Усилитель
Схема электрическая гибридного усилителя
Первый каскад усилителя построен на двойном триоде по схеме SRPP с целью уменьшения собственной нелинейности и увеличения нагрузочной способности. Нижняя по схеме половинка лампы занимается усилением сигнала, а верхняя - играет роль динамической нагрузки. Положительные особенности такого включения - это высокий коэффициент усиления и низкое выходное сопротивление каскада. Анодное напряжение выбрано равным 150-180 В.
Однотактный выходной каскад построен на полевом транзисторе по схеме мощного истокового повторителя, нагруженного на генератор стабильного тока на транзистор той же структуры. Входной сигнал с лампы через межкаскадный конденсатор поступает во входную цепь усилительного транзистора, обеспечивая хорошие технические характеристики, особенно если учесть, что усилитель не охвачен ООС.
Интегратор собран на операционном усилителе ОРА134 (можно применять к140уд6 ), что обеспечивает автоматическое удержание нулевого потенциала на выходе усилителя. Кроме того, интегратор имеет эквивалентную частоту среза 3 Гц на инфранизких частотах, что благоприятно сказывается на демпфирование акустических систем.
Блок питания
Схема БП гибридного усилителя
Блок питания - 300 Ватный тороидальный трансформатор снят с галогеновой люстры, с двумя обмотками по 12 В 6,5 А, к которым домотано по 4 витка того же провода, намотана анодная 140 В 200 мА и обмотка накальная 6,36 В 0,7 А. Количество витков подбирал экспериментально, намотав 10 витков измерил напряжение подсчитав сколько нужно витков на Вольт. В качестве межслойной изоляции использовал фторопластовую ленту ФУМ, закрепленную скотчем. Диодные мосты взяты с запасом для зарядки выпрямительных конденсаторов. Монтаж навесной. Все поместилось в корпус компьютерного БП.
Электронный фильтр с умножением емкости, размещён на основной плате УНЧ. Емкость в базе умножается на h21э составного транзистора. Из-за того что транзисторы биполярные, пришлось в базу городить многозвенную фильтрующую RC цепочку. Резистор 12 кОм шунтирующий последний конденсатор этой цепочки задает падение напряжения на транзисторе, предотвращая его насыщение. При подаче питания, напряжение плавно нарастает по мере заряда базовых конденсаторов, тем самым обеспечивая плавный выход в режим всего УНЧ. Транзисторы можно заменить на составные TIP142 и TIP147 которые уже имеют на борту диод это упростит немножко схему.
Защита колонок
Схема защиты АС усилителя
Задержка включения и защита от постоянного тока АС - Универсальная защита акустических систем от постоянного напряжения, щелчков и выбросов при включении питания, инфранизких частот. При появлении на выходе УНЧ постоянного напряжении любой полярности более 1,5 В открывается соответствующий ключ, что закроет полевой транзистор и реле разомкнет цепь АС. Защита обеспечивает задержку подключения акустических систем при включении питания (на время 5 с), тем самым предотвращается проникновение в акустическую систему помех, вызванных переходными процессами в усилителе.
Настройка усилителя
Настройка сводится к установке нулевого потенциала подстроечным резистором коррекции интегратора при снятых лампах и заданием необходимого максимального тока 2,5 А, в токозадающей цепи при положении аттенюатора наименьшего сопротивления.
Аттенюатор сконструирован на галетном переключателе 10П4Н , состоит из 4-х галет на 11 положений с широким лепестком ротора для безразрывного переключения сигнала. Одним из важных параметров регуляторов громкости является согласование секции правого и левого канала, так как этим явлением обусловлены пространственные характеристики всего усилителя. Регулятор громкости состоит из делителя многозвеньевой цепи из одиннадцати резисторов.
Резисторы подбирались методом подбора одинаковых сопротивлений из десятка по каждому номиналу. Две остальные галеты переключателя используются для изменения тока выходных транзисторов по отношению к амплитуде выхода аттенюатора громкости. Делитель намотан нихромом диаметром 0,5 мм., скрученным в двое на оправке 6 мм. и припаян к контактам галеты каждым третьим витком так чтоб между соседними контактами сопротивление составляло 0,15 Ом.
Технологические особенности
Электронный фильтр, усилитель, защита акустики - сделаны на плате из одностороннего текстолита лазерно-утюжным способом. Плата выполнена отдельными блоками для настройки и проверки индивидуально каждой схемы. Полевые транзисторы впаяны со стороны дорожек и прижаты через слюдяные прокладки алюминиевой пластиной к корпусу из радиаторов 4 м2, на полной мощности греются до 60-75 0с.
При подаче питания, лампа прогреваясь через межкаскадный влияет на полевой транзистор тем самым смещая ноль, схема защиты не подключает АС до выхода в режим лампы 30-40 секунд. Если резко крутнуть ручку аттенюатора, действие вызовет появление инфранизких частот и сработает защита на 5 секунд. При значительным увеличении тока подстрочным резистором могут возникнуть искажения на высоких частотах, лучше уменьшить токовый резистор до 0,25 - 0,28 Ома. Межкаскадный конденсатор нужно выбрать по лучше чтобы не испортить всю картину звука.
УНЧ получился отличный, слушаю больше месяца. Выходной каскад в точности повторяет усиленный входной сигнал от 10 Гц почти до 1 МГц, проверял генератором без ламп сигналами - меандр, пила, синусоида, комплексными шумами. Лампа придает звуку характерною окраску, которая в свою очередь хорошо восприниматься слушателем. Классический завал меандра на частоте 50000 Гц характерная черта каскадов построенных на лампах. Это есть, мягкое и незаметное ограничение амплитуды звукового сигнала на динамических всплесках, своего рода улучшайзер.
P.S. Кому хочется точной передачи сигнала можно удалить лампу, а интегратор использовать еще как предварительный усилитель, добавив в схему два резистора, но тогда надо качественные ОУ, а они дороговаты. Все необходимые файлы и даташиты на используемые радиоэлементы - в общем архиве .
