Технический прогресс последних десятилетий повлек за собой увеличение
мощности любительских передатчиков. В некоторых странах мира выдаются лицензии
На эксплуатацию передатчиков с выходной мощностью 1 кВт и более. Можно по
разному относиться к этому явлению, однако, положительным фактором является
творческий интерес любителей-конструкторов, занимающихся построением мощных
усилителей.
Изготовление и дальнейшая эксплуатация усилителей мощностью свыше 1 кВт требует более тщательного подхода, более глубоких знаний и лучшего понимания процессов, происходящих при работе усилительного каскада. Часто случается, что радиолюбитель, успешно построивший и эксплуатирующий усилитель с выходной мощностью 200-300 Вт; терпит неудачу при вводе в эксплуатацию сконструированного им киловаттного усилителя. Нередко первое включение такого усилителя сопровождается ярким фейерверком с оглушительным звуковым эффектом и едким "запахом ампера", а у его владельца на долгое время остается неизгладимое впечатление.
Порой, возникает даже желание навсегда отказаться от такого занятия. Когда же "вскрытие трагически погибшего" показывает, что повреждены не только предполагаемые высоковольтные узлы, Но даже участки схемы, абсолютно не относящиеся к анодно-экранным цепям усилителя, то это обстоятельство повергает в глубокое уныние от непонимания произошедшего. Чтобы избежать такой неприятной, но вполне реальной ситуации, необходимо следовать некоторым правилам и советам, исходя из опыта конструирования и эксплуатации любительской и профессиональной мощной усилительной техники.
Блок питания
Блок питания является одним из основных и ответственных узлов усилителя мощности. Не говоря о том, что он должен быть правильно рассчитан и сконструирован, он обладает некоторыми особенностями,” отсутствующими в маломощных источниках питания. Мощный блок питания состоит из двух частей: низковольтной и высоковольтной. Низковольтная часть имеет свой силовой трансформатор с необходимыми обмотками, выпрямители, стабилизирующие устройства и, кал правило, монтируются непосредственно в корпусе усилителя.
Отдельно рассматривается порядок подачи питающих напряжений: накальных, экранных и анодных цепей. В профессиональной аппаратуре применяется многоступенчатая регулировка накала генераторной лампы. Для продления срока службы генераторной лампы в процессе работы это напряжение поддерживается на минимально возможном уровне, не ухудшающем параметров самого усилителя. В любительской конструкции введение. многоступенчатой регулировки накала вряд ли целесообразно, однако, установка ограничительного резистора в первичной обмотке накального трансформатора с последующей его блокировкой через одну- две секунды после включения очень полезно. Известно, что сопротивление нити накала лампы, в холодном состоянии минимально.
Следовательно, большой ток при включении разрушительно действует на нить накала. Ограничение тока в момент включения будет способствовать продлению срока службы лампы. Рабочее накальное напряжение должно соответствовать паспортным данным для конкретной лампы при номинальном напряжении питающей сети., Величина ограничительного резистора в первичной обмотке накального трансформатора выбирается в пределах 100...150 Ом мощностью 5...10 Вт. Выпрямители и стабилизаторы напряжения смещения и питания экранирующей сетки особенностей не имеют. Напряжение выпрямителей должно быть достаточным для обеспечения надежной стабилизации при изменении питающей сети и нагрузки.
Очень важным моментом является правильная подача питающего напряжения на экранную сетку лампы. Этот узел оказывается самым уязвимым в случае электрического пробоя лампы. Напряжение на экранную сетку надо подавать через один или несколько последовательно включенных диодов с обратным напряжением большим, чем анодное .напряжение лампы. В случае пробоя, диоды защитят цепи питания экранной сетки. Иногда можно слышать, что такая защита при пробое лампы не помогает. Повреждаются и сами защитные диоды, и стабилизатор с выпрямителем и даже обмотка трансформатора. Все это кажется невероятным. Но факт остаётся фактом. Что же происходит на самом деле? Почему не спасает диодная защита?
А дело вот в чем.
При электрическом пробое лампы разряд замыкает промежуток катод-анод. В начальный момент времени через этот разряд экранная сетка оказывается замкнутой на катод. Через защитные диоды с источника экранного напряжения на катод проходит импульс тока, превышающий предельное значение и пробивает их; Вследствие чего экранная сетка через внутриламповый разряд оказывается замкнутой на анод. Анодное напряжение через пробитые диоды свободно поступает в цепи питания экранной сетки и делает свое "черное дело". Для реальной защиты источника экранного напряжения необходимо последовательно с. защитными диодами установить ограничительный резистор 20...50 Ом мощностью 2...5 Вт. В случае пробоя лампы он не позволит превысить импульс тока через диоды больше критической величины - резистор 30 Ом на рис.1.
Рис.1.
