КВ-УМ на ГУ-50 - стенд для экспериментов - 24 Октября 2014

Материал, изложенный в данной теме, будет периодически редактироваться и дополняться, согласно новым экспериментам и вновь полученным данным... Поскольку, я - любитель, а не профессионал - моя точка зрения на те или иные вещи может быть ошибочной. Буду благодарен, если Вы заметите какую-то неточность в описании или ошибку в подходе к какому-либо вопросу и сообщите мне об этом через форму обратной связи на сайте.

Так уж получилось, что в свободное время я люблю почитывать теорию и радиолюбительские форумы. Одна из любимейших тем - построение УМ на лампах ГУ-50 и другом "стекле". Поскольку, первый мой купленный КВ-УМ был, как раз, на 4-х лампах ГУ-50 и очень скоро сподвиг меня на эксперименты с различными схемами включения ламп - я решил соорудить нечто вроде стенда для увлекательного творчества. Цель - иметь возможность для исследования схем на различных лампах, вплоть до ГУ-81М. К продувной металлокерамике интереса у меня нет...

Давно в загашнике уже пылилась пара мощных КПЕ, ГК-71 с панелькой и куча всякого другого добра, собираемого в разное время под будущий проект. Очень захотелось попробовать схему с общими сетками, заземленными по ВЧ, стабилизировать все напряжения, попробовать раскачку в катод и управляющую сетку и т.п. После сборки КВ-УМ на 2-х ГИ-7Б и SDR-трансивера, я еще и еще раз ловил себя на мысли, что работа в эфире на поиск и вызов, как таковая, меня не очень привлекает и довольно быстро я теряю к этому интерес... Собирать еще один усилитель, как полностью законченное устройство, которое будет выполнено по какой-то одной схеме - тоже стало не интересно. Поэтому, я решил заняться, наконец, творчеством и перепробовать все мыслимое и немыслимое...:)

Начать эксперименты решил с двух ГУ-50. Главный критерий - мощность сигнала раскачки (с прицелом на выход 10Вт с самодельного SDR-трансивера).

Сегодня сделал несколько фотографий - выложу их сюда в качестве промежуточного результата. Сборку начал с питания будущего стенда. Здесь пока сделан умножитель сетевого напряжения на 3, стабилизатор экранной сетки +250В, стабилизированное смещение -47В (перепробовал много разных вариантов стабилизаторов), стабилизатор питания +27В входного/выходного реле и накал +12,6В/1,5А.

Сегодня попробовал сделать тестовый запуск... Холодную настройку П-контура не проводил (не хватило терпения:)). К сожалению, конструкция возбуждается при разных положениях КПЕ. Факт возбуждения легко определяется по шуму в компьютерных динамиках, свету неонки по всей длине дросселя и катушке контура, возрастающему анодному току. Попробовал снять резонансы анодного дросселя - ничего внятного не получилось - исходный сигнал, сам по себе, сильно отличается по амплитуде. В общем, видимо, придется начать с настройки ВКС, победить возбуды, померить среднее входное сопротивление (схема - бестрансформаторная и используется входной трансформатор на бинокле из ферритовых трубок от мониторного кабеля)... Возможно, временно нужно будет перейти на схему со всеми сетками на земле, чтобы минимизировать кол-во неизвестных в этом уравнении.

Нашел ошибку в реализации входной цепи. Методом "научного" перебора нашел резонанс П-контура, в котором пока используется только ВЧ-катушка. Задача - вогнать частоту резонанса контура в середину диапазона 20м. Резонанс оказался на частоте 14,600МГц, что несколько выше необходимого. На этой частоте с двух ламп при общем токе анодов 240мА удалось получить 82В ВЧ-напряжения, что близко к расчетным данным. Ток покоя - 30мА. На больших токах, в режиме несущей, были подобраны лампы по идентичной интенсивности свечения анодов - народный метод :))) По входу пока нет согласования на П-контурах и использовался автоматический тюнер MFJ-929. Использование П-контуров позволит снизить входную мощность сигнала и нагрузить выход трансивера на внятную нагрузку. Отдельно нужно будет уделить внимание подбору кол-ва витков входного ВЧ-трансформатора на бинокле. Главное, что кол-во неизвестных в уравнении постепенно сокращается... ;)

Занялся изготовлением НЧ-катушки П-контура. В качестве оправки для намотки использовал пластиковую сантехническую трубу диаметром 50мм. Намотка производилась медным проводом 2мм без лаковой изоляции, виток к витку, всего - 42 витка. Вырезал оправку из стеклотекстолита. Пилить каркас и рассверливать два ряда отверстий с шагом в 3мм пришлось около часа, еще столько же ушло на процесс ввинчивания спирали из провода в оправку. К сожалению, не убрал сразу стеклотекстолитовую пыль, в результате, получил сильное отравление (боль в горле, температура и т.п.). К сожалению, дальнейшие работы пришлось прекратить на несколько дней. В общем, получил хороший урок и хочу всех предостеречь - используйте средства защиты органов дыхания и глаз при подобных работах... Тем не менее, в этот день я замерил полученную катушку - 30мкГн. Подобрал выводы для диапазонов 80м и 40м, согласно калькулятору Игоря Гончаренко, подключил катушку к контуру и сделал пару замеров - отдача на эквивалент на диапзоне 80м была в районе 120Вт, на диапазоне 40м - только 100Вт при чрезмерно большом токе экранных сеток. Уровень входного сигнала в обоих случаях был около 10Вт. В случае с диапазоном 20м при том же уровне входного сигнала, отдаваемая мощность была около 140Вт при токе экранных сеток не более 30мА на две лампы. Из чего я делаю вывод, что на НЧ-диапазонах в П-контуре происходили большие потери. Предположений - 2: плохой контакт в точке соединения двух катушек (на тот момент, только под саморез) и часть катушки свыше необходимого, "висящая в воздухе", которой быть не должно, по хорошему... Так же, НЧ-катушка была размещена довольно далеко от переключателя диапазонов и соединительные провода имели чрезмерную длину.