Есть ещё мысль попробовать генератор тока на операционнике подвязав его сдвоенным резистором с регулятором громкости, чтобы плавно регулировать ток в зависимости от мощности. В общем проекту есть куда развиваться, с вами был О.Сененко.
Гибридный КВ усилитель мощности нового типа
Радиолюбители, использующие профессиональные радиоприемники, испытывают трудности с получением в тракте передачи необходимой для работы в эфире мощности несколько десятков или сотен ватт, т.к. выходная мощность доработанного приемника или трансиверной приставки к нему, как правило, не превышает 2-3 ватт. Наиболее целесообразно в этом случае применение гибридного усилителя мощности (РА), который позволяет получить коэффициент усиления по мощности до нескольких сотен.
Некоторые радиолюбители с недоверием относятся к гибридным РА, считая, что такие усилители не позволяют получить сигналы высокого качества. В действительности, гибридные РА обеспечивают получение сигналов высокого качества нисколько не уступающих усилителям, выполненным по классической схемотехнике. Необходимо отметить, что гибридные усилители требуют тщательной регулировки и понимания тех процессов, которые при этом происходят.
Имеются публикации гибридных РА с применением как биполярных так и полевых транзисторов, к сожалению, и те и другие имеют недостатки, на которых я коротко остановлюсь.
Главным недостатком биполярных транзисторов является необходимость установки большого начального тока 100 и более мА, для вывода транзистора на начало линейного участка характеристики. Большой начальный ток транзистора и соответственно лампы, понижает КПД усилителя и приводит к перегреву анода лампы даже при отсутствии сигнала возбуждения. Маленький начальный ток приводит к ограничению сигнала снизу и заметным нелинейным искажениям.
Недостаток полевых транзисторов - большое остаточное напряжение на стоке (8…12 В) и соответственно большое внутренне сопротивление. Ток полевого транзистора, например КП901, начинает ограничиваться на уровне около 300 мА. Так как после достижения указанного тока, увеличение амплитуды возбуждения не приводит к увеличению тока стока, наступает ограничение сигнала сверху.
В предлагаемом гибридном РА использован биполярный транзистор. Присущие этому варианту недостатки устранены с помощью специальной схемотехники, которая позволяет раздельно устанавливать начальный ток лампы и транзистора, например: ток лампы 15 мА, а транзистора 120 мА.
В усилителе работают две лампы 6П45С с транзистором КТ922Б в катоде. В отличие от известных схем, на коллектор транзистора VТ4 через развязывающий дроссель L7 и защитный диод VD11 подается напряжение от стабилизатора тока, выполненного на транзисторах VТ5 и VТ6. Через транзистор VТ4 в катоде ламп, протекает суммарный ток ламп VL1 и VL2 и стабилизатора на VТ5 и VТ6. Каждый из этих токов имеет независимую регулировку и может быть установлен на заданную величину, обеспечивая тем самым необходимый режим работы и ламп и транзистора. Ток, проходящий через лампы и транзистор VТ4, при отсутствии напряжения возбуждения – является начальным током ламп. При подаче напряжения возбуждения, ток через лампы и транзистор изменяется и пропорционален уровню возбуждения. Та часть тока, которая поступает на транзистор VТ4 от стабилизатора, всегда постоянна и не зависит от уровня возбуждения. Цепочка из двух диодов VD7, VD8 и стабилитрона VD6 защищает транзистор VТ4 от перенапряжения. Накальное напряжение для ламп подводится через дроссель L6, устраняющий вредное влияние емкости между катодом и нитью накала. Напряжение возбуждения подается в базу транзистора VТ4 через широкополосный понижающий трансформатор Т1, согласующий 50-омный вход РА с низкоомным входом транзистора. Напряжение ALC снимается с эмиттера транзистора VТ4 и регулируется с помощью потенциометра R25.
Узел на микросхеме DD1 позволяет производить переключение РА в режим передачи. Порядок управления следующий: после замыкания контакта педали на корпус, ключ на VТ1 запирает RX; через заданный временной интервал антенное реле К1 подключает антенну к РА; и, наконец, после временной задержки устанавливается режим передачи с помощью реле К2. После отпускания педали процесс идет в обратном порядке: выключается TX; переключается антенна и разрешается работа приемника.
Налаживание РА начинается с установки тока величиной 100-110 мА в стабилизаторе тока на VТ5, VТ6. Для регулировки стабилизатора необходимо отключить коллектор транзистора VТ5 от остальной схемы и соединить его через миллиамперметр и последовательно включенный с ним резистор, величиной 300 Ом, с корпусом. Ток стабилизатора устанавливается резистором R27, величина которого определяется по формуле R= 0,625 / I , где сопротивление в Омах, ток в Амперах. В нашем случае необходим резистор 6,25 Ом. Стандартного резистора такого номинала нет, поэтому следует включить параллельно два резистора 6,8 Ом и 68….82 Ом. Далее, после восстановления схемы стабилизатора тока, регулируя потенциометр R14, устанавливают начальный ток ламп величиной 15…20 мА (РА - в режиме передачи, возбуждение не подано). Если начальный ток не укладывается в заданные пределы, необходимо изменить величину резистора R11. Общий ток через транзистор VТ4 должен быть равен сумме токов через лампы и стабилизатор тока. Ток базы транзистора VТ4 невелик, и может не учитываться. Контроль тока VТ4 осуществляется по падению напряжения на резисторе R20.
Последний этап - настройка контурной системы РА. Отправной точкой при настройке является анодный ток ламп при поданном возбуждении и расстроенном анодном контуре.
