Главная

---

Усилитель с использованием двух ламп ГИ-7Б выполнен по традиционной схеме. Несмотря на то, что данная лампа разработана для работы в импульсном режиме при анодной модуляции, при подаче напряжения возбуждении в катод лампы, и условии использования только левой части анодно-сеточных характеристик и принятии дополнительных мер согласования каскадов по сопротивлению, удается получить удовлетворительную линейность усиления благодаря эффекту возникновения автоматической обратной связи по току.

Блок усилителя.

Конструкция усилителя проста и дополнительных пояснений не требует. На рис.1 приведена электрическая принципиальная схема блока усилителя мощности. При проектировании усилителя была предпринята попытка уменьшить вдвое эквивалентное сопротивление ламп на частоте 29,7 МГц. В виду того, что полученное эквивалентное сопротивление ламп достаточно высоко, реализация индуктора с достаточно высоким КПД для диапазона 10 м не представляется возможным. Для этого были использованы два дополнительных индуктора - L2, L3. Входное сопротивление катодной части усилителя при максимальном входном сигнале равно 43 Ом, то есть близко к 50 Ом. Однако вопреки бытующему мнению, обойтись без дополнительного согласования выходного каскада трансивера с входной частью усилителя невозможно.

Электронно-вакуумные приборы представляют собой реактивную нагрузку. А это значит, что входное сопротивление лампы изменяется с изменением уровня напряжения возбуждения и соответственно с изменением протекающего через лампу тока. Т.е. при максимальном напряжении возбуждения в катод, отрицательной полуволной сигнала, будет получено минимальное входное сопротивление, равное в данном случае 43 Ом. При минимальном уровне напряжения входное сопротивление лампы становится чрезвычайно большим, обусловленным током покоя и статическими параметрами лампы. При переходе уровня сигнала возбуждения на положительную полуволну, входное сопротивление лампы стремится к бесконечности и будет, практически, определятся межэлектродными емкостями и частотой сигнала возбуждения.

В таких условиях ни использование согласующих трансформаторов, ни автоматические антенные тюнеры современных трансиверов не в состоянии обеспечить согласование трансиверов с выходными каскадами. Игнорирование необходимости принятия дополнительных мер для согласования трансивера с усилителем ведет к нарушению линейной работы выходного каскада трансивера и возникновению повышенного уровня интермодуляционных искажений в самом усилителе.

Основные параметры ламп в используемом усилителе:

• Напряжение анода лампы, В ………………….. 2500
• Напряжение накала, В ………………………. 12,6... 13,2
• Максимальный анодный ток ламп, А…………..0,7
• Ток покоя, мА……………………………………50

Высоковольтный блок питания.

На рис.2 приведена электрическая принципиальная схема высоковольтного блока питания. Высоковольтный блок питания выполнен в отдельном корпусе, с минимально возможным числом компонентов. Для ограничения зарядного тока конденсатора фильтра, включение выполнено по двухступенчатой схеме. Высокое напряжение от блока питания к усилителю подается через коаксиальные разъемы и коаксиальный кабель. В целях повышения безопасности экранная оплетка кабеля соединена с корпусом блока питания и усилителя. Мощность трансформатора для работы только в режиме SSB должна быть не менее 1 кВт.

Если предполагается использовать все виды модуляции, мощность трансформатора должна быть не менее 1,5 кВт. Выходное напряжение блока питания должно быть при отдаваемом токе 50 мА (ток покоя усилителя) не менее 2500 В. Для уменьшения опасности возникновения перенапряжений, на выходе блока питания, связанных с переходными процессами во время эксплуатации усилителя и холостым ходом трансформатора, на выходе фильтра установлено нагрузочное сопротивление R4. Кратковременные перенапряжения могут достигать значительных величин и вызывать возникновение дуги внутри корпуса лампы.

При вводе в работу усилителя необходимо помнить, что при установке новой лампы или если она не использовалась более 3-х месяцев, необходимо начинать ее использование при пониженной генерируемой мощности. Только убедившись, что лампы восстановили вакуум и стабильны, следует переходить на использование усилителя при максимальной выходной мощности. Практика показала, что первое время при вводе ламп в эксплуатацию, рекомендуется использовать их в течение какого то времени примерно на 50% отдаваемой мощности. После чего, постепенно, если не возникает электрических пробоев, лампы вводятся на полную расчетную мощность. Наиболее ответственным в этот период является момент настройки выходного контура в резонанс при помощи КПЕ со стороны анодов ламп, т.к. это соответствует возникновению максимального суммарного напряжения на аноде. Контроль за режимом ламп осуществляется с помощью миллиамперметра в цепи питания управляющих сеток.

