На эту тему уже довольно много написано, однако интерес к ней не угасает. Действительно, возможность использовать почти безграничный ресурс мощности такого источника питания, как бытовая электросеть, соблазнительна. С другой стороны не ослабевает интерес к ламповым оконечным усилителям мощности из-за широкого интервала мощностей, способности выдерживать перегрузки, сравнительной дешевизны и их доступности. По непонятной мне причине радиолюбители при создании ламповых усилителей избегают применения двухтактных схем, хотя они обладают лучшей линейностью и экономичностью, чем однотактные. По всей видимости, вызывает трудности правильная разфазировка входного сигнала, да и от привычного П-контура на выходе тяжело отказаться.
Часто используются схемы с заземленными сетками и с параллельным включением нескольких ламп. Кстати, целесообразность распараллеливания у меня вызывает сомнения, ведь выигрыш по мощности далеко не пропорционален количеству используемых ламп. Усилитель может пригодиться и "братьям нашим меньшим" — труженикам диапазона СВ - 27 МГц. И какой-нибудь коротковолновик поблагодарит меня за внезапное исчезновение "хвостов" на диапазоне 10 метров от ближнего СиБиста.
Главное опасение в схемах с непосредственным сетевым питанием вызывает вопрос
электробезопасности.
Но насколько обоснованы такие опасения? Ведь при "желании" можно с не меньшим успехом влезть под напряжение и в схеме с трансформаторным питанием. Конечно, некоторые неудобства есть. Шасси усилителя не является теперь общей минусовой шиной питания и гальванически изолировано. В предлагаемой схеме усилителя применяется многоступенчатая развязка его входа и выхода от проникновения напряжения сети. По существу опасными являются только электроды ламп, цепи смещения сеток и цепи накала. "Горячие" элементы на выходе уже не опасны, они отделены конденсаторами С19, С27, рис.1.
Рис.1.
Вторая ступень защиты по выходу конденсаторы С30, С31. И третья ступень — десимметрирующий широкополосный трансформатор Т7. По входу усилитель изолирован конденсаторами С20, С21 и трансформатором Т6.
Схема, детали и конструкция усилителя.
Как почти все публикации, схема этого усилителя имеет концептуальный характер и дает довольно широкое представление о работе устройства и стимулирует фантазию радиолюбителей, побуждая их к самостоятельным действиям. Усилитель был собран и испытан в макетном варианте. Сперва в нем были использованы лампы 6ПЗС, взятые по принципу "их много и их не жалко". Однако и они показали отличные результаты. Усилитель использовался совместно с радиостанцией СВ - диапазона, переделанной для работы на диапазоне 10 м он имел следующие параметры:
- Пиковая неискаженная мощность при двухсигнальном методе осциллографического измерения на эквиваленте нагрузки 50 Ом — 50 Вт.
- Входное сопротивление - 50 Ом.
- КСВ входной цепи — не хуже 2.
- Коэффициент усиления по мощности — окот 10 раз.
- Вес вместе с шасси - около 3 кг.
Сигнал возбуждения подается на вход усилителя через разъем XI. Два реле — входное и выходное, используются для коммутации режима прием - передача. Для повышения устойчивости усилителя отрезок кабеля, используемый для обхода РА закорачивается контактами К1.2 и К2.2 на землю.
Широкополосный нерезонансный входной трансформатор Т6 имеет несколько назначений. Первое из них, как уже упоминалось, это гальваническая изоляция схемы от сети. Трансформатор, так же, выполняет функции повышения напряжения входного сигнала, его расфазировки и согласования входа усилителя с выходным сопротивлением драйвера, равным 50 Ом. Он хорошо работает на всех радиолюбительских диапазонах.
Конденсаторы С20, С21 дополнительно обеспечивают гальваническую развязку. Их величина подбирается для компенсации индуктивной составляющей обмоток трансформатора Т6 до получения наилучшего КСВ входной цепи. Подбор производится с вставленными лампами, — необходимо учитывать емкость сетка-катод.
