П контур с последовательным питанием

П контур с последовательным питанием

Если сегодня многие коротковолновики имеют возможность использовать трансиверы заводского изготовления, то усилители мощности, как правило, вынуждены изготавливать самостоятельно. В статье предлагается законченная конструкция современного усилителя мощности для любительской KB радиостанции.

Усилитель мощности, принципиальная схема которого приведена на рис. 1, обеспечивает коэффициент усиления не менее 16 дБ на всех девяти любительских KB диапазонах. Он выполнен на лампе VL1, включенной по схеме с общим катодом. При отсутствии управляющего сигнала на разъеме XS1 (педаль управления не нажата) сигнал с антенны, подключенной к ВЧ разъему XW1, проходит через нормально замкнутые контакты реле К14 и К13 на разъем XW2 и далее на трансивер. С подачей управляющего сигнала (педаль нажата) срабатывают реле К13-К15. Контакты реле К13 подключают антенну к выходу УМ, контакты реле К14 соединяют выход трансивера с входом УМ , сигнал с которого через конденсатор С1, ФНЧ на элементах C4L2C5 и резистор R5 поступает на управляющую сетку лампы VL1. Резистор R6 обеспечивает входное сопротивление усилителя 50 Ом на всех диапазонах. Входная емкость лампы складывается с емкостью конденсатора С5 и работает в фильтре, не шунтируя входное сопротивление [1, 2]. Через контакты К15.1 реле К15 включается источник смещения управляющей сетки лампы."


Puc/1

В анодную цепь лампы VL1, выполненную по схеме последовательного питания, через дроссели L4, L5 включен П-контур, состоящий из катушек L6, L7, конденсаторов настройки С9-СП и конденсаторов регулировки связи с антенной С17 — С19. Дроссель L4 предотвращает возможность самовозбуждения усилителя на УКВ. Разделительные конденсаторы С12, С13 и С16 препятствуют попаданию высокого анодного напряжения, под которым находится П-контур, на КПЕ СП и С19, а также в антенну. Дроссель L3 защищает антенну от высокого напряжения при пробое С13, а также нейтрализует наведенные в антенне заряды статического электричества.

Дроссель L5 подключен к П-контуру в точке с наименьшими сопротивлением и ВЧ напряжением и не оказывает влияния на работу усилителя на высокой частоте [2]. Конструктивно его можно располагать близко к стенкам корпуса усилителя, что упрощает компоновку.

По высокой частоте дроссель подключен параллельно нагрузке, его шунтирующее действие невысокое и он может иметь меньшую индуктивность. Необходимая индуктивность (даже с запасом на подключение высокоомной антенны) составляет 20. 30 мкГн. Соответственно уменьшаются собственная емкость и габариты дросселя.

В П-контуре усилителя применены КПЕ с небольшой начальной и максимальной емкостью. Это позволило уменьшить плотность настройки и избежать проблем с оптимизацией параметров контура на диапазоне 28 МГц.

Анодный КПЕ С11 без дополнительных конденсаторов позволяет настраивать П-контур на диапазонах 7 — 28 МГц. На диапазоне 3,5 МГц контактами К9.1 реле К9 параллельно С11 подключается конденсатор С9. На диапазоне 1,8 МГц контактами КП. 1 реле К11 подключается конденсатор С10.

Антенный КПЕ С19 также обеспечивает настройку П-контура на диапазонах 7 — 28 МГц. На диапазонах 3,5 и 1,8 МГц к нему реле К10 и К12 подключают соответственно конденсаторы С17 и С18.

Некоторое усложнение конструкции (дополнительные реле и постоянные конденсаторы, рассчитанные на соответствующую реактивную мощность), по мнению автора, оправдано, поскольку целесообразнее один раз сделать небольшие дополнительные расходы и навсегда избавиться от неудобств настройки при смене диапазона.

Отводы катушек L6, L7 П-контура коммутируются в зависимости от диапазона контактами реле К2-К8, которые, в свою очередь, управляются переключателем диапазонов SA6. Порядок включения реле определяется также диодами VD10-VD 15, распаянными непосредственно на переключателе диапазонов SA6. Так на диапазоне 28 МГц включены все реле, на 21 МГц- КЗ-К8, на 18 МГц — К4-К8 и т. д. Таким включением достигаются минимальные потери мощности в неработающих витках катушек П-контура. Блокировочные конденсаторы (конденсатор С22 на схеме для упрощения показан только один) подключены параллельно обмотке каждого реле К2 — К12.

