Простой усилитель мощности на двух ГК-71

Рейтинг:  5 / 5

Звезда активнаЗвезда активнаЗвезда активнаЗвезда активнаЗвезда активна
 

Вячеслав Федорченко (RZ3TI), г. Дзержинск Нижегородской обл.
Многие радиолюбители конструируют коротковолновые усилители мощности на лампах прямого накала, таких как ГУ-13, ГК-71, ГУ-81. Эти лампы не дорогие, неприхотливы в эксплуатации, отличаются высокой линейностью характеристики и не требуют принудительного охлаждения. Главным положительным качеством этих ламп является их готовность к работе через одну-две секунды после подачи питания. По предлагаемому описанию было изготовлено более десятка конструкций, которые показали отличные технические характеристики, хорошую повторяемость, простоту в налаживании и эксплуатации. Конструкция рассчитана на повторение радиолюбителями средней квалификации.


Усилитель выполнен по схеме с общим катодом (рис. 1), которая несколько сложнее схемы с общей сеткой, так как требует подачи питания на экранные и управляющие сетки ламп. Но эти сложности с лихвой окупаются малой необходимой мощностью входного сигнала (15...20 Вт), соответственно, облегчённым режимом работы трансивера и его полной независимостью от состояния выходной колебательной системы (ВКС) усилителя (против схемы с ОС), простотой настройки и стабильной работой.
Оптимальный режим питания радиоламп, наличие в усилителе защиты от коротких замыканий и перегрузок, "мягкое" включение и режим "Сон" делают это устройство экономичным, малошумящим, с высоколинейным усилением сигнала и отсутствием помех ТВ-приёму.
Лампы ГК-71 работают в усилителе надёжно и без прострелов при анодном напряжении +3 кВ, отдавая мощность до 1 кВт при напряжении -120 В на первой сетке и +700 В на второй. Ввиду малого потребления тока в цепи питания экранных сеток обеих ламп (50...60 мА) применена простая и оригинальная схема стабилизации напряжения их питания за счёт большой ёмкости конденсаторов С34, С35 и "подкачки" напряжения с трансформатора тока Т3, которое изменяется пропорционально току в первичной обмотке трансформатора Т1 . Нестабильность напряжения на вторых сетках не превышает 15...20 В, что вполне приемлемо, учитывая весьма малую крутизну ламп ГК-71 по второй сетке, что не ухудшает линейность работы усилителя в целом. Напряжение питания первых сеток ламп стабилизировано устройством, так называемым регулируемым аналогом стабилитрона, выполненным на элементах VD9,VD10,VT13,VT14. Стабилитрон VD9 ограничивает максимальное напряжение на транзисторах VT13 и VT14. Подстроенным резистором R22 устанавливают токи покоя ламп.
В усилителе применена схема параллельного питания анодной цепи, как более надёжная и безопасная, так как на элементах ВКС нет высокого постоянного напряжения. При этом снижение на 15...20 % выходной мощности на диапазоне 28 МГц не столь существенно.
Широкополосный трансформатор Т5 на входе усилителя обеспечивает согласование с КСВ не более 1,5 на всех диапазонах с любым импортным трансивером, даже не имеющим встроенного антенного тюнера. ФНЧ L4L5C12C13 с частотой среза 32 МГц компенсирует входную ёмкость ламп ГК-71 на ВЧ-диапазонах.
Источник питания усилителя выполнен на трансформаторах Т1— ТЗ. При замыкании выключателя SA5 напряжение сети через автомат защиты SF1 и фильтр L11L12C36C37 поступает на первичные обмотки трансформаторов Т1, Т2 через галогенную лампу накаливания EL1, что обеспечивает "мягкое включение" УМ, продлевая жизнь лампам и другим элементам усилителя.
После зарядки высоковольтных конденсаторов С25 и С26 часть напряжения, снимаемого с делителя на резисторах R28, R33—R35, поступает на узел автоматики и защиты с малым "гистерезисом срабатывания", выполненном на транзисторе VT4 и реле КЗ. Если во вторичных цепях трансформаторов Т1, Т2 нет перегрузок и короткого замыкания, транзистор VT4 откроется, включится реле КЗ и замкнёт своими контактами К3.1 лампу EL1. На сетевые обмотки поступит полное напряжение сети, а на лампы VL1, VL2 через контакты реле КЗ.2 поступит напряжение накала. В случае перегрузки или короткого замыкания напряжение на базе транзистора уменьшится, транзистор закроется, реле КЗ обесточится и трансформаторы подключатся к сети через галогенную лампу, которая работает как бареттер, ограничивая ток на уровне 1...2 А и предотвращая выход из строя трансформаторов Т1, Т2 и усилителя в целом.
Все выпрямители источника питания усилителя выполнены по схеме удвоения напряжения. Это упрощает конструкцию трансформаторов и повышает их надёжность.
В режиме ожидания на нити накала ламп поступает напряжение 10 В. При переводе усилителя в активный режим с максимальной выходной мощностью подаётся полное напряжение накала 22 В (если переключатель SA3 находится в верхнем по схеме положении) или 17 В (если переключатель SA3 находится в нижнем положении). В последнем случае усилитель отдаёт 50 % выходной мощности и позволяет сколь угодно долго проводить операции по его настройке, а также работать в эфире без ухудшения качества сигнала. В режиме "Сон" накал ламп отключается полностью контактами реле КЗ.2.