При резонансе контура и достаточной мощности возбуждения возникает максимальная амплитуда переменного напряжения на аноде, в связи с чем остаточное напряжение на аноде становится ниже минимально допустимого, в результате возникает эффект перехвата электронного потока сетками ламп. Управление этим процессом осуществляется своевременным увеличением передачи мощности в нагрузку с помощью выходного переменного конденсатора Pi-контура или регулированием мощности возбуждения усилителя. И то и другое ведет к уменьшению переменного напряжения на аноде и вместе с этим к уменьшению тока управляющих сеток.

Схема управления

Блок управления усилителем выполнен по упрощенной схеме, и не имеет каких либо особенностей. На рис.3 приведена электрическая принципиальная схема блока управления. Стабилизатор +27В выполнен на ИМС КРЕН12А. Для выбора рабочей точки ламп использована схема на транзисторах VT2, VT3. Предохранитель FU2, предотвращает повреждение ламп и полупроводниковых приборов в катодной части ламп в случае возникновения разряда внутри корпуса лампы. На транзисторе VT4 выполнена схема защиты по току управляющей сетки лампы. Ток отсечки выбирается меньше максимального тока одной лампы, так как изначально предполагается использовать только левую часть анодно-сеточных характеристик ламп. Данная мера обеспечит так же защиту обеих ламп по токам сеток.

Элементы схемы управления коммутационных реле на транзисторе VT1 обеспечивают необходимую последовательность переключения реле. При срабатывании защиты по току сетки ламп, функция "reset" выполняется выключением и повторным включением выключателя S3 "Standby". Реле К1 уменьшает электродинамические нагрузки на компоненты схемы и накальные цепи ламп. Задержка составляет 1...2с. Неоновые лампы установленные в выключателях, представляют собой нелинейные элементы, которые снимают возникающие перенапряжения в цепях обусловленные переходными процессами.

Согласование усилителя с нагрузкой

Согласование усилителя с нагрузкой не отличается от типовой. На вход усилителя подается сигнал возбуждения, примерно 30% от необходимого для полного возбуждения. При полностью введенном роторе конденсатора Pi-контура со стороны антенны, вращением ротора конденсатора Pi-контура со стороны анодов ламп, находится резонанс контурной системы. Резонанс определяется по максимальному току управляющих сеток. Если ток сеток отсутствует или имеется обратный ток, то необходимо увеличить мощность возбуждения.

Получив максимум сеточного тока, который не должен превышать максимально допустимого, необходимо выводить пластины конденсатора со стороны подключения антенны, подавая тем самым запасенную контуром мощность в нагрузку. При этом необходимо контролировать, каким либо методом, мощность, отдаваемую в фидер. При полученном максимуме передачи энергии в фидер, ток экранной сетки будет стремиться к минимуму. После чего можно увеличить снова мощность возбуждения и повторить процедуру. Это делается до тех пор, пока не будет получен максимальный анодный ток при минимальном токе управляющих сеток и полной мощности в фидере.

ALC

Определив необходимую максимальную мощность возбуждения, можно установить порог срабатывания ALC резистором R7 расположенным в блоке усилителя.

Детали

В данном усилителе были использованы следующие коммутационные реле. Реле, которые были использованы в высоковольтном блоке питания:

• К1 РПУ-ОУХЛ4 220/8А;
• К2 РПУ-ОУХЛ4 24-27/8А;

Реле, которые были использованы в схеме управления:

• К1 РЭС9 паспорт РС4.529.029-00;
• К2 РЭС22 паспорт РФ4.523.023-00;
• КЗ РПВ2/7 паспорт РС4.521.952;
• К4 РЭВ14 паспорт РФ4.562.001-00;
• К5 РЭС9 паспорт РС4.529.029-00;

Основные параметры усилителя на двух лампах ГИ-7Б

При расчете привязка сделана к напряжению на анодах ламп (2500 В) и току покоя для двух ламп (0,05 А). Расчет линейного усилителя производился при помощи программы "RF Amplifier's Developer 2001".

