Линейный усилитель мощности на двух ГУ-74Б

С давних времен, с момента публика­ции конструкции усилителя КРС-81, по радиолюбительской литературе ходит ошибочное мнение, будто бы можно уменьшить начальную емкость КПЕ просто выфрезеровав квадратные от­верстия во всех трех его стенках и крыш­ке. К сожалению, это уменьшает началь­ную емкость всего на 1-3 пф. Если по­требуется уменьшить начальную ем­кость до 8...12 пФ, то ось ротора надо приподнять над статором дополнитель­но на 10...12 мм, сместив положение оси ротора вправо или влево на 15...20 мм (закрепив ротор с эксцентриситетом), при этом конечная (максимальная ) ем­кость будет порядка 120...135 пФ   Что­бы убедиться в справедливости выше­сказанного, достаточно измерить ем­кость КПЕ каким-либо прибором до и после вышеуказанных переделок.

   Конденсатор С12 — антенный, от уси­лителя мощности радиостанции Р-140. Можно также применить КПЕ от радио­приемника УС-9 Конденсаторы С7, С9, СЮ, С23, С14 - типа К15-У, с реактивной мощностью 25 кВАр

С11 —четыре штуки параллельно, на рабочее напряжение 6 кВ и реактивной мощностью 7 кВАр, типа К15-У, С2, С4 — проходные конденсаторы, расположенные непосредственно на ламповой панельке, состоят из 10 штук конденсаторов емкостью 0,015 мкФ, включенных параллельно, С1, СЗ — та­кие же проходные конденсаторы С5, С6 —  проходные конденсаторы на ток 10 А. Дроссели Др4 и Др5 — от УМ-радиостанции Р-140, но можно применить и самодельные, намотав на каркасе диа­метром 30 мм в один слой отрезок про­вода ПЭЛШО 00,65 мм длиной 4 метра. Катушки ФНЧ L4 и L5 — бескаркасные, содержат по 10 витков провода ПЭЛ 01,0 мм на оправке 09 мм, длина на­мотки — 14 мм.

Окончательно величина индуктивнос­ти, равная 0,56 мкГн, подгоняется при измерении ее величины на каком-либо приборе, например, Е7-12А, путем сжатия-растяжения витков. Это достаточно ответственный момент, и от тщательно­сти его проведения зависит величина КСВ на входе РА. Реле К1 и К2 — П1Д-1В, Реле КЗ —В1В-1Т1, Реле К4 К10 — "Торн", с тремя запараллеленными контактами.

Реле перегрузки К16 закреплено на стеклотекстолитовой пластине рядом со стабилизатором напряжения экранных сеток.

На схеме блока питания блокировоч­ные конденсаторы С1 и С2 в сетевом фильтре — проходные, но включены они не как обычно, на корпус, а между нуле­вым и фазовым сетевыми проводами, что не ухудшает фильтрацию, но зато на корпусе блока питания отсутствует на­пряжение сети с частотой 50 Гц, кото­рое вызывается емкостными токами кон­денсаторов С1 и С2, и в самом небла­гоприятном случае, при отсутствии за­земления корпуса блока питания, может достигать 2,07 В на 1000 пФ емкости блокировочных конденсаторов.

Если бы мы применили обычную схе­му с четырьмя блокировочными конден­саторами емкостью 0,047 мкФ, идущи­ми на корпус, то через два из них, со­единенных с фазовым сетевым прово­дом и шасси, тек бы емкостный ток с частотой 50 Гц, и на корпусе могло бы быть напряжение равное 194,6 В.'

Дроссели Др1 и Др2 выполнены на стеклотекстолитовых стержнях диамет­ром 16 мм, длиной 157 мм, намотаны проводом ПЭВ-2 диаметром 1,6 мм в один слой до заполнения стержня.

Конденсатор С12 — К75-40, 100 мкФ на 3 кВ.

       Трансформаторы блока питания Т1 — ТН-56.

Т2 — с сердечником ШЛ25х50 I обмотка — 682 витка провода ПЭВ-2 00,8 мм, II — 1210 витков провода ПЭВ-2 00,25 мм, III — 20 витков прово­да ПЭВ-2 00,5 мм, IV — 40 витков про­вода ПЭВ-2 01,0 мм, V — 62 витка про­вода ПЭВ-2 01,0 мм, VI — 405 витков провода ПЭВ-2 00,3 мм.