В активный рабочий режим "ТХ" усилитель переходит практически за 1 с, для чего достаточно кратковременно нажать на кнопку SB1 "ТХ" или на педаль (тангенту), подключённую к гнезду Х1 (РТТ) и замыкающую его на общий провод (ток в цепи — 10 мА). Транзистор VT1 откроется, включатся реле К1 и К2, которые коммутируют вход/выход УМ и его цепи управления. Если контакты переключателя SA4 "QRP" разомкнуты, питание на транзистор VT1 не поступит, и это исключает переход усилителя в активный режим. Сигнал с трансивера, минуя УМ, проходит в антенну, и измерительный прибор РА1 (шкала прибора проградуирована в ваттах) при этом покажет мощность проходящего с трансивера сигнала.
В режиме "ТХ" контакты реле К1.2 соединяют с общим проводом цепь стабилизатора напряжения питания первой сетки (С1), и усилитель переходит в активный режим. Измерительный прибор РА2 показывает при этом ток покоя ламп VL1 и VL2.
Для облегчения теплового режима ламп на корпусе усилителя установлены два вентилятора, работающие при пониженном напряжении питания практически бесшумно. На повышенные обороты вентиляторы включаются при температуре в ламповом отсеке более 100 °С.
Узел управления вентиляторами выполнен на транзисторах VT2, VT5— VT7, VT12. При переходе в режим "ТХ" напряжение +24 В с коллектора транзистора VT1 через цепь VD3R11 поступает на конденсатор С8, который через 10...12 с заряжается и открывает транзистор VT2. Он замыкает базовую цепь транзистора VT6 на общий провод, при этом транзистор закрывается и в базовую цепь транзистора VT5 поступает практически полное напряжение +48 В, определяемое подстроечным резистором R19. Вентиляторы включаются на повышенные обороты. После окончания сеанса передачи и перехода усилителя в режим ожидания конденсатор С8 медленно разряжается через базовую цепь транзистора VT2, а вентиляторы ещё 2...3 мин работают на повышенных оборотах. Если сеанс передачи — менее 10с, конденсатор С8 не успевает зарядиться и вентиляторы работают на пониженных оборотах, не создавая лишнего акустического шума. Резистор R13 определяет рабочую точку транзистора VT6, в которой терморезистор RK1, установленный в ламповом отсеке усилителя, при увеличении температуры до 100 °С начинает закрывать транзистор и частота вращения вентиляторов увеличивается. Подстроечными резисторами R17 и R19 устанавливают минимальную и максимальную частоту вращения вентиляторов, соответственно. При переходе УМ в режим "Сон" транзистор VT12 открывается, замыкает базу транзистора VT5 на общий провод и вентиляторы отключаются.
В усилителе применён хорошо зарекомендовавший себя во многих конструкциях автора режим энергосбережения "Сон". Узел, управляющий этим режимом, выполнен на транзисторах VT8—VT12 и работает так: при включении УМ в сеть, на время зарядки конденсатора С5 (30...40 с), открывается транзистор VT9, открывая транзистор VT8, который разряжает времязадающий конденсатор С6. После чего конденсатор С6 начинает заряжаться на время от 20 с до 15 мин, установленное подстроечным резистором R8. При каждом включении режима "ТХ" напряжение с коллектора транзистора VT1 через резистор R3 открывает транзистор VT8 и разряжает конденсатор С6. Но если он успевает полностью зарядиться, открывается составной транзистор VT10 VT11 и замыкает базовую цепь транзистора VT4 на общий провод. Транзистор закрывается, реле КЗ обесточивается и накал ламп ГК-71 отключается. Также отключаются вентиляторы, а сетевые обмотки трансформаторов Т1, Т2 вновь подключаются через лампу EL1, и загорается индикаторный свето-диод HL4 "Сон".
В таком режиме УМ потребляет мощность не более 50 Вт и может находиться сколь угодно долго в постоянной готовности к работе. Достаточно нажать на педаль, и через 1 с он готов к активной работе на полную мощность!
Питание всех реле и узлов автоматики обеспечивает выпрямитель-удвоитель на диодах VD11, VD12 и конденсаторах С23, С24.
Переключателем SA3 выбирают напряжение накала ламп VL1, VL2 22 В или 17 В, а через переключатель SA2 постоянно подаётся полное напряжение накала, что иногда необходимо при работе в контестах.
Узел на транзисторе VT3 служит для защиты от пробоя и подгорания пластин ротора/статора конденсатора С1 (например, при обрыве в антенне). Если на конденсаторе появится ВЧ-напряжение более 300 В, оно через делитель на резисторах R46, R47 и диод VD27 поступит на базу транзистора VT3, который откроется, шунтируя базу транзистора VT4, и усилитель переключится в режим "Сон". Порог защиты регулируется подстроечным резистором R48.
Усилитель собран в вертикальном корпусе размерами 240х х420х420 мм (рис. 2).

