Хороший современный KB усилитель мощности для работы в радиолюбительском эфире довольно сложное и трудоемкое устройство, о чем свидетельствуют мировые цены на западе на усилители, хотя бы по отношению к стоимости трансиверов среднего класса.

В распоряжении многих радиолюбителей стран СНГ, а именно на них рассчитана данная публикация, находится большое количество трансиверов с выходной мощностью порядка 10-15 Вт, как - hоmе made, так и привезенных, как правило, с различных распродаж (по известным причинам), которые с успехом используются ими при проведении как повседневных QSO, так и при работе в различных testax. Однако не всегда работа на QRP доставляет огромное удовольствие, особенно при работе с редким DХ да еще в бешеном - "pile'up". Поэтому большая часть радиолюбителей со временем рано или поздно начинает думать об увеличении мощности своего аппарата.

Однако постройка хорошего - Power'a, имеющего сравнительно малые размеры, приличный внешний вид и удовлетворительные технические характеристики, несмотря на кажущуюся схемную простоту, только на первый взгляд простое дело. Во-первых, сразу же встает вопрос, чему отдать предпочтение, лампе или транзистору? Многолетняя практика эксплуатации, как первых, так и вторых показала, что ламповые усилители гораздо проще в изготовлении и менее критичны к условиям эксплуатации (имеются в виду усилители с Рвых,> 150 Вт), а вес анодных трансформаторов практически компенсируется весом радиаторов, необходимых для охлаждения мощных транзисторов. Транзисторы же более капризны, особенно к перегрузкам, по­этому эксперименты с ними, учитывая стоимость мощных транзисторов, иногда обходятся очень дорого. Но и при постройке лампового усилителя, несмотря на кажущуюся его схемную простоту, приходится извести кучу металла, а он теперь не валяется во дворах заводов, затратить массу времени на компоновку, по много раз вязать и развязывать жгуты (если таковые вообще в наличии) прежде, чем выйдет что-то путное. То не там просверлил, то одна деталь налезает на другую и т.д. Этот сложный тернистый путь пройден и автором, пока не была отработана универсальная конструкция усилителя на двух лам­пах ГИ-7Б. а потом просто появился спортивный интерес - делать усилители на тех лампах, которые попадаются в руки. В процессе чего был накоплен материал, к которому добавлен многолетний опыт авторов публикаций на эту тему в различной литературе, что и легло в основу материала, которым хотелось бы поделиться с читателем.

Вниманию коротковолновиков предлагается полное схемное и конструктивное описание нескольких вариантов конструкций простых, но весьма надежных и экономичных усилителей мощности на хорошо зарекомендовавших себя и доступных (правда, к сожалению в настоящее время дорогих) отечественных лампах. Все описанные нижа усилители были реально изготовлены и прошли в течение двух, трех лет испытание, как в повседневной работе, так и в условиях - test'ov при круглосуточной работе преимущественно на передачу. Усилители предназначены для совместной работы с трансиверами (передатчиками), имеющими выходную мощность 5-40 Вт.

Публикуемый материал рассчитан на широкий круг радиолюбителей, не имеющих специального технического образования и опыта постройки подобных конструкций, поэтому некоторые вопросы, возможно, на чей-то взгляд освещены слишком подробно.

Следует сразу заметить для критики, что в данной статье авторами выражено только свое видение решения этого вопроса, и поэтому изложенный материал не претендует на бесспорность как в суждениях и схемных решениях, так и в практической реализации конструкций усилителей и их отдельных узлов.

Основные задачи, которые мы попытались решить в данной публикации - это:

- создание универсальной конструкции усилителя, позволяющей собрать ее радиолюбителю, не имеющему большого опыта в постройке подобных устройств и не обладающему высокой квалификацией:

-возможность без серьезных переделок использовать в схеме усилителя наиболее часто встречающиеся отечественные генераторные лампы;

- применение в конструкции максимального числа общедоступных деталей заводского изготовления;

- возможность применения при изготовлении и настройке усилителя минимума оборудования и измерительных приборов.

