Содержание
УСИЛИТЕЛЬ
МОЩНОСТИ
В. КЛЯРОВСКИЙ (RA1WT),
г. Великие Луки.
(Окончание. Начало в N6/2001)
При включении усилителя с помощью
тумблера SA8 "ON-OFF" подается напряжение на
вентилятор М1. Дальнейшее включение осу
ществляется переключателем SA4. Использование
переключателя, а не ряда тумблеров исключает
неправильную последовательность включения и
отключения напряжений, подаваемых на лампу,
из-за ошибок оператора, и способствует
продлению ее ресурса.
Переключатель SA4 должен иметь бегунок с
широким контактом, чтобы во время его
вращения уже включенные цепи не коммутиро
вались еще раз.
В положении "AIR" силовой трансформатор
Т1 обесточен, и работает только вентилятор.
Это положение используется после окончания
работы УМ для полного охлаждения лампы в
течение 5 минут. В положении "HEAT"
включается трансформатор Т1, и подаются
напряжение на накал лампы и +24 В на реле и
таймер. Конденсатор С28 служит для уменьшения
искрения контактов.
В положении "GR.1" подается
отрицательное напряжение на управляющую сет
ку. Дальнейшим подключением лампы к
источникам питания, кроме переключателя S4,
управляет таймер, выполненный на транзисторах
VT3...VT5. В положении "ANOD" через контакты
SA4.3 на транзистор VT5 поступает напряжение
для срабатывания реле К20, которое с помощью
реле К18 подает сетевое напряжение на внешний
анодный блок питания. Реле К20 - марки РЭС10,
реле К18 - ТКЕ53ПД с параллельно включенными
контактами.
В положении "GRID2" контакты SA4.4
подают напряжение на транзистор VT4 для
срабатывания реле К19 (РЭС 9), которое подает
напряжение на экранную сетку.
Включение анодного блока питания
выполнено двухступенчатым, т.к. непосред
ственное включение реле К18 в коллектор
транзистора VT5 имеет следующие недостатки:
- из-за большого падения напряжения на
транзисторе (6 В) пришлось бы увеличить
напряжение питания для реле К18;
- т.к. транзистор VT5 таймера
открывается постепенно, срабатывание реле про
изойдет при минимальном, а не при номинальном
напряжении на его обмотке. Пусковой ток
анодного трансформатора, проходя через слабо
прижатые контакты реле, вызовет их повышенный
износ.
Задержку включения на 3 мин анодного
(UA) и экранного (Uэкр) напряжений
обеспечивает таймер. При подаче на него
напряжения
одновременно с включением накала,
конденсатор С32 начинает заряжаться, и напря
жение на затворе и истоке полевого
транзистора VT3 постепенно возрастает. По
мере его увеличения, через 3 мин открывается
транзистор VT5, срабатывает реле К20, и
происходит подача UA. Затем, через 20 с
открывается транзистор VT4, и реле К19
подключает напряжение к экранной сетке лампы.
Задержка подачи UA регулируется подбором
номиналов С32, R24, R25, R31. Задержка подачи
Uэкр после 1)А на 10...20 с регулируется рези
стором R28.
При выключении усилителя с помощью реле
К16 (РЭС10), конденсатор С32 разряжается
через специально подобранный резистор R23,
одновременно с остыванием лампы. Поэтому,
если через 5 мин усилитель опять включить,
конденсатор С32 вновь обеспечит необходимую
задержку подачи UA и иЭкр. Если включение УМ
произойдет в промежутке времени до 5 мин
после выключения, когда лампа еще не остыла,
то не полностью разряженный С32 обеспечит
включение UA и иэкр с соответственно меньшей
задержкой.
Усилитель мощности имеет внутренний блок
питания (ВВП), который обеспечивает все
необходимые напряжения, кроме анодного. Транс
форматор Т1 намотан на тороидальном
сердечнике с размерами 110 х 60 х 40 мм.
Намоточные данные указаны в таблице.
