Схемы мощных двухтактных ламповых унч. По мотивам Нобу Шишидо. Двухтактный усилитель на КТ88


↑ Исходная схема

Понравилась мне такая схемка, под неё приобрел пару ламп EF80:

Расчёт входного каскада

Входной каскад выполнен по схеме параллельно управляемого двухлампового усилителя (SRPP).
Рис. 9.

Рис. 10.

Семейство анодных характеристик лампы 6J5G (описание лампы (by RCA) взято с сайта frank.pocnet)При заданном токе покоя 4мА через нижнюю лампу, получаем напряжении на сетке лампы = 4V, тогда сопротивление автоматического смещения в цепи катода нижней (а так же верхней) лампы = 4V/4мА = 1кΩ.Коэффициент усиления каскада при условии, что в качестве «верхней» и «нижней» применяются одинаковые лампы, а так же что катодный резистор нижней лампы шунтирован конденсатором:А = μ х (r А2 + R К2 х (μ + 1)) / (r А1 + r А2 + R К2 х (μ + 1)) = 20 х (8000 + 1000 х (20 + 1)) / (8000 + 8000 + 1000 х (20 + 1)) = 15.7.Где:r А1 – внутреннее сопротивление «нижней» лампы r А2 – внутреннее сопротивление «верхней» лампы R K2 – сопротивление смещения в цепи катода «верхней» лампыμ – коэффициень усиления лампыУсилитель рассчитан на номинальное входное напряжение звукового сигнала ~1.0V P–P поэтому при таком уровне сигнала, выходное напряжение каскада составит 1.0 х 15.7 = 15.7V P–P . Поскольку связь между входным и драйверным каскадом непосредственная, то значение напряжения на сетке драйверной лампы составит U К + 15.7/2 = 125+7.85 = 133V.

↑ Борьба с кенотроном

Блок питания решил делать с кенотроном 5Ц4С.

Приготовил для него место, установил, закрепил, подключил замеряю… 360В. Я в недоумении, что такое??? Схему БП перепроверил, она очень простая, крутил-вертел, пока где-то не коротнуло. Кенотрон 5Ц4С вышел из строя. Обидно, но нужно продолжать начатое дело и искать другой кенотрон. Нашел 5Ц8С, поменял под него панельку, припаял, мерю и не верю своим глазам! Пожалуйста, 410В на выходе, да и кенотрон очень даже ничего на вид.

Не успокоился и купил новый 5Ц3С, поставил — 360В. И тут все стало ясно. Первый транс не в чем не виноват, но ничего, пусть полежит, следующую конструкцию сделаю с ним.

Для питания цепи смещения

используется отдельная обмотка ТАНа со своим выпрямителем (диодный мост и электролиты).

Спаял простую схему задержки подачи анодного питания

:
При указанных номиналах, задержка составляет примерно 1,5 минуты и при срабатывании реле загорается буква «А» на 7-сегментном индикаторе на панели усилка. Еще добавил цифровую индикацию напряжения сети, выполненную на готовом китайском модульке.
По поводу дросселей.

Хотел применить электронный дроссель на MOSFETe, но когда спаял и подключил, напряжение упало. Решил не заморачиваться с его настройкой и поставил временно дроссели типа Др-5-0.08 из БП старых ламповых телевизоров. Они там так и остались и никакого шума в колонках.

Из особенностей сборки

Самым важным является разводка земель. Хорошо видно, что я организовал две земляных точки, собрал на них земли левого и правого каналов и присоединил их к «минусу» фильтрующего конденсатора анодного напряжения. В результате, вместе с «электронным дросселем», это дало очень хороший эффект. Фона я не слышу вообще. Ни в 10, ни в 5, ни в 2-х сантиметрах от динамика.
Но главное качество решения в двух телах заключается в его модульности. Вы можете купить головку усилителя и изменить ее распределение в соответствии с вашими потребностями. В отличие от комбо, ничто не мешает вам менять динамик или усилитель, если тот или иной вам больше не подходит.

Таким образом, два органа предлагают превосходные полномочия для комбинированного решения и альтернативу покупке полной системы, когда ваши потребности меняются. Некоторые головки могут работать даже без громкоговорителей, поэтому их можно использовать отдельно для записи, нет необходимости выталкивать динамик в студию. В большинстве случаев голова должна быть подключена к шкафу, чтобы избежать перегрева и трансформироваться в импровизированный дым.

↑ Наладка и окончательная схема

Первое включение, подача сигнала и усилок запел. Это радует!!! Теперь нужно ввести выходные лампы в режим. Выставил 80 мА (между анодом и выходным трансформатором) вращением подстроечника 47 кОм. Подключил осциллограф, а он мне выдает что срезан нижний порог синусоиды. Решил избавиться от этого недостатка, хотя на слух не слышно.
Начал уменьшать напряжение на смещение — стало хуже, вернул на 60В. Начал проверять все контрольные точки и подстраивать в нужное значение. Пришлось много потрудиться, чтобы сделать все правильно. Но оно того стоит, усилитель еще ярче запел и исчезла ступенька в показаниях осциллографа, синусоида стала ровная, красивая.