Для высокой надежности защитные диоды Dзащ. должны быть выбраны с рабочим током в несколько ампер и с общим обратным рабочим напряжением цепочки из диодов, в полтора-два раза превышающем анодное. Полезно также в цепь экранной сетки включить плавкий предохранитель F. В обязательном порядке между экранной сеткой и катодом устанавливается резистор 10...15 кОм, по которому стекают статические заряды, накапливающиеся на сетке в процессе работы. В отсутствие этого резистора они могут спровоцировать пробой лампы. Мощность резистора зависит от напряжения питания экранной сетки и выбирается с запасом, обычно, 10...25 Вт. Для того/чтобы в режиме приема не нагружать источник экранного напряжения и резистор утечки сетки 12К, выделяющие значительное количество тепла, рекомендуется при переходе на прием контактами реле К1 размыкать цепь питания экранной сетки.
В "фирменных" ламповых панелях в цепи экранной сетки блокирующие конденсаторы обычно уже установлены. Однако, кроме них не помешает в различных точках монтажа установить дополнительные блокирующие конденсаторы 0,01..0,05 мкФ. Известно, что незначительное увеличение экранного напряжения на 15...20 вольт может привести к солидной прибавке анодного тока и, сoответственно, выходной мощности усилителя. Этого делать не следует, так как добавочная мощность, даже на 20%, никак не увеличит уровень сигнала на приемной стороне. Зато, несомненно, возрастет уровень внеполосных излучений и риск преждевременного выхода из строя самой пампы и Других деталей усилителя. .
В силу конструктивных особенностей ламп, цели смещения управляющей сетки менее подвержены выходу из строя при пробое лампы, однако, установка ограничительного резистора 50... 500 Ом е цепи напряжения смещения будет защищать элементы источника отрицательного напряжения в экстремальных ситуациях (100 Ом на рис.1.). При меньшем рабочем - токе управляющей сетки или даже его отсутствии выбирается большая величина резистора. Для поддержания работы усилителя в линейном режиме необходим контроль тока управляющей сетки. Также полезен контроль тока экранной сетки.
Источник анодного напряжения
Источник анодного напряжения это отдельный узел со своим трансформатором, высоковольтным выпрямителем и сглаживающим фильтром. В силу своих больших габаритов и веса, он чаще, всего выполняется самостоятельным блоком и располагается отдельно от усилителя, и реже размещается в корпусе усилителя. Монтаж всех узлов источника анодного напряжения должен быть особенно тщательным. Качеству изоляции должно уделяться особое внимание. При изготовлений высоковольтного трансформатора необходимо применять фторопластовую ленту и другие изолирующие материалы высокого качества.
После изготовления трансформатор желательно пропитать в заводских условиях. Для стоек и опор, поддерживающих высоковольтные детали, нужно применять керамику и фторопласт, По возможности все детали, входящие в высоковольтный блок питания, должны иметь большой запас по напряжению, току, мощности и т.п. Это как раз тот случай, когда "Кашу маслом не испортишь".
Конденсаторы фильтра должны иметь достаточно большую емкость, чтобы обеспечить минимальную просадку анодного напряжения при максимальном анодном токе. Это гарантирует высокую линейность и максимальную выходную мощность.
Напряжение питающей сети на первичную обмотку трансформатора следует подавать через плавкий предохранитель или автомат на ток 15...20А. В обязательном порядке подача сетевого напряжения должна быть двухступенчатой. Сначала через мощный (50. ..100 Вт) резистор 200 Ом и, а затем через несколько Секунд в обход резистора. Схема коммутации должна исключить прямое подключение сети во избежание повреждения диодов выпрямителя и конденсаторов сглаживающего фильтра.
Высокое напряжение следует подавать на усилитель, исключительно, через ограничительный резистор 40...50 Ом, мощностью 50 ... 100 Вт и высоковольтный предохранитель на ток 2...3 А. Без ограничительного резистора при коротком замыкании высоковольтной цепи в усилителе (пробой лампы, конденсаторов и т.п.), импульс тока имеет бесконечно большую величину (реально, не
сколько сотен ампер!).
При этом может произойти пробой выпрямительных диодов, а также возможен выход из строя других элементов схемы блока питания и усилителя. Наличие ограничительного резистора в цепи высокого напряжения в случае короткого замыкания ограничит импульс тока до конечной величины, зависящей от величины резистора. Например, при напряжении 3 кВ и резисторе 50 6м импульс тока не сможет превысить 60А. Он не выведет из строя десятиамперные
диоды выпрямителя, а при большей длительности импульса выйдет из строя только
высоковольтный предохранитель.
Кто-то может предположить что при наличии предохранителя ограничительный резистор не нужен, но это заблуждение, так как в случае короткого замыкания он перегорит последним по причине тепловой
инерции. В данном случае для надежности лучше пожертвовать небольшим падением напряжения на ограничительном резисторе (при токе 1А и сопротивлении 50 Ом падение напряжения составит всего 50В).