ТЗ — габаритная мощность 2400 Вт, с сердечником ПЛ 40x80x160 Обмотки 1a и 16 — по 110 витков провода ПЭВ-2 02,5 мм, 2а и 2б — по 780 витков про­вода ПЭВ-2 01,0 мм. Между первичной и вторичной обмот-ками трансформатора ТЗ проложен изолированный, не короткозамкнутый виток выполненный из медной фольги, один из концов которого заземлен на шасси.

Если виток замкнуть, это приведет к выходу из строя трансформатора.

Можно также намотать один слой про­водом 00,5 мм и один его конец запа­ять на шасси, но этот вариант обеспе­чивает несколько худшую экранировку.

Зачем нужен этот экран?  Дело в том что между первичной и вторичной об­мотками силового трансформатора су­ществует распределенная емкость (ее ориентировочная величина — 1 пФ/Вт, следовательно, в нашем случае она при­мерно равна 2400 пФ), и при плохой фильтрации высокочастотного напряже­ния по анодной цепи, (случай достаточ­но вероятный) ВЧ-напряжение через эту емкость попадет на первичную обмотку, а следовательно, и в электрическую сеть, что явно не вызовет положитель­ных эмоций у соседей-телезрителей.

Ламповая панелька — самодельная При аккуратном исполнении она имеет отличный внешний вид и работает не хуже заводской, которая менее прочная и при интенсивной эксплуатации усили­теля часто трескается и выходит из строя. Панелька изготовлена из листо­вого стеклотекстолита толщиной 0,5 мм, заготовка которого со всеми необходи­мыми размерами и отверстиями пока­зана на рис.За. Этот лист сворачивает­ся в круглый цилиндр (трубу ) и склепы­вается двухмиллиметровыми медными заклепками по отверстиям b-b, с-с, и d- d. Между стеклотекстолитом и анодом лампы должно быть расстояние, равное 1,5 мм (высота головок заклепок), и ни в одной точке цилиндр не должен касать­ся анода лампы ГУ-74Б, иначе стекло­текстолит почернеет и сгорит от высо­кой температуры. Затем снизу и сверху цилиндра для придания ему дополни­тельной жесткости приклепываются две полоски шириной 8...10 мм из не­ржавеющей стали толщиной 0,5...0,7 мм. К нижней полоске приклепываются три уголка для крепления цилиндра к шас­си. После этого к цилиндру медными двухмиллиметровыми заклепками по точкам 1, 2, 3, 4, 5, 6 одновременно сна­ружи приклепывается полоска из медной фольги шириной 6 мм и толщиной 0,3...0,5 мм, а к внутренней поверхнос­ти — изогнутые контакты от реле РКМ или любых других на которые плотно садится кольцевой вывод экранной сет­ки лампы ГУ-74Б. Эскиз внешнего вида цилиндра панельки показан на рис.Зб Если нет фирменного анодного кол­пачка, можно изготовить самодельный из полоски нержавеющей стали шири­ной 10 мм и толщиной 0 5 0,7 мм (рис.4). Практически это хомут, туго об­жатый на оправке диаметром 10 мм, а затем с противоположного конца разре­занный и стянутый тугой пружинкой. Вто­рой конец, как обычно, стягивается вин­том МЗ с гайкой.

Для выводов лампы со стороны цоко­ля хорошо подходит панелька от старых радиоламп 2Ж27Л, 12Ж1Л, 4П1Л, ко­торая устанавливается непосредствен­но на шасси, и вокруг нее в шасси сверлятся отверстия 8...10 мм. Меж­ду ними сверлятся другие отверстия меньшего диаметра — для получения максимальной суммарной площади отверстий с целью лучшего обдува лампы. Вентилятор устанавливается под шасси, на расстоянии 25 мм от него. Его производительность должна быть не менее 45 м³/час, так как поте­ри давления при прохождении воздуш­ного потока через отверстия в шасси, и особенно в аноде лампы, составят не менее 50%. Он устанавливается на мяг­кой подвеске (в поролоне) и закрепля­ется в отрезке цилиндра (трубы). Весь воздушный поток проходит через отвер­стия в шасси и охлаждает лампу. Чтобы не ставить еще один дополни­тельный вентилятор, работающий на вытяжку, если хватает давления и про­изводительности основного вентилято­ра, можно применить так называемую "самоварную" систему — на цилиндр панельки сверху надевают еще один цилиндр, точно входящий в отверстие в верхней крышке усилителя над лампой. Это отверстие закрывают сверху сеткой с проводящим покрытием и прижимают к крышке корпуса РА большой хромиро­ванной шайбой.

