шасси и корпуса, медь и сталь тоже можно использовать, но у них есть свои преимущества и недостатки (самым лучшим из известных и распространённых является серебро, но, по известным причинам, мы себе это позволить не можем - UA9LAQ). Шасси и корпус могут быть, по желанию, сварены или собраны с использованием винтов крепления. Разработчику конструкции следует всегда помнить об удобстве обслуживания аппаратуры, её внутреннего содержания, поэтому есть смысл предусмотреть какие-то дверки, дополнительные крышки и т.п. Для начинающих может иметь смысл приобретение старого, отслужившего своё, усилителя, как наглядного пособия (и базы) для создания новой разработки. В этом случае, большинство работы сделано, остаётся лишь адаптация нововведений модификации.

Вентиляция: Если уж “домпшний” конструктор сам разрабатывает и изготавливает шасси и корпус усилителя, то “не грешно” бы и предусмотреть трассу прохода воздуха для охлаждения “внутренностей” усилителя. Эффективное использование воздушного охлаждения подразумевает понижение температуры как можно большего числа деталей аппарата с минимальным количеством вентиляторов, задействованных при этом. Например, во всём корпусе усилителя с помощью вентилятора может быть создано избыточное давление, выход для воздуха, только один, - в зоне цоколей (цоколя) ламп(ы). Такой способ вентиляции больше подходит для консольных, напольных конструкций аппаратуры. Отделённый (или отдельный) ВЧ блок может вентилироваться нагнетанием воздуха с помощью вентилятора в подвал шасси под лампы, побочным эффектом, при этом, является охлаждение и других узлов и компонентов схемы аппарата, при этом, правда, потребуется применение выходной трубы, чтобы предотвратить круговорот воздуха – своеобразную “обратную связь”, когда уже нагретый воздух снова всасывается вентилятором и продувается вновь. Применение труб – разнос (разделение) входа и выхода вентиляции на максимально большое расстояние предотвращают этот эффект.

На Рис. 5…7 показаны типовые пути вентиляции и типы корпусов аппаратуры.

Рис. 5

Рис. 6

Рис. 7

На Рис. 5 показан корпус консольного типа с отсеком питания, в который нагнетается воздух,который выходит только через отверстие в зоне цоколя лампы трубу и верхнюю (перфорированную) крышку корпуса.

На Рис. 6 приведены раздельные РЧ блок и блок питания. В каждом есть свой вентилятор и отдельный путь, по которому осуществляется вентиляция. В РЧ блоке воздух нагнетается под шасси и выходит в отверстие у цоколя лампы.

На Рис. 7 – настольная “единая” конструкция усилителя (РЧ блок вместе с БП). Воздух втягивается в подвал шасси под лампами и трубами с помощью вентилятора и проходит через все элементы в блоке питания и РЧ блоке, затем проходит через сам вентилятор и проталкивается через отверстие под цоколем лампы и выходит наружу.

Вариаций на тему лучшего охлаждения может быть великое множество – лишь бы была достигнута главная цель затеи: эффективное понижение температуры максимального количества греющихся деталей внутри корпуса усилителя.

Начать да кончить: Ну, вот, вроде и дело близится к концу, всё вроде спроектировано, Но не торопитесь, ещё раз тщательно всё взвесьте, проверьте. Весьма досадно будет, если полностью изготовленное шасси и корпус придётся доделывать, наставлять, дырявить… После, можно начинать и отделочные работы: спилить острые углы, хорошенько прошкурить все панели, все отверстия должны быть без острых краёв, ровные и гладкие. Соединения должны быть плотными, ровными, без зазубрин. Перед окончательной сборкой подгоните панели корпуса друг к другу, промерьте внутренние размеры, убедитесь, что детали свободно размещаются внутри корпуса, не задевают за его стенки. При сборке корпуса винты следует располагать ровными рядами, сохранять прямые углы при пересечении линий крепления. Соблюдение таких требований позволит Вашей аппаратуре выглядеть на высоком профессиональном уровне. Избегайте делать случайные отверстия, ставить заплаты. Чтобы Вы не творили, помните, что у Вас есть только одна возможность изготовить аппарат, который бы выглядел “без сучка и задоринки”. Внешний вид корпуса аппарата зависит как от требований эстетики, так и от расстановки деталей, узлов регулировки и т.п. Я бы сказал, что внимание и к мелочам не будет лишним, в конце концов.

При работах, связанных с металлообработкой, Вам потребуется множество инструментов. Сверла, если они тупые, затянут процесс изготовления корпуса и шасси, испортят их внешний вид, тоже можно сказать и металлорежущем инструменте. Тупое ножовочное полотно, например, при обработке тонких листовых материалов, может сделать из них бесформенное крошево. Окажите себе услугу, отремонтируйте, наточите или приобретите необходимый новый инструмент, какой? Известно, только создателю аппаратуры и Создателю.

Покраска: Внешнюю сторону корпуса следует покрасить, так что придётся попотеть до этого: отпескоструить или зашлифовать до блеска, обезжирить, прожарить (перед покраской возможно покрытие грунтовкой – UA9LAQ). При покраске одевайте пластиковые или резиновые перчатки, чтобы жир с рук не оставался на окрашиваемых поверхностях, когда Вы к ним прикасаетесь, иначе, краска не пристанет. Дайте краске хорошенько подсохнуть, несколько дней ожидания, думаю, не будут Вам в тягость… Внутренние поверхности корпуса можно тоже покрасить, но их нужно красить прежде, чем внешние. Хорошая покраска – гарантия отличного вида аппаратуры.

Измерители: В типовом усилителе ВЧ с заземлёнными сетками требуется минимум два измерителя: измеритель анодного тока и измеритель сеточного тока. Если Вы хотите, чтобы Ваш усилитель выглядел классом повыше, добавьте вольтметр высокого (анодного) напряжения. Предпочтение стоит отдавать аналоговым измерителям непрерывного (по времени) действия. У каждого измерителя должен быть свой калибровочный потенциометр. Измерители желательно выбирать одинаковых типов (с одним дизайном), подходящих друг к другу. Если шкалы измерителей Вам не подходят, замените их, приспособив к своим нуждам. Я проделал эту операцию так: вытащил шкалы из измерительных головок, отсканировал их на планшетном сканере, затем в Adobe Photoshop Le® отредактировал изображения так, как мне было нужно. Затем на струйном принтере, настроенном на 1200 dpi, распечатал новые шкалы, вырезал шкалы и наклеил их на алюминиевые подложки (старые шкалы), установил обратно в измерители. Если внутри измерителей смонтированы шунты, удалите их, потому что, вместо них, лучше использовать внешние прецизионные. Измерители следует защитить двумя диодами, включенными параллельно и навстречу друг другу, подключив тандемы к выводам измерителей. К клеммам измерителей также следует подключить конденсаторы ёмкостью 0,01 мкФ на рабочее напряжение 1000 В для устранения влияния РЧ наводок на измерители.