Что касается способа изготовления НЧ-катушки П-контура - в качестве эталонного варианта я для себя определил конструкцию Сергея Марченко. Одкако, если не использовать диапазон 160м, то в большинстве случаев, кол-во витков и длина катушки будет несколько меньше... Подбирать эти параметры нужно будет эмпирическим путём. Из основных критериев: диаметр оправки - от 40мм, шаг намотки - не менее диаметра используемого провода (в моём случае получилось несколько меньше), диаметр самого провода (при малых и средних мощностях) - от 1.5мм и выше.

Начну, потихоньку, описывать схемные решения узлов, которые я применил в данный момент. Как уже говорилось ранее, собрать в очередной раз простую схему с сетками на земле - относительно просто и, потому, не интересно. Кроме того, по линейности, нагрузке на первую сетку и уровню входного сигнала, это решение далеко от оптимального...

Потому, процесс построения будущего стенда начался именно с блока питания, состоящего из умножителя сетевого напряжения (привлекает отсутствием тяжёлого и недешёвого трансформатора, большим энергетическим запасом, малыми размерами, необходимостью быть крайне осторожным и отдавать отчёт каждому своему действию). Использовал умножитель сетевого напряжения на 3. Конденсаторы применил 680мкФx400В Jamicon. На холостом ходу имеем около 970В, под нагрузкой до 300мА - около 920В. Блок питания включается в два этапа: 1-й этап - через резистор 240Ом/20Вт, для ограничения первоначального тока зарядки конденсаторов, 2-й этап - резистор замыкается перемычкой. Параллельно схеме умножения (до резистора с переключателем) включается накальный трансформатор ТН-32. За счёт мягкого пуска, так же, ограничивается токовый удар по накалам ламп. Процесс переключения осуществляется вручную, хотя, вполне можно сделать схему задержки на реле...

Следующий этап: стабилизатор экранного напряжения. Здесь, для начала, мы обязательно отправляемся читать §7 первоисточника, чтобы лучше себе представлять происходящие в лампе процессы с экранной сеткой и принцип реализации экранного напряжения для нее... Так же, очень полезный перевод материалов G3SEK.

Для ГУ-50 экранное напряжение, как правило, используется в диапазоне +250В...+300В. Скажу честно, стабилитроны и схемы стабилизации я в своей любительской практике ранее не применял. Поэтому, пришлось долго разбираться с режимами работы, купить кучу стабилитронов, делать большое кол-во измерений и т.п. В конечном итоге, схема приобрела следующий вид.

Чем необходимо руководствоваться: ток экранной сетки на одну лампу ГУ-50 не должен превышать 20мА(Uэкр=250В) при допустимой рассеиваемой мощности на экранной сетке - 5Вт. Соответственно, для двух ламп это будет 40мА. Таким образом, стабилизатор напряжения экранной сетки должен обеспечивать режим стабилизации с некоторым запасом, плюс, добавляется минимальный ток стабилизации самого стабилитрона (тоже, с запасом). Т.е. допустим, мы нагрузили наш стабилизатор на нагрузку, в которой потечёт максимальный ток 40мА . Минимальный ток стабилизации для стабилитронов серии КС6XXА - 5мА. Берём с запасом 10мА. На круг у нас получается, что ток в цепи стабилитрона(ов) на холостом ходу должен быть не менее 50мА. Плюс, 15-20мА потечёт через резистор утечки. С другой стороны, согласно приведенному выше руководству, рекомендуется использовать источник питания экранных цепей с внутренним сопротивлением 3-5кОм, что при напряжении +250В означает номинальный ток около 80мА. На это значение и нужно ориентироваться...

Следовательно, попытка собрать схему на адекватном кол-ве стабилитронов при суммарном напряжении стабилизации в указанных пределах, не увенчалась успехом, т.к. потребитель легко перегружает источник в процессе работы и стабилитроны данной серии работают на пределе разрешённых режимов. Было принято решение задействовать схему последовательного стабилизатора на мощном транзисторе КТ812А. При таком решении, требования к стабилитронам опорного напряжения резко снижаются в плане диапазона токов. К слову, удобнее применять транзистор BU508A(AF), т.к. благодаря пластиковому корпусу его можно закрепить на один радиатор со стабилитроном. Можно, конечно, собрать гирлянду из стабилитронов серии Д816X или даже Д815X, но такие решения мне не интересны...

Далее, по компонентам схемы. Резистором Rb* задаётся ток в цепи стабилитронов и на холостом ходу (стабилизатор не нагружен) он не должен превышать максимально допустимый ток стабилитрона(ов). При Rb*=1,2кОм, ток в цепи двух последовательно включенных стабилитронов в RX после прогрева ламп у меня составляет 28мА при напряжении на выходе около 275В и 22мА при напряжении 260В в TX. На полной мощности при тональной посылке ток экранных сеток при настроенном П-контуре не превышает 25мА. При меньших значениях тока через стабилитроны, если ток нагрузки увеличится до предельно допустимых значений, а в цепи стабилитронов он составит менее 5мА - стабилитроны выйдут из режима стабилизации и напряжение на выходе стабилизатора экранного напряжения резко просядет, чего допускать нельзя. Иначе, теряется сам смысл стабилизатора, как такового.

