Сайт радиолюбителей Республики Коми.
МДП-транзистор в гибридном усилителе мощности.
На главнуюГлавная

Продолжая тему гибридных усилителей мощности в комбинации электронная лампа — транзистор, предлагаю схему усилителя, состоящего из небольшого по размерам, но мощного металлокерамического тетрода ГС36Б и мощного полевого транзистора с изолированным затвором 2П909А. Комбинация этих двух электронных приборов позволяет осуществить мечту многих радиолюбителей — небольшой по габаритам 250 х 180 х 140 мм, но мощный, не менее 200 Вт в режиме усиления SSB сигнала, усилитель мощности KB диапазона, удовлетворяющего требованиям инструкции Минсвязи РФ для радиостанции I категории.

Интерес, на мой взгляд, обусловлен следующими обстоятельствами:

  • Во-первых, ГС36Б может использоваться в широком интервале анодного напряжения, что позволяет варьировать мощностью в широких пределах.
  • Во-вторых, для достижения требуемой выходной мощности, наличие МДП-транзистора с высокой крутизной предполагает возбуждение усилителя небольшой мощностью и не нуждается в большом напряжении "раскачки"(менее 5 Вт).
  • В третьих, усилитель имеет низкое входное сопротивление, поэтому устойчив.

Предлагаемый усилитель, рис. 1, с полным основанием можно считать экспериментальным, пока не получившим широкого распространения среди радиолюбителей. Надеюсь, что он привлечет к себе ваше внимание.

Рис.1.

Нагрузкой транзистора VT1 является сопротивление катод-сетка лампы VL1, включенной по схеме с общей сеткой. В обычном включении при подаче положительной полуволны на затвор, транзистор входит в насыщение, ограничивая анодный ток. Поэтому, для более полного использования каскада по мощности, на сетку лампы также подается входной сигнал, положительная полуволна которого компенсирует падение напряжения на активном сопротивлении канала открытого транзистора VT1 и сдвигает вправо рабочую точку усилителя, позволяя тем самым, увеличить амплитуду сигнала на выходе.

В исходном состоянии лампа заперта положительным напряжением, поданным на катод с параметрического стабилизатора VD4. В свою очередь стабилитрон VD4 и диоды VD2, VD3 выполняют также функцию защиты транзистора от перенапряжений в момент перехода лампы из закрытого состояния в открытое.

Как было отменено ранее, комбинация МДП-транзистора с высокой крутизной (до 1000 мА/В) и металлокерамической лампы имеет высокий коэффициент усиления по мощности при небольшой мощности возбуждения. Величина напряжения смещения (50 — 100 В) на катоде лампы выбирается в зависимости от величины анодного напряжения, которое может находиться в интервале 350 — 2000В. Напряжение на экранную сетку 150 — 325В желательно подать от стабилизированного источника. Напряжение накала 6,3В при токе 3,15+/-0.2 А.

Рис.2.

На рис. 2 приведен габаритный чертеж лампы ГС36Б и ее цоколевка.  Для установки подойдут панельки от ламп 2Ж27Л, 4Ж1Л или 12Ж1 Л. В соответствии с паспортными данными лампа может работать в любом положении, Объем проходящего воздуха для охлаждения лампы составляет 25 м3/час, что существенно меньше объема воздуха, требуемого для обдува ГУ74Б или ГС35Б, но и масса лампы ГС36Б всего лишь 220г.

В приведенной конструкции, лампа установлена горизонтально и для ее обдува используется импортный малошумящий вентилятор ВА 9/2 на напряжение 220В. В зависимости от режима работы, расход охлаждающего воздуха, необходимый для поддержания температуры анода ниже предельно допустимого значения может быть выбран по характеристикам охлаждения анода, рис.3.

Рис.3.

Некоторые рекомендации по увеличению надежности и долговечности усилителя мощности.

Необходимо подчеркнуть — усилитель экономичен. В отсутствии входного сигнала лампа пребывает в запертом состоянии. Существует порядок включения (подачи питающих напряжений) металлокерамических ламп, от которого отходить не рекомендуется. Прежде всего следует включать обдув лампы раньше или, хотя бы, одновременно с включением напряжения накала и выключать не ранее чем через несколько минут после снятия всех питающих напряжений.