Калибровка измерителей: когда у Вас “дойдут руки” до того места в конструкции аппарата, где сосредоточены измерители с принадлежащими к ним шунтами и калибровочными подстроечными резисторами, значит, подошло время проводить калибровкуизмерителей. Чтобы осуществить это, необходимо через шунт пропустить известную величину тока и на шкале измерителя, подключенного к этому шунту, поставить калибрационную точку, соответствующую этой величине. На сопротивлении шунта, при прохождении тока, падает напряжение, величину, которого измеряет, подключенный к шунту измеритель. Величина падения напряжения пропорциональна силе проходящего через шунт тока и не зависит от напряжения, вызвавшего этот ток.

На Рис. 8 ниже показано типовое калибрационное устройство в цепи измерения тока анода. При использовании исправного цифрового мультиметра, включенного на измерение тока, 12-вольтовый источник постоянного тока обеспечит ток для калибровки. Нагрузочный реостат при калибровке, играющий роль искусственной нагрузки, определяет величину тока, текущего через шунт измерителя. Устанавливается ток и цифровой мультиметр показывает его значение, которое доводится потенциометром калибровки по шкале измерителя до соответствующей риски, уровень тока здесь отмечается равным индицируемому на шкале цифрового мультиметра. Всё! Измеритель откалиброван. Градуировка (калибровка) измерителя тока сетки производится аналогичным образом при меньшем уровне тока и с соблюдением полярности.

Рис. 8

Измеритель высокого напряжения - высоковольтный вольтметр: Есть, как минимум, пара способов градуировки высоковольтного вольтметра. Первый способ заключается в подаче напряжения через прецизионный резистор непосредственно с “плюса” источника питания. Этот способ широко применялся в прошлом, но невысокая точность подбора резисторов, порой, снижала точность показаний. Чтобы обеспечить достаточную точность показаний, используемые резисторы должны иметь точность не хуже 1%. Резисторы с допусками в 1/2% найти можно, но с трудом. Чтобы обеспечить надёжную работу измерителя высокого напряжения необходим резистор сопротивлением в несколько МОм, с мощностью рассеяния, примерно, ½ Вт, затем, калибрационным подстроечным резистором можно точно выставить показания вольтметра. При измерении высокого напряжения следует использовать высоковольтный пробник, калибрационным подстроечным резистором устанавливают соответствующее значение напряжения на шкале высоковольтного вольтметра.

Рис. 10 иллюстрирует этот способ.

Другим способом является снятие напряжения с резистивного делителя, для чего нагрузочный резистор (резистор утечки) делят на две неравные части. Низкое напряжение (с нижней части делителя между минусом и средней точкой резистивного делителя) подводится к измерителю, где с помощью подстроечного резистора калибруется.

Рис. 9 показывает этот способ.

Рис. 9

Рис. 10

Защита и блокировки: Обычно в ламповых усилителях, при их работе, присутствует опасное для жизни, высокое напряжение. Разработчик такой аппаратуры должен предусмотреть меры, исключающие физический контакт с высоким потенциалом. Корпус усилителя должен иметь блокировку, выключающую высокое напряжение при открытии крышки работающего аппарата. Есть множество способов как это осуществить. Старым, испытанным способом являлось закорачивание на корпус плюсовой клеммы анодного питания с помощью специального штыря при открывании крышки корпуса. Этим способом включается разрыватель цепи или сжигается плавкий предохранитель. Такой метод “немного деструктивный” (разрушающий). Лучше, но сложнее в исполнении, будет поставить микровыключатель, выключающий подачу напряжения питающей сети переменного тока на блок питания при открывании крышки корпуса (БП или РА) (микропереключатель ставится в цепь включения пускателя, который подключает первичную обмотку высоковольтного трансформатора к сети - UA9LAQ).

Лампочки и индикаторы: Многие пользователи предпочитают работать в полумраке, поэтому аппаратура нуждается в подсветке шкал и узлов управления на месте. Сейчас для этой цели большой популярностью пользуются светодиоды, палитра цветов которых весьма разнообразна. Ток, потребляемый светодиодом очень мал в сравнении с таковым, потребляемым лампами накаливания. Какие типы ламп подсветки и индикации использовать должен решить сам пользователь, на свой вкус.

Смещение: Если иметь в виду катодную цепь усилительной лампы, то не так уж много способов подачи рабочего смещения и смещения “отсечки” можно здесь предложить. Одним способом может являться применение мощного стабилитрона, устанавливающего рабочее напряжение смещения во время цикла работы лампы на передачу. Например с лампой 8877 можно использовать стабилитроны с напряжением стабилизации от 8, 2 до 12 В и мощностью примерно 50 Вт. Обычно такие стабилитроны монтируют на теплоотводах, иначе, перегретые стабилитроны могут разрушиться. Стабилитрон может быть также установлен в стабилизатор, включающий мощный транзистор, например 2N3055. Стабилитрон управляет транзистором, а тот пропускает большую часть тока через себя (речь идёт о компенсационном стабилизаторе напряжения - UA9LAQ). Стабилитрон, в этом случае, можно применить маломощный (примерно с мощностью в 1 Вт), который и стóит меньше. На Рис. 11 показан такой тип схемы.

Рис. 11

Предохранитель перегрузки сгорит, если чрезмерно увеличится анодный ток. Если такое случится, то защитный резистор обеспечит смещение лампе вблизи напряжения отсечки до тех пор, пока предохранитель будет заменён. Резистор обеспечения отсечки анодного тока (запирания лампы) обеспечивает закрывающее напряжение лампе во время перерыва в передаче и во время приёма. Катодное реле закорачивает резистор отсечки, когда усилитель находится в режиме передачи. Стабилитроны можно менять и этим обеспечивать смену напряжения смещения, при котором работает лампа. Эта схема подачи смещения может быть широко применена во многих конфигурациях триодных усилителей. Эта схема легка в постройке, дёшева и эффективна.

Схема может быть выполнена в варианте с переключением стабилитронов с различными напряжениями стабилизации, что обеспечит работу усилителя в различных классах. Этот метод подачи смещения отражён на Рис. 11 или 12. Старый способ получения напряжения смещения в цепи катода можно увидеть на Рис. 12.

Рис. 12

Эта схема очень проста, но 50-ваттные стабилитроны довольно трудно достать.

Какая схема получения (подачи) напряжения смещения конструктору больше приглянется сказать трудно, все вроде, работают неплохо, но у каждой есть свои достоинства и недостатки. Для тетродов и пентодов требуется более сложная система смещения в катодной цепи, в цепях экранной и управляющей сеток. Для простоты, в этой статье я касаюсь только триодов, так как, начинающему с ними легче работать.