Конденсатор возле экранной сетки (как и возле управляющей) - заземление по ВЧ. Конденсатор 20мкФ-50мкФ необходим для предотвращения возникновения побочной модуляции (где-то вычитал у Пасько) - решил поставить. Составной резистор 2шт. 5,6кОм/5Вт последовательно - резистор утечки при динатронном эффекте экранной сетки (его значение подбирается для каждого типа лампы, если оно не приведено в тех.характеристиках) - обязателен к установке. Можно подобрать и меньшее сопротивление, не забыв посчитать рассеиваемую мощность на нем. Данный резистор, одновременно, является разряжающим для источника стабилизированного напряжения при выключении питания. Желательно, поставить варистор на напряжение 360-390В. Миллиамперметр на 100мА служит, как раз, для контроля тока экранных сеток. В режиме нажатия ключа этот ток добавляется к току через резистор утечки и это хорошо заметено. Пределы допустимого тока сеток превышать не рекомендуется. Так же, при настройке П-контура очень хорошо заметно, как растет этот ток при расстройке. Когда П-контур в резонансе - значение тока экранных сеток обычно находится в пределах 10-15мА на лампу. К слову, когда я столкнулся с пониженной отдачей на НЧ-бендах после установки НЧ-катушки - ток экранных сеток вырос заметно, что лично я интерпретировал как повышенный расход ВЧ-энергии на аноде лампы... Т.е. энергия не уходит в П-контур в должной степени и рассеивается на анодах и сетках ламп сверх допустимых сорока ватт на лампу.

Напряжение смещения управляющей сетки. Обратимся к §5 теории, постараемся хорошенько осмыслить и усвоить ее...

Здесь, я так же, применил стабилизацию из расчёта, что запас по току сетки(ок) должен быть в четыре и более раз выше общего тока сеток всех ламп, чтобы при появлении тока сетки, лампа не запирала сама себя растущим отрицательным напряжением и не уходила в глубокий режим С. Т.е. сам по себе ток управляющей сетки не так страшен, если не превышается максимально допустимая мощность, рассеиваемая на ней (в случае с ГУ-50 - это 1Вт) и если не меняется заданное отрицательно напряжение смещения, задающее рабочую точку лампы.

Я перепробовал много вариантов схем и, в какой-то момент, остановился на этой. Для контроля уровня тока сеток очень желательно иметь миллиамперметр, хотя бы, на этапе настройки. Как правило, его никто не устанавливает. Тем не менее, он очень полезен, если качество вашего сигнала в эфире вам не безразлично... Схемы с регулировкой напряжения многооборотным резистором я применять не стал, т.к. при возникновении тока сеток - ему некуда "стекать". Сетка, становясь генератором отрицательного напряжения, "упирается" в относительно высокое сопротивление регулировочного резистора и, как следствие, добавляет отрицательный потенциал к отрицательному напряжению смещения. В итоге, лампа запирается, переходя в класс С.

Чтобы сеточному току было куда стекать - лучше использовать простую схему параллельного параметрического стабилизатора. Появившийся ток сеток, при его возникновении, потечет через стабилитрон. Причем, нужно задать минимально допустимый ток стабилизации для последнего, чтобы при возникновении тока сеток, был запас по растущему общему току в цепи стабилитрона. При таком решении нет гибкости в настройке тока покоя, но за то, напряжение смещения стоит намертво даже при возникновении тока сеток. Как следствие, не происходит явного искажения сигнала (в разумных пределах, разумеется).

Регулировку смещения резистором, установленным параллельно источнику питания, снимая напряжение со среднего подвижного контакта и подавая его через дроссель на сетку, удобно использовать при тренировке и подборе ламп, чтобы при установке некоторого значения тока покоя, можно было оценить необходимое напряжение смещения. Соответственно, лампы, которым требуется примерно один уровень напряжения смещения, можно выделять в группы и ставить в схемы с жесткой стабилизацией без индивидуальной подстройки тока покоя каждой лампы.

Кстати, в процессе подбора ламп и подстройки напряжения смещения резистором - довольно красиво бахнул анодный предохранитель на 1А и пробился защитный диод миллиамперметра IN4007, включенный в прямом направлении. Берегите глаза! Проанализировав ситуацию, я пришел к выводу, что в какой-то момент времени произошло нарушение контакта в подвижной части резистора, пропало напряжение смещения, лампа оказалась открытой, ток через лампу моментально вырос, за чем последовала авария... В общем, подстройку напряжения смещения я теперь делаю при снятом экранном напряжении и в прямом направлении поставил параллельно еще один защитный диод. Максимальный ток через диоды, для пущей надежности, должен быть больше тока, на который рассчитан анодный предохранитель. К счастью, сам миллиамперметр на 50мА (использовался для отбора ламп при токе 34мА и анодном напряжении 950В) остался цел.

Позже, до меня дошло, что делитель напряжения нужно делать по другому, как это принято делать при построении УМЗЧ (а ля А.Манаков). Два резистора включены последовательно, один из них - подстроечный, причем его средний вывод подключен к одному из крайних выводов. Т.е. при регулировке, его сопротивление изменяется от нуля до номинала резистора. Крайние выводы цепочки резисторов подключаются параллельно к выходу источника напряжение смещения (вывод постоянного резистора - к плюсу источника напряжения смещения, который соединен с общим или нулевым контактом схемы). К средней точке двух резисторов делителя через резистор, скажем, 100к подключается управляющая сетка. При такой схеме обрыв цепи среднего подвижного контакта подстроечного резистора не приведет к бесконтрольному росту тока сеток и лампа останется целой, если правильно подобрать соотношения сопротивлений цепочки резисторов...

