Из практики конструирования ламповых КВ усилителей

Наверное каждый радиолюбитель, особенно работающий на НЧ диапазонах, хотел бы иметь компактный усилитель мощности, с хорошим КПД, совместимый с современными КВ трансиверами, теперь, как правило, импортного производства, имеющий приличный внешний вид, который бы украшал и придавал солидность нашим радиошекам, а, самое главное, обладал высокой надёжностью и радовал своей работой.

Уж где - где, а слава Богу у нас в России есть такие прекрасные и вполне доступные радиолампы, как ГУ 50, ГИ 7 Б, ГМИ 11, ГУ 46, ГУ 43 Б, ГУ 91 Б, ГУ 78 Б и т. п., которые ценятся во всём мире. Ведь если грамотно подготовить радиолампу к эксплуатации, пускай она пролежала без дела не один десяток лет, и соблюдать необходимые требования и режимы работы, то одной такой лампы хватит на долгие годы. Выход из строя радиолампы по статике или броскам в питающей сети маловероятен при разумном построении схемы, радиолампа не боится рассогласования и продолжительных перегревов и перегрузок.

При разработке выходного каскада не надо перестраховываться и использовать трансформаторы в источниках питания, конденсаторы фильтров и другие радиоэлементы, превышающие по мощности, ёмкости и размерам необходимые величины, иначе это будет похоже на велосипед с колесами от грузовика. Вместо ожидаемых высоких параметров снизится надёжность, особенно в моменты включения высоковольтных источников и в первые секунды прогрева накала радиоламп. Конструкция должна строиться на основе разумного компромисса, учитывающего все стороны, только тогда возможно достичь высокой надежности, требуемых параметров, габаритов и веса.

Если все-таки по каким-то причинам используются такие радиоэлементы, то придётся усложнять схему и применять устройства сглаживающие экстратоки, использовать реле задержки времени, защищать компьютер от бросков в сети, если он используется. Но всегда надо помнить, что каждый лишний контакт, каждый лишний полупроводник – это элемент ненадёжности, особенно в выходном каскаде.

Хочется остановиться на цепях питания накала радиоламп. Надо правильно выбрать напряжение из большого допуска, указанного в паспорте, обеспечивающее долгосрочную работу радиолампы, не всякий из унифицированных трансформаторов подходит для этого.

Теперь существует множество диодов с прекрасными параметрами, а ВЧ элементы выходных каскадов военных радиостанций: катушки; панели для ламп; КПЕ, в том числе и вакуумные, с прекрасным перекрытием; переключатели; реле В2В, П1Д и т. п. Это конечно предел мечтаний. Если подойти к этому разумно и не ставить в каскад на ГУ 82Б катушку из шины 20 х 3, то можно получить вполне приемлемые размеры. Удобно использовать двухблочные конструкции, когда источник питания находится под столом, тогда сам выходной каскад получится компактнее.

Слаботочные реле, в том числе и герконовые, легко обеспечивают управление основными контакторами усилителя и сопряжение с трансивером, как по переключению диапазонов, так и по управлению приёмом/ передачей.

Вентиляторы желательно использовать малошумящие импортного производства и не БУ. Может быть, для многих пользователей подошёл бы и ВН 2, лишь бы каскад хорошо работал, но конструктор в глубине души останется неудовлетворённым своей работой, если сэкономит на вентиляторе. В мощных выходных каскадах антипаразитные элементы выполняются на специальных безиндукционных резисторах, но уж никак не на МЛТ-2.

При проектировании каскада важно знать, будет ли он использоваться в контестах, эксплуатироваться в режимах FM, CW и т. п., или каскад предназначен чисто для повседневного радиолюбительского общения. Всё это влияет на вес, габариты, режимы обдува. Может выручить правильный выбор схемы включения радиолампы с общим катодом или общей сеткой, это имеет очень важное значение !!!