Настраевыемый вход и резистивные схемы: Это одна из наиболее существенных частей катодной цепи лампы триодного усилителя. Конструктор может задать вопрос: “А зачем нужно иметь настраиваемый вход или применять резистивную схему согласования, когда, итак, катодный импеданс составляет 50 Ом?” Смысл применения согласования по входу объясняется тем, что импеданс катодной цепи примерно равен 50 Ом только для половины цикла (колебания) входного РЧ сигнала. Во время другой половины цикла импеданс входной (катодной) цепи лампы может приближаться к бесконечности. Это изменение нагрузки по входу усилителя искажает форму входного сигнала, что приводит к излучению в эфир гармоник. Схема настроенного входа обеспечивает постоянную нагрузку для входного ВЧ сигнала и способствует некоторой фильтрации гармоник. Такая схема имеет очень малые потери, так что бóльшая часть сигнала, поступающего на вход усилителя, оказывается, в конце концов, на катоде лампы. Резистивная входная схема также обеспечивает постоянную нагрузку входному сигналу, но сама потребляет львиную долю входного сигнала, так что уровень раскачки лампы снижается.

На Рис. 13 показана типовая схема настроенного входа усилителя мощности, за исключением выключателей и реле, которые используются обычно для переключения необходимых для разных диапазонов, элементов согласования.

На Рис. 14 изображена типовая резистивная схема входа, которая перекрывает все диапазоны без переключения (широкополосная). Мощность рассеивания применяемых в схеме резисторов, должна составлять около 100 Вт. Значения сопротивлений резисторов выбираются из расчёта согласования выходного импеданса трансивера с активным входным сопротивлением усилителя равным 50 Ом.

Рис.13

Рис. 14

Настройка входной цепи усилителя: Сначала Вы должны выяснить: какое входное сопротивление имеет лампа усилителя. Этот параметр можно найти в технической документации на лампу. Затем потребуются данные по настраиваемой схеме входа усилителя, его импедансе, которые можно, например, найти в справочнике Bill’a Orr’ a – 23 издание, стр.14…22. Вы можете использовать антенный анализатор MFJ-259 (со встроенным КСВ-метром), например, и безиндуктивный резистор сопротивлением равным входному импедансу цепи катода лампы. Резистор присоедините к выходу входного устройства, второй вывод резистора - на корпус (к общему проводу схемы). Подключите КСВ-метр ко входным зажимам входного устройства усилителя с помощью экранированного коаксиального кабеля, оплётка которого соединена с общим проводом устройства. Подключив антенный анализатор, устанавливаем его частоту на центр, требуемого для входного устройства, диапазона частот. Сначала настроим схему на КСВ 1:1 или на сопротивление 50 Ом. Перед реальной работе в эфире, возможно, придётся чуть-чуть поточнее подстроить элементы входного устройства, особенно, на частотах выше 14 МГц. Использование вариометра и (или) конденсаторов переменной ёмкости, делает эту операцию легкоосуществимой. Независимо от того, какой фильтр Вы используете П-, L- или Т-образный, процедура настройки будет идентичной. П-образная схема даёт самый высокий уровень подавления гармоник, что не всегда необходимо при использовании с современными трансиверами, уровень подавления гармоник в выходных каскадах которых и без этого весьма высок. Основной причиной применения настраиваемого входа является обеспечение постоянной нагрузки в 50 Ом для возбудителя (трансивера). Добротность входного устройства должна составлять примерно 2…3, это обеспечивает блее удобную работу в широкой полосе частот без дополнительной подстройки. В некоторых старых усилителях (например, в Heathkit SB-220) добротность входного устройства составляла всего 1, что означало чрезмерно большую полосу пропускания, и в то же время, недостаточное согласование с современными трансиверами. Повышение добротности входного устройства всего на единицу – до 2, делает согласование намного лучше, тем более, что схема будет также перекрывать все диапазоны, на которые была рассчитана ранее.

Катодный дроссель: Большинству триодов, для блокировки распространения ВЧ напряжения раскачки (кроме катода) через минусовой провод в цепь смещения или в блок питания, необходим дроссель. Разработчик усилителя не желал бы, чтобы этот дроссель резонировал на какой-либо частоте из используемого диапазона частот и имел бы достаточную индуктивность, чтобы не пропустить токи ВЧ в минусовой провод питания.

На Рис. 15 показано типовое размещение катодного дросселя.

Рис. 15

Я обнаружил, что катодный дроссель может иметь любую конструкцию: может быть намотан на сердечнике или без него, иметь тороидальную конфигурацию с сердечником из феррита или без него. Индуктивность дросселя, достаточная для практических целей, равна 160 мкГн, конденсатор, присоединённый между точкой соединения дросселя с цепью смещения и корпусом имеет ёмкость 0, 01 мкФ и рабочее напряжение 1 кВ. Уже 90 мкГн – дроссель будет работать отлично на диапазонах от 160 до 10 метров, но запас по индуктивности создаёт гарантию, что РЧ колебания не пройдут сквозь дроссель или что паразитный резонанс дросселя не может быть найден ни в одном из применяемых диапазонов. Катодная часть лампы - относительно слаботочная для токов ВЧ и её не так сложно разработать (рассчитать, изготовить).

Анодный дроссель: Большие ВЧ токи “гуляют в этой стороне” и поэтому разработка хорошего анодного дросселя - дело довольно сложное. Обычно стараются свести индуктивность этого дросселя к разумно малому значению, достаточному для развязки от ВЧ высоковольного анодного плюсового провода. Но, такой подход порочен, так как, внутри применяемых диапазонов, втречаются частоты, на которых такой анодный дроссель резонирует. Я обнаружил, что увеличение ндуктивности анодного дросселя до очень большого значения, путём введения ферритового сердечника, полезно. Однако, требуется хорошая изоляция обмотки дросселя от сердечника, иначе, между ними могут возникать дуговые разряды. Если требования хорошей изоляции удовлетворены, дроссель с ферритовым сердечником может иметь большую индуктивность при малом числе витков в нём. Меньшее количество витков при большей индуктивности даст и меньшую распределённую междувитковую ёмкость, которая играет не последнюю роль при резонировании дросселя на высоких частотах. Мои эксперименты показали, что анодный дроссель в усилителе, работающем на диапазонах 160…10 метров, с индуктивностью 800…1200 мкГн абсолютно стабилен на всех частотах используемых диапазонов. Проблема с дросселем, имеющим такую индуктивность, способным нести большие постоянные токи, может быть значительной, а он (дроссель) будет иметь большие размеры и большую распределённую ёмкость. В полый каркас дросселя, выполненный из изоляционного материала, может быть вставлен, например, ферритовый стержень диаметром ½ дюйма и длиной 3…4 дюйма. Такой стержень увеличит индуктивность дросселя, например, с 90 мкГн до 1200, а распределённая (междувитковая) ёмкость обмотки дросселя останется такой же, как у 90 мкГн – дросселя. И в дросселе с бльшой индуктивностью будут свои резонансы, но они будут далеко за пределами диапазона рабочих частот. Особое внимание следует уделить изоляции ферритового стержня. Я с успехом использовал для этого два слоя термоусадочной трубки, которая являлась одновременно и каркасом для обмотки дросселя и изолятором. Я также пробовал использовать полый штырь (трубку) из материала Teflon® (фторопласт), который является прекрасным изолятором, но снижает индуктивность обмотки (с сердечником) до 435 мкГн, при количестве витков, которое обычно даёт 80…90 мкГн без сердечника. (Видимо, играет роль не столько материал изолятора, сколько его толщина, а, значит, расстояние от обмотки до ферритового стержня - UA9LAQ). Индуктивности дросселя в 435 мкГн всё ешё вполне дрстаточно, чтобы вывести паразитные резонансы за пределы любительских диапазонов: с распределённой ёмкостью обмотки как у стандартного 90 мкГн - дросселя, большая величина индуктивности сдвигает резонанс далеко за пределы диапазона 1, 8 МГц. Я заметил, что дроссель с индуктивностью 435 мкГн имеет собственный резонанс где-то в районе частоты 500 кГц, причём, этот резонанс настолько “глубокий”, что практически вся, имеющаяся на резонансной частоте, энергия будет режектирована.