Усилители эксплуатировались с различными типами трансиверов; UW3DI-2; RA3AO; Эфир-М; Волна, UA1FA [передающая приставка), на СВ и 10-метровом диапазоне для раскачки использовались ONWA и LINCOLN. Во всех случаях качество выходного сигнала однозначно определялось качеством сигнала используемого трансивера.

ОСНОВНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ УСИЛИТЕЛЕЙ.

В усилителях использованы лампы ГИ-7Б (2шт.), ГУ-72 (2шт.), ГМИ-11, ГУ-74Б, 6П45С, 6П42С, 6П36С (4 шт.) в классе АВ1 (в режиме SSB и классе С (режим CW).

Диапазон рабочих частот..................................... 1.8-28,7 МГц

Вид излучения........................................................SSB, CW, RTTY

Мощность, подводимая к анодной цепи в течение длительного времени в режиме “нажатия” (зависит от мощности возбуждения и ограничивается мощностью источника анодного напряжения)........650 Вт.(max.)

Мощность в нагрузке в полосе частот 1,8-28,7 МГц (в зависимости

от КПД выходного контура на данном диапазоне)........... 300-350 Вт

Входное (выходное) сопротивление усилителя.............. 75 (50) Ом

Мощность, потребл, от сети в режиме -нажатия-.......700 Вт (max)

в режиме молчания......................................................130 Вт

в режиме приема...........................................................60 Вт

Габаритные размеры усилителя (без ножек), мм. ... 352 х 153 х 350.

Масса усилителя...........................................................около 25 кг

Во всех приведенных ниже схемах и сборочных чертежах нумерация элементов и деталей, выполняющих одно и то же назначение, со­хранена от схемы (чертежа) к схеме (чертежу), Если на схеме нет какого-то очередного номера элемента либо размера на чертеже, это значит, что он был на предыдущей схеме (чертеже) и соответственно, вновь появляющиеся элементы имеют номер, не встречающийся ранее.

1. БЛОКИ ПИТАНИЯ УСИЛИТЕЛЕЙ МОЩНОСТИ.

Принципиальная схема блока питания (в дальнейшем БП) изображена на рис.1 (а, б, в).

БП для питания усилителя мощности на 2х лампах ГИ-7Б.

БП для питания усилителя мощности для ГМИ-11 и 2х ламп ГУ-72.

БП для питания усилителя мощности для лампы ГУ-74.

БП для всех вариантов усилителей (за исключением бестрансформаторных) собраны по схеме удвоения напряжения, что обусловлено типом применяемых для получения анодного напряжения трансформаторов. Выпрямитель анодного напряжения выполнен на четырех диодах КД210В. В практике принято для каждого плеча схемы удвоения на каждые тысячу вольт выпрямленного напряжения использовать по одному диоду, поэтому они включены последовательно по два в каждом плече. Данный тип диодов позволяет применять их в последовательном включении без шунтирования резисторами. При использовании же диодов старых типов параллельно им необходимо включить резисторы для равномерного распределения обратного напряжения (из расчета 750-1000 кОм на 1000В напряжения) зашунтировать их конденсаторами 0,01-0,05 мкФ для предохранения от электрического (не теплового!) пробоя кратковременными импульсами, по разным причинам возникающими в цепях. Как показала трехлетняя практика эксплуатации усилителей (по приведенным схемам было изготовлено несколько вариантов таких усилителей на различных лампах), в усилителях можно абсолютно спокойно применять выпрямитель с удвоением напряжения и электролитическими конденсаторами в качестве емкостной нагрузки, причем качество сигнала практически зависит только от качества сигнала применяемого передатчика. Габаритная мощность трансформатора питания может быть всего на 10-15% больше мощности, подводимой к оконечному каскаду. Кроме того, при этом его вторичная обмотка имеет в два раза меньшее число витков, а сечение провода наоборот увеличивается, что облегчает намотку трансформатора.