Его каркас сварен из стального уголка 15x15 мм, что придаёт корпусу необходимую прочность. Внутренний объём каркаса разделён пополам вертикальной перегородкой, которая, в свою очередь, разделена на высоте 220 мм от дна горизонтальным субшасси. Все узлы и детали усилителя размещены в образовавшихся четырёх отсеках (рис. 3).

Такая компоновка обеспечивает удобный доступ к монтажу и хорошее охлаждение элементов.
На лицевой панели усилителя расположены органы управления, индикации и контроля. Оси подстроечных резисторов выведены "под шлиц" ниже уровня тумблеров "PWR", "QRP", "TUNE". На задней панели установлены ВЧ-разъ-ёмы XW1, XW2, клемма заземления, разъём Х1 "РТТ", вентиляторы.
Все ВЧ-разъёмы, клемма заземления, блокировочные конденсаторы и КПЕ С1, С31 соединены между собой медной полосой 15x0,5 мм, проходящей по осевой линии между лицевой и задней панелями.
Катушка L1 намотана медной трубкой диаметром 5 мм на оправке диаметром 50 мм. Число витков — 10, шаг намотки — 8... 12 мм. Её индуктивность — 2,8 мкГн. Отводы у катушки сделаны от 3, 4, 6 и 8-го витков, считая от вывода, соединённого с конденсатором СЗ0. Катушка L2 намотана проводом ПЭВ-2 1,5 на керамическом каркасе диаметром 50 мм. Число витков — 27, индуктивность — 24 мкГн. Отводы сделаны от 3, 8, 15-го витков, считая от вывода, соединённого с катушкой L1.
Катушка L3 — четыре секции по 80 витков с намоткой "Универсаль" проводом ПЭЛШО 0,2 на керамическом каркасе диаметром 8 мм. Расстояние между секциями — 2,5 мм. Индуктивность — 250...350 мкГн.
Катушки ФНЧ L4, L5 намотаны проводом ПЭВ-2 0,7 на оправке диаметром 8 мм. Число витков — 10, индуктивность — 1,1 мкГн.
Дроссели L6, L7 — по 7 витков провода ПЭВ-2 0,7 на резисторах R42, R43. Антипаразитные дроссели L8, L9 — по семь витков стальной проволоки диаметром 1,3 мм, намотанных на оправке диаметром 8 мм.
Анодный дроссель L10 по конструкции аналогичен дросселю от УМ "Америтрон". Он намотан проводом ПЭТВ-2 0,38 на керамическом каркасе диаметром 24 мм и длиной 180 мм. Намотка — виток к витку, секционная — 82+55+42 витка. Расстояние между секциями — 20 мм. После намотки секции пропитаны изоляционным лаком или клеем БФ-2.