Использование предложенного метода изготовления анодных дросселей позволит применить для их намотки более толстый провод, что, в свою очерель, уменьшит сопротивление обмоток дросселей постоянному току и сократит нагрев дросселей большими анодными токами.

Примечание: используйте клей Super-Glue® для фиксации обмоток дросселей, затем натяните поверх готовых обмоток, через всю их длину отрезок термоусадочной трубки (один или несколько слоёв будут держать обмотки надёжно механически и прекрасно изолировать дроссель).

Небольшой урок истории

Много лет назад, конструкторы усилителей использовали анодные дроссели с индуктивностью 1…2,5 мГн, рассчитанные на ток 600 мА. Ныне, усилители стараются делать всё меньше и меньше по размерам, но используют в них лампы, которые имеют токи всё больше и больше. Эти обстоятельства предъявляют определённые требования к размерам анодных дросселей и способности их выносить повышенные токи. Бóльшие диаметры проводов увеличивают “токопропускные” характеристики дросселей, но снижают их индуктивность. Конструкторы усилителей обнаружили, что могут избежать применения анодных дросселей. Если вводить в усилитель всё новые и новые диапазоны, но может вскоре оказаться, что дросселя с пониженной индуктивностью обмоток будут иметь на каком либо диапазоне свой собственный последовательный резонанс. Этот резонанс появляется вследствие возможности протекания ВЧ тока через обмотку дросселя, из-за малой величины индуктивности современных дросселей. Что раньше не было проблемой, так как анодные дроссели имели большие индуктивности обмоток, то теперь – проблема.

Ну, теперь, - моя теория

По-моему, если сохранить величину индуктивности анодного дросселя “классической”, но увеличить диаметр провода обмотки, определяемого возросшими ныне анодными токами, у дросселя не будет резонансов в пределах рабочих любительских КВ диапазонов, поскольку через дроссель не может идти РЧ ток, в силу его (дросселя) большой индуктивности. Единственным способом изготовления анодного дросселя без сильного увеличения его размеров, а, значит, и увеличения распределённой (междувитковой) ёмкости, является применение ферритовых (стержневых) сердечников, которые значительно повышают индуктивность катушек, в которые вводятся. Я не навязываю свою теорию начинающим, но настоятельно рекомендую и предлагаю воспользоваться ею.

Приготовьте для своего любимого усилителя стандартный анодный дроссель с индуктивностью не меньше 220 мкГн, намотанный проводом #24…#26 и этого будет достаточно – дроссель вынесет как ВЧ потенциал, так и постоянный, протекающий через него, ток при максимальной разрешённой мощности с запасом. Если, всё-таки, у Вашего дросселя “случился” резонанс (“зашипели” дуговые разряды с дросселя на корпус, стала “по-сумасшедшему” греться обмотка дросселя), то измените индуктивность дросселя, причём всегда лучше в большую сторону. Монтируйте дроссель на расстоянии 1,5…4 дюйма от анода лампы.

На Рис. 16 показана типовая конфигурация анодного дросселя и сопутствующих ему конденсаторов, УКВ дросселя и паразитных дросселей.

Рис. 16

УКВ дроссели, показанные на Рис. 16 должны изготавливаться из достаточно толстого медного изолированного провода (#14…#12). Они должны иметь по 10 витков, мотаются на оправке диаметром ½ дюйма, расположены как можно ближе к анодному дросселю. Проволочный резистор сопротивлением 5…10 Ом и мощностью рассеяния 25…50 Вт может выполнять ту же функцию. Этот резистор может выполнять две функции: служить УКВ дросселем и ограничителем анодного тока при коротких замыканиях и прострелах. Я использовал резистор и мне его работа понравилась.

Антипаразитные дроссели: На Рис. 16 показан антипаразитный дроссель. Много написано о них, много было “сломано копий”, много предположений насчёт того, как же выполнить эффективный дроссель, чтобы подавить паразитные колебания в КВ усилителе.

Изначальная теория работы дросселя такова: основная ВЧ энергия (КВ) проходит через дроссель беспрепятственно (мала индуктивность), а паразитные УКВ колебания встречают в лице дросселя очень большое сопротивление, но должны пройти через него. Ток на большом сопротивлении, естественно, падает до мизерных величин, которые не позволяют усилителю самовозбудиться на частотах паразитных УКВ контуров. Я экспериментировал с различными типами дросселей и обнаружил, что дроссели выполненные из нихрома обладают повышенными потерями на рабочих частотах десятиметрового любительского диапазона, но, зато, хорошо “давят” паразитные колебания. Обнаружил я также, что проволока из нержавеющей стали тоже хорошо работает в антипаразитных дросселях, и не “ворует” ВЧ энергию на 10 метровом диапазоне, в отличие от нихрома.

Старая практика использования в качестве дросселя пластинки из медной фольги - не выносит критики, - такие “дроссели” совсем не давят паразитные колебания (самовозбуждение на УКВ/СВЧ). Не используйте их – пустая трата времени! Другой порочной практикой является навивка катушки из провода вокруг резистора. Такая конструкция дросселя неверна и нежелательна.

Моя конструкция антипаразитного дросселя: примерно 4 витка нержавеющей стальной проволоки #18, намотанной на оправке 1/4…3/8 дюйма. Катушка припаяна серебряным припоем параллельно угольному резистору сопротивлением 50…150 Ом, имеющем рассеиваемую мощность 2…3 Вт или металлоплёночному резистору невоспламеняющегося типа сопротивлением 100…200 Ом. Катушки должны находиться сбоку от шунтирующих резисторов, а не быть навитыми на них. Смысл этого заключается в том, чтобы пропустить УКВ колебания через катушку (обеспечить им короче путь), а не через резистор. Я проверил свою догадку и, похоже, она подтвердилась. Проволоку, которую я использовал, называют “авиационный провод безопасности”, таковой используется для крепления деталей на самолётах. Такой провод содержит много никеля и очень легко гнётся. Если провод в антипаразитном дросселе сильно греется при работе в диапазоне 10 метров, то уберите из катушки один виток.

Дроссель моей конструкции

При проблемах со стабильностью усилителя, антипаразитный дроссель может быть установлен и в цепь катода лампы между настраеваемым входным устройством и катодом, со стороны лампы от конденсатора связи. Я это проверил и, похоже, оказался прав, устойчивость усилителя к самовозбуждению, действительно, повышается.