Подача питания должна производиться в следующей последовательности:

  • включается вентилятор;
  • через 3 минуты подаются напряжение накала и смещение на катод лампы;
  • не ранее чем через 1,5 минуты подается анодное напряжение и напряжение на экранную сетку;
  • сигнал или напряжение возбуждения.

Выключение может производиться в обратной последовательности или одновременно. Вентилятор отключается в самый последний момент, но не ранее чем через 2—3 минуты. Этот процесс может быть автоматизирован с помощью специально разработанных схем управления. Готовность усилителя к работе, приблизительно, 1,5 — 3 минуты.

В отсутствии ГС36Б, в усилителе возможны некоторые замены. Работоспособность усилителя сохраняется при замене лампы ГС36Б на триоды ГИ6Б, ГИ7Б, ГС35Б и т.п. с соответствующими доработками схемы. Возможно использование 2-х ГС36Б в параллельном включении с транзисторами 2П913А, 2П920А (Б) и 2П923А. В зависимости от режима, могут использоваться отечественные транзисторы КП901, КП907, 2П918А (Б), 2П933А (Б) или импортные IRF510, IRF511, IRF530, IRF540, 3N169 и другие.

В заключении остановимся на некоторых практических вопросах, касающихся выбора режимов работы рассматриваемого каскада и данных элементов его основных узлов. Предварительно рассмотрим выходной каскад передатчика на лампе ГС36Б, собранный по схеме с общим катодом и работающим в классе В.

При этом будем исходить из требований "Инструкции о порядке регистрации и эксплуатации любительских радиостанций" к радиостанциям 1 категории.

Приведенные ниже исходные данные для расчетов приняты с учетом высоких требований, которые предъявляются к качеству сигнала при работе однополосной модуляцией:

  • Рн — мощность на выходе передатчика...............................................200 Вт;
  • Rн — сопротивление нагрузки (входное сопротивление фидера).....……75 Ом;
  • Ф2 — относительный уровень второй гармоники Рн2/Рн на выходе передатчика не более 40 дБ или коэффициент фильтрации...........……> 40 дБ;
  • Еа — напряжение источника питания..............…................................……. 1500 В;
  • Ке — коэффициент использования анодного напряжения.......................0,77;
  • УО — угол отсечки анодного тока лампы..........................................90 град;
  • СО —- суммарная собственная выходная емкость лампы, дросселя и монтажа, исходная расчетная (минимально доступная)........................................20 пФ;

Из семейств характеристик лампы ГС36Б при Uc2 = 325В следует, что режим В имеет место при токе покоя Iо = 100мА, который соответствует смещению на управляющей сетке Uc1 = - 30В (устанавливается по току покоя). Минимальное амплитудное значение напряжения на аноде лампы Ua min - 350В. Отсюда Ке = Ua min / Еа - 0,77. На основе приведенных данных был выполнен расчет каскада, а результаты расчета с учетом тока покоя лампы Iо > 0 приведены в таблице 2.                                                               

Таблица 2.

