ред.30.05.2021
Часть-1
14.01.2015
Всем, кого интересуют вопросы усилителестроения - рекомендую прочесть цикл статей Сергея Пасько. Данный материал, по своей полезности и эффективности, можно сравнить со статьями Вадима Пузанова, относительно построения УМЗЧ...
В частности, Сергей приводит интересную теоретическую формулу:
Pвых = Pa*КПД/1-КП
Применив её к случаю с ГУ-50 получается, что в классе В с лампы можно снимать до 120Вт мощности при низком уровне ИМД.
Pвых=40Вт*0,75(класс В)/1-0,75=120Вт
Увеличивая напряжение экранной сетки (до разумных пределов), мы смещаем АСХ лампы влево, увеличивая прямолинейный участок характеристики, без захода в область токов управляющей сетки (отметка 0В по оси X). Сохраняя ток покоя лампы на уровне режима работы в классе В, мы увеличиваем напряжение смещения (по модулю), соответственно на вход можем подать больший уровень входного сигнала.
Я слышал, что полтинники в схеме с общими сетками качают чуть ли не до ампера, аноды становятся красными>>оранжевыми>>желтыми>>белыми и только потом лампа сгорает. Однако, меня интересует именно вариант с максимальной мощностью на лампу при низком уровне ИМД, а получить его возможно не заходя в положительную область токов управляющей сетки. При уровне тока управляющей сетки, превышающем значение рассеиваемой мощности в 1Вт (максимально допустимая мощность, рассеиваемая управляющей сеткой для лампы ГУ-50) - сетка становится сильным генератором помех в широком спектре частот... В схеме с гальваническим соединением все сеток с землёй, управляющая сетка работает с сильной токовой перегрузкой, со всем вытекающими отсюда прелестями.
Примерно то же самое касается и работы экранной сетки. При экранном напряжении +300В относительно катода, ток сетки не может превышать значения 16мА на лампу (П-контур в резонансе), чтобы не превышалась предельно допустимая мощность, рассеиваемая экранной сеткой. Если Uэкр=+250В, то Iэкр.макс=20мА, соответственно. При недонапряженном режиме ВКС этот ток будет меньше, при перенапряженном - больше. В первом режиме будет лучше фильтрация сигнала, во втором - более высокий КПД лампы... Из источников рекомендуется выбирать недонапряженный режим или граничный. Во время настройки, ток экранной сетки желательно постоянно контролировать отдельным прибором.
Что касается определения класса работы УМ. Предполагаю, что определить экспериментальным путём его проще всего по соотношению отдаваемой мощности к подводимой (КПД). Теоретический предел класса В - 0,785. Так что, получив значение около 0,7 - можно считать, что усилитель работает в классе В. Например, при утроении сетевого напряжения, общем токе 0,4А (380мА - общий ток анодов, 24мА - общий ток экранных сеток) и 240Вт отдаваемой мощности - это соотношение у меня получается около 0,65. Ток покоя на три лампы - 90мА. Т.е. теоретически, УМ работает в режиме, близком классу В1 (без тока управляющих сеток) и ток покоя ещё можно несколько уменьшить, не сильно потеряв в качестве сигнала...
17.01.2015
Сегодня поиздевался над лампами. Увеличил экранное напряжение до 300В (два стабилитрона КС650А, балластный резистор - 450Ом, составной, ток цепи стабилитронов в режиме покоя - 15мА, при тональной посылке падает до минимального значения около 5мА, экранное напряжение не проседает ниже 300В), -55В напряжение смещения (Д816Д+Д815В) при токе покоя 80мА на три лампы (КПД получается около 0,67-режим, близкий классу В), резистор утечки экранной сетки - 3шт.5,6кОм.5Вт последовательно. При токе анодов 500мА получил 300Вт полезной мощности. Что интересно - аноды ламп не калятся... В эфире не отметили сплеттеров в моем сигнале. В общем, результатом доволен!
18.01.2015
В процессе подбора режимов работы стабилитронов в источнике экранного напряжения, попробовал вариант прямой подачи напряжения с нижней ступени умножителя, т.к. разницы между исходным и стабилизированным напряжением почти нет. Если же будет использоваться умножитель на 4, и будет использоваться подключение к средней точке умножителя - тогда, без стабилизатора уже не обойтись.
В данном случае, на холостом ходу напряжение источника составляет около 320В, под нагрузкой при общем токе сеток до 35мА, напряжение составляет около 305В. Через резистор утечки с экранной сетки протекает ток около 30мА. При общем токе анодов около 0,5А сетки не перегружены по рассеиваемой мощности (напомню, максимальное значение для ГУ-50 - 5Вт). Анодное напряжение проседает до 915В, если это можно назвать просадкой...