Большое спасибо согражданам-датагорцам, помогли мне и направили мои размышления в нужное русло. Вот внесенные мной изменения:

Исключён фрагмент. Полный вариант статьи доступен меценатам и полноправным членам сообщества. Читай условия доступа.

Перечень деталей усилителя

Механические элементы

Шасси: Hammond Chassis WalnutP-HWCHAS1310AL2 шт
Hammond Bottom PanelP-HHW1310ALPL2 шт
Монтажные панельки (расстояние между лепестками — 9.525 мм):
47.6 мм 6 лепестковP-0602H10 шт
57.2 мм 7 лепестковP-0702H10 шт
66.6 мм 8 лепестковP-0802H10 шт
Фиксаторы для электролитических конденсаторов MPSA 35 – 50 ммMUNDORF-752176 шт
Ручки регулятора напряжения смещенияP-K3104 шт
Панельки для ламп (CNC)14шт
СтойкаМ4 30мм F-F8 шт
СтойкаМ4 10мм M-F16 шт
СтойкаМ3 10мм M-F8 шт
СтойкаМ3 10мм F-F8 шт
ВинтМ4 х 6мм100 шт
Винт, потайная головкаМ4 х 6мм100 шт
ВинтМ3 х 6мм100 шт
Винт, потайная головкаМ3 х 20мм100 шт
Стопорящая шайбаМ4100 шт
Стопорящая шайбаМ3100 шт
ШайбаМ4100 шт
ШайбаМ3100 шт
ГайкаМ4100 шт
ГайкаМ3100 шт
Алюминиевый лист 2.3 мм304 мм х 914 мм1 шт

Электромеханические элементы

21.5 AWG1 катушка
Монтажный провод одножильный изолированный16.5 AWG1 катушка
Тефлоновая изоляция внутренний ø 1.5мм внешний ø 1.8мм7.5м
Клеммы для подключения колонок (длинные)12 шт
Разъёмы RCA тип «D» (входы)NF2D-B-02 шт
Клемма анодного напряжения (Pomona)2142-02 шт
Штекер анодного напряжения (Pomona)3690-02 шт
Анодный колпачок (Yamamoto Plate Caps) 6мм320-070-912 шт
Стрелочный индикатор (Yamamoto Precision Panel Meter) 100мА320-059-182 шт
Сетевой разъём (IEC) + предохранитель2 шт
Сетевой выключатель (Nikkai)2 шт
Переключатель измерения тока покоя оконечного каскада (Nikkai)2 шт

Электроника

Силовой трансформатор (Танго)МЕ–2252 шт
Накальный трансформатор (Хаммонд)266JB62 шт
Силовой дроссель (Танго)LC–3–350D2 шт
Промежуточный трансформатор (Танго)NC–142 шт
Выходной трансформатор (Танго)XE–60–52 шт
КенотронGZ–344 шт
Лампа (GEC)6J5GT4 шт
Лампа (Mullard)EL382 шт
Лампа (Gold Lion)KT884 шт
Электролитический конденсатор, Mundorf, M-TubeCap47μF х 600V2 шт
Электролитический конденсатор, Mundorf, M-Lytic HV470μF х 550V2 шт
Электролитический конденсатор, Mundorf, M-Lytic MLSL HV100μF + 100μF x 500V2 шт
20кΩ 12W4 шт
Гасящий резистор, Mills, MRA–123.9кΩ 12W2 шт
Гасящий резистор, Mills, MRA–510кΩ 5W2 шт
Электролитический конденсатор, Elna Silmic II

↑ Корпус и элементы дизайна

Пришло время полету дизайнерской мысли. Идеи роятся в голове, а мозг фильтрует и выбирает реальные и доступные. Для шасси взял текстолит, вырезал, просверлил отверстие для крепления в корпусе.

Нашел тонкий лист алюминия, вырезал, обработал, отшлифовал, прикрутил сверху — под лампами, блестит красиво. Рядом, слева и справа металлические «ограждения» — это мебельные ручки высокого качества.

В ручке громкости просверлил отверстие и вставил на клей маленький светодиод, а подсоединил тонким и очень гибким проводом, он тоже из недр того медицинского аппарата.

Крышку для выходных трансформаторов сделал из текстолита и покрасил в цвет корпуса.

Что делать на передней панели никак не мог придумать, ведь на ней очень много ненужных отверстий. Решил вставить стекло, а за стеклом разместить индикатор уровня взятый с «Маяка». Чтобы не было видно внутренностей усилка стекло взял темное. Нашел схему подключения индикатора:

Селектор входов

Организовал селектор входов на трех реле TAKAMISAWA (по количеству входов), которые коммутируют слаботочный сигнал. Печатную плату для коммутатора не делал, собрал все на макетке.
Это первый хороший вопрос, который нужно задать и ответить на него, мы рассмотрим преимущества и недостатки каждой системы. Комбинация включена, бас включен и громкость может быть настроена на воспроизведение. Но, с моей точки зрения, никто не выбирает комбо-решение для ввода большой мощности, для этого два органа, которые обычно предлагают лучшую производительность на больших объемах выпуска. Обычно это решение выбирается для его доступности и для практического аспекта его пропорций. До 300 Вт, это выбор в пределах досягаемости широкой аудитории.