Измеренная добротность П-контура составила 8 на диапазоне 1,8 МГц, 10 — на 3,5 МГц и 14 — на 7 МГц. На высокочастотных диапазонах добротность находится в пределах 10. 16, достигая максимума на диапазоне 10 МГц.

Усилитель мощности имеет два блока питания — внутренний и внешний (анодный).

Внутренний блок питания усилителя вырабатывает постоянные напряжения 24, 62 и 360 В, а также переменное 12В. Источник отрицательного напряжения смещения управляющей сетки лампы выполнен на элементах VD6-VD9, С20, R9, VD3, VD4. Стабилитрон VD4 определяет ток покоя лампы в режиме SSB. В режиме CW контактами реле К17.1 последовательно с VD4 включается стабилитрон VD3. Режим работы "SSB/CW" выбирается переключателем SA5. Уменьшение тока покоя в режиме CW позволяет повысить выходную мощность и КПД усилителя. Каскад на транзисторе VT1 обеспечивает защиту усилителя при появлении тока первой сетки. Фильтр L8C24 в цепи базы транзистора задерживает ВЧ наводки. В исходном состоянии транзистор закрыт. При появлении тока первой сетки отрицательное напряжение на резисторах R11, R12 открывает транзистор VT1 и срабатывает реле К1. Контакты К1.1 реле размыкаются, лампа закрывается. Одновременно контакты К1.2 реле К1 через резистор R14 подают отрицательное напряжение на базу транзистора VT1 и удерживают его открытым, несмотря на отсутствие управляющего напряжения после запирания лампы. О срабатывании защиты сигнализирует светодиод VD19. Время срабатывания — не более 5 мс. Порог срабатывания защиты определяется резисторами R12 и R13. В исходное состояние защита переводится нажатием кнопки SB1.

Читайте также:  Вездеход на гусеницах из ваз 2108

Стабилизатор напряжения питания экранной сетки VL1 выполнен на элементах VD21-VD24, С25, R18, VT2, VD25’VD25", VD26’VD26". Резистор R20 предназначен для измерения тока экранной сетки. Напряжение подается на сетку лампы через антипаразитный резистор R8. Конденсатор С7 — блокировочный, составлен из шести конденсаторов емкостью по 3300 пф каждый, которые равномерно размещены по окружности между лепестками экранной сетки и цилиндрическим заземленным корпусом. Резистор R7 — антидинатронный. Он образован шестью резисторами по 120 кОм, включенными параллельно конденсаторам С7. Параллельное включение конденсаторов и резисторов снижает их индуктивность и повышает устойчивость работы УМ на ВЧ диапазонах.

На элементах VD28-VD31, С27 выполнен источник питания коммутационных реле.

Для обеспечения максимального ресурса радиолампы подача напряжений питания происходит в определенной последовательности [4].

При замыкании контактов тумблера SA7 подается питание на вентилятор М1. О наличии напряжения на вентиляторе сигнализирует светодиод VD33. В режим малой скорости обдува вентилятор переводится тумблером SA8.0 переходе в этот режим сигнализирует светодиод VD37. Дальнейшее включение усилителя осуществляется переключателем SA4. Вся последовательность подаваемых на лампу напряжений ("HEAT", "GR.1", "ANOD", "GRID2") контролируется по свечению светодиодов VD17, VD5, VD27 и VD36 соответственно. Использование галетного переключателя исключает неправильную последовательность включения и отключения напряжений. Переключатель SA4 должен иметь широкий подвижный контакт, чтобы во время его вращения уже включенные цепи не разрывались.

В положении переключателя SA4 "AIR" работает только вентилятор. Это положение используется и после окончания работы усилителя для полного охлаждения лампы в течение 5 мин.

