КВ усилитель мощности на ГУ-50 без силового трансформатора

Лёгкий и мощный ламповый усилитель коротковолнового диапазона – УМ-300-М1

«Читателей, уверенных в опасности PA без большого и тяжёлого силового трансформатора прошу поверить (пока на слово, а дочитав до конца: надеюсь и на деле), что развязка от сети грамотно сконструированного усилителя мощности ничуть не хуже (а можно сделать даже лучше), чем у обычного трансформаторного».
Слова эти хоть и вселяют тонкий оттенок сомнения, однако принадлежат И. В. Гончаренко – вполне себе уважаемому инженеру, конструктору, а также автору многочисленных изданий, посвящённых вопросам анализа, расчёта, проектирования и применения КВ и УКВ техники. Полное обоснование приведённого выше постулата приведено на авторской странице – http://dl2kq.de/pa/1-1

Примером удачной реализации такого похода к проектированию мощных ламповых КВ усилителей является конструкция В. Гладкова (RW4HDK) из славного города Чапаевск. Вот что пишет автор:

Лёгкий и мощный КВ-усилитель УМ-300-М1 без силового трансформатора

К созданию этого усилителя мощности для КВ трансивера меня побудили небезызвестные публикации таких известных авторов, как Я. Лаповок (UA1FA) и И. Гончаренко (DЛ1TT). Задачей ставилось изготовление лёгкого, малогабаритного и мощного РА, но использование общепринятой методики не позволяет выполнить все эти требования. Кроме этого, РА с параллельным питанием требует очень тщательного выполнения анодного дросселя, и его «отдача» на ВЧ диапазонах сильно зависит от его собственной ёмкости и от ёмкости монтажа, т.е. его КПД снижается. Схема с последовательным питанием во многом свободна от этих недостатков, правда предъявляет повышенные требования к качеству монтажа и к электрической прочности применяемых радиоэлементов. Но согласитесь: лучше немного больше, чем обычно, затратить времени, сил и средств, но в итоге получить добротное изделие, над которым не придётся всё время трястись с паяльником или надрывать живот, пытаясь его сдвинуть с места по мере надобности.

Самые распространённые лампы – ГУ-50, вот на них и остановимся, хотя можно использовать что-то другое, но соотношение «затраты-результат» оптимально всё-таки именно в этом варианте.

  Рис.1 Схема лампового КВ усилителя без силового трансформатора

Питание анодных цепей осуществляется утроением напряжения сети. Это составит около 930 вольт, что вполне достаточно, т.к. такое явление, как «просадка» напряжения на пиках сигнала в этой схеме отсутствует, тогда как в «классической» схеме от него не избавиться, и обычно именно эти 900 вольт присутствуют на анодах ламп вместо необходимых 1000…1200.

Ёмкость конденсаторов С11…С14 должна быть не менее 200мкФ на рабочее напряжение не менее 350 вольт. Кроме этого, они должны иметь одинаковое напряжение утечки. С этой стороны как нельзя лучше подходят конденсаторы фирмы “Samsung”, которые не требуют подбора, как впрочем, и любые другие импортные. Резисторы R4…R7 – МЛТ-2 150к (200к).

Конденсатор переменной ёмкости С1 – строенный КПЕ на 15…500пф, у которого через одну «продёрнуты» подвижные и неподвижные пластины. Его статор подключён к отводу от первого витка катушки L1. Точно такой же КПЕ используется на «холодном» конце П-контура, но пластины у него не удаляются.

Все намоточные данные приведены на рисунке, за исключением П-контура. L1 – 9 витков МГ-2,0 на оправке 40мм и длиной намотки 65мм. Отводы: от 3-го витка (диапазон 10м), от 3,5 витков (диапазон 12м), от 4,5 витков (диапазон 15м), от 5-го витка (диапазон 17м), вся катушка – 20м диапазон. L2 – 46 витков ПЭВ-1,2 на фторопластовом кольце К70*30*15мм. Отводы: от 18-го витка (диапазон 30м), от 20-го витка (диапазон 40м), полностью L1 и L2 – диапазон 80м. L3 (160м диапазон) на усилитель не изготавливалась.

Резистор R1 должен быть обязательно, т.к. в момент включения происходит мощный импульс зарядного тока электролитических конденсаторов, что рано или поздно выведет их из строя, со всеми вытекающими из этого печальными последствиями.

S1 можно включать практически сразу после включения S3, а S2 только после 5…7 минут прогрева ламп на «холостом» ходу.

К катодам ламп подпаивается оплётка РК-75 трансформатора Т2, а на центральную жилу через С31 подаётся сигнал от трансивера. С31 необходим на тот случай, если по какой-либо причине произойдёт межвитковое замыкание у Tr2. Благодаря ему трансивер не пострадает.

К строенному КПЕ тоже подключается оплётка кабеля РК-75 трансформатора Т1, а выходной сигнал снимается с центральной жилы, и далее через КСВ-метр поступает в антенну.

Благодаря использованию микросхемы DA2 ток покоя каждой лампы составляет около 25…30мА. Это позволяет несколько поднять КПД усилителя и немного улучшить его линейные характеристики, но можно пойти и по более простому пути, соединив экранные сетки ламп с минусом 930вольт. Ток покоя каждой лампы в этом случае будет около 10…15мА.

Что касается технологии: оптимальный вариант – выполнение всего монтажа на цельном куске одностороннего фольгированного стеклотекстолита.

Рис.2 Вид усилителя сверху

Рис.3 Вид усилителя снизу

Все монтажные дорожки выфрезерованы, а остальная фольга служит общим проводом. В местах крепления к корпусу фольга тоже удаляется на ширину не менее 5мм от металлических деталей. Все КПЕ крепятся на этот же текстолит с удалением фольги вокруг болтов крепления, а ручки через пластмассовые втулки выводятся на переднюю панель.

Рис.4 Выпрямитель 930v (вид со стороны дорожек)


Рис.5 DA2 крепится к корпусу усилителя через слюдяную прокладку

На Рис.6 показано расположение органов управления на передней панели усилителя и расположение разъёмов на задней панели.

Рис.6 Передняя и задняя панели КВ усилителя

Размеры РА соответствуют размерам корпуса трансивера «Урал-84М» (310*300*140мм), вес – около 3.5кг, что позволило разместить его поверх радиостанции, создав своеобразную «стойку» и сэкономив место на рабочем столе.

Усилитель показал прекрасные результаты. Усиление ВЧ сигнала происходит в соотношении 1:10 на ВСЕХ(!) диапазонах, отметая расхожее утверждение о снижении усиления на 21 и 28 мегагерц. Подавая на вход 30 ватт – получим 300 ватт; 20 ватт – 200, и никак не иначе. (Измерения проводились ВЧ-вольтметром на нагрузке 50 ом).

Без радикальной переделки усилителя можно увеличить анодное напряжение до 1200 В. Принципиальная схема учетверителя сетевого напряжения показана на Рис.7.

Рис.7 Схема учетверителя сетевого напряжения