Выпрямители VD6, VD18, VD22 - КЦ401А.
Стабилитрон VD19 состоит из двух КС680. Диод
VD20, служащий для зашиты стабилизатора от
обратного тока лампы, составлен из двух
FR207. Все напряжения подаются во входной
отсек через проходные конденсаторы. Фильтр
C28L9 (50 мкГн) служит для защиты источника
питания от ВЧ-наводок с проводов, рас
положенных в отсеке П-кон-тура. Конденсаторы
С26, С29 предназначены для уменьшения уровня
радиопомех, идущих в сеть 220 В.
Для получения анодного напряжения
применяется внешний анодный блок питания
(ВАБП). Такое решение имеет следующие преиму
щества:
- значительно уменьшаются габариты и вес
УМ, что упрощает его размещение на рабочем
месте и транспортировку; ВАБП можно
разместить на полу и освободить место на
столе, например, для компьютера;
- ВАБП можно изготовить на любых
имеющихся трансформаторах, т.к. его габариты
и вес ничем не лимитированы;
- мощность усилителя фактически
определяется анодным блоком питания, поэтому,
в зависимости от необходимой мощности, усили
тель можно комплектовать соответствующим
блоком питания, который может быть однофазным
или трехфазным;
- возможно использование
унифицированного корпуса и передней панели
для УМ на ГУ-74Б с внутренним анодным БП и
для УМ на ГУ-43Б с ВАБП.
Принципиальная схема ВАБП приведена на
рис.5. Реле переменного тока К1 через 20...40
мс после включения закорачивает контактами
К1.1 резистор R1, который служит для ограниче
ния пускового тока. Свето-диод VD2
сигнализирует о включении. Выпрямительный
диод VD1 - типа Д226Б.
Трансформатор Т1 намотан на тороидальном
сердечнике с размерами 150 х 80 х 75 мм.
Первичная обмотка содержит 240 витков провода
диаметром 1,6 мм, вторичная
- 2000 витков провода диаметром 0,5 мм.
Ток холостого хода трансформатора
- 120 мА. Напряжение на вторичной
обмотке-1900 В.
Каждое плечо выпрямителя VD3 состоит из
четырех диодов FR207, зашун-тированных
резисторами 470 кОм/0,5 Вт. Эти же резисторы
способствуют более быстрому разряду кон
денсатора СЗ после выключения. Стрелочный
прибор РА1 марки М4203 является индикатором
высокого напряжения. Анодное напряжение
подается в УМ через ВЧ-разъем по радиочастот
ному кабелю внешним диаметром 12 мм. ВАБП
имеет отдельный выключатель SA1 и
автоматический предохранитель FU1 на 16 А в
цепи 220 В. Плавкий предохранитель FU1 на 1,5
А (рис.1) в минусовом проводе выпрямителя
расположен на задней стенке УМ, рядом с
разъемом для подачи анодного напряжения.
Сетевой провод включается в розетку XS4
(рис.1), которая подключается к сети 220 В
контактами реле К18 и расположена на задней
стенки УМ. Такое подсоединение к сети
позволяет управлять ВАБП с помощью
переключателя SA4 и не пользоваться тумблером
SA1 (рис.5), который постоянно включен.
При использовании ВАБП напряжением +3 кВ
под нагрузкой, выходная мощность усилителя
возрастает до 1600 Вт.
Рассмотрим средства индикации и контроля
за работой усилителя. О включении
вентилятора свидетельствует зеленый
светодиод "AIR" VD25, а малая скорость об
дува, включаемая тумблером SA9.1,
индицируется красным светодиодом VD23 "AIR".
Все напряжения, подаваемые на лампу -
"HEAT", <GR1>, "ANOD" и "GRID2" -
контролируются по свечению зеленых
светодиодов VD17, VD5, VD27, VD21 со
ответственно.
Светодиод "INPUT" VD9 сигнализирует о
превышении подводимой мощности и загорается
при срабатывании схемы защиты первой сетки.