Величина анодного напряжения выбрана не только от типа трансформатора, но и с учетом получения большего значения величины эквивалентного сопротивления анодной нагрузки (Rэ=Ua/2la), так как при малом Rэ лампы работают с большими анодными токами (мало Ua), вследствие чего из-за увеличения требуемой мощности раскачки уменьшается КПД каскада

Учитывая применение в усилителях схемы включения ламп с общим катодом, источник обеспечивает также полный набор остальных напряжений, необходимых для работы усилителя: экранной и управляю­щей сеток, накала и служебных напряжений для питания цепей автоматики и сигнальных цепей. Несущественные различия имеются только в схеме питания накальных цепей, она выполняется в зависимости от напряжения накала конкретной лампы, при этом используются различные накальные трансформаторы. В БП применены только трансформаторы промышленного изготовления, которые прошли Государственные испытания в предельных режимах эксплуатации и обеспечивают возможность непрерывной круглосуточной работы при номинальных напряжениях и токах в жестких климатических условиях повышая тем самым надежность при эксплуатации усилителя. А. учитывая то, что средняя мощность усилителя при работе в режиме SSB составляет порядка 30% от пиковой, а пики полной мощности при этом достаточно кратковременны. с усилителя можно получить большую выходную мощность. Правда, если при этом Вы собираетесь использовать усилитель для работы цифровыми видами излучения (т.е. предполагается постоянное присутствие несущей) возможны просадки анодного напряжения непосредственно до величины {эффективной) напряжения выходной обмотки трансформатора, что приведет к появлению искажений. В данном случае выходную мощность необходимо снизить. Кроме того, сетевые обмотки этих трансформаторов содержат отводы, позволяющие использовать трансформаторы при повышенном либо пониженном напряжении питающей сети. А наличие отводов во вторичных обмотках позволяет в широких пределах варьировать величиной анодного напряжений. Все сказанное ни в коей мере не исключает Вашей инициативы по самостоятельному изготовлению трансформаторов при отсутствии возможности приобретения заводских экземпляров. Просто при их изготовлении необходимо учитывать вышесказанное. Сам расчет трансформаторов на железе ШЛ здесь не приводится, так как он неоднократно приводился в различной литературе, например, см. [2] .

Блок питания усилителя обеспечивает;

- анодное напряжение................................1330 (1500) В /500 мА

- стабилизированное напряжение экранной сетки... 300 В / 50 мА

- стабилизированное напряжение управл, сетки .....100 В / 50 мА

- напряжение нахала (переменное) .. 26 В / 2,1 А (12,6 В / 7,0 А)

- напряжение питания реле......................................24 В / 700 мА

- напряж. питания сигнальных ламп (перемени.} ... 6,3 В / 700 мА

Так как при использовании ламп ГИ-7Б в схемах с общей сеткой нет необходимости в отдельном источнике напряжения смещения (рис.1а), величину напряжения анода можно увеличить до 1500 вольт за счет использования для этой цели дополнительно включаемых последовательно обмоток 15-16 и 21-22 трансформаторов Тр.1 и Тр.2. Конденсаторы С1- С8 типа К50- 20 при этом необходимо поменять на К50-7, рассчитанные на рабочее напряжение 450 В.

Включается БП (рис.1б) нажатием кнопки S1 -ВКЛ.”. При этом питание подается только на нахальный трансформатор Тр.З. С этого же трансформатора получается напряжение для выпрямителей, питающих цепи управляющей сетки, сигнальные лампочки, реле и вентиля­тор. Использование отдельного макального трансформатора позволяет, во-первых, включать напряжение питания анода только при наличии напряжения накала и прогрева ламп, во-вторых, сразу после включения напряжения накала лампа запирается отрицательным напряжением на управляющей сетке и, в третьих, это позволяет использовать усилитель в дежурном режиме с выключением высокого напряжения при длительной работе радиостанции только на прием,

Все усилители снабжены вентиляторами для обдува ламп, что может пригодиться в жаркое время года, при работе в соревнованиях, а также при работе RTTY и PACKET. Выпрямитель для питания вентилятора (рис. 16) собран на VD15, У016иС13, С14. Конденсаторы С13. С14 - по 470 мкФ, и при этой емкости напряжение на вентиляторе при нагрузке будет равно 12 В. Для включения питания вентилятора служит кнопка S2 ВЕНТ-. Желающие могут параллельно кнопке поставить термореле [например, РБ5-2), тогда вентилятор будет автоматически включаться при достижении температуры 60°. В вариантах схемы усилителя на лампах, работающих только при принудительном охлаждении, используется вентилятор типа ВВФ71М, имеющий относительно малые габариты и достаточную производительность - 45 куб, метров воздуха в час.