Схема напряжения для экранной сетки сильно упростилась. После предохранителя в источнике питания, напряжение идет через миллиамперметр на экранную сетку. Миллиамперметр на 100мА зашунтирован встречно-параллельными диодами и конденсатором 0.1мкФx400В. Непосредственно к сетке подключен конденсатор заземления по ВЧ 0,1мкФ/400В, электролит 10мкФ/450В для подавления паразитной модуляции, сеточный составной резистор 2шт.x5,6кОм/5Вт и защитный варистор на 390В. Отдельного выключателя экранного напряжения пока нет, но его обязательно нужно использовать и включать напряжение экранной сетки после прогрева накала и подачи полного анодного напряжения. Ток покоя пришлось поднять до 90мА, т.к. удаленные корреспонденты отмечали ограничение сигнала снизу...
Т.к. экранное напряжение увеличилось - возрос ток запертых ламп до неприемлемого уровня около 40мА - пришлось сделать умножитель напряжения на два для стабилизатора напряжения смещения управляющей сетки, получив смещение около -130В в режиме RX. При таком запирающем напряжении анодного тока через лампы практически нет. Сопротивление балластного резистора пришлось увеличить до 10кОм. Ток через цепочку стабилитронов в режиме TX составляет 6мА, напряжение смещения составляет -54В.
Думаю, что остановлюсь на таком варианте схемы усилителя на трех полтинниках...
11.10.2015
Макет разобран, т.к. желаемый результат достигнут, да и слишком много места он занимал на рабочем столе. Впереди новый проект - PA на ГК-71 с бестрансформаторным питанием при умножении сетевого напряжения на 6, подачей экранного напряжение и напряжения смещения на управляющую сетку. Раскачку попробую в катод и сетку...
26.11.2016
Прошло больше года, прежде чем я вернулся к этой теме. Причиной послужило то, что гибридный усилитель на IRF630 и двух ГУ-50 с раскачкой от пассивного смесителя самодельного СДР выдавал только 60Вт. Далее, сигнал начинал искажаться. Это хорошо было видно при подаче двухтонального сигнала (появлялась трапеция).
Решил попробовать схему с общим катодом. Схема пентода с ОК сложнее, но имеет ряд преимуществ: стабильное входное сопротивление, высокий Ку по мощности (относительно низкая мощность раскачки), лампа работает в комфортном режиме, передатчик всегда видит нагрузку 50Ом (при правильной настройке входных цепей с учётом емкости выбранного соединительного кабеля). Недостатки: схема сложнее (необходимость применения напряжения смещения и экранного напряжения), более склонна к самовозбуждению (высокие требования к монтажу), большой ток покоя (мощность, рассеиваемая анодом близка к предельным паспортным значениям), полезная мощность ниже, нежели снимаемая с лампы по схеме с общими сетками.
Мощность источника сигнала моего QRP-усилителя для СДР составляет до 4Вт, чего должно было хватить, согласно расчетам. В сетку решил поставить составной резистор общим сопротивлением 3кОм и рассеиваемой мощностью 4Вт (на схеме ниже показаны резисторы по 2Вт). По входу применить П-контур для согласования выходного сопротивления усилителя 50Ом с входным сопротивлением оконечного усилителя 3кОм. Расчет производил по калькулятору И.Гончаренко. По источникам, для входных П-контуров рекомендуется применять добротность Q в пределах 2...5. Однако, при задаваемых исходных данных, менее 8-ми калькулятор расчет не производил... В конечном итоге, схема приобрела следующий вид:
Ку по мощности получился 35, что соответствует 15,4дБ или более двух с половиной баллов по шкале S-метра. В принципе, желаемый результат получен (не менее ста ватт на выходе). Есть идея, попробовать сопротивление в цепи управляющей сетки 50Ом (раскачки с СДР должно хватить). На выходе QRP-усилителя установлен LPF-фильтр, рассчитанный на входное/выходное сопротивление 50Ом.
27.11.2016
Сделал в макете входной П-контур для согласования 50Ом-3кОм. Интересна была широкополосность контура при добротности Q=8. Для диапазона 40м её вполне хватает. КСВ на краях диапазона вполне приемлем. От себя могу добавить, что настроить КСВ контура близким к единице без подстроечных элементов практически невозможно... Теперь его необходимо установить в корпус усилителя и снова подстроить уже в боевом режиме...
26.04.2020
После длительного перерыва вернулся к данному усилителю с целью измерения характеристик. Входной П-контур настроил с помощью антенного анализатора, соединив его кабелем определённой длины (ёмкость кабеля входит в общую ёмкость входного конденсатора). Контур получается очень широкополосным (несколько МГц), что подтверждает его низкую добротность. При токе покоя 50мА на лампу (после установки другого комплекта подобранных лам) не удалось получить качественного сигнала в SSB и только с увеличением тока покоя до 70мА на лампу усилитель выдавал приемлемый звук. В цепочке смещения установлен стабилитрон Д816Г и диод FR607, напряжение смещения составило -39,5В. При 2Вт по входу на выходе получалось 80Вт при токе анодов 240мА, при 3Вт по входу выходная мощность составила 100Вт при 280мА токе анодов (при 1000В анодного, КПД составил всего лишь 36%). Тепловой режим для лам достаточно тяжёлый и необходим хороший отвод тепла. Кроме того, усилитель очень неэкономичен (140Вт потребления только по анодам в режиме молчания). При этом, получить безупречную линейность мне так и не удалось (верхушки двухтонального сигнала искажены).