Катушки сетевого фильтра L11, L12 намотаны на половине от магнитопровода трансформатора ТВС-110. Намотка — бифилярная проводом МГТФ 1,0 до заполнения.
Анодный трансформатор Т1 выполнен на тороидальном магнитопроводе от ЛАТР-1М/9 А (габаритная мощность — 2 кВт). Сетевая обмотка I содержит 240 витков проводом ПЭТВ-2 1,4. Ток холостого хода не должен превышать 0,3 А. Высоковольтная обмотка II (1100 В) — 1250 витков проводом ПЭТВ-2 0,67. Обмотка III питания экранной сетки (270 В) — 580 витков проводом ПЭВ-2 0,45.
Мощность трансформатора Т2 должна быть не менее 200 Вт. Напряжение обмотки II — 100В, намотка — проводом диаметром 0,2...0,3 мм, напряжение обмотки III — 21 В, провод — диаметром 0,7 мм. Обмотка IV (питания накала ламп) — 22 В (отводы от 17 В и 10 В), провод — диаметром 1,5 мм.
Трансформатор ТЗ выполнен на тороидальном магнитопроводе ОЛ 70x40x20 мм (от промышленного трансформатора тока). Его первичная обмотка содержит три" витка проводом ПЭВ-2 1,4, распределённых равномерно по периметру. Вторичная обмотка — 75+25+25+25+25+25 витков проводом ПЭВ-2 0,45.
ВЧ-трансформатор Т4 выполнен на кольцевом магнитопроводе типоразмера К20х10х5 мм из феррита марки 200—400НН. Обмотка II содержит 20 витков проводом ПЭТВ-2 0,38. Обмоткой I служит провод, пропущенный через отверстие магнитопровода и соединяющий разъём XW2 с переключающим контактом реле К2.1.
Трансформатор Т5 намотан проводом ПЭВ-2 0,7 на кольцевом магнитопроводе типоразмера К30х20х6 мм из феррита марки ВЧ20. Намотка — в три перевитых провода с шагом две скрутки на сантиметр. Число витков — 10. Ввиду большого разброса параметров отечественных ферритов число витков и шаг скрутки подбирают при настройке.
Все реле в усилителе — на номинальное напряжение 24В. Реле К1, КЗ — РЭНЗЗ, К2 — РЭН34. Автомат защиты SF1 — ВА47-29. Вентилятор М1 — размерами 120x120x32 мм, на номинальное напряжение 48 В (потребляемый ток — 0,25 А), например, D1238E48B или EFB1248HF. Вентилятор М2 — на напряжение 12 В (при токе 0,15 А) размерами 80x80x20 мм от компьютерного БП. Измерительные приборы РА1, РА2 — М42300 с током полного отклонения стрелки 1 мА и 1 А соответственно.
Конденсатор С1 — двух-трёхсекционный КПЕ от радиовещательного приёмника (зазор между пластинами ротора и статора — не менее 0,3 мм).
Все секции конденсатора включены параллельно. Анодный КПЕ С31 — от физиотерапевтического прибора УВЧ-66 (использована одна секция), зазор между введёнными пластинами ротора и статора — не менее 0,8 мм. Конденсаторы С15—С17, С29, СЗ0 - КВИ-3 и серии К15. Блокировочные конденсаторы — КСО или К31-11. Подстроенные конденсаторы С12 и С13 — КПК-МП. Все оксидные конденсаторы — импортные.
Конденсаторы высоковольтного выпрямителя С25 и С26 — К75-40б 100мкФх2кВ. Их можно заменить
десятью оксидными конденсаторами ёмкостью 470—680 мкФ на номинальное напряжение 400—450 В, соединёнными последовательно. Для выравнивания напряжения каждый конденсатор следует зашунтировать резистором МЛТ-2 220 кОм.
Переключатель SA1 применён от радиостанции Р-130, который подвергся модернизации: введён общий посеребрённый контакт токосъёма, после чего переключатель выдерживает мощность 2...2,5 кВт, сделана фиксация на десять положений, а общие подвижные контакты 2-й и 3-й галет соединены по оси с корпусом переключателя, что позволило коммутировать дополнительные конденсаторы на диапазонах 1,8, 3,5 и 7 МГц.
Большинство резисторов в усилителе — МЛТ или CF-2 Вт. Резистор R44 — безындукционный ТВО-10. Все подстроечные резисторы — СПО-0,5, СП4-1А. Терморезистор RK1 — ММТ-4.
Галогеновая лампа EL1 — 250— 500 Вт/220 В, диаметром 8 мм и длиной 78...115 мм. Лампа установлена в штатный керамический держатель с обратной стороны лицевой панели усилителя. Чтобы было видно её свечение, в панели просверлено отверстие диаметром 3 мм.
Индикаторы HL1—HL3 — импортные неоновые N-814 на 220 В, красного, зелёного и синего свечения. Свето-диод HL4 — импортный, синего свечения.
Транзисторы VT1, VT4, VT5 установлены на теплоотводы площадью 25 см2.
Большинство деталей усилителя смонтированы на печатных платах. Плата измерителя мощности закреплена на выводах контактов разъёма XW2, а ось подстроечного резистора R49 (калибровки показаний РА1) выведена на задней панели "под шлиц" рядом с разъёмом.