В положении "HEAT" включается трансформатор Т1 и подаются напряжение накала и +24 В на реле и таймер. В положении "GR.1" включается источник отрицательного напряжения для управляющей сетки. Дальнейшим подключением лампы к источникам питания, кроме переключателя SA4, управляет таймер, выполненный на транзисторах VT3 — VT5. В положении "ANOD" через контакты SA4.3 включается каскад на транзисторе VT5 и реле К20 своими контактами включает реле К18. Через контакты реле К18 и разъем XS2 подается напряжение сети на внешний анодный блок питания. В положении SA4.4 "GRID2" включается каскад на транзисторе VT4 и через контакты реле К19 подается напряжение на экранную сетку лампы.

Задержку включения UA и Uэкр на 3 мин обеспечивает таймер. При подаче на него напряжения одновременно с включением накала лампы конденсатор С32 начинает заряжаться и напряжение на затворе и истоке полевого транзистора VT3 постепенно возрастает. По мере его увеличения через 3 мин открывается транзистор VT5, срабатывает реле К20 и происходит подача UA. Через 20 с открывается транзистор VT4 и реле К19 подключает лампу к источнику экранного напряжения. Задержка подачи UA определяется элементами С32, R24, R25 и R31, а задержка подачи Цэкр после UA на 10. 20 с — резистором R28.

При выключении усилителя через контакты реле К 16 конденсатор С32 разряжается через резистор R23, поэтому, если через 5 мин усилитель опять включить, конденсатор С32 обеспечит вновь необходимую задержку подачи UA и Цэкр. Если включение УМ произойдет в промежутке времени до 5 минут после выключения, когда лампа еще не остыла, то не полностью разряженный С32 обеспечит включение UA и Нэкр с соответственно меньшей задержкой.

Прибор РА1 предназначен для измерений тока первой сетки лампы и КСВ. Прибор РА2 измеряет ток катода и ток второй сетки лампы.

В усилителе применен внешний анодный блок питания (ВАБП). Его принципиальная схема показана на 2.Реле переменного тока К1 через 20. 40 мс после включения закорачивает контактами К1.1 резистор R1, служащий для ограничения пускового тока. Каждое плечо выпрямителя состоит из четырех диодов зашунтированкых резисторами. Эти же резисторы способствуют более быстрому разряду конденсатора СЗ после выключения.

Читайте также:  Сколько кубов досок надо на крышу


Puc.2

Анодное напряжение подается в усилитель через коаксиальный ВЧ разъем XW3 по радиочастотному кабелю с внешним диаиетром 12 мм. Сетевой провод ВАБП включается в розетку XS2 усилителя мощности (см. рис. 1). Такое подсоединение к сети позволяет управлять ВАБП переключателем SA4 и не пользоваться тумблером SA1 (рис. 2), который может быть постоянно включен.

Намоточные данные катушек индуктивности усилителя мощности (кроме L1) приведены в табл. 1.

Продолжим разговор об особенностях при конструировании мощного усилителя РА с чем сталкивается любой радиолюбитель и тех последствиях, которые могут быть при неправильном монтаже конструкции усилителя. В этой статье приводятся лишь самые необходимые сведения, которые нужно знать и учитывать при самостоятельном проектировании и изготовлении усилителей большой мощности. Остальное придется постигать на собственном опыте. Нет ничего ценнее, чем собственный опыт.

Охлаждение выходного каскада

Охлаждение генераторной лампы должно быть достаточным. Что под этим понимается? Конструктивно лампа устанавливается таким образом, чтобы весь поток охлаждающего воздуха проходил сквозь ее радиатор. Его объем должен соответствовать паспортным данным. Большинство любительских передатчиков эксплуатируется в режиме “прием-передача”, поэтому объем воздуха, указанного в паспорте, можно изменять в соответствии с режимами работ.

Например, можно ввести три скоростных режима вентилятора:

  • максимальный для контестной работы,
  • средний для повседневной и минимальный для работы с DX.

Желательно использовать малошумящие вентиляторы. Уместно напомнить, что вентилятор включается одновременно с включением напряжения накала или немного раньше, а выключается не менее чем через 5 минут после его снятия. Невыполнение этого требования сокращает срок службы генераторной лампы. Желательно на пути прохождения воздушного потока установить аэрокоитакт, который через систему защиты отключит все напряжения питания в случае пропадания воздушного потока.