F, МГц

3.6

7,06

10,125

14,5

18,118

21,2

28,2

28,6

P1, Вт

207,9

207,9

207,9

207,9

210,2

212,1

216,2

216,39

PO, Bт

357,53

357,53

357,53

357,53

361,53

364,67

371,72

372,13

Pa, Вт

149,63

149,63

149,63

149,63

161,3

152,67

155,56

155,74

Кл, %

96,2

96,2

96,2

96,2

95,14

94,32

92,53

92,43

Iм, мА

720,01

720,01

720,01

720,01

728,06

734,38

748,6

749,4

Iз, мА

360,0

360.0

360,0

360,0

364,03

367,19

374,28

374,7

Io. мА

238,35

238,35

238,35

238,35

241,02

243,11

247,82

248,08

Ф2, дБ

40

40

40

40

43,26

45

47,9

48

9,5

9,6

9,5

9,5

12,16

14,21

18,69

18,94

Rа, Ом

3208

3208

3208

3208

3172,8

3145,5

3085,8

3082,5

С1т, пФ

118,9

60,7

42,3

30,2

23,6

20,2

15,2

14,9

С1. пФ

118,9

60,7

42,3

30,2

30

30

30

30

С1к, пФ

98,8

40,7

22,3

10,2

10

10

10

10

L1, мкГ

17,88

9,13

6,36

4,55

2,6

2,11

1,21

1,17

С2, пФ

538

275

191

136

16

173

18

186

В выходных каскадах, в которых лампа включена по схеме с общей сеткой, для получения Рн = 200 Вт колебательная мощность Рк, которую должен отдавать транзистор в цепь катода лампы с учетом тока экранной сетки I1с2 определяется амплитудой напряжения, током стока и составляет 8 - 10Вт. Эта мощность является проходной и почти полностью поступает на выход каскада.

Остаточное напряжение Uc ост на стоке транзистора составляет 8В. Чтобы обеспечить высокое качество SSB сигнала примем Ucu ост - 10 В. Тогда напряжение Ucu = 30 + 10 = 40В. Суммарное напряжение источника питания для лампы ГС36Б, например, Еак = 1500В, должно составлять Ua = 1500 + 40 ~ 1540В. Остальные данные элементов схемы выходного каскада такие же, как и для схемы с общим катодом.

Таблица 3.

А [MГц]

С1, С4 [пФ]

С2, С3 [пФ]

L1,L3 [мкГн] ПЭВ-2. диам., индукт.

L2 [мкГн] ПЭВ-2, диам., индукт.

3,5

560

1200

21 вит - 0.4 мм. - 2,5

23 вит - 0,4 мм, - 2.9

7

470

82Р

11 пит-0,51 мм,-1,4

18 вит-0,51 мм, - 1,55

10

220

470

15 вит-0,51 мм, - 1,0

17еит-0,51 мм, - 1,15

14

110

300

11 вит-0,51 мм .- 0,6

14 вит-0,51 мм, - 0,65

18

100

250

11 вит - 0,64 мм - 0,52

13 вит -0,64 мм, - 0.65

21

110

240

11 вит -0,64 мм, - 0,48

12 вит-0,64 мм, - 0,56

24

120

270

12 вит - 0,64 мм, - 0,55

13 вит-0,64 мм, - 0,63

27

91

180

8,5 вит - 0,64 мм, - 0,4

12,5 вит-0,64 мм - 0,44

28

56

150

6 вит- 0,64мм, - 0,3

10 вит -0,64 мм, - 0,38

При построении усилителей мощности для передатчиков с однополосной модуляцией одновременно задаются параметры полезной мощности, отдаваемой в нагрузку Рн, и допустимое значение коэффициента нелинейных искажений Кни. С увеличением напряжения возбуждения Uвx приращение мощности Рн уменьшается, а Кни, наоборот, растет. На границе этой области и необходимо устанавливать значения Uвx max и Рвх max. КПД анодной цепи усилителя Кn > 0,6 в классе АВ и 0,2 ... 0,25 в классе А.

Современные лампы могут обеспечить коэффициент использования мощности Ким - 0,4...0,8, а транзисторы в пределах 0,3 ...0,7. Для ламп и транзисторов в предварительных каскадах линейных усилителей мощности, с целью снижения нелинейных искажений, Кни должен быть еще ниже. Этим объясняется применение мощного полевого транзистора с большим коэффициентом усиления при слабом использовании по мощности.

Катушки L1 - L3 намотаны на тороидальных сердечниках с низкой магнитной проницаемостью. На 3,5 и 7 МГц подойдут сердечники Т-50-2, m = 10 фирмы Amidon 12,7x7,7x4,8 или им подобные. На остальных диапазонах — сердечники Т-50-6 с m = 8.

Г. Осипов, (RV3AK)

На главнуюГлавная
Rambler's Top100 Rambler's Top100 Рейтинг ресурсов УралWeb
Hosted by uCoz