Автоматическая настройка анодного конденсатора П-контура КВ усилителя мощности

Принцип работы.

За теоретическую основу разработки и изготовления данного устройства взят принцип сравнения фаз напряжений на сетке и на аноде лампы. Известно, что в момент полного резонанса П-контура, разность фаз напряжений на сетке и на аноде составляет строго 180 градусов и сопротивление анодной нагрузки чисто активное. Не настроенный в резонанс П-контур имеет комплексное сопротивление и соответственно отличный от 180 градусов сдвиг фаз сеточного и анодного напряжений. Характер реактивной составляющей комплексного сопротивления зависит от от того, выше или ниже по частоте находится собственный резонанс П-контура относительно рабочей частоты. Т.е. больше или меньше емкость конденсатора со стороны анода относительно емкости в резонансе.

Конечно, на настройку П-контура влияет не только емкость конденсатора со стороны анода, но данное устройство и не претендует на полную автоматизацию настройки. Т.о. задача состоит в том, чтобы в случае расстройки П-контура, повернуть ось конденсатора до положения, при котором реактивная составляющая комплексного сопротивления будет сведена к минимуму.

Аналогичную задачу решил Ю.Дайлидов EW2AAA, используя в своей конструкции фазовый детектор, выполненный по кольцевой балансной схеме на диодах. Недостатком такой схемы является невысокая точность настройки, необходимость подбора деталей балансного смесителя, необходимость тщательного экранирования, в итоге очень сильная частотная зависимость и сложность настройки.

Т.о. данную конструкцию можно рассматривать как модернизацию схемного решения EW2AAA.

 

Особенность конструкции.

В данной конструкции фазовый детектор выполнен на цифровой микросхеме DD2 типа КР1531ТМ2. Принцип работы очень прост и основан на алгоритме работы D-триггера, т.е. запись состояния на входе D по переднему фронту импульса на входе C. Логические элементы НЕ микросхемы DD1 выполняют роль формирователей прямоугольных импульсов из синусоидального напряжения на сетке и аноде. Т.о. на входы D и C триггеров поступает последовательность импульсов и идет сравнение их фронтов.

Например, напряжение на аноде опережает напряжение на сетке, фронт положительного импульса на входе D элемента DD3:1 появляется раньше, чем фронт на входе C, происходит запись единицы и на выходе 5 устанавливается ”1”. На входах D и C элемента DD3:2, импульсы появляются с точностью до наоборот и соответственно происходит запись нуля ”0” на выходе 9. В случае, если фаза напряжения на аноде отстает от фазы напряжения на сетке, состояние выходов 5 и 9 микросхемы DD3 меняется на противоположное.

Необходимо отметить, что момент переключения триггеров из одного состояния на другое при переходе разности фаз через 180 градусов, не идеален и имеет некую “вилку”, ширина которой определяется временем задержки логического элемента и для микросхем серии 1531 составляет несколько наносекунд. Эта “вилка” и определяет в основном максимальную точность настройки П-контура в резонанс. Забегая вперед отмечу, что максимальная точность отслеживания настройки на диапазоне 14 МГц, составляет +- 5 КГц. Что реально выглядит как вращение ручки настройки анодного конденсатора вслед за вращением ручки настройки частоты трансивера.

 

Назначение некоторых элементов схемы.

Конденсаторы С1 и С2 составляют емкостный делитель ВЧ напряжения анода. Конденсаторы С3 и С4 составляют емкостный делитель ВЧ напряжения сетки.

ВЧ напряжение, снимаемое с делителей, должно быть порядка 6 В по амплитудному значению в рабочем режиме. С1 – типа КВИ-1. С2 и С4 – проходные.

Микросхемы DD2 и DD4 – интегральные стабилизаторы, могут отсутствовать, если есть отдельный источник питания +5В.

DD5 – логические элементы 3И – предотвращают одновременное появление логических единиц на выходе фазового детектора (что недопустимо), а также блокируют работу автоматической настройки в случае необходимости при замыкании контактов ”Управление”.

Аналоговая часть схемы на транзисторах VT1-VT8 выполняет роль усилителей тока с ключами управления электродвигателем и меняет полярность на двигателе в зависимости от состояния логической единицы и нуля на выходе фазового детектора.

Транзисторы должны быть с буквой В или Г.

Выходы «К светодиодам» могут быть использованы в качестве наглядной индикации состояния фазового детектора (настройки) при ручной настройке в резонанс.

 

Особенности настройки и монтажа.