Параллельно с питающим напряжением вентилятора полезно установить небольшой аккумулятор, как буфер, который несколько минут будет поддерживать работу вентилятора в случае пропадания напряжения питающей сети. Поэтому лучше использовать низковольтный вентилятор постоянного тока. В противном случае придется прибегнуть к варианту, услышанному мной в эфире от одного радиолюбителя. Он, якобы для обдува лампы при пропадании электросети, держит на чердаке огромную надутую камеру от заднего колеса трактора, соединенную с усилителем шлангом-воздухопроводом.

Анодные цепи усилителя

В усилителях большой мощности желательно избавиться от анодного дросселя, применив схему последовательного питания. Кажущиеся неудобства с лихвой окупятся стабильной и высокоэффективной работой на всех любительских диапазонах, включая десятиметровый. Правда, в этом случае под высоким напряжением оказывается выходной колебательный контур и переключатель диапазонов. Поэтому переменные конденсаторы следует развязать от присутствия на них высокого напряжения, как показано на рис.1.

В переключателе диапазонов лучше всего применять мощные высоковольтные вакуумные реле или обычные, но рассчитанные на работу в мощных высокочастотных цепях. Не следует использовать неспециализированные переключатели, которыми невозможно замыкать нерабочие отводы катушки, что иногда негативно сказывается на работе усилителя. В незамкнутых участках колебательного контура могут образовываться паразитные резонансы, влияющие на равномерность усиления по диапазонам и, делающие работу усилителя неустойчивой, склонной к самовозбуждению.

Наличие анодного дросселя, при его неудачной конструкции также может стать причиной вышеуказанных явлений. Как правило, грамотно сконструированный усилитель по схеме с последовательным питанием не требует введения “антипараэитов” ни в анодной, ни в сеточной цепях. Он устойчиво работает на всех диапазонах.

Разделительные конденсаторы С1 и С3, рис.2 должны быть рассчитаны на напряжение в 2. 3 раза превышающее анодное и достаточную реактивную мощность, которая вычисляется как произведение высокочастотного тока, проходящего через конденсатор, на падение напряжения на нем. Их можно составить из нескольких параллельно соединенных конденсаторов. В П-контуре желательно использовать вакуумный конденсатор переменной емкости С2 с минимальной начальной емкостью, с рабочим напряжением не менее анодного. Конденсатор С4 должен иметь зазор между пластинами не менее 0,5 мм.

Колебательная система, как правило, состоит из двух катушек. Одна для ВЧ, другая для НЧ диапазонов. Катушка ВЧ-диапазона — бескаркасная. Наматывается медной трубкой диаметром 8. 9 мм и имеет диаметр 60. 70 мм. Чтобы трубка при намотке не деформировалась, в нее предварительно насыпают мелкий сухой песок и сплющивают концы. После намотки, отрезав концы трубки, песок высыпается. Катушка на НЧ-диапазоны наматывается на каркасе или без него медной трубкой или толстым медным проводом диаметром 4. 5 мм. Ее диаметр 80. 90 мм. При монтаже катушки располагаются взаимоперпендикулярно.

Читайте также:  Как хранить жидкий азот в домашних условиях

Зная индуктивность, число витков для каждого диапазона, можно вычислить с высокой точность по формуле:

L (мкГн) = (0,01DW 2 )/(l/ D + 0,44)

Однако для удобства эту формулу можно представить в более удобном виде:

  • W— число витков;
  • L — индуктивность в микрогенри;
  • I — длина намотки в сантиметрах;
  • D — средний диаметр катушки в сантиметрах.

Диаметр и длина катушки задается, исходя из конструкторских соображений, а величина индуктивности выбирается в зависимости от сопротивления нагрузки применяемой лампы — таблица 1.

Приведенный калькулятор избавит от расчетов вручную. Задайте свои значения сопротивления источника R1, холостой добротности катушки Qxx( в калькуляторе принято, что холостая добротность конденсаторов C1 и С2 намного выше, чем у L, для большинства конденсаторов это справедливо), желаемую нагруженную добротность Qн и нажмите кнопку "Вычислить".

Увеличение нагруженной добротности П-контура Qн увеличивает подавление гармоник и ёмкости конденсаторов (важно при лампе с большой конструктивной ёмкостью), но снижает КПД.