Схема примерно такая:

Красоты ради поставил стрелочные индикаторы. Управляются индикаторы отечественной микросхемой К157ДА1. Схема переделана на однополярное питание, печатная плата прилагается.

Коммутатор, микросхема К157ДА1 и диоды подсветки индикаторов питаются от одного источника стабилизированного напряжения.

Помимо этой мощности, у комбо есть свои ограничения из-за его формата, особенно для нашего инструмента. Когда меньше места, воздух циркулирует более сложно, и он связывает характеристики громкоговорителей. Высококачественные и мощные комбо предлагают альтернативы этой ошибке, но они сталкиваются с жесткой конкуренцией со стороны двухкомпонентных систем. Стек: два тела устраняют вышеупомянутые проблемы объема. Можно также учитывать, что вибрации, испытываемые усилителем и предусилителем, уменьшаются, поскольку эти компоненты не прикреплены к корпусу.

↑ Испробованные лампы

Схема усилителя подойдет для других ламп которые я тестировал на этом усилителе, вводя их в свой режим работы: — КТ88
– шикарная лампа, глубокий и бархатный бас. —
6550
– лампа выше по частотам, очень детально обыгрывает средину, замечательно подойдет для гитарного звука. —
6П3С
– очень хорошо звучит, но слабее по мощности и не такой глубокий бас как у КТ88; —
6П3С-Е
– не фонтан, сильно бубанят басы; —
6П44СМ
– тож не плохо, но мало мощности и для нее нужно меньше питание, примерно 300В; —
КТ90
– супер, замечательно, но не для этих выходников, для нее нужно больше железа; —
EL34
– не пробовал, пока не имею такой лампы, но хочу попробовать

Схемотехника транзисторных широкополосных усилителей мощности отработана и если просмотреть схемы импортных трансиверов, как дешевых так и самых дорогих моделей, то различие в построении этих узлов минимальны, отличия только в наименовании транзисторов, номиналах деталей и незначительно в схеме. Если читатель знаком с предыдущей книжкой — описанием сетевого TRX, в котором применен ШПУ на КТ956А, то он может отметить минимальную разницу в построении таких каскадов. Так как трансивер предназначен для работы от источника питания напряжением 13,8В, то поиски были направлены на то, чтобы обеспечить требуемую мощность с минимальным завалом амплитудно-частотной характеристики в высокочастотной области и сохранением линейности при понижении напряжения питания до 11В. Выбор транзисторов отечественного производства для решения этой задачи очень мал. Если еще учесть, что стоимость их как правило выше, чем транзисторов предназначенных для работы от 24-28В и на радиорынках они довольно редко встречаются, то прежде чем браться за изготовление такого усилителя следует задуматься — а нужно ли прилагать героические усилия, чтобы зацикливаться на этих пресловутых, принятых во всем мире 13,8В? Может слепить ШПУ из того “радиобарахла”, что есть в наличии? Есть же КТ960,КТ958,КТ920,КТ925, которые довольно часто применяют радиолюбители.

Чтобы читателю была более ясна позиция автора, остановимся более подробно на выборе типов транзисторов. Если верить тому, что пишут разработчики и изготовители мощных транзисторов, они делят их на три класса:

  1. Низкочастотные (граничная частота до 3МГц),
  2. Высокочастотные (граничная частота до 300МГц),
  3. Сверхвысокочастотные (граничная частота выше 300МГц). Нас интересует вторая группа, внутри нее транзисторы разделяются на: А) предназначенные для линейного усиления ВЧ сигнала и Б) для широкополосного усиления сигнала в классе С на частотах 50-400МГц.

Более подробно о том, как проектируются и изготавливаются те или иные транзисторы лучше прочесть в профессиональной литературе. Здесь же отметим лишь основные отличия подгруппы “А” и “Б”. Группа А, транзисторы предназначенные для связной аппаратуры — это в основном линейные широкополосные усилители, работающие в режиме одной боковой полосы, к транзисторам предъявляются дополнительные требования как по конструктивному исполнению (уменьшение емкости коллектора и индуктивности эмиттерного вывода) так и по линейности. В мощных ВЧ транзисторах для связной аппаратуры амплитуда комбинационных составляющих третьего и пятого порядков в 25-30 раз меньше чем амплитуда основных сигналов (ослабление не менее 27-33Дб) [4]

При изготовлении транзисторов этой группы производители основное внимание уделяют параметрам линейности и запасу прочности в предельных режимах эксплуатации. В подгруппе Б больше внимания уделяют частотным свойствам и повышению коэффициента усиления по мощности. Например, два транзистора, рассчитанные на получения одинаковой мощности 20Вт — КТ965А (подгруппа А) и КТ920В (подгруппа Б) отличаются предельными эксплуатационными параметрами. КТ965А — ток коллектора 4А, рассеиваемая мощность 32Вт при питании 13В; КТ920В — соответственно 3А, 25Вт при 12,6В.