Для жесткой стабилизации я подобрал стабилитрон под напряжение смещения при котором ток катода на одну лампу получился в пределах 30-35мА после прогрева ламп. На прогрев ламп уходит около 10-ти минут. После этого ток покоя стабилизируется. Можно использовать цепочку стабилитронов для более точной настройки и предусмотреть переключение усилителя в режимы CW-SSB. Если не запирать лампы во время приема, то в этом случае увеличиваются энергозатраты, сокращается ресурс работы ламп и появляются дополнительные проблемы по отводу тепла... Я задействовал для коммутации стабилитронов свободную контактную группу входного реле РЭН-29, т.к. его напряжение на пробой между корпусом и обмоткой, между обмоткой и контактами составляет 750В. Напряжение смещения в RX составляет около -63В. Ток покоя трёх ламп оставляет около 4мА. После полного прогрева ламп (около полу-часа), при переходе в TX ток покоя ламп стабилизируется на заданном уровне.

Возвращаясь к току сеток. В штатном режиме ток управляющей сетки до 5мА на лампу считаю вполне допустимым. Правда, до проверки сигнала двухтоновым генератором при таких уровнях тока управляющей сетки, пока у меня дело не дошло. Так же, пока я не наблюдал ограничение сигнала на входе с помощью осциллографа, что делал многократно при построении ламповых УМЗЧ. Проверяя уровень возникающего тока управляющей сетки, неплохо контролировать и стабильность напряжения смещения. В моём случае оно меняется на десятые доли вольта...

Стабилизация питания реле. Впервые, решил застабилизировать и это напряжение. В стенде у меня сейчас используется два реле - РЭН34 и ТКЕ53ПД. Сопротивление обмотки первого - около 335Ом, второго - 190Ом. Соответственно, при напряжении источника 27-30В, последний должен обеспечивать ток в нагрузке не менее 250мА. Обеспечить такой ток при стабилизации напряжения легко по схеме последовательного стабилизатора на транзисторе, аналогичной той, которая была применена для стабилизации экранного напряжения. Rb* у меня получился 240Ом/2Вт. В результате, при срабатывании обоих реле, напряжение проседает не более чем на 0,6В. Транзистор и стабилитрон установлены на одном радиаторе.

Сама схема коммутации реле у меня выглядит так. К сожалению, не оказалось под рукой транзистора прямой проводимости, так схема выглядела бы ещё проще... Суть применяемой схемы в том, что нагружать выход управления PA в трансивере на потребителя с таким током (250мА/30В) - недопустимо. В данном же случае, коммутируемый ток будет менее 5-ти мА. Транзисторы подойдут любые, средней мощности. Они даже не требуют радиаторов.

Разумеется, варианты используемых реле могут быть разнообразными и можно сделать так, чтобы выходное реле включалось раньше входного и т.п.

Сейчас я бы использовал другую схему коммутации реле. Выходное реле - ТКЕ54ПД1. Три контактных группы используются для коммутации антенны, четвёртая группа замыкает цепь питания обмотки входного реле. Этим обеспечивается гарантированное подключение нагрузки к усилителю раньше, чем на его вход поступит сигнал. В качестве входного реле - РЭН34. Одна контактная группа этого реле коммутирует вход, вторая группа коммутирует цепь питания третьего реле - РЭН29. Контактная группа данного реле коммутирует режим приём/передача. Данный тип реле используется потому, что он имеет максимальное значение напряжения на пробой среди перечисленных реле средней мощности, что актуально в бестрансформаторных схемах.

Холодная настройка П-контура. После сборки П-контура, неплохо бы попытаться проверить, насколько он строится по диапазонам и насколько расчётные значения совпадают с реальными. Делать это в боевом режиме - чревато риском сжечь лампу, т.к. в случае сильной расстройки контура, вся энергия будет выделяться на анодах... Кроме того, весьма вероятны возбуды усилителя с излучением помех в широком спектре частот. Вы сразу это ощутите по работающим рядом электроприборам (например, компьютерные колонки).

Если у вас есть антенный анализатор АА-330М - холодную настройку П-контура можно провести с помощью него. Способ описан здесь. Я опробовал его и убедился в его эффективности. Единственное - точно подобрать значение эквивалента Roe - достаточно трудно. Однако, погрешность скажется только на несколько ином положении антенного конденсатора при реальной работе. Это вполне допустимо. По крайней мере, кол-во неизвестных при первом запуске после холодной настройки у вас сократится ощутимо. В моём случае, эквивалентное сопротивление получилось около 2,4кОм и состояло из трёх резисторов.

