\главная\р.л. конструкции\усилители мощности\...

Усилитель мощности для SDR – 1000

Данный усилитель мощности предназначен для совместной работы с программно определяемым трансивером SDR-1000, выходная мощность которого порядка 0,5 Вт, хотя заявлена выходная мощность не менее одного Ватта. Кроме того, он может быть использован для использования совместно с трансиверизированным радиоприемником любого типа, например, Р-326М, Р-399А, Р-160П.

Усилитель мощности состоит из двух каскадов: широкополосного усилителя напряжения, выполненного на транзисторах VT1 и VT2, работающего в классе А – драйвера [1], и собственно усилителя мощности, в котором задействованы две лампы ГУ-29 включенные параллельно и работающие в классе АВ1.

Данный усилитель был разработан и изготовлен для повседневной работы в эфире, при которой его выходной мощности более чем достаточно. Лампы ГУ-29 были применены ввиду достаточно хорошей линейности и доступности. Усилитель имеет выходную мощность порядка 100 Вт на всех диапазонах. Входное напряжение равняется 3 Вольтам, вследствие применения аттенюатора выполненного на резисторах R15..R17, который ослабляет входной сигнал на 14 Дб ( в 5 раз по напряжению). Если выходное напряжение, которое необходимо подать на вход усилителя менее 3 вольт, то можно установить аттенюатор с меньшим ослаблением, или вообще отказаться от него. Чувствительность каскодного усилителя напряжения на транзисторах VT1 и VT2 (драйвера) достаточно высока и равняется 0,5 В. Размеры корпуса 137 х 240 х 240 мм, что определилось имеющимся в наличии.

В каскаде усиления мощности была применена схема с общим катодом и подачей напряжения возбуждения в сетку. При работе РА входной сигнал через ВЧ разъем XW1 и контакты реле К1.1, аттенюатор, поступает на вход П – образного фильтра низкой частоты (ФНЧ), частота среза которого равняется 47 мГц. ФНЧ - С11, L6, С13, плюс входная емкость транзистора VT2 обладает Батервортовской характеристикой, с завалом амплитудно-частотной характеристики на частоте среза равной 3Дб. Применение ФНЧ полезно сразу по нескольким причинам. Первая- это уменьшение уровня высших гармоник, вторая: ФНЧ компенсирует входную емкость транзистора VT2 , вследствие чего входное сопротивление РА становится частотно-независимым, и амплитуда возбуждающего сигнала не падает с возрастанием частоты. Без ФНЧ на верхних диапазонах она упало бы более чем на 35…45%. Кроме того, ФНЧ помогает получить хороший коэффициент стоячей волны (КСВ) по входу усилителя мощности. В результате трансивер работает на согласованную нагрузку. Как видно, применение ФНЧ более чем оправдано. Выход ФНЧ нагружен на входное сопротивление драйвера, которое приведено к 50 Ом. С сопротивления нагрузки драйвера R14, усиленное высокочастотное напряжение поступает на управляющие сетки ламп VL1 и VL2.. Усиление каждой лампы равно 50 / 14 = 3,57 раза по напряжению, или 12,75 раза по мощности, что составляет 11,1 Дб. Это конечно, немного, но более и не требуется. Задача фильтрации побочных колебаний по входу усилителя не ставилась, так как с этим справляются выходные цепи трансивера. Хотя, некоторая фильтрация высших гармоник конечно присутствует. В данном случае две параллельно включенные лампы работают на общую нагрузку, П – контур.

Реле К3 и К4, замыкающие на корпус с обоих концов в режиме передачи отрезок коаксиального кабеля служащего для "Обхода" повышают устойчивость усилителя мощности.

Приведенный на рис.1 анодный дроссель не имеет паразитных (параллельных или последовательных) резонансов в диапазоне частот от 1,5 до 30 Мгц. Как видно из рисунка, на ВЧ диапазонах часть дросселя Др2-1 закорачивается по переменному ВЧ току при помощи дополнительной галеты переключателя диапазонов и конденсатора С14. Также с ее помощью к анодному конденсатору подключается дополнительный конденсатор на 80- метровом диапазоне. Резонансная частота контура, образованного конденсаторами С13, С14 и частью дросселя Др2-1 находится около 735 кГц, и для частот выше 14 мГц (да и намного ниже) его сопротивление переменному току практически равно нулю. Применение такого, переключаемого анодного дросселя, в совокупности с другими принятыми мерами, позволило получить одинаковую выходную мощность (100Вт) на всех диапазонах.