В паспорте на металлостеклянные и металлокерамические лампы сказано, что охлаждение на лампы должно подаваться до включения напряжения накала и прекращаться не ранее, чем через три минуты после выключения напряжения накала. Поэтому включение блока питания в данном случае [рис.1 а, в) производится следующим образом: при нажатии кнопки 81 ВКЛ. включается только вентилятор, а служебное напряжение и напряжение накала появляются при включении кнопки S2 -НАК”, а при выключении накала вентилятор продолжает работать. Для долголетней и бесшумной работы вентилятор необходимо обязательно периодически чистить и смазывать,

Для получения анодного, экранного и напряжения смещения применены два трансформатора ТА262-127/220-50 Тр.1 и Тр.2, вторичные обмотки обоих трансформаторов включены последовательно. При нажатии кнопки S3 “АНОД” срабатывает реле К1, которое своими контактами подключает к сети (через предохранители FU1 и FU2) первичные обмотки трансформаторов, R1 и R2 служат для ограничения скачка тока заряда конденсаторов С1-С8 при включении питания усилителя, их величина 3-10 Ом, R3-R6 наоборот дли разряда С1-С8 при выключении питания. HaR9 - R13 происходит падение напряжения до напряжения стабилизации VD11-VD13, включенных в цепь экранной сетки (рис,16, в).

Резисторы RLJJ1 и RUJ2 предназначены для измерения тока анода и экранной сетки соответственно. Сопротивление резисторов зависит от типа применяемых приборов. Так, для приборов типа М2001 с то­ком полного отклонения 1,0 мА их сопротивления равны 0,28 и 2,8 Ом соответственно, при этом их шкалы будут соответствовать 500 и 50 мА, В базовой конструкции измерение тока экранной сетки не предусмотрено и резистор RUJ2 стоит на любителя.

Источник напряжения смещения управляющей сетки лампы (рис.1б, в] также выполнен по схеме удвоения напряжения на диодах VD5, VD6 и конденсаторах СЮ, СИ, далее напряжение смещения стабилизируется VD14. Переменные резисторы R22 и R23 пред­назначены для установки тока покоя ламп в режиме SSB и CW соответственно. Выбор режима производится переключателем S4 “SSB-CW”.

Для сглаживания пульсаций анодного напряжения применены электролитические конденсаторы марки К50-20. Часто в литературе пишется, что их применение в связи с тяжелым тепловым режимом внутри корпуса усилителя нежелательно и приводятся многочисленные доводы. Однако двадцатилетний личный опыт обслуживания ЭВМ типа “Минск-32-, iEC-1022- и “EC-1Q4S”, работающих круглосуточно месяцами баз выключения питания доказал, что ведут себя они очень надежно. Единственное, чего не любят эти конденсаторы - так это длительного простоя без напряжения. Так что если при первом включении усилителя или при его включении после длительного простоя (три месяца и более). Вам будут указывать на фон, не волнуйтесь - пара дней работы в эфире, и все встанет на свое место. Кроме того, конденсаторы отделены перегородкой от места установки ламп.

В розетку ХР2 в случае возникновения необходимости можно включить трансивер либо какое-нибудь вспомогательное устройство.