Касаемо самого П-контура. Я делаю его по рекомендациям В.Дрогана, только медная трубка в этот раз использовалась диаметром 6,5мм и придать ей вид ВЧ-катушки было весьма затруднительно... Контур состоит из пары переменных конденсаторов и двух катушек - ВЧ и НЧ. В точке соединения катушек должен быть отвод на диапазон 20м и сам контур при использовании всей длины ВЧ-катушки должен иметь резонанс в середине данного диапазона. Аналогичным образом, включение обеих катушек должно обеспечивать резонанс на диапазоне 80м. Диапазон 160м не предусматривается, в моём случае, из-за отсутствия перспективы заиметь антенну на данный диапазон в будущем... Далее, делаются отводы на другие диапазоны. Резонансы подбираются по аналогичной методике при холодной настройке. Причём, с ростом частоты, ёмкость горячего КПЕ должна уменьшаться. На диапазоне 80м емкость горячего КПЕ будет использоваться почти полностью и желательно обойтись без дополнительно подключаемых ёмкостей... Хотя, согласно калькулятору И.Гончаренко, добиться этого будет достаточно трудно. Как правило, на диапазонах 80м и 160м используют дополнительные ёмкости. Требования к этим конденсаторам - соответствующие.

Добротность П-контура должна быть не менее 12-ти (для обеспечения достаточного уровня фильтрации верхних гармоник) и не более 16-ти (иначе, буду заметны потери в контуре на нагрев). После изготовления контура и настройки, можно попробовать определить его реальную добротность. Допустим, имеем резонанс на частоте 7,1МГц. Перестраиваем частоту трансивера вверх с шагом 100кГц, каждый раз проверяя уровень сигнала на выходе усилителя, не изменяя положения конденсаторов П-контура. Как только ослабление составило 30% - запоминаем частоту. За тем, делаем то же самое, но отстраиваясь от центральной частоты вниз. Снова фиксируем частоту. Можно уменьшить шаг перестройки для боле точного определения границ диапазона. Допустим, мы получили частоты 7,4МГц и 6,8МГц. Далее, исходную частоту 7,1МГц делим на разницу полученных частот (600кГц) - это и будет величина добротности нашего П-контура (Q) около 12-ти. Разумеется, направление первоначальной отстройки при измерении принципиального значения не имеет.

Здесь есть один тонкий и важный нюанс. Если оказалось, что отстройка в одну сторону отличается по величине (кГц по модулю) от отстройки в другую сторону - значит, реальный резонанс при конкретной добротности П-контура находится на другой частоте, а не на расчетной. В этом случае, можно попробовать изменить кол-во витков катушки (уменьшить, если реальная частота резонанса окажется ниже или увеличить, если реальная частота окажется выше желаемой). При этом, емкости конденсаторов будут заметно отличаться от предыдущих значений...

Например, в моем случае оказалось, что при 14-ти витках катушки, реальная частота резонанса П-контура (при максимальной отдаче) оказалась в области 7МГц, т.е. на 100кГц ниже желаемой. Уменьшив кол-во витков до 13-ти, частота резонанса сместилась в нужную мне область. Реальная добротность оказалась чуть выше 13-ти. Т.е. при уменьшении уровня сигнала на 30%, нижняя частота составила - 6,83МГц, верхняя частота составила 7,37Мгц. Катушка была намотана на оправке 50мм, составила 13 витков, при длине намотки 80мм.

Добившись максимальной отдачи при желаемой добротности на середине диапазона - мы выжимаем из ВКС все возможное! В моем случае 2xГУ-50 получилось 84В ВЧ-напряжения на эквивалент 50Ом при КСВ=1,2 и 19В входного ВЧ-напряжения.

Согласование входа УМ с трансивером выполнено с помощью П-контура с низкой добротностью. Добротность должна быть в пределах 2...5, как следует из умных книжек (доступны в "Каталоге файлов"). Если добротность будет высокой - потребуется перестройка в пределах диапазона, что неудобно. Методика макетирования контура была простой - два переменных конденсатора с воздушным диэлектриком и произвольная катушка, намотанная проводом 1мм на оправке 8мм, кол-вом 12 витков. Далее, при минимальной выходной мощности с трансивера (когда уже начинает работать встроенный КСВ-метр) подбираются ёмкости конденсаторов с целью минимизации КСВ. Если подобрать такое положение не удаётся - изменяется число витков катушки контура. После определения настроек емкостей, последние измеряются и вместо них запаиваются постоянные конденсаторы (или составные из нескольких конденсаторов). Будет очень хорошо дополнительно задействовать подстроечные конденсаторы с воздушным диэлектриком для точной настройки. В идеале, такой метод позволяет настроить КСВ=1.

Основные функции, которые выполняет входной П-контур:

-согласование выходного сопротивления источника со входным сопротивлением УМ, которое, в свою очередь, зависит от анодного тока и от частоты сигнала (в схеме с общими сетками);

-внятная нагрузка для источника сигнала, постоянная (более-менее) в течение всего периода, за счёт затухающих колебаний в самом контуре.

В нашем случае, анодный ток протекает только при отрицательном полупериоде входного сигнала (когда разность потенциалов между отрицательной управляющей сеткой и положительным, относительно сетки, катодом уменьшается - лампа открывается) и входное сопротивление усилителя падает до минимальных величин. Величина сопротивления обратно пропорционально крутизне лампы. При положительном полупериоде разность потенциалов сетка-катод ещё более увеличивается, лампа запирается и входное сопротивление УМ многократно превышает значение сопротивления при отрицательном полупериоде сигнала. От таких перепадов сопротивления в нагрузке, в течение периода, трансиверу становится плохо. По этой же причине не настраиваются автоматические антенные тюнеры. Этот момент хорошо описан у И.Гончаренко.

Для каждого диапазона можно сделать свой входной П-контур, а можно сделать универсальный (по типу тарасовского антенного тюнера) с ручной перестройкой под каждый диапазон. Это решение, в какой-то степени, проще конструктивно, но потребуется каждый раз подстраиваться при изменении диапазона. Подстраивая диапазонные контура нужно использовать в дальнейшей работе тот же соединительный кабель между источником и УМ, который использовался при настройке.

