Добавить книгу
Добавить статью
Добавить учебное заведение
Добавить предприятие

Усилитель мощности для SDR-трансивера

Рейтинг: 
0
Еще никто не голосовал
Your rating: Нет

Конструкция предлагаемого усилителя рассчитана на опытных радиолюбителей. Так как его источник питания выполнен по бестрансформаторной схеме, это налагает определенные требования и к выполнению монтажа усилителя, и особенно к процедуре его налаживания. Обязательным условием безопасной эксплуатации устройства является надежное заземление его корпуса. Этого требуют и правила эксплуатации радиотехнических устройств специального назначения, к которым относятся и усилители мощности КВ-УКВ радиостанций.

Усилитель был сконструирован для совместной работы с SDR-трансивером UT5UUR [1] — так называемым "киевским вариантом" трансивера SDR-1000 [2], но также может эксплуатироваться с любым маломощным трансивером. При напряжении питающей сети 220 В усилитель обеспечивает выходную мощность не менее 200 Вт на нагрузке 50 Ом на KB диапазонах — в CW и SSB режимах. Номинальная входная мощность — 1 Вт на Rнагр=50 Ом.

Усилитель ( рис . 1) выполнен по гибридной схеме на двух лампах — VL1, VL2 и двух транзисторах — VT1, VT2. Каскодное соединение полевых транзисторов и ламп, включенных по схеме с общей сеткой, обеспечило хорошее согласование выходного сопротивления мощных транзисторов с входных ламп и позволило получить не только большое усиление, но и хорошую линейность амплитудно-частотной характеристики каскадов.

Транзисторы КП901А относительно недорогие и имеют стабильное входное сопротивление в широком диапазоне амплитуд, что упрощает согласование усилителя с трансивером. Кроме того, эти транзисторы требуют меньшего напряжения возбуждения для получения тока стока в 300 мА, а соответственно, и тока лампы, включенной в его цепи.

В активный режим усиления сигнала усилитель включается при замыкании контактов разъема XS1. Сигнал от SDR-трансивера через разъем XW2 и замкнутые контакты реле К1.1 поступает на согласующе-корректирующий узел, состоящий из широкополосного трансформатора Т1 и конденсатора С18. Со вторичной обмотки трансформатора сигнал синфазно через конденсаторы С17 и С19 поступает на затворы транзисторов VT1 и VT2. Таким образом, каскады на VT1VL1 и VT2VL2 работают параллельно и выделяют усиленный сигнал на общую анодную нагрузку — П-контур, выполненный на элементах С3, L10, L11, С21—С24. Рабочий диапазон усилителя выбирается переключателем SA1, а настройка П-контура в резонанс и его согласование с нагрузкой — конденсаторами С3 и С24 соответственно. Далее усиленный диапазонный сигнал через замкнутые контакты реле К2.1 поступает в антенну.

В усилителе применена схема параллельного питания выходных каскадов. Суммарный ток анодов ламп контролируется измерительным прибором РА1, а уровень выходного напряжения — вольтметром, выполненном на элементах R14—R16, С25, С26, VD1 и приборе РА2. Резисторы R14, R15 в режиме приема служат для снятия статического напряжения, которое может появляться в антенне.

Анодные цепи усилителя питаются напряжением +600 В. на экранные сетки подается стабилизированное напряжение +175 В. Питание анодно-экранных цепей усилителя бестрансформаторное (рис. 2). На управляющие сетки ламп в режиме передачи подается стабилизированное напряжение +12 В, а в режиме приема — 0 В. На затворы транзисторов усилителя через подстроенные резисторы R14 и R16, определяющие токи покоя ламп в режиме передачи, также поступает напряжение +12 В, в режиме приема — О В.