Дросель4 и конденсатор С17 служат для защиты блока питания от возможных УКВ колебаний при самовозбуждении РА. На выходе П- контура, для удобства настройки установлен высокочастотный вольтметр. В режиме передачи, когда нажата педаль, электронный ключ, выполненный на транзисторе VT2 см. рис.2, приходит в действие, транзистор VT2, открывается и реле К1… К5, включенные в его коллекторную цепь срабатывают. Контакты реле К5.1, на рисунке 2 переключается, и на экранные сетки ламп подается напряжение питания от стабилизатора напряжения, выполненного на транзисторе VT1, который, несмотря на свою простоту, показал хорошие результаты. Резистор R6, который подключается к выходу стабилизатора, повышает устойчивость стабилизатора напряжения в режиме приема. Работу стабилизатора можно еще улучшить, применив вместо балластного резистора R4 лампочку на соответствующее напряжение и ток, и которая будет играть роль бареттера, улучшая коэффициент стабилизации.

Силовой трансформаторТр.1 блока питания включаются в сеть плавно, через токоограничивающий резистор R1, которые затем замыкается накоротко контактами тумблера В1 имеющим среднее нейтральное положение. Эта простая схема включения значительно продлевает жизнь лампе и силовым трансформаторам, да и всему РА в целом. Известно, что нить накала холодной лампы имеет сопротивление в несколько раз меньше, чем нить накала у прогретой лампы. Следовательно, пусковой ток накала лампы в несколько раз превышает номинальный ток накала лампы. Такой большой ток включения перегружает нить накала, разрушает ее структуру, уменьшает срок службы лампы. Поэтому применение плавного включения более чем оправдано. Источник анодного питания имеет защиту от превышения анодного тока. Резистор R11 на рис.1 ограничивает ток при пробое, или коротком замыкании выхода источника анодного напряжения на уровне равном 535 / 10 = 53,5 А. Примененные диоды типа FR207выдержат этот импульс тока и не выйдут из строя. Источник анодного питания выполнен по схеме удвоения и обладает достаточно хорошими динамическими характеристиками, что обеспечивается достаточно большими величинами емкостей электролитических конденсаторов примененных в схеме.

Все детали, относящиеся к высокочастотному блоку, соединены между собой шинками шириной 20 мм, которые нарезаны из луженой жести от банок растворимым кофе. Соединены с шинками: катоды ламп, токосьемы конденсаторов переменной емкости входящие в П - контур, антенный разъем, земляная клемма, блокировочные конденсаторы в цепи анодного дросселя. Особенно тщательно следует соединить с шиной токосьемы КПЕ (конденсаторов переменной емкости), заземляемые выводы дополнительных конденсаторов, подключаемые к ним, и катоды ламп. Между точками заземления КПЕ и катодов ламп не должно быть заземлений других, идущих на корпус деталей, так как между ними течет большой контурный ток.

Входные емкости ФНЧ (С11, С13) составлены из двух конденсаторов типа КТ-2 , можно применить один конденсатор типа КТ-2, величина которого подбирается при помощи приборов.

Др.1 содержит 7 витков намотанных на оправке диаметром 10 мм высокоомным проводом из нихрома диаметром 0,8 мм. Длина дросселя 25 мм, отвод от середины.

Др.4 содержит 5 витков, намотанных проводом ПЭВ-2 1,3 мм на оправке диаметром 10 мм, длина намотки 18 мм., Катушка L6 индуктивности входного фильтра ФНЧ содержит 8 витков провода ПЭВ-2 1,2. Намотка бескаркасная, диаметр 8 мм? Длина намотки 14,5 мм. ФНЧ, аттенюатор, драйвер заключены в один общий экран, расположенный около панелек радиоламп под шасси.

Данные катушек индуктивности П - контура, которые все намотаны в одну сторону: Катушка L3 имеет бескаркасную намотку, диаметр оправки равен 12 мм, длина намотки равняется 20 мм, число витков равно 5. Катушка L3 намотана посеребренным проводом диаметром 2,5 мм. Катушка L3 служит для подавления двухтактных синфазных паразитных колебаний: все-таки четыре тетрода попарно включены параллельно.

Анодный КПЕ взят от какой-то промышленной аппаратуры.

Данные контурных катушек приведены ниже. Отводы везде считаются от горячего конца (анода).

Катушка L4 имеет 9 витков бескаркасной намотки, диаметр равен 30 мм, длина намотки равна 32 мм, намотана посеребренным проводом диаметром 3 мм, отвод от 3-го и 6-го витков..

Катушка L5 намотана на каркасе диаметром 40 мм. Содержит 25 витков, диаметр провода равен 1,2 мм, длина намотки равна 40 мм. Отводы от 6-го и 13-го витков.