Так как граничная частота транзисторов, предназначенных для работы ниже 30 МГц, довольно невысокая (до 100МГц), то изготовителю легче произвести прибор с большей перегрузочной способностью. Например, минимальные размеры элементов транзистора на частоты 200-500МГц составляет 1мкм и менее, тогда как для частот 50-100МГц они могут иметь размер 3-4 мкм [4]. В том, что перегрузочная способность транзисторов разработанных для линейного усиления КВ диапазона выше, чем у приборов более высокочастотных, но используемых радиолюбителями на частотах до 30МГц, пришлось убедиться на практике. Например, ШПУ с выходной мощностью 70Вт на КТ956А выдерживает КСВ до 10 в длительном режиме и обладает достаточно хорошей линейностью, чего нельзя сказать о точно таком же усилителе на КТ930Б. RU6MS использует ШПУ на КТ956А с выходной мощностью 100-130Вт в виде приставки к “Катрану” уже несколько лет, нагружая усилитель непосредственно на антенну без всякого согласования. Помеха телевидению, даже при использовании “польских” активных антенн, полностью отсутствует. Перед этим он пытался эксплуатировать усилитель, опубликованный Скрыпником в журнале «Радио» и кроме нервных стрессов после очередной замены КТ930Б, отсутствия возможности работать в эфире когда любимая жена смотрит очередной сериал по телевизору, насколько мне известно, другого опыта получено не было. RK6LB применяет промышленный блок на двенадцати КТ956А (мощность до 500Вт) и спокойно работает в эфире при расстоянии 4 метра между усилителем и головной, формирующей сигналы шести телевизионных каналов, станцией кабельного телевидения. Аналогичные параметры линейности и надежности можно получить, применяя транзисторы предназначенные для питания напряжением 13,8В. К сожалению перечень таких изделий выпускавшихся отечественной промышленностью очень мал — это КТ965А,КТ966А,КТ967А. Более современные типы транзисторов на радиорынках попадаются очень редко. Максимальные значения выходной мощности могут быть получены при применении КТ966А и КТ967А, но рассматривать эти версии ШПУ здесь не будем из-за дефицитности транзисторов. Достаточно линейных 50-60Вт выходной мощности можно получить с более доступными КТ965А.