При включении источника питания сетевое напряжение 220 В через фильтр С1L1L2C2 поступает на трансформатор Т1, формирующий напряжения питания транзисторов усилителя и цепи смещения ламп, реле управления работой усилителя и реле включения высоковольтного источника питания, а также напряжения накала ламп. Высоковольтный источник выполнен по схеме удвоения сетевого напряжения на элементах VD2, VD3, С4, С5, R9, R12. Резисторы R1, R2 ограничивают первоначально ток заряда конденсаторов С4 и С5 и, соответственно, напряжение на выходе высоковольтного источника на время, требуемое для прогрева ламп. Задержку включения высоковольтного источника обеспечивает реле времени, выполненное на элементах VD1, R3, С3 и реле К 1 . Через 90 с после подачи сетевого напряжения срабатывает реле К1 и через его контакты К1.1 подается питание на реле К2. Включенное реле К2 своими контактами К2.4 подключает разрядную цепь реле времени — резистор R4, контактами К2.3 самоблокируется, а контактами К2.1 и К2.2 замыкает пусковые резисторы R1, R2, выводя источник питания на рабочий режим. Напряжение питания экранных сеток ламп формируется стабилизатором на транзисторе VT1. Таким образом, на выходе высоковольтного источника питания — выводе 1 — имеем +600 В, на выводе 2 — +175 В, относительно общего провода 4.

За время эксплуатации отказов в работе бестрансформаторного источника питания не наблюдалось. Единственный его недостаток — при неожиданном пропадании сетевого напряжения требуется ждать 90 с для восстановления рабочего состояния, пока происходит коммутация пусковых резисторов.

Опасность поражения током в данном устройстве может возникать только в случае отсутствия надлежащего заземления корпуса и повреждения изоляции проводов трансформатора Т1 или пробоя конденсаторов С11—С13 усилителя. Если корпус усилителя заземлен, то при указанных повреждениях возможное попадание фазового напряжения сети на корпус усилителя вызовет ток короткого замыкания и перегорание предохранителя FU1 в блоке питания.
Построение традиционного питания анодно-сеточных цепей усилителя требует применения трансформатора с габаритной мощностью не менее 350 Вт. Помимо увеличения габаритов и веса усилителя, намного ли увеличится его безопасность? Будет ли надежной изоляция между обмотками сетевого трансформатора, тем более самодельного, выше, чем качество диэлектрика конденсаторов С11—С13 типов КВИ, К15У или КСО? При пробое изоляции между сетевой и вторичной обмотками, между сетевой обмоткой и корпусом трансформатора возникает тот же прецедент, что и при пробое указанных конденсаторов, и при отсутствии заземления результат один — поражение током сети. Полагаю, что опасность эксплуатации предлагаемого усилителя не выше построенного по традиционным схемам блока питания.

Усилитель смонтирован на шасси, изготовленном из листовой стали толщиной 0,8 мм, а его передняя панель — из стали толщиной 1,5 мм (сказывается дефицит дюралюминия!). Эскиз шасси показан на рис. 3. Его конструкция, как бы, двухэтажная. Лампы расположены горизонтально в верхнем отсеке 1. Они установлены так, чтобы ребро с местом спайки половинок анодов было сверху. Это улучшает условия охлаждения, и менять лампы удобнее. Там же смонтированы анодные дроссели L1—L3 и конденсатор С 1 . В отсеке 2 смонтированы остальные элементы усилителя, за исключением деталей П-контура, расположенного под отсеком ламп. Транзисторы усилителя установлены на теплоотводах, расположенных на боковых окнах отсека. ВЧ разъем XW1 установлен на задней стенке отсека 2.