Напряжение на экранных сетках ламп равно 300В и не нуждается в дополнительной стабилизации. Нагрузкой каждого анода являются дроссели L1, L3, применяются входные катушки от приемника P-3U для диапазона 1,5 — 6,5 МГц. Их можно изготовить самостоятельно, намотав около 200 витков на каркас диаметром 10 ... 20 мм. Обмотку надо разделить на 3 - 4 секции.
Для обеспечения симметрии усилителя оба дросселя должны быть по возможности идентичными. Для согласования с нагрузкой (антенной) на выходе усилителя установлен обыкновенный П-контур, подключенный через разделительные конденсаторы С19. С 27, которые к тому же являются первым барьером гальванической развязки со стороны выхода. Усилитель имеет всего один элемент подстройки - конденсатор С28. Желательно использовать конденсатор с керамическими держателями статора и ротора. Возможно применение конденсатора типа "бабочка", ротор которого соединен с шасси, а два статора включены в П-контур.
Усилитель хорошо работает на всех любительских KB диапазонах, следует только предусмотреть переключение катушки П-контура. Нагрузочное сопротивление усилителя равно 50 Ом. Оно определяется емкостью конденсатора С29. В случае необходимости изменить величину сопротивления нагрузки, следует подобрать величину того конденсатора.
На выходной разъем Х2 сигнал подается через разделительный трансформатор Т7 с коэффициентом трансформации 1:1. Перед установкой этого трансформатора следует с помощью какого-либо передатчика, подобрать величину конденсаторов С30, С31, установив минимальный КСВ цепи, пропуская сигнал через этот трансформатор на эквивалент антенны.
Источник питания
Схема питания усилителя, рис.2, довольно проста и состоит из выпрямителя-удвоителя напряжения сети и накального трансформатора Т4, с обмоток которого так же берется напряжение для питания антенных реле и смещения управляющих сеток. Сетевой фильтр состоит из нейтрализующего трансформатора Т2 и катушки Т1, которая представляет собой два витка сетевого провода, пропущенных через ферритовое кольцо МН2000 в противоположных направлениях. Элементы фильтра Т2, С2, С4, R2 взяты из импортного импульсного блока питания.
Рис.2.
В момент включения сети из-за импульса тока заряда конденсаторов С9, С10 его сопротивление мгновенно увеличивается и предотвращает перегрузку. В рабочем режиме этот резистор имеет номинальное сопротивление. Его можно заменить обычным резистором мощностью не менее 10 Вт. Накальный трансформатор промышленного изготовления — ТНЗЗ-220-50.
В качестве источника напряжения смещения первых сеток ламп используется отдельный малогабаритный трансформатор. Мною был использован согласующий трансформатор от абонентского громкоговорителя. Напряжение на его вторичной обмотке составляло около 80В. Отрицательное напряжение смещения следует подобрать включением нужного стабилитрона D1, таким образом, чтобы установить ток покоя каждой лампы равным приблизительно 40 мА.
Окончательная величина смещения устанавливается по минимальным искажениям выходного сигнала, контролируемого осциллографом при подаче на микрофонный вход передатчика двухтонального сигнала. О линейности РА можно так же судить, подавая на вход усилителя AM сигнал с глубиной модуляции близкой к 100 %. В денной схеме мною были испытаны такие лампы, как 6ПЗС, 6П45С, ГУ29, ГУ50. Во всех случаях усилитель имел хорошую устойчивость и экономичность.
Корреспонденты отмечали прибавку силы сигнала до 3-х баллов при неизменности качества исходного сигнала. Питание усилителя включается тумблером SW1, разрывающим оба провода сети. После прогрева катодов ламп, тумблером SW2 подается анодное напряжение. Резистор R3 предназначен для быстрого разряда конденсаторов анодного питания и через 3 ... 5 секунд напряжение на них снижается до безопасной величины. Для этой конструкции мне удалось достать электролитические конденсаторы фирмы RUBYCON емкостью 440 мкФ и напряжением 350 вольт с удивительными габаритами - диаметром 22 и длиной 55 мм.