Регулируя уровень возбуждения, необходимо установить анодный ток ламп, при расстроенном контуре – 620 мА. Эту операцию необходимо выполнить очень быстро, т.к. в этом случае вся подводимая мощность рассеивается на анодах ламп, и они могут выйти из строя. Теперь, регулируя антенный конденсатор и подстраивая анодный конденсатор контурной системы, до получения спада анодного тока, установить последний на уровне 550…560 мА. Спад анодного тока в резонансе, по отношению к току «раскачки» должен составлять 10%, именно такая величина спада анодного тока обеспечивает хорошую линейность и высокий КПД РА в режиме SSB. В режиме CW спад анодного тока может быть 20%, в этом случае достигается максимальная мощность РА и облегчается тепловой режим ламп. Особо надо подчеркнуть, что при настройке анодного контура сигнал возбуждения должен быть либо однотоновый, либо CW. Использование двухтонового сигнала или голоса при настройке РА, а также использование различных индикаторов напряженности поля не позволяет правильно настроить усилитель и ведет к появлению интермодуляционных искажений и как следствие – к расширению излучаемой полосы частот.
Предлагаемый усилитель, при качественно выполненной контурной системе, обеспечивает пиковую мощность в SSB режиме 385 ватт, при КПД 68% , уровень интермодуляционных искажений не превышает -30 дБ. Входное напряжение необходимое для достижения max мощности не превышает 10 В на нагрузке 50 Ом.
Несколько общих замечаний . Лампы 6П45С имеют аноды расположенные не совсем симметрично относительно сеток, что приводит к неравномерному разогреву анода и снижению рассеиваемой им мощности. Поэтому максимальную мощность РА могут обеспечить только специально отобранные лампы с равномерным разогревом анода.
В лампе 6П45С проводник, соединяющий внутри лампы анод с анодным колпачком, выполнен из тонкой медной проволоки, которая может расплавиться при работе РА с максимальной мощностью на самых высоких частотах. Поэтому, при работе на диапазонах 24 и 28 МГц, необходимо снижать выходную мощность РА на 30%.
Усилитель на лампах 6П45С требует достаточно низкого сопротивления нагрузки и соответственно большой величины анодного конденсатора переменной емкости. Так как в настоящее время такие конденсаторы весьма дефицитны, есть смысл заменить его набором конденсаторов постоянной емкости, коммутируемых переключателем диапазонов. В этом случае в качестве контурной индуктивности можно использовать шаровой вариометр, он же используется для настройки анодного контура в резонанс.
Предлагаемый вариант контурной системы имеет более узкий, чем в обычном П. контуре диапазон согласуемых сопротивлений и требует применения антенн с кабельным снижением.
И в заключение о некоторых конструктивных особенностях РА.
В шасси вырублены два отверстия диаметром 58 мм для установки ламп. Две ламповые панельки установлены на алюминиевой пластине расположенной под шасси таким образом, чтобы лампы после установки были утоплены на 18 мм. Транзистор Т5 установлен на игольчатом радиаторе 40х40 мм.
Рекомендуется проложить общую корпусную шину из тонкой меди или фольгированного текстолита шириной 15…20 мм между корпусной частью антенного разъема и ламповыми панельками. Все блокировочные конденсаторы, подключенные к лампам, а также все детали контурной системы, которые должны соединяться с корпусом, необходимо подключить к корпусной шине. Изолировать корпусную шину от шасси не требуется.
Литература:
1.
Жалнераускас В. Гибридный
линейный усилитель мощности. «Радио» №4 1968 г.
2.
Андрющенко Б. КВ
усилитель «Ретро». «Радиомир КВ и УКВ» №4 2002 г.
По многочисленным просьбам радиолюбителей, привожу усовершенствованную и более полную схему гибридного УНЧ с подробным описанием, списком деталей и схемой блока питания. Лампу на входе схемы гибридного УНЧ 6Н6П - заменил на 6Н2П. Так же можно поставить в этот узел и более распространённую в старых лампачах 6Н23П. Полевые транзисторы заменимы на другие аналогичные - с изолированным затвором и ток стока от 5А и выше. Переменник R1 - 50 кОм это качественный переменный резистор на регулятор громкости. Можно поставить его вплоть до 300кОм, ничего не ухудшится. Обязательно проверить регулятор на отсутвие шорохов и неприятных трений при вращении. В идеале стоит использовать РГ ALPS - это японская фирма по производству качественных регуляторов. Не забываем про регулятор баланса.При повторении аналогичных "гибридных" усилителей мощности многие радиолюбители сталкиваются с такой проблемой, что усилитель мощности на двух лампах ГИ-7Б предложенный, например С. Воскобойниковым, (UA9KG) "не отдает" положенные 600 Вт. Попробуем разобраться на примерах и тех ошибках которые совершает большее количество радиолюбителей в приведенной ниже статье.
Желание изложить свои мысли по такой, в общем, не новой тематике, как гибридный усилитель мощности, появилась после ознакомления со статьей и на основе своего опыта. Эксплуатационные характеристики, приводимые автором этой статьи, к сожалению, не достижимы. В частности, выходная мощность этого каскада, в том варианте, в котором он опубликован, не превысит 360Вт. Получать такую мощность с двух ламп ГИ-7Б, мягко говоря, нерационально. Так почему же этот каскад "не отдает", обещанные автором 600 Вт? Рассмотрим, вкратце, работу этого каскада, рис. 1.
Для начала следует напомнить, что лампы ГИ-7Б, кстати, как и большинство металлокерамических СВЧ триодов - это лампы с "средней" анодно-сеточной характеристикой. Для получения тока покоя 30...40 мА на лампу, при рабочем анодном напряжении около 2 кВ, необходимо подать отрицательное смещение на сетку - 25 В или, что одно и тоже, придать положительный потенциал катоду на ту же величину. Напряжение возбуждения, поданное на базу транзистора VT1, открывает его положительной полуволной. Напряжение на коллекторе и, соответственно, на катоде лампы уменьшается, в следствии чего, ток через лампу растет.