Нежелательны такие режимы, когда с трёх ГУ 50 получают 500 W в антенне, в этом случае придётся иметь запас ламп. Смысла в этом нет, потому что существуют более мощные лампы, и тем более, к примеру, если у вас была мощность в 300 W, а вы её увеличили до 500, то почти никто этой прибавки в 2 db (0,3 балла) не заметит.

Не лишним бывает установка на передней панели хотя бы светодиодов, контролирующих токи сеток, и свидетельствующих о работе каскада в соответствующих режимах.

Полюбившаяся многим конструкторам схема с параллельным питанием анодной цепи оправдывает себя при использовании ламп с небольшой выходной ёмкостью и начальной ёмкостью анодного КПЕ, но и она имеет свои сложности – надо правильно выполнить анодный дроссель, важно знать его резонансную частоту, которую можно определить с помощью ВЧ вольтметра. Резонансная частота дросселя не должна быть вблизи радиолюбительских диапазонов. Желательно где-то оговорить запрет на передачу на этой частоте, иначе при современных трансиверах со сплошным перекрытием до 30 МГЦ, повернув ручки валкодера на резонансную частоту дросселя можно вывести из строя усилитель мощности.

Если в УМ используется лампа с большой выходной ёмкостью в десятки пФ типа ГУ 81 и при высоком анодном напряжении, увеличивающем Rэ или с использованием КПЕ с большой начальной ёмкостью, желательно применять схему с последовательным питанием анодной цепи, использовать не полное включение элементов колебательной системы. Перед органами настройки выходного каскада надо ставить качественные ВЧ конденсаторы большой ёмкости на напряжение не менее удвоенного анодного, для того, чтобы убрать постоянную составляющую, и, в то же время, не снизить ёмкости КПЕ. К переключателю диапазонов в такой схеме предъявляются повышенные требования, т. к. он находится под высоким напряжением и должен быть надёжно изолирован от корпуса, а ось ручки управления разделена диэлектрической ВЧ вставкой.

Исходя из многолетних наблюдений, ничего отрицательного об использовании в УМ небольшой мощности – до 1 KW электролитических конденсаторов в источниках анодного напряжения – сказать не могу. Необходимо только следить за тем, чтобы напряжение на каждом конденсаторе было не более чем 85%, от напряжения указанного на корпусе конденсатора, и стараться не размещать электролитические конденсаторы вблизи греющихся элементов каскада. Были случаи выхода из строя конденсаторов типа К 50-17 1000мкф/400в и т.п., где выходные медные клеммы имеют алюминиевые заклёпки - со временем, естественно, контакт нарушается. Понятно, что в более мощных выходных каскадах, использование металлобумажных и конденсаторов комбинированного типа (К 75 ) предпочтительнее.

Тем, кого может быть, подтолкнёт эта статья заняться конструированием выходного каскада, надо хорошо себе представлять:

• какие магнитопроводы и провода каких сечений необходимо использовать для трансформаторов блока питания;
• какими динамическими свойствами и внутренними сопротивлениями должны обладать источники питания;
• какие диоды и конденсаторы каких ёмкостей, в зависимости от схемы выпрямителя надо использовать;
• из какого материала должен быть изготовлен корпус, обеспечивающий прочную конструкцию и бесшумную работу в магнитном поле трансформаторов;
• использовать узлы автоматики не позволяющие нарушать порядок подачи напряжений на электроды радиоламп и управления охлаждением;
• как производится тренировка радиолампы и в каких режимах она должна работать первое время;
• как расположить ВЧ радиоэлементы, чтобы исключить появление недопустимых ёмкостей монтажа, пробоев и паразитных связей;
• проводники, из каких материалов и каких сечений использовать для монтажа;
• предусмотреть оптимальную конвекцию воздуха вокруг радиоламп естественного охлаждения;
• вентиляторы какой производительности или нагнетающие турбины надо использовать для ламп с принудительным охлаждением, как их правильно расположить;
• какие диэлектрические материалы и где можно применять;
• принять меры по стабилизации основных цепей, исключить появление динатронного эффекта;
• обеспечить устойчивость выходного каскада как вблизи рабочей частоты, так и на СВЧ;
• правильно выбрать схему включения радиолампы и питания её анодной цепи;
• какими параметрами должны обладать КПЕ;
• правильно выбрать тип, ёмкости и рабочие напряжения разделительных и блокировочных конденсаторов;
• использовать схему безопасного контроля тока анода и экранной сетки;
• переключатели диапазонов или контакторы должны обеспечивать надёжное соединение элементов П-контура, выдерживать большие токи и желательно обеспечивать дополнительное шунтирование большей части витков при работе на ВЧ;
• знать эквивалентное сопротивление каскада и обеспечить оптимальное согласование с нагрузкой;
• правильно сконструировать и расположить элементы П-контура, обеспечивающие нужную добротность, индуктивность и ёмкость;
• какой материал и какой провод нужно использовать для анодного дросселя, как его выполнить и определить частоту его резонанса в конструкции;
• как обезопасить лампу и блок питания от возможных пробоев;
• как оптимально согласовать усилитель мощности с трансивером при включении лампы по схеме с ОС и как избежать влияния входной ёмкости при включении лампы по схеме с ОК;
• какой ток покоя и в каких режимах обеспечивает оптимальную работу каскада;
• какие схемы блокировки, индикации и автоматической регулировки целесообразно применять в тех или иных случаях.