Результаты расчета параметров анодной цепи усилителя для одной лампы

• Анодное напряжение лампы, В ……………………………………………………………….. 2500
• Максимально допустимое напряжение сетки, В ……………………………………………… 80
• Анодный ток лампы в режиме несущей, А…………………………………………………… 0,35
• Ток покоя лампы, А…………………………………………………………………………… 0,025
• Угол отсечки анодного тока, град…………………………………………………………….. 96,41
• Максимальный ток анода, А ………………………………………………………………….. 1,034
• Максимальный анодный ток первой гармоники, А…………………………………………. 0,531
• Усиление лампы при минимальном остаточном напряжении………………………………. 4,308
• Коэффициент напряженности режима лампы……………………………………………….. 0,904
• Амплитудное значение переменного напряжения генерируемого анодом лампы, В……… 2260
• Минимальное остаточное напряжение на аноде, В………………………………………….. 240
• Максимальная амплитуда суммарного напряжения на аноде, В………………………….… 4160
• Колебательная мощность на аноде лампы, Вт……………………………………………….. 600,03
• Коэффициент для SSB сигнала с учетом пикфактора (р-4) ………………………………… 0,35
• Средняя колебательная мощность SSB сигнала, Вт ………………………………………... 73,504
• Максимальная мощность, подводимая к аноду, Вт………………………………………… 875
• Средний КПД лампы для SSB сигнала………………………………………………………..0,23
• Средняя подводимая к аноду мощность, Вт………………………………………………… 319,583
• КПД лампы …………………………………………………………………………………… 0,686
• Максимальная мощность, рассеиваемая на аноде, Вт ……………………………………… 274,97
• Средняя мощность, рассеиваемая на аноде, Вт …………………………………………… 246,079
• Мощность, рассеиваемая на аноде при токе покоя, Вт …………………………………… 62,5
• Эквивалентное сопротивление анодной цепи лампы, Ом………………………………… 4256

Параметры для второй гармоники

• Пиковый анодный ток второй гармоники, А ………………………………………………….0,194
• Колебательная мощность второй гармоники, Вт……………………………………………. 219,22
• Эквивалентное сопротивление анода для второй гармоники, Ом …………………………. 11649

Параметры для третьей гармоники

• Пиковый анодный ток третьей гармоники, А………………………………………………… 0,032
• Колебательная мощность третьей гармоники, Вт……………………………………………. 36,16
• Эквивалентное сопротивление анода для третьей гармоники, Ом ………………………… 70625

При определении основных параметров для двух ламп, выбранный параметр необходимо увеличить или уменьшить в 2 раза исходя из математической логики.

Результаты расчета дополнительного анодного контура для снижения эквивалентного сопротивления лампы вдвое на частоте 29,7 МГц

• Эквивалентное сопротивление анода лампы, Ом…………………………………………… 4256
• Сопротивление трансформации, Ом………………………………………………………… 2128
• Паразитная емкость монтажа, пФ…………………………………………………………… 10
• Выходная емкость лампы, пФ …………………………………………………………………. 4,5
• Q - нагруженное значение…………………………………………………………………….. 12
• Частота, МГц………………………………………………………………………………….. 29,7
• Индуктивность, мкГн…………………………………………………………………………… 2

Таблица 1.

Частота, МГц	1,85	3,6	7,05	10,12	14,15	18,1	21,2	24,9
Cin, пФ	374	163	55	30	30	30	30	30
L, мкГн	19,03	9,78	4,99	3,12	1,63	1	0,73	0,53
Cout, пф	2251	1157	591	491	533	552	558	564
Q	12	12	12	13,6	19,1	24,6	28,0	33,9

Индуктор выполняется из посеребренной медной трубки диаметром 6 мм. Требование к конструкции - высокая добротность ненагруженного индуктора. Результаты расчета значений элементов анодного П-контура усилителя для диапазонов 160...12 м (для двух ламп) приведены в табл.1.