Отрицательная полуволна закрывает транзистор, напряжение на коллекторе возрастает, ток через лампу уменьшается, т.к. увеличивается разность потенциалов участка катод-сетка. С точки зрения энергетики каскада нас интересует лишь положительная полуволна возбуждающего напряжения, ввиду того, что отрицательная полуволна при идеализации входной характеристики лампы, не вызывает анодного тока и лежит в области отсечки.
Напрашивается вывод: амплитуда ВЧ напряжения на коллекторе, а, именно она является возбуждающим напряжением для лампы, лежит между двумя граничными условиями. Снизу - это напряжение насыщения на коллекторе (или катоде) в точке покоя, около 25В.
Отсюда понятно, что амплитуда ВЧ напряжения на катоде лампы равна:
(1) U к возб. = U n к-э - U к-э нас.
Напряжение U к-э нас. в зависимости от типа транзистора составляет 0,5...2,5В. На практике его следует выбирать не менее 5В, поскольку при меньших напряжениях на коллекторе, усилительные свойства транзистора стремятся к нулю.Величина U к-э нас. есть напряжение на коллекторе (катоде) для заданноготока покоя в схеме с гальванически заземленной сеткой.
В нашем примере U n к-э - 25В. В общем случае эта величина берется по входным характеристикам лампы. Подставив эти величины в формулу (1) получим U к возб - 20 В. Далее не трудно вычислить мощность, отдаваемую каскадом. Амплитуда импульса анодного тока:
(2) I к А макс. = U к возб х S = 2 0 x 46 = 0,92 А,где:
- S - суммарная крутизна характеристики двух ламп.
Постоянная составляющая анодного тока:
(3) I ao = I а макс х К о = 0,92 х 0,33 = 0,3А. где Ко = 0,33 - коэффициент разложения косинусоидального импульса для угла отсечки 90 град, (класс В) и с учетом тока покоя лампы.
Мощность, подводимая к анодной цепи лампы, U а = 2 кВ:
(4) Р подв = I a o xU а = 0,3 x 2000 = 600 Вт.
Полагая КПД каскада около 60%, получим мощность в нагрузке Р н = Р подв х КПД = 600 x 0,6 = 360 Вт.
Понятно, что, полученная мощность в нагрузке, вряд- ли может устроить. Как же повысить мощность? Ведь те же лампы, в классической схеме с общей сеткой, отдают в нагрузку до 1 кВт. Из анализа схемы можно понять, что основным параметром, ограничивающим мощность, является напряжение возбуждения U возб. которое, в свою очередь, связано с напряжением смещения лампы.
Ясно, что транзистор работает в очень нерациональном режиме, при коллекторном питании. Повысить это напряжение можно, уменьшив смещение на базе транзистора, но тогда ток покоя недопустимо снизитсяи каскад перейдете режим С. Вот здесь мы и подошли к основной идее. Рассмотрим несколько видоизмененный вариант схемы, рис.2.
Рис.2.
Как видно, что схема почти такая. Разве, что на сетку подается положительное (!) смещение, а по ВЧ она заземлена через блокировочные конденсаторы С бл.
Что изменилось для лампы? Ровным счетом, ничего. Ведь, чтобы получить тот-же ток покоя, разность потенциалов участка катод-сетка должна остаться той-же. Она и осталась таковой, однако, потенциалы катода и сетки относительно общего провода увеличились на величину Uсм. А вот для транзистора произошли весьма существенные изменения. Напряжение на его коллекторе увеличилось на величину Uсм. и стало:
(5) U" к-э = U к-э - U см. , где:
- U к-э - напряжение для схемы на рис.1.
Иными словами; нам удалось поднять напряжение на коллекторе (катоде), не изменяя тока покоя лампы. Теперь можно рассмотреть более полную принципиальную схему выходного каскада, рис.3.
Рис.3.
Резистор R1 (в цепи сетки) в работе каскада не участвует и предназначен для обеспечения гальванической связи с "землей" в режиме приема. Номиналы базового делителя R3...R5 не указаны, т.к. напряжение на шине ТХ??? в различных конструкциях разное.
Ток, протекающий через делитель, для обеспечения нормальной термостабилизации рабочей точки должен быть не менее
(0,01...0,15) * I к макс.= 100 мА.
Несколько слов о выборе величины U см. Беспредельно поднимать его нельзя> поскольку при неизменном токе покоя растет и напряжение U" к-э. Эту величину можно определить из неравенства:
U см. < U n к-э доп. - U к-э, где:
- U n к-э доп. - максимально допустимое напряжение на коллекторе (справочная величина);
- U к-э - напряжение на коллекторе для заданного тока покоя в схеме с гальванически заземленной сеткой (из входных характеристик лампы).
Стабилитрон предохраняет транзистор от выхода из строя в момент, когда на базе транзистора присутствует! отрицательная полуволна возбуждающего напряжения. Кроме того, в режиме приема каскад закрыт и не "шумит".
Выбор напряжения стабилизации производится из условия:
U ст < = U n к-э доп.
Проведем расчет мощности видоизмененного каскада.
U" к-э = U к-э + U см = 25 + 35 = 60B < U к-э доп. + 65В;
U к возб = U" к-э - U к-э нас. = 60 - 5 = 55В;
I к а мах = U возб x S = 55 x 46 = 2,53А;
Р подв = I а мах x A o = 2,53x0,33 = 0,84А;
Р подв = КПД х Р подв = 1000 Вт;
Р а рас = Р подв - Р н = 1680 - 1000 = 680 < Р а доп = 700 Вт.
Таким образом, видим, что по сравнению с первоначальным вариантом мощность повысилась почти втрое. В этом случае практически полностью использован мощностной резерв ламп.
Следует заметить, что данный каскад работает с сеточным током. Из чего следует, что источник сеточного напряжения должен быть стабилизированным и обладать достаточной нагрузочной способностью - 200мА. Среди радиолюбителей почему-то прочно укоренилось мнение, что сеточный ток в лампе выходного каскада чуть ли не катастрофа. Это, конечно же, не так.