Заземление сетки от штырьков цоколя лампы (от панельки) на шасси должно быть выполнено с помощью толстой медной шины или толстыми медными проводами. Цель этого – обеспечить заземление с минимальной индуктивностью соединения. Каждый вывод сетки должен соединяться с шасси своим собственным проводом. Использование РЧ-дросселей или конденсаторов в этой цепи себя давно изжило и больше не используется на практике.

Согласующие конденсаторы анодной цепи: На Рис. 16 можно видеть “связующий анодный“ конденсатор, порой его называют “разделительным” или конденсатором связи с контуром, но это будет лишь более точным описанием функции одного и того же конденсатора. Назначение конденсатора – связь по РЧ анода лампы с выходным (П-) контуром и устранение проникновения в контур анодного напряжения постоянного тока. У таких конденсаторов должна быть очень маленькой собственная индуктивность (как конструктивная так и индуктивность выводов - UA9LAQ), конденсаторы должны быть рассчитаны на пропускание большой мощности (и большое рабочее напряжение - UA9LAQ) в пределах всей полосы рабочих частот усилителя. Я выяснил, что в диапазоне частот 160…10-метровых диапазонов, в этой цепи, будут неплохо работать конденсаторы ёмкостью 0,001…0,004 мкФ. Неплохим компромиссом будет применение конденсатора ёмкостью 0,002 мкФ. Рабочее напряжение на корпусе конденсатора, обычно, указывается для постоянного тока, для “перевода” в ВЧ напряжение, умножьте значение для постоянного тока на 0,6. Так, например, конденсатор, рассчитанный на рабочее напряжение постоянного тока 30 кВ, выдержит, примерно, 18 кВ переменного ВЧ с запасом прочности. Следующим условием, которое нужно выполнить будет выбор рабочего напряжения конденсатора, которое должно превышать анодное напряжение постоянного тока, по крайней мере, в 4 раза. Для анодного напряжения в 3 кВ следует ставить конденсаторы с рабочим напряжением, по крайней мере, в 12 кВ, а с учётом прохождения ВЧ мощности - в 20 кВ постоянного тока. Запас по прочности ещё никому не помешал и будет здесь обеспечен. Теперь, - речь об ВЧ токе. Большинство конденсаторов, выполненных в виде дверной ручки (“бочонки”), рассчитаны на пропускание ВЧ тока в несколько ампер на частоте 1 МГц, но рассчитаны на ток в 10 А на частоте 30 МГц. Использование конденсаторов дискового типа для усилителей, имеющих максимальную разрешённую выходную мощность, не рекомендуется. Дисковые конденсаторы вынесут ВЧ ток, но в ситуации, когда на них присутствует ещё и высокое анодное напряжение постоянного тока, такие конденсаторы - ненадёжны. Я советую, в качестве разделительного конденсатора в анодной цепи РА использовать таковой только типа “дверной ручки“. Для повышения надёжности пропускания значительной ВЧ мощности, можно соединять два или несколько конденсаторов параллельно. Лично я, меньше двух конденсаторов, включенных параллельно, для усилителя, рассчитанного на максимальную разрешённую мощность, не применяю. Следует уделить внимание и способу монтажа упомянутых конденсаторов. Мощная медная или алюминиевая шина обеспечивает надёжное подключение разделительных конденсаторов с малой величиной индуктивности. Большинство конденсаторов типа “дверной ручки” имеют крепёжные винты, что подходит для крепления непосредственно к шине. Не используйте тонкие провода для монтажа таких конденсаторов, они имеют большую индуктивность (что, в конечном итоге, приведёт и к снижению выходной мощности в диапазоне 10 метров - UA9LAQ). Располагайте анодный дроссель как можно ближе к П-контуру, это позволит производить соединения с минимальной индуктивностью. Чем короче путь ВЧ колебаний к выходному контуру, тем меньше возможность возникновения самовозбуждения РА. Помните, что значение ВЧ тока в этой цепи очень велико и нужно сделать всё, чтобы пропустить его с минимальным сопротивлением по линии с минимальной индуктивностью (если уж автор так категоричен в подходе к ВЧ токам, протекающим в анодной, а, значит, достаточно высокоомной цепи, где над током, всё-таки, доминирует ВЧ напряжение, что же тогда нужно сказать об выходных низкоомных (50 Ом) цепях усилителя, где контакты, длина и толщина проводов должны иметь ещё большее значение, по крайней мере больше в Z вых / Zант раз, где Zвых – выходной импеданс лампы РА, Zант - входное сопротивление фидера антенны - UA9LAQ)!

Примечание: ВЧ ток, обычно ”подчиняется” следующей теории: на частотах прядка 1,8 МГц - ВЧ напряжение очень высоко, а ток очень мал для данного выхода РА (известно, что мощность равна произведению напряжения на ток - UA9LAQ). При росте частоты, на том же выходе РА, РЧ напряжение уменьшается, а ток – растёт. Если сравнить крайние частоты работы усилителя мощности, то на 30 МГц ВЧ ток будет самым большим, а ВЧ напряжение самым маленьким, на 1,8 МГц - картина полной противоположности. Вот почему на высокочастотных диапазонах П-контур нагревается, да потому, что в нём гуляют солидные токи (с увеличением частоты глубина проникновения ВЧ тока в материал проводника становится меньше из-за всем известного “скин-эффекта”, значит, сечение проводника “сужается”, растёт его сопротивление и, отсюда, - нагрев, который можно уменьшить увеличением диаметра проводника, т.е. увеличением площади его поверхности (таким образом, и его сечения) по которой проходит ВЧ ток. Применение покрытия из металлов, обладающих меньшим сопротивлением, например, серебра, также снижает нагрев - UA9LAQ).

Имея вышеприведённое перед собой, конструктору необходимо так спланировать выходное устройство РА, работающего в диапазоне частот 1,8…30 МГц, чтобы оно одинаково хорошо “выносило” как большие напряжения, так и токи. Иначе, как говорится: “удачи не видать”…