Все элементы схемы размещены на печатной плате в подвале шасси за исключением С1, С2, С3, С4, R1, R2. Дополнительное экранирование печатной платы не требуется.

От емкостных делителей до платы сигнал подается по экранированному проводу (кабелю). Весьма важно то, что длина кабеля от делителя С3,С4 должна быть больше, чем длина кабеля от делителя С1,С2. Это определяется необходимостью скомпенсировать задержку сигнала в лампе от сетки до анода. Практически, разность в длине для лампы ГУ-43Б составляет 10 см. В вашем конкретном случае разность может быть иной.

Интересно отметить, что «вилка» точности настройки зависит от напряжения смещения на элементах DD1. Напряжение смещения выбирается при помощи потенциометров R4 и R6 и имеет в моем случае следующую зависимость.

U смещения на входах 1 и 13 (В)	Точность срабатывания +-(КГц)
0,8	80
1,0	30
1,2	20
1,4	5
1,6	60

Т.о. необходимо установить напряжение на входах микросхем – 1,4 В, что обеспечивает максимальную точность настройки.

Размещение двигателя и сочленение его с осью конденсатора настройки в данном случае не рассматривается ибо это весьма индивидуально и зависит в первую очередь от возможностей конструктора. В моем случае используется двигатель с редуктором от машинки для счета денег с рабочим напряжением 6В. Поэтому пришлось последовательно с двигателем установить ограничивающий резистор с номиналом 62 Ом. В качестве конденсатора настройки используется вакуумный конденсатор КП1-8 5-250 пФ. Передача вращения осуществляется через пластмассовые шестерни.

В качестве резисторов R1 и R2 желательно использовать резисторы типа С2-10 (безиндуктивные), но это не обязательно.

• Скачать полный комплект файлов.

Если внимательно рассмотреть фотографию печатной платы, то можно заметить, что вместо микросхемы КР1531ЛИ3 стоит КР1531ЛИ1. Просто ту же самую логику можно выполнить на разных элементах, на ЛИ3 это проще, а у меня под рукой была ЛИ1.

Готов оказать посильную консультативную помощь только по email: rv3fn()mail.ru

Машуков Александр Юрьевич (RV3FN).

---

Автоматическая настройка конденсатора связи П-контура КВ усилителя мощности
(дополнение к статье об автоматической настройке анодного конденсатора П-контура)

Введение

П-контур, это согласующее между активным усилительным элементом (лампа или транзистор) и излучающим устройством (антенно-фидерное хозяйство). За редким исключением сопротивления этих элементов различны. К тому же их сопротивление носит комплексный характер, т.е. имеет кроме активной, реактивную (ёмкостную либо индуктивную) составляющую.

            Строго говоря, обе ёмкости П-контура влияют и на настройку П-контура в резонанс и на степень связи с нагрузкой (антенной). В случае лампового усилителя, т.е. когда выходное сопротивление усилительного элемента значительно больше сопротивления антенны, влияние ёмкости конденсатора С1 больше сказывается на резонанс, а влияние ёмкости конденсатора С2 на уровень связи с антенной. Принимаем, что С1 настраивает П-контур в резонанс, а С2 устанавливает оптимальный уровень связи с антенной.

            Индикатором оптимального уровня связи для тетрода считается величина тока экранной сетки. Для различных ламп эта величина различна. Не вдаваясь глубоко в теорию, отмечу лишь, что при оптимальном токе экранной сетки обеспечивается оптимальный уровень нежелательных гармоник в спектре излучаемого сигнала заданной мощности. На практике, в процессе настройки, вращая ручку конденсатора С2, мы устанавливаем нужный ток экранной сетки. Итак, необходимо автоматизировать этот процесс.

Структурная схема

Блок контроля тока второй сетки выдаёт сигнал в случае, когда ток понижается до уровня менее 20 мА и при токе более 40 мА. При токе в интервале 20-40 мА никаких сигналов не выдаётся. Безусловно, что уровни могут меняться по желанию при настройке.

Блок управления выполняет две функции. Первая – сформировать логический уровень для цифрового управления логическими элементами, вторая – разрешение для управления двигателем. Т.е., двигатель может вращаться (управляться) только, если есть условие резонанса в П-контуре. Этот сигнал приходит из блока управления конденсатором С1. И только при наличии необходимого уровня ВЧ напряжения на аноде. Это сделано для того, чтобы исключить ложное вращение двигателя при отсутствии сигнала раскачки, когда ток экранной сетки равен нулю, либо когда ток слишком мал по причине недостаточной раскачки.