Планирую уменьшить экранное напряжение до +250В. К сожалению, уменьшить анодное напряжение возможности нет. Ещё одна мысль - попробовать раскачку в катод при схеме с ОС по ВЧ с целью получения лучшего КПД и большей линейности.
02.05.2020
Пошёл другим путём. Попробовал несколько иную схему:
При таком включении сразу пропали видимые искажения в двухтональном сигнале на пиках. С сеточным резистором 2кОм (на схеме - 3кОм) коэффициент усиления (Кус) по мощности получился более 120 . При подаче на вход чуть меньше 1Вт при идеальном согласовании входной цепи, на выходе получил 120Вт при провале анодного тока 15%. Остальные параметры: Ua=950В, Ia = 250mA, Ia0=70mA, Uэкр.с2=+298В, Uсм.с1=-49,6В, мощность рассеивания на аноде составила 65Вт на лампу, КПД=48%, класс АВ1, добротность выходного П-контура=16.
По поводу настройки провала анодного тока. При чрезмерной или недостаточной ёмкости холодного конденсатора выходная мощность резко падает. В первом случае, уходим в перенапряжённый режим, во втором - недонапряжённый. Последний сопряжён с повышенной мощностью рассеивания на анодах ламп.
30.05.2021
После длительного перерыва и после сборки очередного трансивера, возникла необходимость в усилении сигнала. Поскольку, минимальная исходная мощность сигнала после ШПУ на 2xRD16 при питании 24В составляла 7Вт - потребовалась переделка усилителя до варианта с общими сетками, заземлёнными по ВЧ и раскачкой в катод, т.к. для схемы с ОК входная мощность была избыточна. Схема переделки выглядит так:
Я делал однодиапазонный вариант. Номиналы деталей входного согласующего П-контура для диапазона 80м получились следующие:
С1 - 1320пф;
С2 - 820пФ;
L1 - 3,4мкГн.
Конденсаторы использовал КСО, СГМ и подстроечные с воздушным диэлектриком. Индуктивность намотана проводом 0,35 на оправке 12мм и содержит 16 витков. КСВ по входу получился около 2,5.На самом деле, я пришёл к выводу, что оптимально использовать катушку с ферритовым сердечником для более тонкой настройки. Катодный дроссель выполнен тем же проводом на оправке из фторопласта 12мм, длина намотки - около 9см. Индуктивность дросселя должна быть около 70мкГн. Он, так же, должен быть выполнен на оправке без всякого феррита или колец. Диаметр и тип провода можно использовать такой же, как и для анодного дросселя. К слову, индуктивность моего дросселя составила всего 56мкГн, но, поскольку, он был уже готов - переделывать его я не стал.
Балластный резистор для стабилитронов подбирается таким, чтобы ток через стабилитроны был близким к минимально допустимому, чтобы при возникновении тока управляющей сетки при перегрузке, стабилитрон не вышел из режима стабилизации (общий ток через стабилитрон при этом возрастёт).
Наличие ёмкостей у управляющей и экранной сетки - обязательно, как и резистора утечки в цепи экранной сетки. Дроссель в цепи смещения использовал промышленный, типа EC-24-101K.
При такой схеме подключения и двух лампах ГУ-50 удалось получить следующие результаты:
Pвх=7Вт, Pвых=110Вт, Ia=190мА в резонансе, Uа=975В, Uэс=290В, ток покоя - 50мА;
Pвх=9Вт, Pвых=150Вт, Ia=240мА в резонансе, Uа=960В, Uэс=290В, ток покоя - 50мА;
Если выходная мощность вашего радио составляет не более 10Вт - такой вариант усилителя можно смело использовать для получения стандартных 100Вт.
Преимущество схемы с ОС заземлёнными по ВЧ перед схемой с ОС гальванически замкнутыми на землю состоит в том, что лампа работает в комфортном для себя пентодном включении, т.е. нет токовой перегрузки первой и второй сеток (что приводит к генерации помех в широком спектре частот), имеет более гибкие возможности в плане регулировки тока покоя, требуется меньшее анодное напряжение и раскачка по входу, т.е. Ку по мощности получается выше. Схема с ОС заземлёнными по ВЧ - деликатнее, но заметно сложнее, т.к. требует наличия двух стабилизаторов, к каждому из которых предъявляются соответствующие требования. Кроме того, желательно использовать дополнительный прибор для контроля тока экранной сетки. Требуется несколько больший ток покоя ламп, но существенно меньший, чем при схеме с ОК. Выходная мощность получается меньше, чем в схеме с ОС, глухо сидящими на земле. Тем не менее, получить 200Вт и более с трёх ГУ-50 при входной мощности 12-15Вт по данной схеме вполне возможно.
Продолжение следует... |
Главная 