П-контур: Современные КВ (ламповые) усилители, почти все поголовно, имеют на выходе П-контур с индуктивностью, который даёт в нагрузку минимальный уровень гармоник и наилучшим образом её согласует с РА. Для усилителя, имеющего максимальную разрешённую мощность, катушка П-контура должна иметь диаметр не менее 3 дюймов и быть намотана медной трубкой 3/16 или 1/4 дюйма. Такую трубку можно найти в магазинах, торгующих металлом, она известна под названием как “трубка для холодильников”, где используется для подводки воды ко “льдообразователям”. Трубку обычно используют в качестве катушки L1 П-контура, которая работает на диапазонах 10…80 метров. Даже, если в Вашем РА достаточно места, применять в П-контуре для намотки катушек всех диапазонов, включая 160 метров, трубку нецелесообразно, так как П-контур будет занимать большую часть Вашего “радиошэка”. Есть и ещё один способ намотки катушек - тороидальный, который можно применить на диапазонах 80 и 160 метров, как в П-, так и в L-контурах. Сердечники, применяемые, при этом, могут быть типа Т-200-2 красного цвета (red mix), покрытые двумя - тремя слоями стеклотканиевой ленты (wrapped in 3M™ glass tape). Намотка производится проводом #12…#10, провод должен иметь тефлоновую (Teflon®) (фторопластовую) изоляцию или быть обычным обмоточным, но с тефлоновой изоляцией (трубкой), натянутой поверх. Изготовленный тороид нужно смонтировать на основании из изоляционного материала, чтобы предотвратить дугообразование между ним и шасси при работе. Пользуйтесь точным измерителем LCR, чтобы как можно точнее определить места отводов тороидальной катушки. Данные в справочниках, различные таблицы и расчёты подскажут Вам, какие индуктивности и ёмкости должны быть в П-контуре. Где же лучше всего сделать отводы в катушках П-контура? Я научился делать таковые точно там, где они должны быть, причём, не “гоняя” усилитель. Вам потребуется антенный анализатор, например, MFJ-259. Вам нужно знать ещё “анодный импеданс” П-контура или импеданс, который Вы хотели бы, в конце концов получить. Как только Вы выберете лампу для РА, анодное напряжение и ток, так вычисляйте анодный импеданс: 1,8 х максимальный ток анода, максимальное анодное напряжение следует поделить на полученное значение. Пример: имеем 3500 В при токе 1 А. 1,8 х 1 = 1,8, теперь 3500/1,8 = 1944,44 Ом или округлённо 2000 Ом, так как в таблице для П-контура (в справочнике) приведено, именно, это (ближайшее) значение импеданса. Теперь Вам известно значение импеданса. Следующей операцией следует считать помещение лампы в усилитель и подключение её к П-контуру, так, как будто, Вы собрались включать РА и работать на нём. Вам потребуется безиндуктивный резистор сопротивлением равным анодному импедансу, в нашем случае, это - 2000 Ом. Мощность резистора не имеет значения, так как Вы не будете включать усилитель, и рассеиваемая мощность на резисторе, при измерениях, будет мизерной. Резистор следует подключить между анодом и шасси РА. Присоедините антенный анализатор к выходному (антенному) гнезду РА, контакты антенного реле приведите в положение “Передача”, подачей вспомогательного напряжения на его обмотку или замкнув контакты вручную с помощью кусочка пенопласта (если реле имеет открытую конструкцию) или соединив их короткой проволочной перемычкой. Антенное реле – единственное, что следует включить, всё остальное в усилителе не включается. Переключатель диапазонов РА переведите в положение “10 метров”, т. е., установите на самый высокочастотный в усилителе диапазон. Установите частоту анализатора на середину диапазона, определяемого переключателем диапазонов РА. Установите анодный и антенный конденсаторы переменной ёмкости П-контура в положения, соответствующие, взятым из таблиц справочника значениям. Для измерения ёмкостей КПЕ используйте измеритель LCR, для этой операции КПЕ должны быть временно отключены от схемы П-контура. Установив необходимую ёмкость КПЕ, их нужно снова подключить (на своё место). Теперь проводом минимальной длины, необходимой только для того, чтобы достать от переключателя диапазонов до места отвода, прикоснитесь к проводу катушки и перемещайте его по виткам (не забывая убирать руки во время измерения) до получения спада (минимума показаний) на КСВ-метре анализатора. Допустимы небольшие уточнения положений роторов КПЕ для компенсации распределённых емкостей и индуктивностей П-контура. Ещё немного подвигайте отвод на катушке, с таким расчётом, чтобы получить минимальный КСВ, это должно произойти при показаниях измерителя импеданса анализатора, близких к 50 Ом. Коль скоро Вы нашли точку отвода на катушке, так соедините её пайкой с соответствующим контактом переключателя диапазонов толстым медным проводом или шинкой. Повторите процесс для каждого диапазона в отдельности. Наиболее трудно подобрать отвод на 10 метровом диапазоне, так что лучше и начать подбирать отводы с верхнего по частоте диапазона двигаясь вниз (в этом случае, все внесённые ранее элементы отводов будут учитываться в “общем” П-контуре - UA9LAQ).

Примечание: если Вы используете для отводов толстый провод, то можно в точке контакта просверлить в трубке (которой намотана катушка П-контура) отверстие и вставив в отверстие провод отвода до упора (пока не упрётся в противоположную непросверленную стенку трубки), пропаять соединение. Если для отводов используется медная шинка, то оберните шинку вокруг трубки в месте отвода и пропаяйте соединение. Оба метода монтажа отводов работают одинаково, по крайней мере на КВ, конструктору определять, как удобнее монтировать. (В усилителях немного меньшей мощности, максимально разрешённой в СССР и, теперь, - в России, для намотки катушек П-контуров часто применяют ребристые фарфоровые каркасы, мотая катушки медными проводом или трубкой диаметром 3…6 мм, при этом удобно осушествлять отвод широким лепестком, обернув его вокруг провода катушки и припаяв. В отверстие лепеска вставляется и припаивается провод отвода, идущий к переключателю диапазонов. Длина выступающей части лепеска должна быть минимальной. Крепление проводов отводов к катушке П-контура должно быть надёжным. Никакие пайки внахлёст не допускаются, так как результат эксплуатации может быть плачевным: разогретый ВЧ токами припой стекает с точки пайки в месте контакта образуется дуга, которая плавит и провод отвода и провод катушки, выход усилителя оказывается расстроенным. РЧ энергия и повышенный анодный ток (или повышенное анодное напряжение) делают своё чёрное дело – РА может надолго выйти из строя - UA9LAQ).

Если точка отвода окажется подобранной неверно, после ввода РА в эксплуатацию, то, возможно, антенный анализатор “ошибся”. Из-за сильной связи, внутренний генератор прибора порой “затягивается” на частоту настройки П-контура, что приводит к ошибочным показаниям анализатора. Если обнаружится такая проблема, то подключите конденсатор небольшой ёмкости к контактам антенного реле РА. Антенное реле тогда должно находиться в положении “Приём”, ёмкость дополнительного конденсатора должна составлять 3…100 пФ, рабочее напряжение - некритично. Таким образом, ослабляется связь анализатора с П-контуром и может быть обеспечена большая точность в подборе отводов, но “провал” показаний прибора анализатора может быть небольшим и точка отвода может быть подобрана очень точно, но будет очень критичной (эффект известен всем, кто хоть раз работал с гетеродинным индикатором резонанса - ГИРом - UA9LAQ).

Несколько слов о покрытиях проводов П-контуров. На частотах ниже 30 МГц, покрытие проводов может быть и может не быть. Например, на частоте 30 МГц серебряное покрытие даёт увеличение эффективности 0,3%. Выглядить превосходно, но мало помогает в работе. Для домашнего конструктора дешевле и полезнее отполировать провода до зеркального блеска и затем покрыть их акриловой пластмассой или эпоксидным клеем (последний нужно сначала проверить на “агрессивность” по отношению к меди - UA9LAQ), чтобы не дать материалу окислиться. Для усилителей, работающих на частотах много выше 30 МГц, покрытие становится критичным, в СВЧ- диапазонах покрытие золотом становится просто необходимым (любое “пятнышко” коррозии сильно изменяет как частоту настройки соответствующего контура или линии, так и её добротность, без сохранения которых, применение частотоизбирательных элементов становится бессмысленным. Казалось бы серебро обладает меньшим сопротивлением и его применение на СВЧ должно быть закономерным с целью получения максимальной добротности, это так, но серебро менее стабильно чем золото - окисляется - UA9LAQ).