В ходе расчета были использованы следующие исходные данные:

• Эквивалентное сопротивление анодов ламп, Ом…………………………………………………. 2126
• Сопротивление нагрузки контура, Ом………………………………………………………….… 50
• Паразитная емкость монтажа, пФ…………………………………………………………………..20
• Выходная емкость ламп, пФ…………………………………………………………………….…..9
• Минимальное значение емкости анодного КПЕ + запас емкости для настройки, пФ………… 30
• Q - нагруженное значение………………………………………………………………………….12

Таблица 2.

Частота, Мгц		1,85		3,6		7,05		10,12		14,15		18,1		21,2		24,9		28,6
L, мкГн		17,43		8,18		3,39		1,49		1,2		0,58		0,32		0,12		0,43
L, мкГн +20%		20,92		9,82		4,07		1,79		1,44		0,7		0,38		0,14		0,52
Диаметр каркаса, мм		50		50		50		50		40		40		40		40		40
Диаметр провода, мм		1,5		1,5		1,5		1,5		6		6		6		6		6
Расстояние между витками, мм		3		3		3		3		8		8		8		8		8
Количество витков		30		16,5		8,8		5,2		7,4		4,3		2,9		1,6		3,6

Параметры выходного П-контура из 3-х соединенных последовательно индукторов приведены в табл. 2. Влияние элементов металлического шасси на индукторы было принято равным 20%.

Результаты расчета анодного П-контура усилителя для диапазона 10м (для двух ламп)

• Частота, МГц ………………………………………….29,7
• Емкость конденсатора Сinp пФ ……………………… 30
• Индуктивность катушки, мкГн ……………………….0,43
• Емкость конденсатора Couf пФ ……………………… 352
• Q полученное………………………………………….19,1

При этом были использованы следующие исходные данные:

• Эквивалентное сопротивление анодов ламп, Ом ………………………1063
• Сопротивление нагрузки контура, Ом…………………………………. 50
• Паразитная емкость монтажа, пФ…………………………………………20
• Минимальное значение емкости анодного КПЕ + запас емкости для настройки, пФ……………30

Таблица 3.

Частота, Мгц	1,85	3,6	7,05	10,12	14,15	18,1	21,2	24,9	29,7
Cin, пФ	2677	1355	670	454	312	234	193	158	126
L, мкГн	3,69	1,89	0,97	0,67	0,48	0,38	0,32	0,27	0,23
Cout, пф	2838	1458	745	519	371	290	248	211	177

Результаты расчета входных согласующих П-контуров усилителя приведены в табл. 3. При этом были использованы следующие исходные данные:

• Входное сопротивление контуров, Ом ………………………….50
• Выходное сопротивление контуров, Ом ………………………..43
• Паразитная емкость монтажа, пФ………………………………20
• Входная емкость ламп, пФ……………………………………… 24
• Q - нагруженное значение………………………………………3

Таблица 4.

Частота, Мгц	1.85	3,6	7.05	10.12	14.15	18.1	21.2	24.9	28.6
L, мкГн	3,69	1,89	0,97	0,67	0,48	0,38	0,32	0,27	0,24
L, мкГн + 20%	4,43	2,27	1,16	0,8	0,58	0,46	0,38	0,32	0,29
Внутренний диаметр L, мм	20	20	20	20	20	20	20	20	20
Диаметр провода L, мм	1	1	1	1	1	1	1	1	1
Расстояние между витками L, мм	1,5	1,5	1,5	1,5	1,5	1,5	1,5	1,5	1,5
Количество витков L	20	11,9	7,5	5,8	4,7	4,1	3,7	3,3	3,1
Q нагруженная	34	41	47	50	52	53	54	55	56
КПД	0,91	0,93	0,94	0,94	0,94	0,94	0,94	0,95	0,95
Перекрытие, кГц	617	1200	2350	3373	4717	6033	7067	8300	9533

В табл. 4 приведены параметры индукторов входных П-контуров для каждого диапазона. Влияние металлических частей шасси на индукторы было принято равным 20%. Несмотря на большое перекрытие по частоте, особенно на верхних диапазонах, реальное согласование по сопротивлению возможно только в пределах одного диапазона. При использовании одного фильтра для двух и более диапазонов, необходимо применять сложные элептические фильтры.

Cкачать схемы усилителя мощности - zip 730kb.

Г. Мансуров, (YL2QM).

Главная