Верхние отсеки 1 и 2 отгорожены от отсека 3 (П-контур) и отсека 4 (блок питания) горизонтальным стальным листом с вентиляционными отверстиями. Конденсатор С2 проходит через отверстие в этой перегородке в отсек П-контура, где размещены катушки L10L11, переключатель SA1, антенное реле К2, конденсаторы С3, С21—С24 и детали измерителя выходного напряжения. Между отсеками 3 и 4 установлена перегородка, прикрепленная к передней панели 5 дюралевыми распорками 6 сечением 8x8 мм. В отсеке 4 соответственно расположены все элементы источников питания, изображенные на рис. 2. Монтаж БП выполнен на печатной плате. Монтаж отсеков 1—3 выполнен навесным способом на изоляционных стойках и выводах деталей. На передней панели усилителя установлен только прибор измерителя выходного напряжения, а прибор, контролирующий анодный ток, сделан выносным. Корпус усилителя должен иметь хорошую вентиляционную перфорацию, а также надежное заземление.

ВНИМАНИЕ! Общий провод не имеет гальванического контакта с шасси усилителя. Он изготовлен из односторонне фольгированного стеклотекстолита толщиной 2 мм и соединен с шасси только через конденсаторы С11—С13 типа КВИ или К15У-1, рассчитанные на рабочее напряжение 3 кВ. Блокировочные конденсаторы в усилителе — KM, К10-7. Конденсаторы С4, С10 — КД на рабочее напряжение 250 В, С18 — КСО, КД, КТ. Все постоянные резисторы — МЛТ; переменный R16 — СП4-1а. Конденсатор С3 — двухсекционный КПЕ от старого лампового радиоприемника; С24 — КПЕ от радиоприемника "Океан". Перед установкой в усилитель оба конденсатора следует прокипятить не менее 15 мин в содовом растворе (4 столовые ложки соды на 1 л воды, кипятить в эмалированной посуде) и хорошо просушить.

Дроссель L1 намотан проводом ПЭВ-2 0,67 на стержневом магнитопроводе диаметром 10 и длиной 100 мм из феррита 400НН, предварительно обмотанном тремя слоями тефлоновой ленты. Намотка — однослойная виток к витку, на всю длину магнитопровода до заполнения. Окончание намотки, последние 8 витков, мотают вразрядку. Дроссели L2 и L3 — 3 витка провода ПЭВ-2 1,2, намотанных на резисторах R6 и R7 (МЛТ-2 36 Ом). Двухобмоточные дроссели L4L5 и L6L7 содержат по 4 витка медного электропровода (типа "лапши") с диаметром проводов 1,2 мм, намотанных на кольцевых магнитопроводах типоразмера К20х12х6 из феррита 2000НМ. Перед намоткой кромки магнитопровода следует притупить и обмотать его лакотканью. Дроссели L8 и L9 — ферритовые бусины 5x8 мм, надетые на проводники, соединяющие затворы транзисторов с цепями R8C17H R13C19.

Трансформатор усилителя Т1 содержит 3 обмотки по 4 витка из слегка скрученных проводов МГТФ 0,07, намотанных на кольцевом магнитопроводе типоразмера К10x6x5 из феррита 400НН. Две из обмоток, соединенные последовательно (с соблюдением порядка "начало—конец"), образуют вторичную обмотку трансформатора. Перед намоткой кромки магнитопровода следует притупить, а сам магнитопровод обмотать слоем тефлона. На тщательность изготовления этого трансформатора следует обратить особое внимание, поскольку он обеспечивает гальваническую развязку входной цепи усилителя и, соответственно, безопасность эксплуатации. Катушка L10 — бескаркасная, намотана проводом МГ 2,8 с минимальным расстоянием между витками на оправке диаметром 21 мм. Число витков — 23. Отводы — от 3, 5, 8, 10, 14-го витков, считая от вывода, соединенного с конденсатором С3. Катушка L11 намотана на оправке диаметром 35 мм и содержит 16 витков провода ПЭЛ 2,15. Катушки П-контура установлены в отсеке 3 взаимно перпендикулярно. Переключатель SA1 —керамический ПГК 11П8Н (2x4 галеты, соединенные параллельно). Реле К1 — РПВ2/7 (исполнение РС4.521.954), К2 — РП2 (от радиостанции РСИУ-4) либо другое с контактами большой площади.