Если предполагается частая работа от аккумулятора, то на этом можно остановиться. Следует учесть, что основная масса радиолюбителей до сих пор используют в трансивере выходной каскад на ГУ19 с такими же энергетическими параметрами и они не могут оценить великолепную чистоту эфира в моменты отключения электроэнергии. А если ещё происходят ежедневные «плановые» отключения, то пользователям ламповой техники остаётся только посочувствовать. Они теряют не только время, но и громадное удовольствие от прослушивания диапазонов во время отсутствия помех, когда отключается электроэнергия в достаточно большом районе. В том случае, когда нужна мощность не менее 100Вт при 12В аккумуляторе, потребуются КТ966,967 или импортные аналоги таких транзисторов, но тогда резко повышается стоимость трансивера и логичнее приобрести что-то готовое фирменное, нежели “изобретать велосипед”. Можно попытаться применить при низковольтном питании транзисторы, разработанные для 27В — это КТ956А,КТ957А,КТ944А,КТ955А,КТ951Б,КТ950Б но, как показал опыт, придется смириться с ухудшением энергетических характеристик и линейности. Одна из версий трансивера, использованного UA3RQ, была такова — задействованы КТ956А при напряжении питания около 20В, в моменты отключения сети подключаются три последовательно включенных щелочных аккумулятора напряжением 19В. Два типа доступных мощных ВЧ транзисторов — КТ958А и КТ960А предполагают их применение в таком трансивере, т.к. разработаны они под питающее напряжение 12,6В но для класса С. По техническим условиям в случае применения этих приборов в режимах классов А,АВ,В рабочая точка должна находиться в области максимальных режимов, т.е. более предпочтительна работа телеграфом и ограниченным SSB сигналом. Для обеспечения достаточной надежности, выходная мощность не более 40Вт. Желательна работа на согласованную антенную нагрузку, в противном случае линейка ШПУ на таких транзисторах склонна к подвозбуду. Схема усилителя используемого в трансивере приведена на рис.9. Этот узел выполнен на печатной плате привинченной к задней стенке-радиатору корпуса. Распайка деталей с одной стороны платы на вытравленных площадках. Такой способ монтажа позволяет легко закрепить плату на радиаторе и обеспечивает доступ к замене элементов без переворачивания платы, тем самым упрощается процесс настройки ШПУ. Напряжение питания платы 13,8В, если используется отдельный стабилизированный мощный источник питания для трансивера, то напряжение для этого узла можно поднять до 14,5В, а для остальных каскадов TRX ввести дополнительный стабилизатор на 12-13В. Такая мера позволяет увеличить общий коэффициент усиления и соответственно облегчит задачу получения равномерной АЧХ. Ту же мощность при повышенном напряжении можно будет получить при меньшем токе и за счет этого уменьшить просадку питающего напряжения на подводящих проводах. Не нужно забывать, что при низковольтном питании трансивера и довольно большой выходной мощности, потребляемый ток может достигать значительных значений. При выходной мощности 50-60Вт потребляемый ток превышает 7А. Отрицательно сказываются на стабильности питающего напряжения длинные подводящие провода между блоком питания и трансивером. Например на сетевом “шнурке” длиной 1м от сгоревшего 100Вт паяльника, используемом для подачи питающего напряжения от блока питания к трансиверу, просадка напряжения при токе до 10А может достигать 0,3-0,5В, приплюсуйте сюда просадку на проводах внутри трансивера от разъема до выключателя и обратно к плате ШПУ, в итоге на коллекторах выходных транзисторов при максимальной мощности вместо 13,8В, на которые настроен блок питания, имеем 13-13,3В. Это не улучшает ни линейность усилителя, ни его энергетические показатели. ШПУ трехкаскадный, первый каскад работает в режиме класса А, второй — класс АВ и оконечный в классе В. Схемотехника подобна применяемой в импортных трансиверах и отечественной связной аппаратуре, т.к. такие узлы хорошо отработаны и нет смысла “удивлять мир” радиолюбительскими конструкциями. Основные задачи при построении транзисторных ШПУ — обеспечение максимально линейной АЧХ, надежности и устойчивой работы на нагрузку, отличающуюся от номинальной. Равномерная отдача мощности во всем рабочем диапазоне частот решается при помощи выбора типов транзисторов, дополнительными частотозависимыми цепочками отрицательной обратной связи, подбора соответствующих широкополосных трансформаторов и конструктивным выполнением. Надежная и устойчивая работа обеспечивается всевозможными защитами по перегрузкам, выбором типов радиоэлементов и конструктивным исполнением. Первый каскад усилителя выполнен на транзисторе VT1 (рис.7) в качестве которого можно применить КТ610, КТ939 или более современный 2Т996Б. Из доступных транзисторов лучший — это КТ939А, т.