Разьем ХРЗ +24В (-Ч2В) может использоваться для управления коммутацией антенн или, например, питания электронного ключа,

В БП для усилителя на 2-х ГИ-7Б (рис.1 а) для получения служебного напряжения применены два конденсатора (С12, С15). Это сделано на тот случай, если Вы не достанете нужного трансформатора из серии ТН, а Вам попадется трансформатор, имеющий различные по току макальные обмотки, например ТН-56, В этом случае, чтобы получить необходимый ток накала, необходимо комбинировать обмотками, а для получения служебного напряжения Вы легко перейдете на схему удвоения, используя только одну обмотку 6,3 В, как это показано на рис.1а.1 (это касается и других схем).

2. ОБЩЕЕ ОПИСАНИЕ СХЕМ УСИЛИТЕЛЕЙ.

Лучше всего для постройки усилителей подходят лампы, у которых вывод анода расположен отдельно от других выводов и находится сверху. При такой конструкции лампы при монтаже усилителя проще разделить друг от друга анодные, сеточные и накальные цепи, что уменьшит вероятность их взаимного влияния, а соответственно и склонность усилителя к самовозбуждению при включении.

Принципиальная схема высокочастотной части усилителей мощности приведена на рис.2

Схема анодной части базового усилите­ля является общей для всех вариантов и выполнена по схеме параллельного питания. Анодный контур представляет собой традиционный П-контур, состоящий из диапазонных катушек L4 и L5, анодного конденсатора С20. конденсатора связи с антенной С21. Единственной особенностью схемы является включение антенного входа приемника в горячий конец П-контура выходного каскада, что дало дополнительную селекцию сигнала на приеме. При таком включении появилась возможность настройки контура на передачу в холодном” режиме. Это исключило режим перенапряжения усилителя при расстроенном контуре в режиме настройки, так как она производится в режиме приема без подачи высокого напряжения и излучения сигнала в эфир, причем положения органов настройки в режиме приема и передачи практически совпадают, небольшое различие наблюдается только на диапазоне 10 метров. Чтобы лампа не шумела во время приема за счет остаточного тока через нее (иначе стабилитроны не будут работать), запирающее лампу отрицательное напряжение выбрано достаточно большим.

Предварительно проведенные эксперименты показали, что при нормированном входном сопротивлении приемника RBX равном 75 (50) Ом, емкость конденсатора связи С19, включенного в “горячий” конец контура, должна быть не менее 15 пФ. 8 противном случае сигнал на входе приемного тракта будет иметь большое затухание, однако при этом величина емкости конденсатора в диапазоне 10 метров становится соизмеримой с величиной емкости анодного конденсатора С20, что и приводит к некоторой разнице в настройках. Кроме того, суммарная емкость этих конденсаторов становится уже значительной для диапазона 10 метров, в связи с чем могут возникнуть трудности с настройкой контура на передачу, так как при передаче С19 подключается параллельно конденсатору С20, поэтому последний должен иметь как можно меньшую начальную емкость (за исключением варианта Д. рис.2а).

От применения на входе усилителя широкополосных трансформа­торов (ШПТ), повышающих входное напряжение возбуждения вдвое (для схем с общим катодом) пришлось отказаться. Были проведены многочисленные эксперименты, использовались кольца проницаемостью от 1000 до 20 ВЧ. изменялись число витков и шаг скрутки, для компенсации завала на ВЧ применялся последовательный контур, из­менялась схема включения ШПТ, и все равно были получены пример­но одни и те же результаты. На частотах выше 11 МГц амплитуда сигнала начинала падать, а на 28 МГц ее уровень был в два раза ниже уровня входного сигнала. Таким образом, выяснилось, что одним ШПТ нельзя перекрыть полосу практически в 28 МГц, чего и следовало ожидать; применяя несколько ШПТ, получаем те же входные диапазонные контуры.

Применение входных диапазонных контуров на входе усилителя значительно усложняет и удорожает его конструкцию. Это также приводит к усложнению схемы коммутации, т.к. потребуются дополнительные реле для коммутации контуров, либо механическая связь переключателей входных и выходного П-контуров.

(Продолжение следует.)

Владимир Дроган (UYOUY)

Радиохобби 4/2001

материал подготовил А. Манойленко (UN9LK)