R3AZ
Четверг, 28.03.2024, 15:40
Приветствую Вас Гость | RSS
 
Главная БлогРегистрацияВход
Меню сайта
Наш опрос
Какой у Вас трансивер?
1. Самодельный SDR квадратурный
2. Самодельный SDR DDC/DUC
3. Самодельный аналоговый
4. Любительская разработка, самодельный
5. Аналоговый
6. SDR-приставка
7. SDR-моноблок
8. Любительская разработка, купил готовый
9. Есть всякие трансиверы
Всего ответов: 11
Статистика

Онлайн всего: 1
Гостей: 1
Пользователей: 0

15:00
Настройка П-контура КВ-усилителя мощности

ред. 18.05.2022

27.04.2020

Данная заметка написана в дополнение к материалу КВ-УМ на ГУ-50 стенд для экспериментов. Споры на тему правильной настройки П-контура возникают время от времени между радиолюбителями в эфире. Я решил изложить в блоге своё видение данного процесса. Если вы с ним не согласны - оставляйте комментарии...

Размышления о настройке П-контура.

Как всем известно, П-контур выполняет несколько важных функций: трансформацию сопротивлений (относительно высокое эквивалентное сопротивление лампы R0e в сопротивление нагрузки/антенны), фильтрацию гармоник основного сигнала (начиная со второй), достраивание части положительного полупериода синусоиды импульсного сигнала, приходящего с лампы на вход П-контура. Последняя из перечисленных функций определяется добротностью П-контура (Q) и чем добротность выше - тем точнее описывается синусоидальный сигнал, тем выше линейность сигнала и ниже уровень гармоник, при этом, ниже КПД П-контура и выше тепловые потери на элементах П-контура.

От уровня подавления гармоник зависит, в частности, уровень IMD3 (главным образом, от второй гармоники) и при низком подавлении второй гармоники (менее 30дБ) никогда не получишь достаточного значения линейности сигнала (34дБ при испытании двумя тонами относительно уровня любого из двух тонов). Настройка П-контура - это поиск компромисса между КПД/выходной мощностью и линейностью сигнала. Причём, эти параметры находятся в противоречии друг с другом: увеличивая КПД/мощность - мы теряем в линейности, повышая линейность (увеличивая добротность Q всего П-контура) - теряем в мощности и больше ВЧ-энергии рассеивается в тепло.

Настраивая П-контур на эквивалент, мы можем получить резонанс при различных положениях холодной ёмкости (подстраивая при этом резонанс горячей ёмкостью) при неизменном значении индуктивности катушки П-контура заданного диапазона. Однако, разница будет в том, что в одном случае мы получим недонапряжённый режим (высокую линейность, низкую выходную мощность при повышенном выделении тепла на аноде лампы и размытый резонанс), в другом - перенапряжённый (низкая линейность, повышенный уровень внеполосных излучений, но высокий КПД и совокупную выходную мощность), либо критический/граничный режим - оптимальный баланс между КПД/выходной мощностью и линейностью сигнала.

Попробую описать три обозначенных случая на воображаемом П-контуре для усилителя на триоде или псевдо-триоде (тетрод или пентод с гальванически заземлёнными сетками).

Представьте себе ручку настройки холодной ёмкости и верхнюю половину циферблата от 9 часов до 3 часов в направлении по часовой стрелке вокруг этой ручки. Выкрутив ротор холодного конденсатора по часовой стрелке на максимальное значение в положение 3, мы имеем  его максимальную ёмкость (допустим, она выше расчётной при заданной добротности). Ротор горячего конденсатора с аналогичной шкалой устанавливаем в положение 12, тем самым, расстраивая П-контур (предполагаем, что резонанс будет находиться в области между отметками 1 и 2). Кратковременно подав на вход усилителя исходный сигнал, запоминаем значение анодного тока. Допустим, получили 500мА. Известно, что провал анодного тока в резонансе должен составлять не более 15% (я предпочитаю не более 10%). Таким образом, при настройке П-контура в резонанс горячей ёмкостью (положение холодного конденсатора пока не меняем), мы должны получить ток 450мА (для величины провала 10%). Если в нашем примере с положением холодного конденсатора на 3 мы получим провал, скажем, 150мА (ток анода 350мА) - лампа работает в перенапряжённом режиме. В этом случае, мощность у нас будет максимальной, по сравнению со следующими двумя экспериментами, которые мы проведём дальше, однако, прирост мощности, отображаемый нашим индикатором настройки антенны и измерителем мощности, будет происходить за счёт увеличения уровня продуктов интермодуляции нечётных порядков, т.е. побочных излучений.

Изменяем положение холодного конденсатора на 2, т.е. выкручиваем его против часовой стрелки на одно деление по циферблату. Не изменяя уровня входного сигнала, снова подстраиваем горячей ёмкостью П-контур в резонанс, смотрим значение анодного тока. Если оно составило 450мА (провал - 50мА, т.е. 10%) - мы достигли критического/граничного режима настройки П-контура. В этом случае, выходная мощность по показаниям приборов у нас будет меньше, как и КПД всей системы, но при просмотре усиленного сигнала на контрольном приёмнике вдруг окажется, что уровень полезного сигнала не изменился, при том, что уровень внеполосных излучений значительно уменьшился. Это - тот самый компромисс, о котором я упоминал выше.