Для усилителя в режиме АВ с с небольшим начальным током сопротивление источника R1 можно приблизительно оценить по следующим формулам.

Для анодной цепи R1 ≈ Ea/(1,8•Iа), (где Ea – постоянное напряжение анода, Iа — максимальный постоянный ток анода) или R1 ≈ Ea 2 /(2,5•P) (где P – максимальная эффективная выходная мощность).

Для входного П-контура РА с общей сеткой R2 ≈ 1/S (S – крутизна лампы).

Приблизительность оценки R1 связана с углом отсечки (т.е. с начальным током) и типом лампы. Точнее не типом, а минимально допустимым для неё мгновенным напряжением на её аноде (например, в триодах оно ниже, чем тетродах, у которых из-за динатронного эффекта нельзя допускать минимальное мгновенное напряжение анода ниже напряжения второй сетки).

Для оценки конструктивных требований к деталям П-контура выдаются эффективные токи в катушке (исходя из него надо выбирать периметр сечения провода) и в конденсаторах (исходя из них выбирается качество токоотвода в КПЕ, толщина выводов и обкладок, качество диэлектрика).

Для конденсаторов также выдается пиковое напряжение (естественно, конденсаторы должны его выдерживать с запасом) и реактивная мощность (она измеряется в ВАр — Вольт-Ампер-реактивных) в обоих конденсаторах. Для конденсаторов, за исключением вакуумных и воздушных, справедливо правило: если в паспорте конденсатора не указана реактивная мощность или допустимый ток на рабочей частоте, то такой конденсатор (даже если он подходит по пробивному напряжению) не предназначен для работы в мощных ВЧ-контурах и скорее всего сгорит при попытке его использования (впрочем, слюдяные КСО и без обозначения выдерживают пару-тройку сотен реактивных ватт и подойдут для относительно маломощных контуров).

Имейте в виду, что на выходном конденсаторе напряжение может возрасти в 1,5. 2 раза (зависит от КСВ антенны и вашей аккуратности при настройке) по сравнению со случаем точного согласования. И закладывайте соответствующий запас расстояния между пластинами С2. Увы, бывают случаи искрового пробоя этого конденсатора (с последующим свариванием пластин – алюминий легко плавится) при настройке П-контура на полной мощности РА.

Для работы калькулятора у вас в браузере должна быть включена JAVA. Как и все программы на JAVA данный калькулятор может свободно копироваться и дорабатываться, при соблюдении единственного условия — явной ссылки на эту страницу.

Калькулятор снабжен подсказками и развитыми сообщениями о возможных ошибках, поэтому разобраться с ним трудностей не представляет – просто подставьте исходные данные. Разделитель в цифрах – точка, запятую в цифрах программа воспринимает как букву, поэтому не понимает что делать с такой цифрой. Калькулятор работает по формулам, приведенным К. Шульгиным UA3DA

Хотел бы отметить, что популярная в методика расчета П-контура по среднегеометрическому сопротивлению (она, например, описана в статье UA9ACZ "О помехах телевидению" и используется в большом числе программ, в том числе до 30.09.2007 она применялась в калькуляторе этой странице) дает не очень точные результаты в смысле согласования. На это обратил моё внимание человек с ником Игорь 2 с форума, за что я ему признателен.

Ссылка на основную публикацию
Оформление сельских библиотек своими руками
Картинки для тематической расстановки 12 комментариев: Интересно, Наталия Викторовна! Здорово! Мне тоже понравились варианты оформления полочных разделителей, Ирина Михайловна! Наталия...
Отг кабель с дополнительным питанием
Usb hub с внешним питанием своими руками micro usb cable drawing Quotes Usb hub с внешним питанием своими руками Распиновка...
Оформление сельских библиотек своими руками
Картинки для тематической расстановки 12 комментариев: Интересно, Наталия Викторовна! Здорово! Мне тоже понравились варианты оформления полочных разделителей, Ирина Михайловна! Наталия...
П контур с последовательным питанием
Если сегодня многие коротковолновики имеют возможность использовать трансиверы заводского изготовления, то усилители мощности, как правило, вынуждены изготавливать самостоятельно. В статье...
Adblock detector