к. он специально разработан для работы усилителя в классе А с повышенными требованиями к линейности. Транзистор 2Т996Б по данным завода изготовителя обеспечивает такие цифры линейности в которые трудно поверить — коэффициент комбинационных составляющих на частоте 60МГц по второй гармонике (М2) не более — 65Дб, а по третьей гармонике (М3) не более — 95Дб, далеко не каждая лампа может обеспечить такие параметры. Ток покоя зависит от типа применяемого транзистора и составляет не менее 100-160мА. Первый каскад должен работать в жестком режиме класса А с минимумом “мусора” в выходном сигнале, т.к. от этого будет зависеть не только то, что получим на выходе линейки ШПУ, но и общий коэффициент усиления полезного сигнала. Последующие каскады так же широкополосные и они будут одинаково усиливать все сигналы поступающие на их вход. При большом количестве гармоник во входном сигнале часть мощности будет бесполезно расходоваться на их усиление, за счет комбинационных взаимодействий между ними это еще ухудшит и общую линейность. Если посмотреть анализатором спектра такую ситуацию, то обнаружим на выходе каскада еще больший частокол “палок” гармоник, чем видно во входном сигнале. Ток покоя первого каскада регулируется резистором R2. Максимальную отдачу на частоте 29 МГц регулируют конденсатором С1. Цепочка R5,C1 определяет как общий коэффициент усиления, так и наклон АЧХ. Трансформатор Т1 выполнен на ферритовом кольце К7-10 проницаемостью 1000, намотка бифилярная без скрутки двумя проводами диаметром 0,15-0,18 мм равномерно по всему кольцу, достаточно 7-9 витков. Начало одной обмотки соединено с концом второй и образует средний вывод. Дроссель Др1 должен выдерживать потребляемый транзистором ток.

При настройке первого каскада основное внимание нужно уделить линейности работы каскада и максимальной отдаче на 29МГц. Не следует увлекаться повышением коэффициента усиления каскада, уменьшая R3,R4 и увеличивая R5 — это приведет к ухудшению линейности и устойчивости работы всего ШПУ. В зависимости от того, какую мощность хотим получить, ВЧ напряжение на коллекторе VT1 нагруженного на VT2, составляет 2-4В. Далее усиленный сигнал через С6 поступает на второй каскад, который работает с током покоя до 350-400мА. Конденсатор С6 определяет АЧХ и в случае завала на 160 м, его номинал можно увеличить до 22-33Н. Здесь применен транзистор КТ965А. Это на первый взгляд не совсем логичное решение, т.к. транзистор “очень мощный” для такого каскада и используется здесь на 15-20% от того, что в нем “заложено”. Попытки применить более “слабый” транзистор в этом каскаде не дали желаемых результатов. Высокочастотные транзисторы 12В серии из доступных — КТ920, КТ925 с различными буквами если и обеспечивали энергетические параметры, то не давали малого количества “палок” в выходном сигнале на экране анализатора спектра. Транзистор КТ921А при хорошей линейности не обеспечивает требуемую АЧХ при питании напряжением 13,8В и не раскачивает выходной каскад до требуемой мощности на ВЧ диапазонах. Только при применении КТ965А удалось получить до 5Вт линейного сигнала с этого каскада. Кстати, если нет требования получения большой мощности от такого трансивера, то на этом каскаде можно завершить построение ШПУ. Трансформатор Т2 следует включить наоборот, т.е. обмоткой II в цепь коллектора, а обмоткой I в нагрузку. Нужно будет подобрать соотношение витков обмоток для оптимальной согласовки с нагрузкой. Но даже при переключенном Т2 без подбора соотношения витков в обмотках, на нагрузке 50 Ом линейка из транзисторов 2Т355А (плата ДПФов), 2Т939А и 2Т965А обеспечивает 13-16В эффективного напряжения. Потребляемый ток достигает 1,3-1,5А, КПД получается невысокий, но это плата за высокую линейность сигнала. Если не удается найти КТ965А, тогда целесообразно этот каскад выполнить двухтактным на транзисторах КТ921А, рис.8. Придётся смириться с некоторым завалом на частотах выше 21 МГц, выходная мощность с таким каскадом достигает 10Вт. Можно получить спектрально очень чистый сигнал с линейной АЧХ мощностью до 5Вт, увеличивая отрицательные обратные связи элементами R5-R8,R10,C9,R11,C10. На схеме показаны раздельные цепи смещения отдельно для каждого транзистора — это версия для самого «бедного радиолюбителя», у которого нет возможности подобрать пару VT2,VT3 с идентичными характеристиками.