Прибор РА1 предназначен для измерения
тока первой сетки "GRID CURt" (нижнее по
схеме положение переключателя SA2) и
напряжения прямой и обратной волны "SWR"
(верхнее положение переключателя SA2) при
настройке усилителя и измерении КСВ.
КСВ-метр собран по схеме рефлектометра и
предназначен для получения оценочных
показаний КСВ при определении исправности
антенны или ее резонансной частоты. В
качестве катушки связи L1 применен протянутый
под оплеткой ко-аксильного кабеля провод. Для
определения значения КСВ тумблер SA2
переводится в положение "SWR", а тумблер SA1
- в положение измерения падающей волны (DIR),
и изменением сопротивления переменного рези
стора R3 в режиме "настройка" устанавливают
стрелку прибора РА1 на крайнее правое
деление. Затем переводят тумблер SA1 в по
ложение измерения отраженной волны (REF), и
считывают КСВ по верхней шкале прибора. Плата
КСВ-мет-ра смонтирована рядом с антенным реле
в экранированном отсеке, образованном задней
стенкой УМ и кожухом антенных реле.
Прибор РА2 измеряет ток катода "I CAT' и
ток второй сетки "GRID CUR2".
РА1 и РА2 применены марки М4205. Шкалы
приборов изготовлены на компьютере,
отпечатаны на цветной бумаге и покрыты
прозрачным пластиком.
Конструкция усилителя
В технической документации на радиолампу
указано, что весь воздух при обдуве должен
проходить через ребра радиатора в направлении
от катода к аноду [8].
Существуют три основных схемы обдува.
При приточной схеме воздух поступает со
стороны катода. В этом случае можно применить
пластмассовый неэкранированный вентилятор,
т.к. он уже находится в экранированном отсеке
входных цепей и подает холодный воздух.
Недостатком схемы является большая потеря
подачи из-за аэродинамического сопротивления
плоской панельки (около 50%) на пути воздуха
к аноду и из-за завихрений воздушного потока.
Для уменьшения завихрений необходимо
увеличивать расстояние между панелькой и
вентилятором, что увеличивает габариты
усилителя. Для преодоления сопротивления
панельки приходится использовать вентилятор
большей мощности, что приводит к увеличению
габаритов и акустического шума. Суммарные
потери подачи в этой схеме по измерениям
автора составляют 60...70%.
При вытяжной схеме вентилятор забирает
горячий воздух от анода. В этом случае
радиатор лампы размещается рядом с вентилято
ром, в той части вентиляционной системы, где
скорость воздуха максимальна. Потери подачи
воздуха от аэродинамического сопротивления и
завихрений минимальные, и обдув происходит
наиболее эффективно. Еще одно преимущество
такой схемы - в том, что вытяжной вентилятор
расположен за пределами корпуса УМ. Это
упрощает внутреннюю компоновку и способствует
уменьшению габаритов.
Для предотвращения пробоя изоляции
обмоток ВЧ-на-водками, пластмассовый
вентилятор необходимо отделить от анода
металлической сеткой. Так как через лопасти
проходит горячий воздух, для надежной работы
вентилятора необходима проверка температуры
его нагрева. Для пластмассовых вентиляторов
максимальная рабочая температура по
паспортным данным составляет 55°С. Более
надежным решением является использование
цельнометаллического вентилятора.
Приточно-вытяжная схема сочетает в себе
обе описанные выше, и применяется в случае,
когда подачи воздуха от одного вентилятора
оказывается недостаточно, а переделывать всю
конструкцию под более мощный вентилятор
нецелесообразно.
Конструкция УМ позволяет применить любую
из трех схем обдува. В данном случае, после
неудовлетворительных результатов испытания
приточной схемы, для наилучшего использования
воздушного потока вентилятора была принята
вытяжная схема обдува.
Для обеспечения соосности лампы и
воздуховода, последний присоединен к той же
плоскости, на которой размещена панелька. Про
тивоположный конец воздуховода выведен наружу
через отверстие в задней стенки усилителя, и
на нем размещен цельнометаллический
вентилятор.