Если входное сопротивление УМ составляет строго 50Ом без реактивной составляющей - длина соединительного кабеля не играет роли. Однако, это реализуемо только в схемах с общим катодом...

Анодный дроссель. Важнейшая деталь в УМ. От его параметров и правильности изготовления зависит эффективность отдачи УМ по диапазонам. Если вы не читали статью И.Гончаренко на эту тему - сначала нужно побывать там!

В этот раз я попытался повторить известный конструктив дросселя Ameritron, который широко используется в импортных усилителях. Кроме того, его достаточно просто приобрести отдельно. Однако, мне всегда интереснее сделать самому, если физически это возможно...

В сети гуляет много фотографий с описанием конструкции данного дросселя и почти все они в той или иной степени разнятся между собой. Я взял за основу вот этот чертёж. Провод у меня был 0,355мм и намотку я вёл по длине катушек, а не по кол-ву витков. Как результат, индуктивность дросселя оказалась только 160мкГн, вместо ожидаемых 220-ти или около того. Глянув на другой чертёж, я обратил внимание на то, что по кол-ву я не домотал около 20-ти витков.

Потом я долго искал способ отыскать последовательные резонансы дросселя. В конечном итоге, с помощью анализатора АА-330М и такой схемы включения, я получил график, очень похожий на тот, который приводит в свой статье И.гончаренко (имеется ввиду зелёная линия комплексного сопротивления дросселя в зависимости от частоты). Однако, оказалось, что самый большой полу-волновой резонанс попал как раз в диапазон 20м. Домотав вверху дросселя 12 витков, насколько позволил остаток каркаса, мне удалось несколько сдвинуть резонансы ниже по частоте. Тем не менее, думаю, что дроссель мне придётся перемотать заново, исходя уже из другого кол-ва витков, а не длины катушек... По крайней мере, это будет проще, чем искать и покупать новый провод 0,32мм по лаку. Внизу дросселя я сделал коротко замкнутый хомут из медной фольги, сложенной вдвое. Вверху используется медная шинка 5x1, но данная скобка не является коротко замкнутой. На фото это плохо видно, к сожалению.

После испытаний УМ на диапазонах 20м/40м/80м оказалось, что максимальная отдача имеет место на первом бенде. Причём, разница составляет чуть ли не 40%. Все режимы ламп находятся в расчётных пределах, но по какой-то причине, ожидаемого изменения яркости свечения неоновой лампы вдоль длины анодного дросселя у меня не получилось - лампа светится по всей длине с той или иной интенсивностью. На НЧ-бендах яркость падает к концу дросселя, к которому подключается высокое напряжение от блока питания. Возможно, это потому, что полу-волновой резонанс дросселя находится очень близко. С другой стороны, в этом случае дроссель бы горел и не было более высокой отдачи в нагрузку... В общем, вопрос неравномерности отдачи по бендам пока остаётся для меня открытым. Возможно, нужно будет экспериментировать с витками вторичной обмотки входного трансформатора. Возможно, проблема в конструктиве НЧ-катушки - будущие поиски покажут, я надеюсь...

Сегодня добился равномерной отдачи на НЧ-бендах. Параметры получились следующие: 2 x ГУ-50, Ua=920В при токе катода до 260мА, Uэ=+270В, Iэ=30мА, Ucm=-46В, Ic1=6мА, Uвых=82В при Uвх=19,2В. Т.е. при Pвх=7,2Вт на выходе имеем Pвых=128Вт, на эквивалент 50Ом. Как видите, в схеме со всеми сетками, заземлёнными гальванически, таких параметров по Ку не получить...

Потом измерил индуктивность контура на разных диапазонах и оказалось, что на НЧ-бендах она заметно выше требуемой. Как следствие, ёмкость горячего (анодного) КПЕ была существенно ниже расчётной. Словом, буду переделывать отводы от НЧ-катушки, отталкиваясь, в первую очередь, от расчётных данных именно контура, а не ёмкостей. Потом, снова определять реальную добротность П-контура...

Сегодня переделал НЧ-катушку П-контура. Общая индуктивность двух катушек - согласно расчетам калькулятора при добротности 10. Есть идея попробовать одну катушку на один диапазон без переключателей, т.к. антенна, в данный момент, все равно на один диапазон.

Попробовал однодиапазонный П-контур на бенд 40м. На входе - 7,2Вт, на выходе - 140Вт (84В) на эквивалент. Измеренная добротность получилась около 9,7. Ток покоя - 40мА, катода в режиме нажатия - 260мА, общий ток экранных сеток - 20мА, ток управляющих сеток - около 6мА. Индуктивность катушки легко можно изменять растяжением-сжатием. Диаметр провода - 1,8мм.

Провел несколько связей. Почти все операторы сразу отмечали высокое качество сигнала, причем, без просьбы оценить сигнал... В общем, промежуточным результатом я очень доволен.

Измерив добротность П-контура и разницу в величине отстройки от центральной частоты - уменьшил кол-во витков катушки контура до 13-ти. Добротность получилась около 13-ти. Отстройка от центральной частоты 7,1МГц получилась симметричной и составила по 270кГц вверх и вниз при ослаблении сигнала до 70% от исходной. При 220мА тока в минусе источника питания и 20мА тока экранных сеток, на эквивалент имеем около 140Вт мощности без тока управляющих сеток. Аноды не уходят в сильный разогрев даже при длительном нажатии ключа. По приблизительным оценкам, на анодах рассеивается около 920Вx(0,22А-0,02А)-140Вт=44Вт для двух ламп, т.е. 22Вт для одной лампы, что составляет половину допустимой мощности рассеивания на аноде...

