Ред.04.05.2020

В этой заметке не будут приводиться намоточные данные катушек и значения ёмкостей входных П-контуров для каждого диапазона. Этой информации достаточно в сети. Например, можно воспользоваться готовыми расчётами от UR5MD для различных ламп и схем их включения. Я же хочу здесь упомянуть о том, в чём различие между одним и тем же схемным решением (два конденсатора и одна индуктивность) для схем с общим катодом (ОК) и общими сетками (ОС). Если сравнить приведённые данные номиналов элементов П-контуров для одних и тех же ламп на одни и те же диапазоны но в разных схемах включения, то будет заметно, что имеются существенные отличия. Связано это с тем, что входные П-контура выполняют различные задачи в каждом из этих случаев.

В схеме с ОК (для тетродов и пентодов) входной П-контур нагружен на постоянный резистор в цепи сетки, имеющий фиксированное значение. Главное требование к данному резистору - безиндуктивность. Так же, по мощности рассеивания он выбирается исходя из мощности подаваемого на вход сигнала. Зная амплитуду входного сигнала и сопротивление нагрузки - получаем значение необходимой мощности рассеивания по формуле: Pрассеиваемая = Uэффективное x Uэффективное / Rнагрузки, где Uэффективное = Uамплитудное / √2, Rнагузки - сопротивление сеточного резистора. За Uамплитудное можно принять напряжение смещения (по модулю), т.к. мы планируем работать без тока управляющей сетки. В этом случае, расчётная рассеиваемая мощность сеточного резистора будет максимальной.

Конструктивно, сеточный резистор рекомендуется включать ближе к сетке лампы при минимально возможной длине контактов. Чем больше сопротивление резистора - тем легче получить заданную амплитуду на сетке лампы, т.к. понадобится меньшая мощность от передатчика. Благодаря этому обстоятельству удаётся получить высокий коэффициент усиления по мощности. Однако, увеличение сопротивления сеточного резистора ведёт в повышению вероятности нестабильной работы усилителя. На практике, применяются значения от 50Ом до 2кОм. Когда говорят, что потребляемая мощность по входу усилителя равна нулю - имеется в виду отсутствие сеточных токов (когда амплитуда положительного полупериода входного сигнала на сеточном резисторе не превышает величину отрицательного значения напряжения смещения по модулю) в нормальном режиме работы лампы. Усилитель работает в классе AB1 или B1, в зависимости от выбранной рабочей точки лампы, задаваемой величиной отрицательного напряжения смещения на управляющей сетке.

Главная задача входного П-контура усилителя мощности по схеме с ОК - трансформация сопротивлений между выходом передатчика и входным сопротивлением лампы, коим будет являться выбранный номинал сеточного резистора. Для точной подстройки элементов П-контура желательно иметь подстроечные ёмкости. Добротность (Q) П-контура выбирается, как правило, не более 5-ти. Настроить П-контур проще всего антенным анализатором. При этом, напряжения на электроды лампы можно не подавать. Достаточно будет перевести входное реле в режим передачи, если вся коммутация в усилителе уже распаяна.

В схеме с ОС (для триодов, тетродов/пентодов с заземлёнными сетками по ВЧ, тетродов/пентодов в псевдо триодном включении) входной П-контур выполняет несколько иные функции. За счёт своей способности поддерживать затухающие колебания в течение некоторого промежутка времени, тем самым, он создаёт для выходного каскада передатчика более-менее постоянную нагрузку на положительном полупериоде сигнала, когда лампа заперта и её входное сопротивление стремится к бесконечности. Здесь, П-контур работает по принципу маятника. Причём, способность достраивать недостающую часть синусоидального сигнала, тем выше - чем выше добротность входного П-контура усилителя мощности. На практике, её имеет смысл выбирать не меньше, чем для схем с ОК. 

Дело в том, что лампа в схеме с ОС (триод или тетрод/пентод в режиме псевдо-триода с положительным смещением на катоде), в зависимости от выбранного тока покоя лампы, открывается на части положительного полупериода (класс AB1 при амплитуде входного сигнала не превышающем напряжение смещения либо класс AB2 при амплитуде входного сигнала, превышающей напряжение смещения), далее, в течение отрицательного полупериода сигнала, либо только в течение большей части отрицательного полупериода сигнала (класс B2). При этом, входное сопротивление лампы изменяется в меньшую сторону и становится минимальным на отрицательном пике синусоиды. Его величина равна приблизительно 1/s (обратна крутизне лампы). На положительном же полупериоде входного синусоидального сигнала положительное напряжение смещения увеличивается и достигает максимального значения на пике положительного полупериода. Лампа запирается ещё больше, ток через лампу практически не течёт, а входное сопротивление лампы (сетка-катод) стремится к бесконечности. Если не принимать никаких мер для согласования передатчика по входу усилителя, то в сигнале с передатчика возникает асимметрия (положительный полупериод будет иметь большую амплитуду, нежели отрицательный), что приводит к искажению сигнала уже на выходе самого источника/передатчика и невозможности подстроиться, например, с использованием автоматического встроенного или внешнего антенного тюнера.

Ситуация с согласованием в случае со схемой с ОС усложняется тем, что входное сопротивление изменяется и от уровня/мощности входного сигнала и зависит от частоты входного сигнала. Поэтому, финальную настройку входного П-контура в усилителе с ОС необходимо проводить при расчётной мощности входного сигнала, при настроенном выходном П-контуре на середине выбранного диапазона. Здесь уже не поможет антенный анализатор, т.к. он не сможет обеспечить достаточную мощность входного сигнала. В целом, в момент настройки ориентироваться можно по минимальным показаниям КСВ-метра трансивера.

Необходимо учесть для схемы с ОС, что ёмкость соединительного коаксиального кабеля передатчик-усилитель (≈60пФ на 1м) будет входить в суммарную ёмкость первого конденсатора П-контура, а ёмкость монтажа и ёмкость участка сетка-катод - в суммарную ёмкость второго конденсатора. При точной настройке входного П-контура при КСВ, близким к единице, в схеме с ОК длина соединительного кабеля не имеет значения (следует из теории и проверено на практике). Разумеется, волновое сопротивление кабеля должно совпадать со входным сопротивлением контура.

Входные П-контура и в схеме с ОК и в схеме с ОС производят определённую фильтрацию гармоник полезного сигнала. Однако, данная функция является, по большей части, вторичной. Как правило, с нормального передатчика/трансивера уже выходит достаточно чистый и отфильтрованный сигнал. Тем не менее, необходимо понимать, что подавая с трансивера 5-10Вт на раскачку усилителя с ОК, изначально мы имеем более линейный сигнал, нежели подавая все 100Вт на вход усилителя с ОС с того же трансивера, если речь идёт о получении одной и то же выходной мощности.

Считается, что усилитель по схеме с ОС имеет меньший уровень побочных излучений за счёт присутствующей отрицательной обратной связи (ООС) по току (при условии хорошего согласования по входу). Однако, если вы изначально подаёте на усилитель с низким коэффициентом усиления более мощный сигнал с меньшей линейностью, то никакая обратная связь ситуацию не улучшит. Кроме того, как правило, ток сетки в этих усилителях никто не контролирует, а он (согласно источникам) не должен превышать приблизительно четверть тока анода (значение подтверждено на практике) и максимально допустимую мощность рассеивания на управляющей сетке. В противном случае, сетка быстро превращается в генератор гармоник в широком спектре частот.

Доп.литература по настройке входных цепей УМ с различными схемами включения ламп.

Пример настройки входного П-контура на диапазон 80м с сеточным резистором 1кОм в схеме с ОК:

Продолжение следует...