Идём дальше. Устанавливаем холодный конденсатор на отметку 1. Настраиваем резонанс, резонанс уже не такой острый и получаем провал анодного тока, скажем - 10мА (показание анодного миллиамперметра - 490мА). Это значение составляет 2%, как не трудно посчитать. В этом случае, КПД и выходная мощность у нас получатся минимальными (по отношению к двум примерам, описанным ранее), но если мы посмотрим линейность усилителя методом испытания думая тонами, то будет заметно, что линейность имеет максимальное из полученных ранее значений. Тем не менее, лампа используется не в той степени, в которой это возможно и мириться со значительной потерей мощности даже при более высокой линейности вряд ли целесообразно. Как вы, наверное, догадались, речь шла о недонапряжённом режиме.

Зависимости.

Увеличивая ёмкость холодного конденсатора, уменьшаем связь усилителя с нагрузкой/антенной, т.к. больше ВЧ-энергии шунтируется через холодную ёмкость на РЧ-землю. Наблюдается прирост мощности, но за счёт роста уровня побочных излучений (продукты интермодуляции нечётных порядков), провал анодного тока - более 15%, наблюдается острый резонанс, меньше рассеивается тепла на анодах ламп, КПД достаточно высок, ток сетки заметно растёт, каскад работает в перенапряжённом режиме. 

Уменьшая ёмкость холодного конденсатора, увеличиваем связь усилителя с нагрузкой/антенной, т.е. больше ВЧ-энергии поступает в нагрузку/антенну. В некоторой степени улучшается линейность сигнала, уменьшается уровень побочных излучений, полезная мощность максимальна при допустимом уровне искажений, провал анодного тока находится в пределах 10-15%, КПД несколько ниже, чем в перенапряжённом режиме - граничный/критический режим.

Ещё больше уменьшаем ёмкость холодного конденсатора, увеличивая связь с нагрузкой/антенной. Заметно падает полезная мощность в резонансе, линейность сигнала увеличивается, провал анодного тока менее 10%, резонанс размыт, КПД минимальный, значительная часть подводимой энергии рассеивается на анодах ламп, ток сетки минимальный - недонапряжённый режим.

В процессе поиска оптимальной настройки П-контура желательно следить за током сетки, величина которого не должна превышать примерно 25% от тока анода. Что касается общего тока катода, то здесь ориентиром может служить его эмиссионная способность. Например, если предельный ток эмиссии катода составляет 600мА, то величиной 125мА можно ограничиться для тока сетки и 475мА - для тока анода. На практике, лучше использовать несколько меньшие значения данных токов, чтобы не сокращать ресурс работы лампы... 

Предлагаю вам проделать данный эксперимент самостоятельно и убедиться в том, о чём я написал выше. Помните, что при расстройке П-контура, основная часть подводимой мощности рассеивается на анодах ламп, а в перенапряженном режиме - на сетках. Поэтому, измерения нужно производить максимально быстро или использовать посылку серии точек с манипулятора на высокой скорости, что будет заметно снижать нагрузку на аноды ламп.

Что касается желаемой линейности сигнала (уровня IMD3/5/7 и т.д.), то критерий оценки здесь - уровень IMD3=34дБ относительно уровня каждого из двух тонов. Имея возможность подавать двухтональный сигнал (или сигнал PSK) и контролировать его на дополнительном приёмнике, необходимо следить за тем, чтобы уровень продуктов интермодуляции более высоких порядков не превышал уровни продуктов интермодуляции более низких порядков. Т.е. уровень IMD5 не должен быть выше, чем уровень IMD3 (эффект можно наблюдать в перенапряжённом режиме) и т.п. В то же время, в порядке убывания, предпочтение лучше отдавать критическому/граничному режиму или недонапряжённому.

проверка линейности усилителя двумя тонами

Картинка сделана на квадратурном контрольном SDR (не обращайте внимание на два зеркальных пика относительно нулевой ПЧ). На данной картинке показана линейность на мощности 400Вт (в режиме нажатия) с DDC/DUC-трансивера, далее усилителя на RD16 и двух ГИ-7Б в оконечном каскаде. Кстати, такого быстрого затухания продуктов интермодуляции, как в усилителях на триодах, с другими схемами включения ламп мне получать не удавалось...

Что касается порядка настройки тетродов или пентодов в других схемах включения (с ОК или ОС, заземлёнными по ВЧ), то здесь методика настройки будет несколько отличаться и важнейшим критерием будут являться показания миллиамперметра в цепи экранной сетки при недопустимости возникновения токов управляющей сетки. Задача: не превышать предельные паспортные значения допустимой мощности рассеивания экранной сетки. Зная эту величину и напряжение со стабилизатора экранной сетки, можно определить максимальный ток сетки, который важно постоянно контролировать при настройки контурной системы в резонанс.

Ссылка по теме.

 

Просмотров: 5191 | Добавил: MK748 | Теги: добротность П-контура, Настройка П-контура, линейность КВ-усилителя | Рейтинг: 0.0/0
Всего комментариев: 0
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]
Вход на сайт
Поиск
Календарь
«  Апрель 2020  »
ПнВтСрЧтПтСбВс
  12345
6789101112
13141516171819
20212223242526
27282930
Архив записей
Друзья сайта
Copyright MyCorp © 2024
Бесплатный хостинг uCoz