Если предполагается подбор транзисторов, тогда цепи питания баз можно объединить, как это сделано на схеме Рис.9. Предварительно резисторами R14,R15 в цепочках стабилизаторов токов баз нужно выставить ток покоя в пределах 150-200 мА на каждый транзистор, а затем более точно подрегулировать по подавлению ближайшей четной гармоники, которую можно прослушать на дополнительный приемник. Пределы регулировки тока покоя зависят от крутизны применяемых транзисторов и количества последовательно включенных диодов VD1,VD2 и VD3,VD4. Попадаются транзисторы у которых для получения тока покоя до 200мА достаточно одного включенного диода. Цепочки С7,R1 и С8,R2 обеспечивают подъем амплитудно-частотной характеристики на высокочастотных диапазонах. Дроссель Др3 должен обеспечивать требуемый каскаду ток (до 2А) без просадки на нем напряжения. Его можно намотать на небольшом ферритовом кольце проницаемостью 600 и более, проводом диаметром не менее 0,6-0,7 мм, достаточно 10-20 витков. Трансформатор Т1 выполнен в виде “бинокля” из ферритовых колец диаметром 7 мм, проницаемостью 1000-2000. Столбики “бинокля” склеены из 3-4 колец в зависимости от их толщины, высота столбика 9-11 мм. Первичная обмотка 2-3 витка монтажного провода во фторопластовой изоляции, вторичная 1 виток провода ПЭЛ 0,7-0,8 мм. Трансформатор Т2 выполнен тоже в виде “бинокля”. Два столбика склеены из ферритовых колец проницаемостью 1000, диаметром 10 мм, столбики высотой 13-16 мм. В зависимости от режима транзисторов и сопротивления нагрузки, следует подобрать оптимальное соотношение числа витков в обмотках. Первичная обмотка — 1 виток из оплетки от тонкого коаксиального кабеля с отводом от середины или один виток из сложенных двух монтажных проводов во фторопластовой изоляции, начало одного соединено с концом второго и образует средний вывод. Вторичная обмотка, в случае применения оплетки от коаксиального кабеля для I обмотки, проходит внутри этой оплетки, если же применен монтажный провод для “первички”, то обмотка II пропускается через отверстия столбиков аналогично I обмотке, только выводами в противоположную сторону. Количество витков обмотки II может колебаться от 2 до 5 в зависимости от исполнения обмотки I и их придется подобрать экспериментально по лучшему КПД и оптимальной АЧХ выходного каскада на требуемом сопротивлении нагрузки. “Бинокли” нельзя приклеивать без изоляции на печатную плату, т.к. некоторые марки ферритов пропускают постоянный ток. Следует отметить, что ФНЧ на элементах С34,L1,C35,L2,C36 рассчитан на сопротивление 50 Ом. Если нагрузка значительно отличается от этого значения, фильтр нужно пересчитать или исключить, т.к. он в этом случае будет вносить неравномерность в АЧХ усилителя. Вернемся к схеме на рис. 9. Резистор R7 служит для предотвращения пробоя эмиттерного перехода при обратной полуволне управляющего напряжения и рассчитывается по формуле R=S/2пFгрСэ. Ток базы VT2 стабилизируется цепочкой VD1,VD2,VT3,R9,C9. Резистором R9 выставляется ток покоя. При помощи элементов отрицательной обратной связи R8,C4,R10,R11 можно выставить требуемую АЧХ и коэффициент усиления каскада. Устанавливать VT3 на теплоотвод не требуется. Дроссель Др3 должен выдерживать ток до 1,5А. Трансформатор Т2 типа “бинокль” из колец диаметром 10 мм. проницаемость 1000, высота столбиков 11-13 мм. Можно использовать кольца проницаемостью 1000-2000 диаметром 7 мм, высота столбиков 10-11 мм. Первичная обмотка содержит 2-3 витка монтажного провода во фторопластовой изоляции, вторичная обмотка 1 виток провода ПЭЛ 0,7-0,8 мм или того же монтажного провода. Обмотки расположены внутри ферритовых трубочек выводами в противоположные стороны отверстий “бинокля”. Виток считается, когда провод входит в один “глазок бинокля” и возвращается из второго. Настройка каскада заключается в подборе тока покоя резистором R9, коррекции амплитудно-частотной характеристики и коэффициента усиления резистором R8 и в меньшей степени конденсатором С4. Предварительно обмотку I трансформатора Т2 следует намотать 3 витка. Окончательный подбор будет осуществляться при настройке всего ШПУ. С трансформатора Т2 два противофазных сигнала поступают для дальнейшего усиления на двухтактный каскад VT6,VT5. Тип применяемых транзисторов зависит от предполагаемой выходной мощности. Самые мощные и соответственно дорогие — это КТ967А. С них можно получать выходную мощность более 100Вт с очень высокой надежностью. Возможно применение КТ956А, но при напряжении питания 13,8В у этих транзисторов резко падает усиление на высокочастотных диапазонах и линейность. Выход только один — повышать напряжение питания хотя бы до 18-20В. С транзисторами КТ965А в выходном каскаде возможно получение 50-60Вт с приемлемой надёжностью. Хотя в справочниках указывается выходная мощность 20Вт на один транзистор, но это как раз тот редкий случай, когда указана «штатная» мощность при применении в промышленной и военной технике с большим запасом надёжности. В качестве эксперимента с пары 2Т965А на 50Ом эквиваленте удавалось получить 90Вт на низкочастотных диапазонах. При выходной мощности 40-45Вт усилитель выдерживает практически любой КСВ в длительном режиме, оптимальной такую работу назвать, конечно же, нельзя. Т.к. при длительной работе с высокими значениями КСВ, например, несколько пользователей этой техники упрямо используют одну «проволоку» на все диапазоны (называя это антенной), обычно один-два раза в год они меняют первый транзистор линейки ШПУ — КТ355А. «Отражёнка» блудит по трансиверу и самое слабое место оказалось в первом каскаде. С транзисторами КТ966А можно получать не менее 80Вт выходной мощности, но у них больше завал на ВЧ диапазонах. Как показал опыт длительного применения этих транзисторов при КСВ до 1,5-2 они выдерживают двукратную перегрузку по мощности. Более распространенные и дешёвые транзисторы такие параметры, увы, не обеспечивают. Например, при применении КТ920В,925В можно с натяжкой получить линейных 40Вт, при превышении этой цифры резко падает надёжность и растёт уровень внеполосных излучений.