Конденсаторы настройки П-контура: Коль скоро конструктору известны индуктивность и ёмкости П-контура, то можно приступить к их подбору. Если Вы желаете эксплуатировать усилитель на всех КВ диапазонах от 160 до 10 метров, включительно, то конденсаторы настройки должны удовлетворять многим противоречивым требованиям. Легче всего обеспечить минимальную их ёмкость, однако, при внушительных размерах КПЕ и её обеспечить, порой непросто. Чтобы обойти эту проблему, можно воспользоваться парой приёмов. Можно использовать набор, переключаемых конденсаторов типа “дверной ручки” (”бочонки”), включенных последовательно с КПЕ, на диапазоне 10 метров. В другом случае, когда ёмкость КПЕ оказывается недостаточной на диапазонах 40…160 метров, следует подключать такие конденсаторы параллельно. На Рис. 17, - ниже, приведён пример применения двух способов подключения конденсаторов в П-контуре.

Рис. 17

КПЕ с разделённым статором может быть применён в качестве анодного конденсатора в П-контуре и обеспечивает оптимальную его настройку, при условии наличия достаточного расстояния между пластинами (чтобы не пробило ВЧ напряжением. Существует ещё один метод уменьшения начальной ёмкости анодного КПЕ. Подключив этот конденсатор к отводу от катушки П-контура, добиваемся уменьшения вносимой в контур ёмкости и уменьшения влияния КПЕ на частоту его настройки - UA9LAQ).

КПЕ с воздушным диэлектриком и вакуумные: Конденсаторы с воздушным диэлектриком легче найти, они и стóят дешевле, но имеют некоторые недостатки, изложенные выше. Вакуумные КПЕ - дороги, их не так легко найти, но только они, порой обеспечивают П-контуру, всё, что мы хотим от него получить и без применения дополнительных переключаемых конденсаторов постоянной ёмкости. Другим достоинством этих конденсаторов является высокое рабочее напряжение, нечувствительность к загрязнениям окружающей атмосферы и изменениям её влажности и давления и могут проводить большие ВЧ токи. Я никогда не слышал о том, чтобы какой-нибудь вакуумный конденсатор прострелило или в нём образовалась дуга. Средний конденсатор вакуумного типа, применяемый в КВ усилителе может пропускать через себя ВЧ токи во много раз превышающие те, которые способен давать реальный РА. Большинство вакуумных конденсаторов изменяют ёмкость от минимальной до максимальной путём поворота оси регулирования (многооборотные). Конструкция вакуумного КПЕ позволяет устанавливать различные отсчётные устройства со сбросом и установкой в определённое положение, требуемое для отдельных диапазонов. Ограничители в начале и конце регулировки ёмкости КПЕ также предусматриваются, чтобы избежать его повреждения. Установка вакуумных КПЕ может оказаться проблемою, а может и нет, так как большинство таких КПЕ содержат и монтажные приспособления, если таковых не предусмотрено, значит, их легко изготовить. Вакуумные КПЕ могут быть смонтированы в любом положении : вертикально, горизонтально, в подвешенном положении.

Для, по-настоящему, мощного усилителя, лучшим выбором будет применение вакуумных КПЕ, которые не прошивает даже при очень больших подводимых к ним мощностях. Да, не дёшевы они, но скупой платит дважды… (Попадание небольшой части воздуха во время хранения, транспортировки или эксплуатации делают такие КПЕ абсолютно непригодными из-за возникновения в них разрядов. Перед эксплуатацией необходимо проверить КПЕ на утечку с помощью высоковольтного тестера и оберегать их от деформации и ударов при эксплуатации - UA9LAQ).

Один момент: чем выше используемое в усилителе анодное напряжение, чем труднее найти подходящий КПЕ с воздушным диэлектриком, который бы выдержал постоянное анодное напряжение плюс ВЧ и не явился причиной возникновения дуг или проблем с перекрытием по ёмкости. При напряжении на аноде ламп(ы) РА в 3 кВ, ещё можно допустить применение КПЕ с воздушным диэлектриком, проблемы применения их при анодном напряжении 4 кВ и более возрастают по экспоненциальному закону. (Автор, видимо, имеет в виду непосредственное подключение КПЕ к аноду лампы без разделительного конденсатора, но и, будучи включенным после разделительного конденсатора, анодный конденсатор с воздушным диэлектриком в П-контуре должен иметь повышенное расстояние между пластинами: с повышением анодного напряжения возрастает выходное сопротивление лампы, а, значит, увеличивается и РЧ напряжение, значит, риск пробоя промежутка между пластинами КПЕ увеличивается - UA9LAQ).

При покупке вакуумных КПЕ, обратите внимание на состояние электродов (пластин) внутри стеклянного корпуса. Если они потеряли свой сияющий медный вид, значит, скорее всего в КПЕ нарушен вакуум. Если, при полном выкручивании регулировочного винта, отсутствует сопротивление, оказываемое при разведении пластин, то, скорее всего, КПЕ - сломан. В общем, перемещение пластин внутри КПЕ должно сопровождаться сопротивлением (требуется усилие), а внутренности КПЕ должны блестеть, как будто их только что начистили. Иначе, лучше обойдите этот КПЕ стороной!

Переключатель диапазонов: Не скупитесь на эту важную часть РА. Купите себе лучший, какой только сможете достать. Иначе, просто, пожалеете! Очень приличные переключатели изготавливает Radio Switch Corp. Их переключатель модели 86 - хорош, однако, самым лучшим является переключатель топ-модели 88. Этот переключатель рассчитан на напряжение 13 кВ и ток 30 А. Даже 5 кВт передатчик не сможет “зажечь дугу” на этом переключателе. Для П- или L- контуров в этом переключателе потребуется, по крайней мере, два набора контактов, но три – лучше. Группа контактов должна быть предусмотрена на каждый диапазон из используемых. Специальный переходник должен быть использован, чтобы соединить ось переключателя в П-контуре с осью переключателя входных контуров (т. е., при переключении диапазонов РА одной ручкой). Если на входе РА используются резисторы (ненастраиваемый вход), тогда, естественно, надобность в переходнике отпадает. Есть ещё возможность применения отдельных переключателей на входе и выходе усилителя, но, чтобы исключить установку переключателей в неверное несоответствующее положение, необходимо применить какую-либо блокировку: механическую или электронную.

На Рис. 17 показана конфигурация переключателя, которая поможет начинающему конструктору понять требования, предъявляемые к П-контуру на диапазоны 160…10 метров. Поохоттесь за подобными переключателями и на ярмарках, рынках, а также поищите в Интернете, пойдут и исправные б/у.