Первичное налаживание усилителя проводят, не подключая к сети анодный трансформатор Т1 и отсоединив от выпрямителя его обмотку II, а также отсоединив от выпрямителя обмотку II трансформатора Т2. Сначала проверяют наличие напряжений источников +48 В/+24 В и накала ламп ГК-71, затем проверяют и налаживают работу узлов автоматики и подбирают оптимальные режимы работы вентиляторов. Нагревая терморезистор RK1 до температуры 100°С, подстроечным резистором R13 устанавливают порог резкого увеличения числа оборотов вентиляторов. Максимальное число оборотов вентиляторов устанавливают подстроечным резистором R19, минимальное — R17. Сопротивление резистора R51 выбирают таким, чтобы напряжение на вентиляторе М2 не превышало + 13 В в режиме "ТХ". Для проверки срабатывания автоматики защиты на базу транзистора VT4 через резистор 22 кОм подают напряжение +24 В (не отключая остальные цепи) и подстроечным резистором R28 устанавливают порог чёткого срабатывания (отключения) реле КЗ.
Лампы ГК-71, особенно которые долго лежали без работы, следует подвергнуть "тренировке", выдержав их под напряжением накала в течение 12...20 ч, после чего эмиссия ламп, как правило, восстанавливается.
Далее подключают обмотку II трансформатора Т2 к выпрямителю и проверяют работу стабилизатора напряжения первой сетки. Напряжение смещения должно регулироваться подстроечным резистором R22 в пределах -90...-130 В при токе 8...10мА, который измеряется на контактах реле К1.2. Затем подключают к сети трансформатор Т1 и измеряют напряжение на экранных сетках ламп, которое должно быть+650...+700 В. При необходимости фазируют и подбирают отводы обмотки II трансформатора ТЗ по наилучшей стабилизации напряжения второй сетки.
И в последнюю очередь, СОБЛЮДАЯ МЕРЫ ПРЕДОСТОРОЖНОСТИ, проверяют высоковольтный выпрямитель. Сначала на него подают напряжение 270 В с обмотки III и измеряют распределение напряжения на конденсаторах. Только после этого подают полное напряжение с высоковольтной обмотки I трансформатора Т1. Напряжение на выходе выпрямителя должно быть 3100...3300 В без нагрузки, а под нагрузкой 0,6 А — 2900...3000 В.
Если все напряжения в норме, усилитель переключают в режим "ТХ" и устанавливают ток покоя ламп в пределах 140... 150 мА. Крайне важно проверить усилитель на отсутствие самовозбуждения в режимах "Настройка" и "Работа", о чём свидетельствуют резкие скачки тока покоя и срабатывания автоматики защиты на всех диапазонах и при различных положениях роторов конденсаторов С1, С31. В качестве индикатора самовозбуждения удобно использовать неоновую лампу МН-3, закреплённую на изолированной палочке, поднося её к элементам ВКС. Только после устранения самовозбуждения, если таковые имеются, можно приступать к дальнейшей настройке УМ.
Входные цепи и ФНЧ настраивают подбором числа витков трансформатора Т5 и подстройкой конденсаторов С12, С13, добиваясь равномерной раскачки ламп на всех диапазонах (особенно на диапазоне 28 МГц) при мощности сигнала с трансивера 15...20 Вт.
Подключив к выходу усилителя эквивалент нагрузки 50 (75) Ом мощностью 1...2 кВт, а к корпусу — защитное заземление, подают на вход усилителя сигнал мощностью 5... 10 Вт от трансивера. Настраивают П-контур на ВЧ-диапазонах подбором отводов катушки L1, поочерёдно начиная с диапазона 28 МГц. Ёмкость конденсатора С31 при этом должна быть близкой к минимальной. На диапазоне 14 МГц используется вся обмотка катушки. Затем подбором отводов катушки L2 и конденсаторов С15—С17 настраивают П-контур на НЧ-диапазонах.
Измеритель выходной мощности можно отрегулировать без включения усилителя в сеть. Достаточно подать на вход УМ сигнал мощностью 100 Вт с трансивера и подключить вместо антенны эквивалент 50 Ом.
Закончив предварительную настройку, подают на вход УМ сигнал мощностью 20...30 Вт и ещё раз подстраивают ВКС. При выходной мощности 1 кВт ток анода может достигать 550.. .600 мА.
Радио № 4,5 2018
Усилитель мощности на двух тетродах ГУ-72
Легкий и мощный КВ-усилитель УМ-300-М1
Усилитель мощности на 3х лампах ГУ-50
Широкополосный усилитель мощности

Оставлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи

Яндекс.Метрика Счетчик тИЦ и PR