Подача воздуха, измеренная по разности
температур, составила 50 м3/час. Этого
достаточно для работы CW и SSB при пониженном
анодном напряжении. Для работы в режиме
непрерывного излучения предусмотрена
повышенная скорость вентилятора, которая
включается тумблером SA9.2.
При работе воздух через верхнюю и нижнюю
сетки поступает во входной отсек лампы, затем
в воздуховод, проходит через лампу, вен
тилятор и выходит наружу, не нагревая другие
детали и корпус усилителя. Увеличения
температуры верхней части воздуховода во
время работы не отмечено.
Часть воздуховода должна выступать за
заднюю стенку устройства (рис.6) - это
обусловлено применением "высокой" панельки,
которая имеет минимальное воздушное
qnopnrhbkemhe. При использовании традиционной
"плоской" панельки габариты воздушного тракта
уменьшаются, и вентилятор крепится
непосредственно на задней стенке УМ.
В качестве основы для корпуса УМ
использованы два боковых кронштейна и
передняя панель с верхним и нижним
обрамлением от унифицированного промышленного
корпуса. Передняя панель, задняя стенка, ниж
нее основание, боковые и верхняя крышки и
внутренние перегородки изготовлены из стали
толщиной 0,8 и 1,5 мм и оцинкованы. Сталь
значительно дешевле дюраля. Оцинкованная
поверхность стали по электропроводности
примерно соответствует дюралю (для цинка р=
0,058 мкОм*м; для дюраля р = 0,047...0,071
мкОм*м), но не покрывается окисной пленкой
[9]. Кроме того, стальной корпус защищает
оператора от магнитной ' составляющей
излучения П-контура, которую пропускает
дюраль. Вес данного стального корпуса на 3 кг
(20%) больше, чем если бы он был дюралевым,
что несущественно.
Компоновка УМ видна на рис.6 и 7. Чтобы
использовать корпус, унифицированный с УМ на
ГУ-74Б, радиолампа размещается горизонтально.
Преимущество такого расположения в том, что
достигаются минимальные высота и габариты.
Недостатком является то, что за УМ должно
быть свободное пространство 100...150 мм для
беспрепятственного вы хода горячего воздуха.
В противном случае снижается подача воздуха
вентилятором и ухудшается охлаждение лампы.
Таким образом, данная компоновка имеет как
преимущества, так и недостатки. Но тут уже
каждый конструктор выбирает то, что ему
больше нравится.
Детали П-контура и переключателя
диапазонов размещены на нижнем основании и
задней стенке. Внутри корпуса расположен блок
радиолампы, который конструктивно выполнен в
виде перегородки, отделяющей П-контур от
блока питания. На блоке радиолампы смонтирова
ны входные цепи, ламповая панелька,
воздуховод с вентилятором, анодный КПЕ, си
ловой трансформатор Т1 и печатные платы с
выпрямителями и таймером. Блок радиолампы
представляет собой отдельную конструкцию,
которая для удобства монтажа устанавливается
в корпус УМ уже в собранном виде.
Предохранители и гнезда для подключения УМ к
внешнему оборудованию расположены на задней
стенке. Там же размещены антенные реле и
плата КСВ-метра, которые закрываются общим
кожухом. На передней панели находятся
измерительные приборы и все органы
sop`bkemh. Кроме того, рядом с
переключателями SA4 на ней укреплена печатная
плата с 5 светодиодами.
С внешней стороны корпус покрашен
матовой черной эмалью. Надписи на передней
панели нанесены белой краской посредством
шелкофафии.
Конструкция корпуса вместе с передней
панелью пригодна для установки любой
радиолампы с диаметром анода до 100 мм.
Успешно испытан УМ на лампе ГУ-84Б, которая
превосходит лампу Г/-43Б по всем параметрам.