При работе в эфире, корреспонденты отмечают высокое качество сигнала. Полосу сигнала наблюдаю на своём WEB-SDR при отключенной антенне, т.к. всё это хозяйство находится на одном столе... На этом, изыскания по однодиапазонному П-контуру заканчиваю...

Входной трансформатор для прямонакальных ламп при бестрансформаторном питании - единственное решение, на сколько я знаю. В случае с ГУ-50 можно попробовать использовать классическое решение - катодный дроссель со входным разделительным конденсатором и, желательно, накальный дроссель, для предотвращения попадания ВЧ-сигнала в сеть через накальный трансформатор (мало выражено для ламп с косвенным накалом). С одной стороны, этот способ - более простой. Гораздо труднее изготовить ШПТ с линейной АЧХ и малыми потерями по всем диапазонам. В то же время, с помощью ШПТ можно сделать предварительное согласование входа ламп с выходом источника сигнала, подбирая коэффициент трансформации по сопротивлению. Но главное, что вход без ШПТ не имеет гальванической развязки с сетью. Точнее, имеет место ёмкостная связь корпуса УМ с сетью через входной разделительный конденсатор и конденсаторы входного П-контура. Данное решение будет менее безопасным и менее надёжным, т.к. в случае пробоя разделительного конденсатора, фаза может оказаться на выходе источника сигнала. Кроме того, ток утечки будет выше, чем в случае гальванической развязки через ШПТ на феррите. Межобмоточная ёмкость ШПТ крайне мала и через этот узел утечки практически нет. Я пока не пробовал реализовать способ подачи входного сигнала без ШПТ для бестрансформаторной схемы блока питания и никого не призываю это делать, основываясь на прочитанном здесь :))

Вот два варианта входной цепи УМ, которые я себе представляю и намерен опробовать... В данный момент я сделал вариант с ШПТ. Трансформатор выполнен на двух ферритовых трубках с прямыми торцами от старого мониторного кабеля, сложенных биноклем. Аналогичное решение использовалось, в своё время, для изготовления балуна антенны Inverted V и входного трансформатора УМ на 2-х ГИ-7Б, только феррит там оказался по-хуже, как выяснилось (с полукруглыми торцами). Собственно, искать что-то другое особой необходимости нет... Обмотки выполнены проводом МГТФ 1,0. Входная обмотка содержит 2 витка, выходная - 3 витка. Обращу внимание, что один вывод первичной (входной) обмотки трансформатора соединён с корпусом УМ (шасси), в то время как, один вывод вторичной обмотки (в цепи катодов) соединён с точкой "0В" бестрансформаторного блока питания.

Требования ко входному трансформатору в УМ по бестрансформаторной схеме:

-изоляция обмоток должна быть качественной, чтобы не допустить пробоя (перед первичной обмоткой в обязательном порядке нужно поставить ёмкость 0,01-0,022мкФ, чтобы защитить источник сигнала, в случае пробоя между обмотками трансформатора);

-трансформатор, по возможности, должен иметь линейную АЧХ во всех КВ-диапазонах и К передачи по сопротивлению должен быть постоянным (допустим, при соотношении витков обмоток 1:2 и нагрузке вторичной обмотки на безиндукционное сопротивление 100Ом, во всей полосе входное сопротивление должно составлять около 50Ом);

-коэффициент трансформации по сопротивлению, желательно, привести ко входному сопротивлению 50Ом исходя из реального входного сопротивления используемого кол-ва ламп (после этого, подразумевается установка входного П-контура с низкой добротностью);

-потери трансформатора должны быть минимальными (зависит от качества феррита и кол-ва витков в обмотках).

На самом деле, в планах измерение входного сопротивления УМ на 2-х и 3-х ГУ-50 и подбор оптимального кол-ва витков для согласования входного сопротивления ламп с 50-ю омами.

Есть ещё один нюанс с бестрансформаторной схемой. В случае, если вы захотите подавать положительно запирающее смещение на катод (для схем с гальванически заземлёнными сетками у триодов) или увеличивать отрицательное запирающее напряжение смещения управляющей сетки в режиме приема - понадобится коммутационное реле. Его нужно выбирать исходя из напряжения пробоя. Последнее должно быть выше, чем потенциал между электродами лампы и шасси корпуса. Для схем утроения и учетверения можно использовать реле РЭН29, обращая внимание на электрическую прочность изоляции между корпусом реле и токоведущими элементами. Данное реле можно смело крепить на корпус УМ.

Сегодня экспериментировал с ШПТ на бинокле из ферритовых трубок. Методика измерения была простая - на входное гнездо УМ подключался анализатор АА330-М, включался режим передачи в УМ, после входного реле сигнал подавался на разделительный конденсатор 0,022мкФ и далее, на первичную обмотку ШПТ. Первичная обмотка содержит 2 витка. Наилучшие результаты были получены при 4-х витках во вторичной обмотке ШПТ. Анализатор показывал 51Ом при отсутствии реактивного сопротивления на частоте 7,1МГц. Однако, при прямом подключении трансивера через кабель около 0.9м, КСВ составлял чуть более двух. Входной П-контур позволил согласовать сопротивления в значение, близкое к единице... Полученный результат позволяет предположить, что для двух ламп ГУ-50, включенных по схеме с общими сетками, входное сопротивление составляет около 200Ом. Предположу, что для трёх ГУ-50 оптимальными будут три витка во вторичной обмотке ШПТ. Для четырёх - трансофрматор можно будет сделать 1:1, т.е. по два-четыре витка. Обмотки выполнены проводом МГТФ-1,0.