Усилитель постоянного тока в особом объяснении не нуждается. Он аналогичен усилителю в схеме управления конденсатором С1 только выполнен на других элементах.

 

Принципиальная схема

Здесь необходимо отметить, что в предыдущей статье о настройке анодного конденсатора ещё не предусматривался выход на данную схему. Поэтому, я привожу модернизированную схему управления анодным конденсатором. Принципиальных изменений в ней нет. Заменены лишь некоторые детали, выведены сигналы для контроля резонанса (А,В), добавлен управляющий сигнал «Приём-передача» для исключения вращения двигателей в режиме (Приём). Это тот же управляющий сигнал, который приходит с трансивера для перевода усилителя в режим передачи. Практически, при правильной настройке схемы, таких вращений не бывает, но в процессе настройки возможны. Это как бы дополнительная гарантия. Но вернёмся к нашей схеме.

R6 и R8 это шунтирующие резисторы, через которые проходит ток второй сетки и на которых собственно и выделяется необходимое напряжение для открытия диодов оптопары DD2. При малом токе второй сетки (0-20мА) оба светодиода закрыты и сопротивления выходных транзисторов оптопары большое. На выходах 6 и 7 оптопары – высокое напряжение «1». При нормальном токе (20-40мА) открывается одна оптопара, при токе более 40мА открывается вторая оптопара. Таким образом мы имеем три режима. До 20мА двигатель должен вращаться в одну сторону, повышая ток второй сетки. В интервале токов 20-40 мА двигатель должен стоять. При токе более 40 мА вращаться в другую сторону, понижая ток второй сетки. Всё это должно работать только при резонансе, за то отвечают элементы DD1.2 и DD1.1 и только при наличии достаточного уровня ВЧ напряжения на аноде лампы, за что отвечает схемка на диодах VD1, VD2 и транзисторе VT1. Резистором R1 устанавливается необходимый уровень этого напряжения. На выходе 13 элемента DD1.4 устанавливается разрешающая логическая «1» при «нулях» на входах 11 и 12, т.е. при выполнении вышеуказанных условий. Элементы DD1.3 и DD3.5 формируют необходимое согласование со светодиодами индикации настройки VD4 и VD5. Элементы DD4.1 и DD4.2 формируют сигналы управления для усилителя постоянного тока и анализируют наличие разрешающих сигналов, в том числе и режим «ручной – автоматический». DD3.4 в ручном режиме выдаёт нужное напряжение на кнопки ручного вращения двигателя KN1 и KN2, в автоматическом режиме кнопки не работают. Кнопки KN3 и KN4 концевые выключатели расположены на конденсаторе С2 с целью предотвращения его поломки и защите двигателя и схемы от чрезмерного тока в случае заклинивания двигателя на краях вращения конденсатора. Усилитель тока выполнен на оптореле DD5 и DD6. В отличие от предыдущей схемы УПТ на транзисторах, такая схема обеспечивает большую надежность (на полевых транзисторах значительно меньше падение напряжения) и конечно значительно проще. Гарантия того, что транзисторы не будут открыты одновременно, обеспечивается встречно-параллельным включением управляющих диодов. На транзисторе VT2 выполнена защита светодиодов оптопары от чрезмерного тока. При сопротивлении резистора R11 8,2 Ома VT2 открывается при токе порядка 65мА. Диод VD3 защищает схему от обратных токов.

Принципиальная схема управления анодным конденсатором

 

Заключение

Процесс настройки может быть последовательным, т.е. с плавным повышением уровня раскачки или быстрым. Я использую быстрый. Это когда ручки конденсаторов ставятся в приблизительное для данного диапазона положение, регулятор выходной мощности трансивера в рабочий уровень, трансивер переводится в режим АМ и нажимается педаль. Сначала начинает вращаться ручка конденсатора С1 до установления резонанса, затем включается двигатель конденсатора С2 и устанавливается нужный ток второй сетки. При этом конденсатор С2 иногда останавливается и происходит коррекция резонанса конденсатором С1. Иногда приходится корректировать уровень раскачки, чтобы установить требуемую мощность.

Вот и всё. Переводим трансивер в режим SSB и не забываем переключить переключатели в ручной режим настройки, дабы избежать «рысканий» конденсаторов в процессе работы.

Желаю удачи! Конструктивные замечания приветствуются.

R3FN ex RV3FN Александр Машуков.