В этом корпусе также могут быть размещены по
3 лампы ГУ-72, ГМИ-11, ГИ-7Б или две ГУ-74Б.
При использовании одной ГУ-74Б или 4-х ГУ-50
в корпусе помещается и анодный блок питания.
Регулировка УМ
Подбор отводов катушки П-контура
проводится на обесточенном усилителе мощности
[10]. Для этого к П-контуру подключается ГСС
и милливольтметр (рис.8). Резистор R2
имитирует сопротивление лампы, R3 -
сопротивление нагрузки. Эти резисторы должны
быть безындуктивными. Резисторы R1 и R4
необходимы для развязки индуктивно-емкостных
цепей прибора и П-контура. Эти цепи и П-
контур образуют свою собственную резонансную
систему, поэтому при отсутствии R1 и R4 мил
ливольтметр покажет максимум не на частоте
настройки П-контура, а на частотах ложного
резонанса. Разница между действительной час
тотой настройки П-контура и ложным резонансом
может составлять 10...20%.
Схема на рис.8 позволяет подобрать
отводы катушки П-контура по максимуму по
казаний милливольтметра и составить таблицу
настройки КПЕ, что значительно упрощает
окончательную регулировку П-контура в режиме
передачи полной мощности.
После включения УМ в сеть производится
проверка работы всех источников питания,
средств индикации и контроля, а также
тренировка лампы по методике, приведенной в
[11].
Далее устанавливается ток покоя в режиме
SSB (250 мА) и CW (50 м А) с помощью подбора
стабилитронов VD3 и VD4. При необходимости из
менить стабилизированное напряжение на 1...5
В, последовательно со стабилитронами
устанавливают один или несколько обычных вып
рямительных диодов.
Наиболее полной проверкой эффективности
обдува является измерение температуры
радиолампы с помощью термопары. Если эта
операция невозможна, тогда, руководствуясь
обдувочной характеристикой, проверяют
эффетивность подачи воздуха вентилятором. Для
этого нужен анемометр или термометр.
Проверка подачи воздуха необходима, т.
к. при размещении вентилятора в конкретной
вентиляционной системе неизвестна величина
потери паспортной производительности
вентилятора из-за аэродинамического со
противления. Это сопротивление зависит от
конфигурации воздушного тракта, а также от
формы и размеров лампы и панельки.
Подачу можно определить по формуле:
где и - скорость воздуха, м/с;
- S - площадь поперечного сечения
воздуховода, м .
Скорость воздуха определяется крыльчатым
анемометром.
Более точно подачу вентилятора можно
определить по формуле, приведенной в [11]:
где Q - тепловая мощность пампы, кВт;
-1 - разность температур на входе и на
выходе радиолампы непосредственно за анодом,
°С;
- С - удельная теплоемкость воздуха;
- g - плотность потока воздуха, кг/м3.
Плотность потока воздуха определяется по
эмпирической формуле:
где ^ - температура горячего воздуха на
выходе, измеренная непосредственно за анодом,
°С.
Тепловая мощность Q определяется
выражением:
где QA - мощность, рассеиваемая на
аноде, кВт;
- QH - мощность накала, кВт;
- Q3 - мощность, рассеиваемая экранной
сеткой, кВт.
В процессе работы усилителя подводимая
мощность преобразуется в тепловую,
рассеиваемую на аноде, и колебательную
мощность. В этом случае точно измерить
тепловую часть мощности достаточно трудно.
Поэтому для измерения удобно использовать
такой режим лампы, когда вся подводимая
мощность преобразуется в тепловую. Это режим
передачи с током покоя при отсутствии ВЧ-
сигнала.
Для этой методики формула (2) с учетом
выражений (3) и (4) окончательно примет вид:
По формуле (5) подача вентилятора
определяется гораздо точнее, чем анемометром,
по следующим причинам:
- при определении скорости воздуха
крыльчатым механическим анемометром не
учитывается неодинаковая скорость воздуха по
сечению воздуховода и по длине радиатора;
- погрешность измерения у механического
прибора всегда выше, чем при измерении U, I и
t°;
- в формуле (5) "автоматически"
учитывается только тот воздух, который прошел
через радиатор и охладил лампу, и не
учитывается часть воздуха, прошедшая через
отверстие для вывода анода, через кольцевую
щель вокруг анода и через другие места
возможной "утечки" воздуха.