Однако, как подсказывают старшие товарищи, в схеме с общими сетками входное сопротивление УМ зависит не только от частоты входного сигнала, но и от его уровня. И знать входное сопротивление полезно именно при максимальном рабочем уровне входного сигнала. Как это измерить на практике - я не знаю... Остается только подбирать оптимальное согласование источника сигнала и УМ.

Задал вопрос Игорю Гончаренко по поводу варианта входной цепи УМ при бестрансформаторном питании без входного ШПТ (по классическому решению для трансформаторных схем с входным конденсатором и катодным дросселем). Собственно, суть такова, что применять упрощённый вариант не рекомендуется (опасно) - остановлюсь на варианте с ШПТ по входу.

Сегодня поставил третью лампу - получил честных 210Вт на эквивалент при 360мА общего тока и 24мА тока экранных сеток. Впрочем, есть ощутимый запас по усилению каскада... Вторичная обмотка входного ШПТ состоит из 3-х витков, уменьшил кол-во витков катушки П-контура до 12-ти (измеренная добротность составила 11).

Перенёс измеритель анодного тока в плюсовую часть источника питания, до анодного дросселя и шунтирующего конденсатора. В традиционных схемах рекомендуется ставить прибор в разрыв отрицательного полюса и земли (шасси). В бестрансформаторной схеме это не играет особой роли, т.к. относительно шасси имеем одинаковый потенциал при симметричной схеме умножения. При умножении на три, отрицательное напряжение по модулю вдвое меньше положительного (310В против 620В), однако, при включении миллиамперметра в минус источника питания (разрыв между минусом источника питания и точкой "0В") - видим общий ток схемы из которого нужно вычитать показания прибора тока экранных сеток, что не удобно...

Установил индикаторы фазы при подключении УМ к сети на светодиодах. При желательном включении светится зелёный светодиод, при нежелательном - красный. Кстати, провёл лабораторную работу на предмет вариантов подключения фазы. Если фаза приходится на среднюю точку схемы умножения (диоды в схеме учетверения, средний диод в схеме утроения), то помимо постоянных напряжений, на всех элементах схемы усилителя присутствует переменное напряжение амплитудой 310В, т.е. 220В переменки. Индикатор фазы практически везде показывает наличие последней. Если фаза приходится на минусовую обкладку первого конденсатора, то фаза и переменное напряжение на элементах схемы отсутствует. Соответственно, уменьшается вероятность пробоя конденсаторов, обмоток реле, трансформаторов (накальный, входной, смещения, питания реле) и т.п. Соответственно, включаем вилку в розетку так, чтобы горел зелёный светодиод.

В стабилизатор питания экранных сеток поставил два стабилитрона КС630А, т.е. поднял экранное напряжение до 260В под нагрузкой.

Измерил уровень входного сигнала. При 12Вт на входе, на выходе имеем 210Вт. Кус. по мощности получился 17,5. Коэффициент усиления по напряжению получился около 8,6 Впрочем, есть ощутимый запас по усилению, но превышать анодный ток более 120мА на лампу не хочется... Напомню, что в типовой схеме с ОС гальванически соединёнными с землёй (или точкой "0В" для бестрансформаторных схем), Кус. по мощности находится в пределах 10-ти.

Обратил внимание, что при запирании ламп (отключение стабилитронов смещения управляющих сеток), наблюдается возбуждение усилителя. Поборол установкой дросселя индуктивностью 70мкГн в разрыв цепи смещения. Дроссель выполнен проводом 0,355мм виток к витку на пластиковом каркасе диаметром 16мм и длиной 8см и не имеет сердечника. Обычно, используют дроссели ДМ 250мкГн, но под рукой такового у меня не оказалось. Кроме того, с изменением частоты меняется индуктивность дросселя на ферритовом сердечнике. Поэтому, я сторонник использовать в этой цепи дроссель без сердечника.

Оптимальный ток покоя необходимо будет подбирать по минимальному уровню третьей гармоники при максимальной мощности сигнала без захода в область тока управляющих сеток. Т.к. анализатора спектра нет - планирую задействовать под это дело СДР-приёмник на диапазон 21МГц..

В новогодние праздники всецело отдался любимому занятию... Занялся, наконец, подбором ламп. Под праздники подарили десяток запечатанных ГУ-50 78-го года. Было несколько штук ещё в наличии. Промерил дюжину (на это со всеми прогревами ушло около 4-х дней), отобрал пару для УМЗЧ, тройку и четвёрку для КВ-УМ. Со стабилитроном Д816Д поставил тройку ламп при токе покоя 90мА и напряжении смещения около -47В.

Лампы тренировал следующим образом: выдержал по 12 часов под накалом, потом около трёх часов под анодным 950В и смещением, запирающим лампы практически полностью, потом около часа подержал под экранным напряжением при токе анода около 30мА. После этого занялся, непосредственно, подбором. Суть следующая: определить напряжение смещения при заданном токе (выбрал 34мА) и фиксированном значении анодного (+950В), экранного (+270В) и накального (~13.5В) напряжений. Потом, по разнице значений полученного напряжения смещения для каждой лампы, подбирал их в пары-тройки-четвёрки... Из новой партии ламп (10шт) разброс в напряжении смещения составил целых 8В!