Входной трансформатор Т6 наматывается на кольцевом сердечнике из феррита ВЧ50 и с внешним диаметром около 2 см. Можно использовать любой феррит без ухудшения параметров. Намотка трансформатора производится одновременно четырьмя слабо скрученными проводниками и содержит 6 витков. Я использовал монтажный разноцветный провод типа МГШВ диаметром 1-1,5 мм.
После соединения выводов вторичной обмотки согласно схеме делается вывод средней точки, проплавляя центральный провод обмотки разогретым паяльником. Перемещая место отвода, следует добиться равенства ВЧ напряжений на полуобмотках. В данной конструкции усилителя коэффициент трансформации выбран равным 1:(2x1,5). При большем коэффициенте трансформации мне не удавалось получить КСВ по входу менее 3.
Выходной трансформатор Т7 намотан на кольце диаметром около 5 см из феррита МН1000. Использовался обмоточный провод диаметром 0,8 мм сложенный в два слоя и сильно скрученный (5 скруток на сантиметр). Обмотка содержит 8 витков. Особое внимание следует уделить правильности монтажа выводов этого трансформатора.
Один раз я присоединил вторичную обмотку к выходному разъему не в той фазе, так как показано на схеме и долго не мог понять почему выходная мощность усилителя не поднимается выше 8 — 10Вт. После восстановления правильной фазировки все встало на свои места. Объяснить этот феномен я не берусь. Может это из-за взаимных емкостей между обмотками и монтажом схемы?
Еще одно интересное наблюдение. Проверяя ВЧ поле катушки П-контура L2 неоновой лампочкой, видно, что яркость ее свечения возле концов этой катушки максимальна. При перемещении лампочки вдоль оси обмотки, яркость уменьшается и примерно, в середине достигает минимума. Из этого можно сделать вывод, что оба плеча усилителя работают противофазно и с одинаковой отдачей. При смещении минимума свечения неонки к одному из концов катушки следует сбалансировать усилитель подбором отвода от вторичной обмотки входного трансформатора или подобрать пару ламп примерно с одинаковой эмиссией катодов (равными токами покоя).
Реле К1 используется типа РЭС-22. К2 —автомобильное реле, его отличительными особенностями являются наличие трех групп мощных переключающих контактов с ходом около 2 мм. Это реле следует доработать, исключив проводные выводы между его контактами и цоколем, а монтаж вести, непосредственно подпаиваясь к выводам. Катушка П-контура для диапазона 10 метров намотана медным проводом толщиной 2,5 мм и содержит 7 витков. Диаметр и длина катушки около 35 мм.
Модернизация усилителя
Описанная конструкция усилителя может быть полезна и любителям больших мощностей. На рис.3 приведены две схемы умножителей напряжения сети. Первая схема — утроитель, а вторая — учетверитель, точнее двойной удвоитель напряжения. Нагрузочная способность этих схем определяется типом применяемых диодов, емкостями конденсаторов C1, С2 и максимальным током сетевых пробок предохранителей в доме радиолюбителя. От таких схем можно получить ток до нескольких ампер без заметной просадки напряжения.
Рис.3.
В заключении хочу отметить, что выходные усилители мощности выполненные по схеме с непосредственным сетевым питанием анодных цепей имеют наилучшее соотношение мощность - вес. Потенциально, еще более лучшим соотношением может обладать транзисторный (например на КП707) усилитель мощности с непосредственным сетевым питанием, но до этого я еще не дошел!
С. Макаркин, (RX3AKT)
Литература:
1. Журнал "Радио" №3-69, №11-79