Мнение это утвердилось, вероятно, в те времена, когда подавляющее большинство радиолюбителей использовали лампы типа ГУ19, ГУ29, ГУ50 и т.п. Действительно, эти лампы не рассчитаны на работу с сеточным током, поскольку, при заходе сеточных напряжений в положительную область, - линейность анодно-сеточной характеристики резко нарушается. Кроме того, эти лампы развивают паспортную мощность и без сеточных токов. Другое дело металлокерамические лампы СВЧ-серии типа ГИ6Б, ГИ7Б, ГС23Б, ГС35Б и т.п. Эти лампы специально разработаны для работы с сеточным током и развивают паспортную мощность только при его наличии.
В заключении несколько слов о замере выходной мощности "гибрида". Ограничится только контролем анодного тока на пике возбуждения, а затем, с учетом КПД, рассчитать выходную мощность в ряде случаев будет не всегда верно. Вероятно, так и поступил автор упомянутой статьи.
Дело в том, что начиная с некоторого уровня напряжения возбуждения, прирост анодного тока продолжается, а ВЧ напряжение на эквиваленте нагрузки не растет, зачастую, даже падает. Объясняется это тем, что положительные полуволны вводят транзистор в состояние насыщения. Это не появление сеточного тока, как иногда можно услышать в эфире. Например, в усилителе по схеме на рис.1 сеточного тока не может быть в принципе, а тем не менее этот эффект сохраняется.
Чем больше амплитуда напряжения возбужения, тем дольше транзистор находится в состоянии насыщения, сопротивление перехода эмиттер-коллектор все больше уменьшается, ток через лампу растет, а прироста напряжения на эквиваленте нет. Поэтому, в любом случае, следует контролировать ВЧ напряжение на эквиваленте нагрузки. Мощность каскада следует устанавливать на 10...15% ниже максимально достижимой, путем соответствующего снижения возбуждающего напряжения.
Несколько слов о конструкции усилителя. Дополнительных требований к конструкции не предъявляется. Лампы размещены на металлической пластине, которая, в свою очередь, устанавливается на четырех высоковольтных конденсаторах КВИ, имеющих резьбовое крепление.
Конденсаторы расположены по четырем углам пластины. Конструктивно конденсаторы служат опорными стойками и, в то же время, являются блокировочными. Входное сопротивление выходного каскада, приблизительно, 30 Ом. Это обстоятельство, определенным образом, повышает его устойчивость, но требует принятия некоторых мер по согласованию с предыдущим каскадом передатчика или трансивера.
Параметры П-контура, анодный дроссель и прочие конструктивные особенности не приводятся, потому что автор делает акцент на способе каскодного включения усилительного каскада.
Г. Панов, (UA3AUP)
Литература:
1. С.Воскобойников "Усилитель мощности" - Радиолюбитель.
Подстроечным резистором R5 - 33 кОм вставляется ноль напряжения на динамике в режиме молчания УНЧ. Другими словами подав питание на транзисторы и вместо динамика (!) подключив мощный резистор на 4-8 Ома 15 ватт, добиваемся на нём нуля напряжения. Меряем чувствительным вольтметром, так как должен быть абсолютный ноль. Схема одного канала гибридного УНЧ приведена ниже.
Остальные резисторы 0,125 или 0,25 ватт. Короче любые маленькие. Конденсатор 10000мкФ можно смело уменьшить до 100мкФ, а нарисован он так по старому обозначению. Все конденсаторы по анадному питанию ставим на 350В. Если трудно достать на 6,8мкФ - ставим хотя бы на 1мкФ (я так и сделал). Транзистор управления током покоя, заменим на КТ815 или КТ817. На звуке это не отразится, он там просто ток корректирует. Естественно нужна ещё одна нужна копия гибридного УНЧ и для второго канала.
Для питания транзисторов нужен двуполярный источник +-20 (35)В с током 4А. Можно на обычном трансформаторе. Так как большая мощность не требовалась - поставил 60-ти ваттный транс от видеомагнитофона с соответствующим снижением выходной мощности. Фильтрация простая - диодный мост и конденсатор. При токе покоя 0,5А - хватит ёмкости 10000мкф на канал. Конденсаторы С3, С4, С5 по 160В, не меньше. Или на всякий случай больше. R8 небольшой подстроечный резистор - крутится отвёрткой. Он задаёт ток покоя выходных транзисторов (в отсутствии сигнала). Выставить ток надо от 0,3А - режим АВ до 2А - режим А. Во втором случае качество звука гораздо лучше, но вот греться будет не слабо. Можно задействовать для питания и с дополнительным кольцом и обмотками 12витков - на неё идёт 12В с трансформатора, и двумя по 20В - это вторичка. В этом случае диоды моста должны быть высокочастотными, простые КД202 сгорят в момент.
Накал питаем 12-ю вольтами соединив накалы обеих ламп последовательно. Анодное напряжение 300В я брал с помощью маленького трансформатора (5 ватт) от китайского многонапряжительного адаптера. Питать от той пародии, кроме светодиода, ничего нельзя, а вот в этом гибридном он пришёлся к месту. На его 15-ти вольтовую вторичку подаём 12В с электронного (или обычного) трансформатора, и с 220-ти вольтовой сетевой снимаем напряжение. Ток конечно не ахти, но обе лмпы 6Н2П тянут по аноду всего 5мА, так что большего им и не надо.
Обсудить статью ГИБРИДНЫЙ УНЧ
КВ усилитель, о котором пойдет речь в данной статье, предназначен для эксплуатации на любительских радиостанциях первой категории во время проведения соревнований на коротких волнах. В связи с высокой выходной мощностью кв усилителя для законной его эксплуатации необходимо специальное разрешение соответствующих органов связи.