Накальные дроссели: Дроссель в цепи накала лампы с катодом прямого накала абсолютно необходим, при подогревных катодах, как у ламп типа 8877, без такого дросселя можно и обойтись. Катод прямого накала можно найти почти во всех старых мощных лампах со стеклянным баллоном, в качестве нити накала и катода там используется торированный вольфрам. На таком катоде присутствуют как большой ток, так и большое ВЧ напряжение, которые должны быть развязаны от проникновения в другие цепи, так что, тут и устанавливают мощные дроссели. Такой дроссель обычно громоздок, его намотка производится двойным проводом, виток к витку на ферритовом стержне и содержит количество витков, достаточное для полного удаления ВЧ после дросселя. Развязывающие конденсаторы, обычно ставят сразу после дросселя со стороны подвода напряжения накала от блока питания, на корпус. У этого типа дросселя - очень большая величина индуктивности, при этом, он обеспечивает прохождение через себя больших токов, Я опробовал также использование тороидального дросселя и остался им доволен, тем более, что этот дроссель имел и небольшие габариты.

В лампах с подогревными катодами, такой катод представляет собой оксидированный “рукав”, одетый на нить накала, которая его подогревает для получения электронной эмиссии. Катоды такого типа требуют меньших токов накала, чем первые, рассмотренные выше, и не допускают распространения ВЧ, так как катодный “рукав” оказывает постоянное экранирующее действие (внешняя сторона, сообразно со скин-эффектом излучает и втянута в схему функционирования ВЧ токов, нижняя РЧ токам не подвержена и служит замкнутым экраном, тут можно ещё вспомнить и про токи Фуко - UA9LAQ). Тем не менее, дроссели в цепь накала включать нужно, чтобы исключить попадание, пусть даже случайного выброса ВЧ в питающий комплекс. Дроссель накала в схемах с лампами, имеющими подогревные катоды, уже не должен быть большим, громоздким, иметь большую индуктивность, поскольку действующие в цепи накала ВЧ токи малы. Дроссель имеет небольшие габариты, намотан двойным проводом достаточного сечения для пропускания тока накала в резиновой или тефлоновой изоляции, намотка производится на небольшом кольцевом или стержневом ферритовом сердечнике. Индуктивность дросселя для работы на диапазонах 160…10 метров должна составлять 30…300 мкГн. Развязывающие конденсаторы включают с обоих проводов накала на корпус усилителя в точке подключения к дросселю со стороны блока питания. Ставьте также конденсаторы между проводами накала со стороны цоколя лампы и катодом. Связь нити накала по ВЧ с катодом будет способствовать выравниванию ВЧ потенциалов на обоих. Это будет препятствовать различного рода неоднородностям в сигналах: вспышкам, прострелам, хрустам, пробоям на нить накала, уравняет оба края нити накала по ВЧ, что устранит колебания накального напряжения.

Рис. 18

На Рис. 18 приведена типовая схема включения лампы с подогревным катодом с обычным накальным дросселем.

ALC: Эту схему необходимо делать обязательно. Обойтись без неё можно только в случае, если Вы используете лампу, которая может раскачиваться полной мощностью имеющегося возбудителя. Примером может являтся лампа 3CX1200A7, которая может раскачиваться мощностью до 120 Вт, включительно. Тем не менее, независимо от того, используете Вы лампу 8877 или 3CX800A7, мощности в 120 Вт вполне хватит, чтобы систематически выводить из строя сетки. Система ALC препятствует этому, но если Вам “нравится” менять лампы чаще, чем это требуется, не делайте никакой ALC. Лучшей точкой привязки возбудителя к усилителю является точка между реле приём/передача на входе и входным настраиваемым устройством.

Схема ALC детектирует в усилителе небольшую часть входного ВЧ сигнала возбудителя. Этот выпрямленный сигнал - отрицательной полярности и может изменяться в пределах от -1 до -12 В. Изменяющийся в отрицательную сторону сигнал подаётся обратно в возбудитель, который смещает усилитель мощности в возбудителе, а тот в свою очередь уменьшает выходную мощность возбудителя и этим предотвращает перекачку оконечного РА.

Процедура установки порога ALC заключается в следующем:

1.      Настроить усилитель на полную выходную мощность.
2.      Подстроить потенциометром установки порога ALC такой уровень, чтобы в выходном сигнале появилось едва заметное уменьшение его мощности.
3.      Всё. Установка закончена.

После установки порога ALC, уровень ВЧ раскачки может быть увеличен или уменьшен, но максимальная выходная мощность усилителя, установленная с помощью регулятора ALC, уже не будет превышена.

Расположение регулировочного органа системы ALC может быть как на задней, так и на передней панели управления, но, в любом случае, хорошо помечено. Установочная регулировка оправдывает себя на практике, так как таковая не может быть случайно сбитой (для регулировки нужно взять отвёртку да ещё залезть под крышку, сняв возможный фиксатор). Однажды установленная, регулировка порога ALC редко изменяется.

На Рис. 19 показана типовая схема системы ALC, простая и эффективная.

Рис. 19

Регулироки: Наиболее заметная часть усилителя - панель регуляторов, она же и самая сложная. Есть много способов расположения и управления аппаратом. Насколько проста будет панель управления зависит от разработчика и изготовителя.

Существуют готовые платы, которые можно приобрести и установить в усилитель, но это немного не то, ведь самому создать усилитель с нуля – намного интереснее, тем не менее, для начинающего - это выход из положения. Помните, чем сложнее аппарат, тем труднее с ним управляться и ремонтировать. Простота и надёжность, - вот из чего нужно исходить при разработке усилителя. Если конструктор хочет создать полностью автоматизированный усилитель и чувствует, что может справиться с задачей, то флаг ему в руки… Трудновато будет, да и проблем будет, проблем… Для начинающих советую, строить самые простые, надёжные, без наворотов усилители. После того, как построите попроще, будут и более сложные аппараты, более изящные.

Вот так посмотрите на проблему: ”Ты - инженер-разработчик, ты решил, что сделаешь аппарат, сколько бы времени и сил это не потребовало!”

Послесловие: В наше время, когда легко купить и эксплуатировать любительское оборудование, какое хочешь, легко забыть о том удовлетворении, которое приносит самостоятельное его изготовление. Тот, кто покупает и потом играет дорогой игрушкой, никогда не испытает этого чувства. Тем, кто, всё-таки, хочет испытать его, приложить собственные руки и голову и сделать свой ВЧ усилитель, как их делали в своё время наши коллеги предшественники и посвящена настоящая статья. Невозможно описать словами то чувство завершённости, исполненного долга, удовлетворения от полученного опыта. А ещё и приобретёте чего-нибудь новенького в процессе…

Если у Вас есть вопросы, я с удовольствием поделюсь знаниями и опытом с Вами, если Вы этого искренне желаете.

73 de Matt Erickson, KK5DR

Свободный перевод с английского: Виктор Беседин (UA9LAQ) ua9laq@mail.ru
г. Тюмень ноябрь, 2003 г