Анодный дроссель намотан на фторопластовом стержне диаметром 18 мм, длина намотки равна 90 мм, провод 0,4 мм, отвод от середины.

Реле К1, К3 и К4 типа РЭС-49, паспорт РС4.569.421-00.

Реле К2 – типа РЭН-33, паспорт РФ45 100021-0002,

Силового трансформатор Тр1 применен типа ТС-180.

Катоды ламп VL1 и VL2 подходят в точку а, где соединяются со стабилитронами VD1 и VD2, создающими напряжение смещения двумя отдельными отрезками монтажного провода: ab и ac. Это необходимо, иначе от самовозбуждения не избавиться. Резисторы R6…R10 также служат для подавления самовозбуждения усилителя мощности.

Усилитель мощности работает в классе АВ1. Ток покоя ламп, равный 100…120 мА получается автоматически, надо только так подобрать стабилитроны в цепи катода, чтобы на них было положительное напряжение порядка 18…20 В относительно шасси.

Входной ФНЧ надо настраивать, если понадобится, на диапазоне 28 МГц, ориентируясь на минимум КСВ в кабеле, соединяющем трансивер с РА. Настройка производится путем подбора индуктивности L6 и входных емкостей ФНЧ. Кроме того, для этой цели очень хорошо подходит "Антенноскоп" из К. Ротхаммеля, плюс любой генератор высокой частоты, например, Г4-18А. Величина КСВ в этом случае находится как отношение сопротивлений. Настройка драйвера достаточно проста и сводится к установлению тока покоя транзисторов VT1 и VT2 порядка 80…90 Ма путем подбора резисторов R11 и R13.

П – контур сначала следует настроить «холодным» способом [2], схема стенда приведена на рис3. Не следует, как рекомендуют некоторые авторы, отключать лампы и анодный дроссель от схемы и заменять их эквивалентной емкостью. Во первых, трудно точно измерить эти емкости, и не у всех имеется измеритель емкости, а во вторых, анодный дроссель в схеме параллельного питания подключен именно параллельно катушкам П-контура (посредством блокировочных конденсаторов С17 и С18). Следовательно, через него течет контурный, реактивный ток, зависящий от величин переменного напряжения на аноде лампы и индуктивности самого дросселя. Как известно, при параллельном соединении двух, или нескольких катушек самоиндукции, их общая, суммарная величина индуктивности уменьшается и становится меньше величины любой из параллельно подключенных катушек. Понятно, что наибольшее уменьшение величины катушки самоиндукции П–контура произойдет на диапазоне 1,8 МГц. На диапазоне 28 МГц влияние анодного дросселя на уменьшение величины индуктивности контурной катушки незначительно, находится в пределах погрешности измерительных приборов, и им можно пренебречь. При изготовлении катушек точно по описанию, настройка сводится к проверке наличия резонанса посередине диапазонов. Для этого подойдет гетеродинный индикатор резонанса (ГИР), который, несмотря на свою простоту, является универсальным высокочастотным прибором и совершенно незаслуженно забыт в наше время. Не стоит забывать и об неоновой лампочке, которая будучи закреплена на длинную стеклотекстолитовую полочку является отличным пиковым индикатором высокочастотного напряжения и позволяет точно определить момент точной настройки П- контура в резонанс, или например, наличие самовозбуждения. По цвету ее свечения можно определить примерно и частоту самовозбуждения: на рабочей частоте свечение неоновой лампочки имеет желтовато-фиолетовый цвет, а при самовозбуждении на УКВ, ее свечение принимает голубоватый оттенок.

Анодный ток ламп при расстроенном П - контуре должен быть порядка 300 мА. Анодный ток ламп при настроенном П- контуре не должен быть меньше 240… 250 мА. То – есть, "провал" анодного тока в процессе настройки П- контура не должен превышать 60 мА, так как при этом происходит перераспределение анодного тока "в пользу" тока экранных сеток ламп.. Следовательно, больший ток экранных сеток вызовет их перегрузку по мощности, а лампы перейдут в перенапряженный режим, что нежелательно, так как линейность РА ухудшится..

Хорошо настроенный усилитель мощности не создает помех телевидению и другой бытовой аппаратуре. Вполне возможно применение ламп ГУ-19, которые чуть более линейны и менее склонны к самовозбуждению.

Литература:
1. Каскодный широкополосный усилитель мощности. Радио №3, 1978 год.
2. Л. Евтеева. "Холодная" настройка П-контура передатчика. Радио,1981, №10.

Александр Кузьменко (RV4LK).