Усилитель имеет существенные отличия от ранее опубликованных мною и другими авторами схем аналогичных конструкций:
- Высокая выходная мощность кв усилителя влечет за собой большое потребление энергии по сети ~220V. В связи с этим просадка напряжения сети увеличивается до недопустимых величин, что существенно влияет на качество излучаемого радиостанцией сигнала. Имеется ввиду нестабильность напряжений смещения лампы и напряжения экранной сетки.Примененная в данной конструкции лампа ГУ-84Б обеспечивает высокую линейность усиленного сигнала только в случае высокой стабильности двух указанных напряжений. Просадка напряжения сети влечет за собой достаточно большие изменения этих напряжений даже в случае применения высококачественных стабилизаторов.Решением данной проблемы явилось применение двухступенчатых стабилизаторов питания управляющей и экранной сеток, что дало возможность удерживать значения напряжений в соответствии с требованиями паспортных данных лампы.
- Данный кв усилитель снабжен высокоэффективной защитой от перегрузок, которая срабатывает в случае перегрузки усилителя входным сигналом, увеличения КСВ в антенно-фидерной системе, неправильной настройки выходного П-контура и т.д.
- Применение автоматической регулировки тока покоя лампы по огибающей позволило уменьшить обдув лампы, т.к. в паузах между посылками телеграфных и телефонных сигналов лампа находится в закрытом состоянии. Таким образом удалось уменьшить шум вентиляторов до минимума.
- Кроме того, применение термостатированного управления потоком охлаждающего лампу воздуха позволило достичь небольшого комфорта при работе с усилителем.
Технические характеристики:
- Частотный диапазон: 1.8 — 28 мГц включая WARC диапазоны.
- Выходная мощность: 1500 Вт для CW и SSB, 700 Вт для RTTY и FM, кратковременно — до 1000 Вт.
- Входная мощность — до 35Вт.
- Входной и выходной импеданс -50 Ом.
- Интермодуляционные искажения -36Дб при номинальной выходной мощности.
Принципиальная схема
КВ усилитель построен по классической схеме с общим катодом и последовательным питанием выходного П-контура.
Входной сигнал от трансивера подается на разъем «INPUT», встроенный в кв усилитель (см. Рис 1). Далее, через реле обхода и фильтр низких частот — на управляющую сетку лампы. Фильтр нижних частот настроен на частоты 1.7-32 мГц. Кроме того, на управляющую сетку лампы через трансформатор TR1 и измерительный прибор РА1 подается напряжение смещения «BIAS». Трансформатор TR1 выполняет двоякую роль: через него еще подается напряжение ALC на трансивер.
Величина тока анода лампы измеряется прибором РА2, который измеряет величину напряжения на конструктивных (встроенных в панель лампы) резисторах R5-R12. Величина этого напряжения пропорциональна величине анодного тока лампы.
На экранную сетку лампы подается стабилизированное напряжение +340В через контакты реле К3, токоограничивающий резистор R18 и измерительный прибор РА3 с нулем посередине.
Кроме того, в цепи экранной сетки установлены варисторы СН2-2, которые замыкают цепь сетки на корпус в случае превышения напряжения сетки больше +420В. В этом случае перегорает предохранитель FU2. Это одна из многих цепей защиты лампы. С помощью реле К3 напряжение +340В подается на лампу только в режиме передачи.
Напряжение анода +3200В подается на анод лампы через предохранитель FU3, контакты реле К5 «Анод», безиндукционный резистор R22, анодный дроссель L5 и катушки П-контура L2 и L1.
С помощью измерительного прибора PV1 осуществляется измерение выходной мощности, которую выдает кв усилитель. Фактически указанный прибор измеряет выходное напряжение усилителя, которое пропорционально выходной мощности. Данное напряжение снимается с антенной цепи с помощью трансформатора ТА1. В антенной цепи присутствует реле К4, которое призвано коммутировать две антенны.
Переключение диапазонов осуществляется замыкателями RL1-RL7. Диоды VD7-VD12 обеспечивают замыкание неработающих витков катушки П-контура при работе усилителя на высокочастотных диапазонах. Охлаждение лампы осуществляется с помощью вентилятора М1, который установлен в подвале лампы и охлаждает лампу в направлении катод-сетки-анод. Вентилятор питается от отдельного выпрямителя на трансформаторе TV3 через фильтр TV1C24C25TV2C26C27.
Фильтр предназначен для ограничения проникновения в цепи питания вентилятора высокочастотных наводок с П-контура. С помощью резистора R29 осуществляется регулировка количества оборотов вентилятора. Система охлаждения оснащена термостатом для автоматического регулирования мощности воздушного потока в зависимости от температуры лампы.
Датчик температуры размещен в воздушном потоке со стороны анода лампы. Второй вентилятор вытягивает горячий воздух из лампового отсека (на схеме не показан), третий — охлаждает высоковольтный выпрямитель. Все напряжения, необходимые для питания лампы, кроме анодного, заведены в подвал лампы через проходные конденсаторы С13-С23 для ослабления связи сетка-анод.
Детали, размещенные в подвале лампы, очерчены пунктирной линией на схеме.
Лампочки EL1-EL4 осуществляют подсветку приборов.
Схема низковольтного блока питания приведена на Рис.2 и выполнена на двух стандартных (стандарт СССР) трансформаторах TR1-ТСТ-125 и TR2-ТПП-322. Трансформатор ТR2 осуществляет питание накала лампы при надлежащем соединении обмоток(указано на схеме). Трансформатор TR1 обеспечивает питание экранной и управляющей сеток, микросхем стабилизатора управляющей сетки и реле, которые осуществляют переключение режима «прием-передача».
Выпрямители этих напряжений установлены на плате 1. Кроме того, на этой плате установлены стабилизаторы напряжений управляющей и экранной сеток, которые осуществляют первую ступень стабилизации. Узел, размещенный на плате 2, осуществляет динамическую стабилизацию напряжения управляющей сетки, которое изменяется от -95В при отсутствии входного высокочастотного сигнала от трансивера, до -45В при наличии входного сигнала от трансивера.