В усилителе установлен вытяжной
вентилятор, и для точного определения темпе
ратуры горячего воздуха в воздуховоде
предусмотрено специальное закрывающееся
отверстие, через которое термометр помещается
непосредственно за анодом.
Не следует измерять температуру воздуха
за вентилятором, т. к. проходя через
воздуховод и вентилятор, он сильно
охлаждается. Разница, в зависимости от тепло
вой мощности и скорости воздуха, может
составлять несколько десятков градусов.
Такая кропотливая проверка эффективности
обдува лампы совершенно оправдана. Важен как
контроль напряжения накала, токов анода и
сеток, чтобы не превысить паспортные значения
(иначе дорогостоящая лампа не отработает
плановый ресурс), так и контроль за
эффективностью обдува - от этого зависит
температура лампы, а ее перегрев крайне
отрицательно влияет на долговечность. Во
всяком случае, проверить температуру с
помощью термопары еще сложнее.
Конечно, если под столом стоит ящик с
новыми лампами, которые без труда можно
"достать" на работе, описанные выше процедуры
можно пропустить (hi). Методика рассчитана на
"среднего" радиолюбителя, для которого
приобретение новой лампы представляет собой
ощутимые финансовые затраты.
Далее в режиме передачи полной
мощности>на реальную антенну проверяют пра
вильность подбора отводов в катушке П-контура
на каждом диапазоне по максимуму ВЧ-
напряжения. При тщательной "холодной" настрой
ке П-контура и настроенной в резонанс антенне
подбор положения отводов может не
потребоваться.
Автор выражает особую благодарность
В.Барклаевскому (UA1GE), И.Логинову (UA1XU),
А.Матруничу (EU1AU) и В.Романову (RZ3BA) за
помощь при изготовлении усилителя.
Автор приобретет технические описания
фирменных усилителей мощности.
Литература
1. А.Беспалый, С.Прохоров. Применение в
выходном каскаде усилителя мощности ламп с
высокой крутизной. - Радиолюбитель, 1994, N9.
2. Информационный бюллетень
nazedhmemmncn ДХ-клуба. - 1994, N31.
3. Использование ламп с квадратичными
характеристиками в схеме с общей сеткой. -
Радиолюбитель. KB и УКВ, 1996, N8.
4. Техническое описание УМ к
радиостанции Р-140.
5. Техническое описание УМ к
радиостанции Р-161.
6. С.Г.Бунин, Л.Г.Яйленко. Справочник
радиолюбителя-коротковолновика. - Киев,
Техника, 1984.
7. В.В. Дроздов. Любительские KB
трансиверы. - М.: "Радио и связь". 1988.
8. Б.В.Кацнельсон, А.М.Ка-лугин,
А.С.Ларионов. Электровакуумные электронные и
газоразрядные приборы. Справочник. - М, Радио
и связь, 1985.
9. Ю.В.Корицкий, В.В.Пасынков,
Б.М.Тареев. Справочник по электротехническим
материалам. - М, Энергия, 1988.
10. Л. Евтеева. Холодная настройка П-
контура передатчика. -Радио, 1981, N2.
11. АЬайнов. Профессиональный способ
жестчения (тренировки) металлокера-мических
генераторных радиоламп. - Радиолюбитель,
1993, N7.
12. А.П.Баскаков. Теплотехника. - М,
Энергоато-миздат, 1991.
От редакции. Обращаем внимание читателей
на то, что выходная мощность усилителя
превышает разрешенную для радиостанций первой
категории в РФ. Эксплуатация таких усилителей
допускается при дополнительном согласовании с
органами Госсвязьнадзора.
Содержание