Ни в коем случае нельзя подавать высокое напряжение на анод позже экранного
напряжения. Это может приверти к неправильному перераспределению внутренних
зарядов и пробою лампы. Анодное напряжение должно подаваться раньше, а сниматься
позже экранного напряжения. В крайнем случае, одновременно. Если в' усилителе
анодное напряжение подано постоянно, а экранное коммутируется с приема на передачу, то неправильная подача и снятие напряжений исключена.
Высокое напряжение от блока питания удобно подавать по толстому коаксиальному кабелю во фторопластовой изоляции толщиной 10... 12 мм. А, вот коаксиальные разъемы Нужно установить другого типа, во избежание ошибок при подключении других кабелей. По центральной жиле подается плюс, а по оплетке минус от источника питания. Кроме этого надо обязательно соединить корпуса усилителя и блока питания толстым, многожильным проводом 5...7 мм, с наконечниками на концах, закручиваемыми под гайки.
Все корпуса радиостанции должны быть надежно заземлены. Этого требует техника безопасности!
Внутри усилителя высоковольтный провод должен проходить отдельно от общего жгута проводов низковольтных цепей и желательно подальше от него. При коротком замыкании в высоковольтной цепи импульс тока наводит в рядом расположенных проводах значительную ЭДС, и может вывести из строя казалось бы никак не связанные с высоковольтными цепями детали и узлы. Например, может вызвать пробой диодов,
залипание контактов реле и т.п. Высоковольтный выпрямитель должен быть постоянно нагружен на мощный резистор, через который в Течение 20...30 сек произойдет разряд конденсаторов фильтра при отключении от питающей сети. Анодное напряжение желательно контролировать встроенным киловольтметром.
Цикл тренировки
При вводе усилителя в эксплуатацию следует помнить, что генераторные лампы, которые длительное время не были в работе, или новые лампы требуют цикла тренировки. Дело в том, что внутри лампы содержится множество самых разных материалов: металлов, сплавов, керамики и т.п. Все они находятся в глубоком вакууме. С течением времени вакуум внутрилампового пространства ухудшается за счет выделения различных газов. Газовые нейтрализаторы, находящиеся внутри лампы, активны только в разогретом состоянии.
Следовательно, для нейтрализации газов до приведения4внитрилампового вакуума в необходимое состояние требуется время для разогрева ее в нормальных условиях, иначе говоря, тренировка. В этот период очень высока вероятность внутрилампового пробоя. Сама лампа, как правило, от этого пробоя не пострадает, но, если не предприняты вышеуказанные меры, могут пострадать детали и узлы усилителя и блока питания. Для тренировки ламп в профессиональной аппаратуре разработаны специальные стенды, где производится высокочастотный нагрев внутриламповых газопоглощающих материалов. Состояние вакуума при этом контролируется измерением тока утечки между электродами при подаче высокого напряжения на "холодную" лампу. Существуют и другие методики, не осуществимые в домашних условиях.
В любительской, практике тренировку лампы можно провести непосредственно в самом усилителе. Нужно лишь заранее предусмотреть возможность подачи половинного анодного напряжения и пониженного на 25-30% экранного напряжения. Кроме этого, потребуется изменение напряжения смещения в довольно широких пределах. Процесс тренировки это длительная процедура и потребуется терпение при ее проведении. Зато дальнейшая эксплуатация усилителя не преподнесет нежелательных сюрпризов, Хотя бы со стороны ламп.
Первоначально лампу(ы) надо продержать "под накалом" и обдувом не менее 24 часов. Затем напряжение накала снимается и лампа хорошо остужается. Этот цикл желательно повторить 2-3 раза, После этого лампа снова включается, подается отрицательное напряжение смещения (лампа должна быть надежно заперта), половинное анодное напряжение и уменьшенное экранное напряжение. В этом состоянии нужно продержать лампу еще 24 часа. Затем, не отключая поданные напряжения, плавно снижая напряжение смещения, надо приоткрыть лампу до анодного тока 5...10 мА. Потребуется еще выждать 6-8 часов, а затем открыть Лампу до половины номинального тока покоя (не забываете о том, что подается половинное анодное напряжение). В этом режиме лампа выдерживается еще 2-3 часа, подается небольшое напряжение раскачки для незначительного увеличения анодного тока.
Только после этого можно настроить выходной контур при включенной нагрузке (антенне) и начать работать в эфире, постепенно увеличивая напряжение раскачки, доведя анодный ток до половины номинального. Не изменяя параметров питающих напряжений следует активно проработать 2-3 недели, и уже после этого можно подавать полное анодное и экранное напряжение, предварительно увеличив напряжение смещения, доведя ток покоя до номинального значения. В течение нескольких дней работа может проходить при сниженной раскачке на половинном 'анодном токе. После этого раскачка увеличивается до номинального значения, соответствующего данному типу лампы.
Такой цикл тренировки дорогой лампы мощного выходного каскада в домашних условиях, несмотря на его длительность, значительно снизит вероятность выхода ее из строя и повысит срок эксплуатации. Всякий раз перед работой желательно прогревать лампу не менее 5 минут (держать включенной под накалом, и обдувом).
С. Сафонов, (4X1IM)