Другим словами, в паузе между посылками телеграфного сигнала, или между словами в однополосном сигнале, на управляющей сетке напряжение -95В и лампа заперта этим напряжением, при наличии посылки телеграфного сигнала, или звука при работе в однополосном режиме, на управляющей сетке напряжение -55В и лампа в этот момент открыта. Стабилизатор выполнен на микросхемах UA741 и транзисторах IRF9640 и КТ829А.
На плате 3 размещена вторая ступень стабилизатора напряжения экранной сетки, которая выполнена на операционном усилителе UA741 и мощном полевом транзисторе IRF840. В нижней части платы на транзисторах VT4-KT203, VT5-KT3102 и VT6-KT815 размещена система, защищающая кв усилитель от перегрузок. Принцип работы данной системы состоит в измерении тока экранной сетки лампы и отключения высокого напряжения и напряжения коммутации «прием-передача» при превышении установленного с помощью резистора R32 порога срабатывания защиты.
В данном случае порогом срабатывания защиты является ток экранной сетки лампы величиной в 50 мА. Эта величина является паспортным значением тока при котором лампа ГУ-84Б отдает максимальную мощность. Для возврата системы защиты в первоначальное состояние, после устранения неисправностей, которые вызвали превышение установленного тока сетки, служит кнопка «RESET».
На плате 4 размещен формирователь напряжения «прием-передача». Он представляет собой ключ, который выполнен на транзисторе VT7-KT209 и срабатывает при замыкании на «землю» контакта RX/TX.
Высоковольтный блок питания изображен на Рис.3 и особенностей не имеет. Напряжение сети ~220В подается через фильтр TV1C1C2C3C4 и контакты пускового реле К1 на первичную обмотку трансформатора TV2. Реле К2 совместно с мощным резистором R4 осуществляет мягкий пуск выпрямителя. Необходимость этого вызвана применением в фильтре выпрямителя конденсатора большой емкости С6, для первоначальной зарядки которого требуется мощный импульс тока.
С помощью токового трансформатора TV4 и амперметра РА1 измеряется ток, потребляемый от сети ~220В. Вольтметр PV1 измеряет величину анодного напряжения. Поскольку величина анодного тока лампы достигает 2А была применена система охлаждения блока на вентиляторе М1, питание которого осуществляется от отдельного выпрямителя.
Конструкция и детали
Конструктивно кв усилитель располагается в двух блоках (фото1) — блок высоковольтного выпрямителя и сам усилитель с низковольтными источниками питания. На передней панели высоковольтного выпрямителя установлены два прибора, которые измеряют ток, потребляемый от сети, и величину анодного напряжения, а также кнопка включения блока.
Внутренний монтаж блока приведен на фото 2 и фото 3.
На передней панели кв усилителя установлены приборы для измерения тока управляющей сетки, тока экранной сетки, тока анода и выходной мощности кв усилителя, ручки настройки конденсаторов С1 и С2 П-контура, переключатель диапазонов и кнопки управления. На задней панели размещены разъемы для присоединения двух антенн, подачи входного сигнала, подачи высокого напряжения, коммутации усилителя с помощью трансивера, или отдельной педали, подачи ALC и предохранители FU1, FU2 и FU4. Внутренний монтаж усилителя приведен на фото 4.
Низковольтные выпрямители выполнены в виде съемного блока, который показан на фото 5. Транзисторы VT1, VT2 и VT3 размещены на радиаторах площадью 25 кв.см., стабилитроны VD4-VD7 — на радиаторах площадью 30 кв.см.
Конденсаторы С38 и С39 обязательно типа К15У на напряжение 10-12 кВ, С1 — вакуумный на напряжение 4 кВ, С2 — с воздушным зазором не менее 1 мм. С40 и С41 типа КВИ на напряжение 10-12 кВ. С55, С56 и С57 типа КВИ на напряжение 1-2 кВ.
Резисторы R3 и R22 обязательно безиндукционные типа МОУ.
Типы реле указаны на схемах.
Обмоточные данные трансформаторов не приводятся, так как все примененные трансформаторы стандартные за исключением высоковольтного, который был изготовлен на заказ по технологии «TORNADO» исходными данными для которого были:
- Напряжение питания ~220В, что является напряжением первичной обмотки.
- Напряжение вторичной обмотки ~2600В при токе до 2А.
Настройка усилителя
Данный кв усилитель является достаточно сложным устройством, поэтому настройка должна проводиться очень тщательно и аккуратно. Лампа накаливания в качестве эквивалента нагрузки категорически не подходит поскольку ее сопротивление резко меняется в зависимости от степени накаливания и такая нагрузка является скорее реактивной, нежели активной.
Этап 1. Регулировка и настройка всех источников питания.
Все выпрямители должны выдавать напряжения указанные на схеме. Невысокие требования предъявляются к выпрямителям, которые питают вентиляторы и обмотки реле. Здесь разброс напряжений может изменяться в пределах +-10% от номинального.
Напряжения, питающие вентиляторы, выбираются в зависимости от имеющихся в наличии вентиляторов. Главный вентилятор М1 на Рис.1 типа «улитка» должен обеспечивать подачу в ножку лампы не менее 200 куб.м воздуха в час.
От его правильной работы зависит состояние «не очень дешевой» лампы. Если при отказе двух остальных вентиляторов усилитель будет долго сохранять работоспособность, то при отказе М1 усилитель замолчит надолго. В данной конструкции применен вентилятор, который потребляет ток 3А при напряжении 27В. Такие величины тока и напряжения должен обеспечивать трансформатор TV3 и диоды VD.