Противофазные сигналы с трансформатора Т2 через цепочки C16,R15,C17,R16 формирующие требуемую АЧХ, поступают на выходные транзисторы VT6,VT5. Резисторы R8,R17 служат для той же цели, что и R7. При помощи С15 обмотка 2 трансформатора Т2 настраивается в резонанс на самой высокой рабочей частоте (29,7Мгц). Дополнительно усиление и АЧХ можно корректировать цепочками R19,C30 и R20,C27. Стабилизатор базового смещения выполнен на элементах VD4,VD5,VT4. Транзистор VT4 через слюдяную прокладку прикручен к радиатору. Дроссель Др4 намотан на ферритовом стерженьке от самых больших и длинных дросселей (ДМ3) или на ферритовом кольце проницаемостью 600-1000, диаметром 14-16мм для удобства намотки, провод диаметром не менее 0,8мм на стерженьке до заполнения, на кольце достаточно 7-10 витков. Дроссели Др5,Др6 можно применить типов ДПМ0,6 или намотать их на ферритовых колечках диаметром 7мм, проницаемостью 600-1000, достаточно 5 витков провода ПЭЛ 0,35-0,47мм. Трансформатор Т3 — «бинокль» из колец диаметром 10-12мм, проницаемость 600-1000, длина столбиков 28-24мм. Обмотка 1 — один виток оплётки от коаксиального кабеля, обмотка 2 — два-три витка монтажного провода во фторопластовой изоляции, проложенного внутри первичной обмотки. Точное количество витков вторичной обмотки подбирается при настройке на требуемое сопротивление нагрузки и номинальной выходной мощности по равномерной АЧХ и наилучшему КПД каскада. Ток покоя по 200-250мА на транзистор, подбирается резистором R24. Более точно ток покоя можно выставить по наибольшему подавлению чётных гармоник, которые можно проконтролировать анализатором спектра или дополнительным приёмником. Выходные транзисторы требуют обязательного подбора пары. Подбор на малом токе не оптимален — нужно проверить характеристики при токах коллектора 50мА, 300мА, 1А. Более того, транзисторы с близкими характеристиками на постоянном токе следует подобрать в пары ещё и на ВЧ по одинаковой отдаваемой мощности. Т.к. например, самые «крутые» на постоянном токе транзисторы очень часто уступают по отдаче на ВЧ транзисторам с параметрами «ниже средних». Задача успешного выбора пары выходных транзисторов достаточно просто решается — если есть в наличии хотя бы десяток транзисторов. Надежды на то, что раздельное питание баз может компенсировать разброс — увы, — «имеет место быть» только при небольшом разбросе. Наша промышленность так безобразно выдавала «на гора» эту продукцию, что разбросы таковы — на постоянном токе при одном и том же базовом смещении ток коллектора может колебаться от 20 до 300мА, а амплитуда ВЧ напряжения на нагрузке при одинаковой «раскачке» может быть и 20, и 30В. Сложно предположить, что будет выдавать ШПУ если в выходном каскаде применить два транзистора с крайними значениями разбросов. Понятно, что удовлетворения от работы такого «чуда» не получит ни сам пользователь, ни слушатели. В реальной конструкции ШПУ различия параметров выходных транзисторов отражаются снижением выходной мощности, неравномерным нагревом транзисторов (более «крутой» греется сильнее), из-за перекоса плеч повышенное содержание гармоник в выходном сигнале (вплоть до появления TVI), низким КПД. К сожалению, одним тестером подобрать качественно пару транзисторов для выходного каскада не удаётся, поэтому если есть очень большое желание изготовить такой усилитель, но не удаётся приобрести достаточного количества, чтобы подобрать пару, в крайнем случае, можно за помощью обратиться к автору этих строк, не забывайте только, что возможности мои не безграничны. К выходной обмотке трансформатора Т3 подпаяна «защита от дурака», состоящая из резисторов R21,R22. В случае, если у линейки ШПУ исчезнет нагрузка или будет подключено вместо антенны неизвестное сооружение, то вся мощность будет рассеиваться на этих резисторах. Рано или поздно от этих резисторов пойдёт дух горелой краски — сигнал нерадивому «эксплуататору» — смотри «чего-то не так, горим». Эта простейшая, но действенная защита позволяет, в случае надобности, без особенных опасений включать трансивер на передачу на неизвестную нагрузку. Чем сопротивление нагрузки выше 50Ом, тем большая мощность рассеивается на этих резисторах. Ситуации, когда сопротивление нагрузки ниже 50Ом возникают намного реже и как показывает опыт, усилитель легче выдерживает КЗ нагрузки, нежели её отсутствие. Какая низкоомная нагрузка ни была бы, всегда есть реактивное сопротивление коаксиального кабеля, которым она подключена и реактивность ФНЧ, поэтому абсолютное КЗ на выходе УМа получить достаточно сложно, конечно, если специально не имитировать такую ситуацию. Как гласит один из законов Мерфи: «Защита от дурака срабатывает до того момента, пока не появится изобретательный дурак». Цепочка R24,C37,VD6,C38,R23 служит для измерения выходной мощности. Элементы R24,C37 подобраны таким образом, чтобы компенсировать неравномерность измерения мощности от частоты. Резистором R23 регулируют чувствительность измерителя. Фильтр нижних частот с частотой среза 32Мгц состоит из C34,L1,C35,L2,C36. Он рассчитан под 50Ом нагрузку. ФНЧ следует дополнительно настроить по наивысшей отдаче на 28Мгц, сдвигая-раздвигая витки катушек L1,L2. В случае применения дополнительного согласующего устройства между трансивером и антенной или при работе с внешним усилителем мощности его достаточно для подавления внеполосных излучений. В правильно изготовленном и настроенном усилителе уровень второй гармоники не более -30Дб, третьей не более -18Дб, комбинационных колебаний третьего порядка в пике огибающей двух тонового сигнала не более -32Дб. Контакты К1 реле Р1 подключают антенное гнездо к ШПУ в режиме передачи. Реле Р1 управляется через транзисторный ключ VT4 напряжением ТХ. Диод VD3 служит для защиты транзистора VT4 от бросков обратного тока при переключении реле. Р1 типов РЭС10, РЭС34 с сопротивлением обмотки до 400Ом, его предварительно нужно проверить на надёжность срабатывания от 12-13В. Некоторые реле, например РЭС10 паспортов 031- 03 02, 031-03 01 при напряжении питания 13,8В надёжно отрабатывают в течении первых двух-трёх недель, а затем при нагреве отсека УМа, где и расположены эти реле, начинают отказывать — недотягивают контакты и не подключают выход ШПУ к антенне. Возможно — это было связано с низким качеством реле, хотя десяток реле из той же коробки работают безотказно уже несколько лет. Замечена интересная особенность отечественной элементной базы — она требует предварительного «теста», прогона в течении не меньше одной-двух недель и желательно в различном температурном режиме, т.е. трансивер следует включать-выключать, чтобы он во время работы нагревался и при отключении остывал. Тогда те детали, которые «должны вылететь» из-за их низкого качества «улетят» быстрее и не приведут к «нервному стрессу» в самый неподходящий момент, как это чаще всего бывает. После такого тестирования трансивер при грамотной и аккуратной эксплуатации, как правило, безотказно работает годами. Можно применить РЭС10 с сопротивлением обмотки 120Ом, паспорт 031-04 01, но нужно учесть, что потребляет оно около 110мА, при 13,8В питании TRX греется, что не улучшает общий температурный режим отсека ШПУ, соответственно максимальный коллекторный ток транзистора VT4 должен быть не менее этого значения. При применении РЭС10 выше описанных паспортов, в качестве VT4 можно применять КТ315.

Ниже картинки в тему —

Рейтинг
( 2 оценки, среднее 4.5 из 5 )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями: