URS НОВОСТИ

КОМБІНОВАНИЙ  ЛИНІЙНИЙ  ПІДСИЛЮВАЧ  ПОТУЖНОСТІ

АМАТОРСЬКОЇ  КХ  РАДІОСТАЦІЇ

«РА-2000»

 

Юрко П. Стрєлков-Серга UT5NC

а/с 5000, Вінниця, 21018

<ut5nc@email.ua>

 

Цей підсилювач (фото 1) – ровісник незалежності наших нових пострадянських країн. Ще 16 липня 1991 року ініціативна група членів "Радіо-ТЛУМ" успішно провела на ньому день активності, присвячений першій річніці державного суверенітету України. Творче натхнення того періоду вдало втілилося у вельми оригінальну, а головне надійну і витривалу конструкцію, що дає всі підстави сподіватись і на наше з вами подібне майбутнє, адже у радіоаматорів вигадувати і творити завжди виходить ліпше, ніж у політиків.

Проблема створення короткохвильового линійного підсилювача потужності з великим коефіцієнтом підсилення і малим рівнем комбінаційних складових, при вихідній потужності сотні ватт, хвилює радіоаматорів протягом багатьох років, чому підтвердження численні публікації різних авторів у різноманітних вітчизняних та закордонних виданнях. Дев’яності роки XX століття відкрили перед нами “залізний занавіс” і явили цілий світ високоякісної закордонної зв’язкової техніки, з приходом котрої конструкторська думка наших колег значно скоротилась і більшість почала мріяти лише про необхідну суму, щоб придбати готову “фірму”, не відчуваючи при цьому мук творчості і не створюючи собі клопіт з пошуком схем та комплектуючих, не вдихаючи запах каніфолі з пайки під жалом робочого паяльника.

Підсилювач був замислений і втілений в період такого “переламу” і, як показала практика багаторічної експлуатації, обрана концепція, технічне рішення і застосована елементна база повністю себе виправдали. Складності з патентуванням не дозволили належно оформити своє авторство, однак відкрита публікація схеми також це засвідчує, не зменшуючи при цьому значення конструкції для розвитку практичного радіоаматорства, поліпшення параметрів, надійності та довговічності зв’язкової надавальної апаратури. Автор щиро радий можливості поділитися своїм виробом з усіма, в кому ще живий дух справжнього радіоаматорства.

Основні електричні параметри в режимі SSB:

 

Вхідний опір	75 (50) Ом
Номінальна вхідна напруга (ефективне значення)	5 В
Номінальна вихідна потужність	500 Вт
Коефіцієнт підсилення потужності	1000
Рівень комбінаційних складових третього порядку	– 50 дб
Рівень власних шумів в режимі SSB (вхід замкнутий)	– 90 дб
Робочі пасма частот, МГц	1,8; 3,5; 7; 10; 14; 18; 21; 24; 28
Коефіцієнт корисної дії (видатність)	65%

 

Опис принципової схеми.

Схему підсилювача (мал. 1) умовно можна поділити на дві частини: нижню – підсилювальну і верхню – допоміжну, що складається з елементів живлення та захисту. Головна особливість схеми – відсутність проміжних контурів і узгоджувальних трансформаторів, а також великий коефіцієнт підсилення потужності, що дозволяє “розкачувати” підсилювач практично з будь-якого QRP-трансивера або трансвертера. Перевага даного комбінованого підсилювача потужності перед звичайними ламповими або “гібрідними”, подібними до [11] полягає в тому, що анодний струм лампи задається безпосередньо транзистором в її катоді, електричні параметри котрого залишаються незмінними протягом всього часу експлуатаціі, тому поступове старіння лампи і пов'язане з цим зменшення емісії катоду і крутизни характеристики практично не впливають на роботу підсилювача, оскільки транзистор продовжує “витягувати” з лампи необхідний робочий струм. Таким чином, ресурс підсилювача збільшується майже на порядок, тобто працювати на ньому радіоаматор зможе усе своє життя. Малий рівень власних шумів каскадів підсилення, одночасно з їхньою великою линійністю, дозволив отримати смугу випромінювання SSB сигналу практично такою, якою вона була сформована фільтром основної селекції самого трансивера, адже шуми схеми, змішуючись в тракті з корисним сигналом також створюють комбінаційні частоти, що значно розширюють спектр вихідного сигналу. 

 

Збільшена схема підсилювача 400 кб- натисніть тут

Сигнальний тракт підсилювача складається з багатоланкового комбінованого транзисторно-лампового каскаду з гальванічними зв’язками на елементах VT1, VT3, VT8, VL1 увімкнених за схемою, відповідно, загальний стік – загальний емітер – загальна брамка – загальна сітка [10]. Подібних схемних рішень у вітчизняних та зарубіжних конструкціях досі не існувало. Перша ланка зібрана на транзисторах VT1, VT3. Вхідний опір підсилювача визначається значенням резистора R1 в брамці транзистора VT1, котрий задає струм бази транзистора VT3, що є генератором струму для увімкнених з ним в каскод транзистора VT8 і лампи VL1. Коефіцієнт підсилення потужності першої ланки складає біля п’ятидесяти і визначається крутизною характеристики транзистора VT1, параметрами і режимом транзистора VT3. Велика широкосмуговість ланки досягається застосуванням УКХ транзисторів і малим значенням колекторного навантаження транзистора VT3, в якості котрого виступає виток транзистора VT8, а висока линійність – струмовим режимом його бази і наявністю резистора негативного зворотнього зв’язку R7 в емітері. Друга ланка зібрана на транзисторі VT8 і лампі VL1. Її коефіцієнт підсилення за потужністю складає біля двадцяти, а велика широкосмуговість і висока линійність забезпечуються схемою увімкнення, типом та режимом роботи активних елементів. Коефіцієнт підсилення за потужністю цілого підсилювача дорівнює добутку коефіцієнтів підсилення його ланок. Антипаразитні ланцюжки L2R12, L5R17, L7R22 забезпечують стійку роботу підсилювача і відсутність самозбудження через неякісний монтаж або погану розв’язку. Навантаженням лампи VL1 є вихідний П-контур на елементах C25, L10, C27, що усуває вищі гармоніки сигналу і узгоджує високий вихідний опір лампи з низьким хвильовим опором антенного фідеру, підімкненого до вихідного злучника XW3. Зміна пасм здійснюється перемикачем SA2 шляхом зміни кількості звоїв шпулі L10, при цьому непрацююча частина звоїв замикається. Вмонтований КСХ-метр W1, в залежності від положення перемикача SA3, дозволяє проводити докладний лаштунок підсилювача за максимальним струмом в антені та контролювати значення відбитої хвилі. Електродвигун М1 обертає повітряний вентилятор, що охолоджує вихідну лампу, а термоконтакт SF1 замикає резистор R27 збільшуючи інтенсивність обертання.

Підсилювач має п’ять ступенів захисту. Перший, на транзисторі VT4 запобігає перевантаженню по вхідному сигналу. Другий, на транзисторах VT5, VT7 – перевантаженню по струму екрануючої сітки VL1 та протидинатронному ефекту. Третій і четвертий, на діодах VD8, VD9, VD10, VD11, VD12 і транзисторі VT6, відповідно, від внутрішньолампових прострілів і пробою VT8. Виконавчими елементами захисту є оптоелектронний ключ U1, транзистор VT2 і реле K3. П’ятий ступінь захищає лампу VL1 від перегріву за допомогою термоконтакту SF1.

Живлення аноду лампи VL1 здійснюється від джерела напруги +1550¼1600 В, що забезпечує струм навантаження до 0,8 А при просадці не більше 100 В і ємності конденсаторів фільтру не менше 300 мкФ. Екрануюча сітка лампи живиться від джерела напруги +350 В через однотранзисторний стабілізатор на КТ854A (BUT11A, BU508A) з увімкненими в базу двома з’єднаними послідовно стабілітронами КС650А і КС680А, встановленими на спільному з транзистором радіаторі площиною не менше 100 см² через слюдяні прокладки (на схемі не показано). В авторському варіанті анодна напруга +1550 В утворюється послідовним увімкненням двох джерел з загальною ємністю конденсаторів фільтру 400 мкФ. Напруга джерела +1200 В згладжується двома паралельно з’єднаними ланцюжками, кожен з котрих складається з чотирьох з’єднаних послідовно конденсаторів K50-3Ф 1000 мкФ × 300 В, зашунтованих резисторами МЛТ-2 300 кОм, загальною ємністю 500 мкФ. Напруга джерела +350 В згладжується конденсаторами 200 мкФ × 350 В, увімкненими десять штук в паралель, загальною ємністю 2000 мкФ. Джерела зашунтовані “паперовими” конденсаторами, відповідно, 4 мкФ × 1500 В і 20 мкФ × 400 В. Мінус джерела 350 В з’єднан з тулубом (землею), а плюс з колектором транзистора стабілізатора напруги екрануючої сітки і мінусом джерела 1200 В, з плюса котрого знімається сумарна напруга +1550 В. Діаметр дротів обмоток силового трансформатора для обох напруг однаковий, його осердя складається з чотирьох осердь від трансформаторів ТС-180, складених попарно у трансформатор броньового типу. Основна частина схеми блока живлення підсилювача наведена в [1], він підімкнений до мережі через симетричний одноланцюговий протиперешкодний фільтр. Перемикач живлення забезпечує режими: “ВИМК”, “ВМК” (при цьому напруга живлення подається на силовий трансформатор через обмежувальний резистор 100 Ом × 50 Вт), “230”¼“190” з кроком 10 вольт.

Живлення низьковольтної частини схеми здійснюється від напруги накалу вихідної лампи через двохполуперіодний випрямляч з подво- єнням напруги на діодах VD3, VD4 і конденсаторах C2, C3 на виході котрого утворюється напруга +18 В і +36 В. Перша з них подається на брамку транзистора VT8 і задає колекторну напругу транзистора VT3, друга – на керуючу сітку VL1 і задає стокову напругу транзистора VT8.

Робота схеми.

В режимі надавання CW напруга +12 В на реле K2 не подається, контакти К2.1 замикають стабілітрон VD5 і зміщення на брамці транзистора VT1 відсутнє, через нього протікає невеликий початковий струм і падіння напруги на резисторі R5 недостатньо для відкривання транзистора VT3, він запертий, утримуючи запертими також транзистор VT8 і лампу VL1. Підсилювач знаходиться в класі C.

В режимі надавання SSB напруга +12 В з трансивера подається на реле К2. Контакти К2.1 розмикають стабілітрон VD5 і на ньому з’являється позитивна опорна напруга зміщення, котра через резистори R1, R2 подається на брамку транзистора VT1, відпираючи його. Падіння напруги, що виникає при цьому на опорі R5 відпирає транзистор VT3 на задане значення струму, котрий починає протікати також через транзистор VT8 і лампу VL1. Підсилювач переходить в клас AB. Напруга, що падає на резисторі R7 через резистори R9, R18 і перемикач SA1 “струм аноду – антени” подається на вимірювальний прилад PA1 для контролю струму лампи.

Високочастотний сигнал від вхідного злучника XW1 через контакти K1.1 реле перемикання входів K1, роздільний конденсатор C1 і протизбудний резистор R2 подається на брамку транзистора VT1. З його витоку підсилений за струмом сигнал через лінеаризуючий резистор R6 подається на базу транзистора VT3 – головного підсилювача струму, зміни котрого (ефективне значення) реєструються приладом PA1. Високочастотний струм, що проходить через VT3 створює на переході виток-брамка транзистора VT8 сигнал, котрий підсилюється ним за напругою і зі стоку подається на катод вихідної лампи VL1 кінцевого підсилювача потужності. Високочастотний сигнал, що виділяється на дроселі L9 через роздільний конденсатор C21, узгоджуючий П-контур C25, L10, C27 і КСХ-метр W1 подається на вихідний злучник XW3, а через обмежувальний конденсатор C24 – на індикаторну неонову лампу HL1.

При збільшенні вхідного сигналу вище допустимого рівня або пробою транзистора VT3 через підсилювач починає протікати великий струм, котрий створює на резисторі R7 падіння напруги, що відкриває транзистор VT4 і призводить до спрацювання тиристорної оптопари U1 в його колектор