Понятно, что все тонкости оговорить сложно, но если учитывать хотя бы эти моменты, то каскад будет работать надёжно, линейно, не расширяя полосы, и не создавая внеполосных излучений. Наверняка у многих радиолюбителей всё это так и сделано. Но нормальную работу даже такого каскада можно легко испортить, увеличив сверх нормы уровень сигнала с трансивера или исказив входной сигнал чрезмерной компрессией и перегрузкой по микрофонному входу.

Как и в любом деле, не надо ожидать быстрых результатов и первые десятки конструкций будут не совсем удачны, как-то: не оптимальное соотношение габаритов, веса, выходной мощности, дизайна в целом, работ систем охлаждения, расположения органов управления и контроля, удобства пользования, надежности каскада при колебаниях питающей сети, повышенных температур, работе на нестандартные нагрузки и т.п. Но с годами наблюдений, анализа, работ над ошибками и конечно ежедневного труда, наверняка что-то начнёт получаться.

Теперь немного о психологических моментах. Можно услышать такие рассуждения : «Вот раньше у меня был УМ на ГК 71, вот это вещь, а теперь на ГУ 13 меня никто не слышит». Это конечно смешно, но у человека укоренилось такое заблуждение, ему трудно доказать, что это одно и тоже, и что это из области «когда деревья были большими». Не верьте этим иногда приятным воспоминаниям и впечатлениям, а верьте только стрелке измерителя мощности на выходе вашего каскада. Я естественно опускаю все разговоры об антеннах и о прохождении, как о само собой разумеющемся и играющем свою важную роль.

Хочу привести такие наблюдения:

• если вы увеличили мощность в два раза, например, со 100 до 200 W, то практически никто этого не заметит, а скажут: «Наверное QSB»;
• если увеличили мощность в 4 раза – получили прибавку в 1 балл ( 6 db), но даже на это обратит внимание не каждый, а только опытный корреспондент;
• увеличение мощности в 10 раз более 1,5 балла (10 db) замечают практически все, правда оценки могут быть от 3 до 20 db;
• в 16 раз – 2 балла (12 db), отдают должное работе выходного каскада;
• увеличение мощности в 64 раза это 3 балла (18db), комментарии излишни, а оценки могут быть от 10 до 40 db.

Подобные эксперименты нужно проводить очень оперативно, для минимизации влияния QSB, четко обозначать положения и обязательно следить за согласованием и реальной отдачей в антенну, при каждом включении.

Учитывать это надо для того, чтобы не возлагать необоснованных надежд на тот или иной выходной каскад, а реально оценивать его возможности и представлять, какой эффект это будет иметь.

Более подробно можно ознакомиться : www.afaru.ru/rz3ah

А. РОГОВ ( RZ3AH )
г. Москва тел. 909–50–13