Для усилителя необходимо подобрать пару транзисторов с близкой или идентичной зависимостью изменения тока стока (при двух значениях — 10...30 мА и 300...500 мА) от заданного напряжения "затвор—исток". Эту операцию можно выполнить с помощью устройства, схема которого представлена на рис. 4. Транзисторы на время измерения следует установить на теплоотводы. В усилителе каждый транзистор монтируется около панели "своей" лампы на своем теплоотводе, рассчитанном на мощность 15...20 Вт.

Трансформатор Т1 блока питания (см. рис. 2) — от магнитофона "Маяк-232" с перемотанными вторичными обмотками. Накальные обмотки должны быть рассчитаны на ток 2,5 А, а двенадцати- вольтовые — на ток 200 мА. Двухобмоточный дроссель L1L2 намотан на кольцевом магнитопроводе типоразмера К32х20х6 из феррита 2000НМ. Его обмотки содержат по 60 витков провода ПЭВ-2 0,51, намотанных во встречных направлениях на диаметрально противоположных половинах этого кольца. Можно также применить готовый сетевой фильтр от блока питания компьютера. Все постоянные резисторы — МЛТ, подстро- ечные R14, R16 — СП4-1а или СП5-2. Оксидные конденсаторы С3, С6, С9, С11 — К50-35 или аналогичные импортные. Конденсаторы С4 и С5 составлены из двух конденсаторов К50-28 — 30+150 мкФ на 350 В, включенных параллельно. Элементы VD5 и VT1 установлены на небольших изолированных теплоотводах. Реле К1 — РЭС64 (исполнение РС4.569.727), К2 — РЭС22 (паспорт РФ4.500.129), К3 — РЭС55А (паспорт РФ4.569.606).

На фотографиях (рис. 5—7) показаны внешний вид усилителя и вид его монтажа.

Налаживать усилитель следует при строгом соблюдении техники безопасности! Перед первым включением необходимо тщательно проверить монтаж. Если где-то будет допущена ошибка, выгорит многое. При правильном монтаже все работает, требуется только установить токи покоя ламп. Подстроенные резисторы R14, R16 должны быть установлены в положение максимального сопротивления. Первоначально следует подобрать пару ламп, устанавливая их по одной в панель и измеряя ток анода. Подобранная пара отдает большую мощность и создает меньше нелинейных искажений. Затем, при нажатой педали, резисторами R14 и R16 нужно установить ток покоя, равный 80 мА для каждого плеча усилителя мощности. Подключив к антенному разъему XW1 нагрузку 50 Ом мощностью более 200 Вт, подать диапазонный сигнал на вход усилителя мощности. Плавно изменяя напряжение возбуждения и контролируя ВЧ осциллографом (например, С1-64 или С1-65А) сигнал на нагрузке, проверить, как ведет себя усилитель. Сигнал на его выходе должен изменяться плавно и не иметь видимых искажений. При недостаточном выходном напряжении усилителя подобрать емкости конденсаторов С21—С23 и положение отводов катушки L10. При заметном спаде усиления на частотах выше 14 МГц следует подобрать емкость конденсатора С18.

При работе не следует увеличивать анодный ток более 500 мА, так как возможно клиппирование сигнала непосредственно усилителем мощности, что чревато расширением полосы излучаемого сигнала и появлением сплеттеров.

Усилитель эксплуатируется автором больше года, работает устойчиво и до тока 500 мА "киевским" вариантом SDR- трансивера раскачивается свободно на всех KB диапазонах. Принудительное охлаждение (обдув) не применяется так что усилитель небольшой и нешумный. При построении усилителя использовались идеи UP2NV, UA1FA, UT5TC, RA6CS и из сети Интернет.

Григорий КСЕНЗ (UR4MU), г. Северодонецк Луганской обл., Украина