Стандартный термостат Т419-М1 позволяет устанавливать температуру срабатывания до 200 градусов. При первой регулировке устанавливаем температуру срабатывания 40 градусов. Подогревая паяльником датчик температуры, убеждаемся в том, что реле срабатывает. Следующая проверка состоит в нагревании датчика температуры лампой при включенном одном только накале. Убедившись в том, что реле четко срабатывает, переходим к следующему выпрямителю.
Второй вентилятор плоский, компъютерный диаметром 120-150мм. Он установлен в усилителе над лампой. В усилителе установлен такой вентилятор на напряжение +24В и потребляемый ток до 0.5А. Третий вентилятор установлен в высоковольтном блоке питания, также компъютерный, но на напряжение +12В и ток до 0.3А. Сответствующее напряжение и ток должен обеспечивать выпрямитель трансформаторе TV3 на Рис.3. Кроме того, на этот выпрямитель нагружено реле задержки К2 и индикаторная лампа, что необходимо учесть при выборе TV3.
Напряжение коммутации «прием-передача» +24VTX формируется с напряжения +24V, которое обеспечивает трансформатор TR1. Ток, потребляемый по этой цепи до 1А. Для питания обмоток замыкателей переключения диапазонов используется второй выпрямитель на +24V с током до 5А. Напряжение питания экранной сетки лампы обеспечивается выпрямителем на диодной матрице VD1. На вход матрицы подается переменное напряжение 350В с одной из вторичных обмоток трансформатора TR1.
После выпрямления и фильтрации напряжение величиной +490В подается на первую ступень стабилизации — резистор R1 и стабилитроны VD4-VD6. Стабилизированное напряжение +430В подается на вход второй ступени стабилизации выполненной на микросхеме DA5 и мощном полевом транзисторе VT3. Уровень стабилизированного напряжения устанавливается с помощью переменного резистора R20. Окончательно установленная величина должна равняться +340В.
Правильно отрегулированный стабилизатор должен обеспечивать такое напряжение при нагрузке до 60 мА. В противном случае необходим подбор величин резисторов R26 и R27. Напряжение питания управляющей сетки обеспечивается выпрямителем на диодной матрице VD2 и после стабилизации первой ступенью оно равняется -100В. Ток потребления по этой цепи составляет не более 10 мА.
Далее, это напряжение стабилизируется с помощью динамического стабилизатора на двух операционных усилителях DA2 и DA3 и двух транзисторах VT1 и VT2. Начальный ток лампы устанавливается резистором R13 и он должен равняться 50 мА. В этот момент напряжение смещения на управляющей сетке лампы должно быть равно -90-95В.
Величина этого напряжения зависит от экземпляра лампы, где, вследствие разброса параметров лампы эта величина может меняться на 10-15%. При появлении высокочастотного сигнала напряжение смещения уменьшается до 45-55В, что соответствует току покоя лампы в 400-500 мА. При соответствии всех узлов питания указанным выше требованиям переходим к следующему этапу.
Этап 2. Настройка входной части. Она заключается в подборе величин индуктивностей L3 и L4, а также величин емкостей С3 и С4 до получения КСВ на входе не превышающего 1.2 на всех диапазонах. Этот этап настройки проводится при вставленной в панельку лампе. Входной сигнал поступает от трансивера при малой мощности 5-10 Вт. Напряжения на лампу не подаются.
Внимание! Перед первой подачей на лампу анодного напряжения необходимо провести тренировку лампы! В противном случае лампа выйдет со строя! Процесс тренировки лампы описан в заводской этикетке на лампу.
Этап 3. Настройка П-контура. Для успешного проведения этого этапа необходим безиндукционный эквивалент нагрузки величиной 50 Ом и мощностью 1.5-2 кВт. Для этого хорошо подходит эквивалент нагрузки от радиостанции Р-140. Кроме этого необходим высокочастотный вольтметр для измерения напряжений до 300В. И, конечно, трансивер с которым в дальнейшем будет работать усилитель. UW3DI для этой цели почти не подходит, хотя при определенной настойчивости и целеустремленности можно обойтись и этим.
Включаем усилитель, 3-4 мин. прогреваем лампу, переводим усилитель в режим «передача» и подаем от трансивера несущий сигнал величиной 5-10 Вт. Проводим эту процедуру на диапазоне 14 мГц при подключенном в антенный разъем усилителя эквиваленте нагрузки с высокочастотным вольтметром и подачей всех напряжений на лампу. Вращением ручек конденсаторов С1 и С2 добиваемся максимума показаний вольтметра. В случае если максимум показаний вольтметра отсутствует необходимо изменить количество витков катушки П-контура.
При правильной настройке П-контура провал анодного тока составляет 10-15% от максимального и он совпадает с максимумом показаний измерителя выходной мощности, а также высокочастотного вольтметра. При увеличении емкости С2 величина провала анодного тока увеличивается, при уменьшении — уменьшается. При подаче на вход усилителя номинальной входной мощности, которая составляет 30-35 Вт, появится ток экранной сетки.
Его величина зависит от величины емкости конденсатора С2: при увеличении С2 увеличивается ток экранной сетки, при уменьшении С2 — ток уменьшается. Таким образом возможно установить ток экранной сетки равным 50 мА. В этом случае выходная мощность усилителя будет максимальной. Дальнейшее увеличение мощности возбуждения влечет за собой появление тока управляющей сетки.
Согласно документации на лампу ГУ-84Б допускается увеличение этого тока до 5 мА. В этом случае лампа отдаст максимальную неискаженную мощность. Как показывает практика, лучше в этот режим не заходить потому, что отмечается появление повышенного уровня интермодуляционных искажений и некоторое расширение полосы излучаемого сигнала.
При подаче номинального уровня раскачки 30-35 Вт мы должны получить напряжение на эквиваленте нагрузки 270-280 В, что соответствует мощности в 1500 Вт. Аналогичные процедуры необходимо провести на всех остальных диапазонах. На диапазонах 21, 24 и 28 мГц допустимо снижение выходной мощности до 1100-1200 Вт.