Эта система хорошо подходит для са­модельных ламповых панелек, но может быть применена и для промышленных. При ее применении лучше работает система охлаждения, и нет необходимо­сти ставить дополнительный вентиля­тор, работающий на вытяжку.

К полоске из медной фольги, прикле­панной с наружной стороны цилиндра (рис 36), в местах клепки припаяны бло­кировочные конденсаторы по цепи эк­ранной сетки типа КСО-2 или СГМ-3 на рабочее напряжение 500 В. Конденса­торы соединены по три штуки в парал­лель, их емкость — 1000 1300 пФ — всего 18 конденсаторов, которые установ­лены в шести местах. Вторые выводы кон­денсаторов заземлены на лепестки, кото­рые приклепаны (привинчены винтами МЗ) к шасси, после чего лепестки соеди­няются шинкой с катодами ламп.

Почему блокировочные конденсаторы выбраны такой емкости'? Дело в том, что каждый конденсатор представляет со­бой последовательный колебательный контур, составленный из собственно емкости конденсатора и индуктивности его обкладок и выводов и, следователь­но, имеющий частоту собственного ре­зонанса, на которой его емкостное со­противление равняется нулю, а выше этой частоты он работает уже как индук­тивность.

Именно по этой причине выводы кон­денсаторов укорачивают до минималь­но возможной длины, и применяют кон­денсаторы на частотах в 2 3 раза мень­ше резонансной.

Конденсаторы данного типа имеют значительную собственную индуктив­ность, и применять их с большей вели­чиной емкости не следует именно по вы­шеуказанной причине, а емкости указан­ной величины прекрасно работают в ка­честве блокировочных и недефицитны. Еще по одному блокировочному кон­денсатору емкостью 6800 10000 пФ запаяно непосредственно на вывод эк­ранной сетки на обеих ламповых панель­ках (вывод 5) Перед настройкой РА лампы необхо­димо "пожестчить" и потренировать. Во­обще, по моему мнению, это несколько отличающиеся понятия, хотя обычно эти два процесса идут одновременно. "Же­стчение" заключается в повышении электрической прочности, предотвраща­ющем прострел лампы при ее первом включении, а тренировка — это восста­новление эмиссионной способности ка­тода, когда на лампу подают напряже­ние накала хотя бы на 10...12 часов. При этом, однако, происходит и "жестчение" лампы, когда при ее нагреве газы, про­сочившиеся внутрь баллона и выделив­шиеся ее электродами при их нагреве, поглощаются газопоглотителем (гетте­ром), например, слоем частиц магния, бария или нераспыляющимся газопогло­тителем. Поэтому, возможно, это вопрос терминологии.

"Жестчение" радиоламп подробно описано в [5]

"Жестчение", или тренировка, лампы должны обязательно производиться не только при первом включении лампы и после длительного перерыва в работе, но и каждые три месяца при хранении (что, к сожалению, нечасто выполняет­ся на практике, особенно у радиолюби­телей).

"Жестчение" ламп(ы) производят в РА, где и должна работать лампа.

Вначале, особенно если лампы хра­нились очень долго (более 10 лет), их выдерживают несколько суток (2..5) под напряжением накала в режиме понижен­ного обдува, каждые 18-24 часа выклю­чая напряжение накала и хорошо охлаж­дая лампу, чтобы газопоглотители, кото­рые находятся внутри лампы, хорошо прогрелись и поглотили газы, которые просочипись внутрь баппона через ме­ста спаек различных материалов и сам баллон лампы. Это также стабилизиру­ет и восстанавливает эмиссионную спо­собность катода. Все сетки при этом замкнуты на корпус.

Поспе этого включают анодный транс­форматор через 9-амперный лабораторный автотрансформатор. На управляю­щую сетку подается попное напряжение смещения, экранная сетка остается на корпусе, в анодную цепь пампы включа­ется допопнитепьный токоограничивающий резистор сопротивпением 10 кОм и мощностью 20 25 Вт, переменное напряжение на его первичную обмотку подается начиная с уровня 2 10 В, каж­дый раз его увеличивают на 20 В и вы­держивают на каждой ступени 5-10 минут, переходя на следующую ступень при отсутствии признаков пробоя.

На последней ступени на аноде лам­пы будет полное напряжение, после чего в этом положении усилитель выдержи­вается в течение 6-12 часов.

Затем на экранную сетку включают пониженное напряжение, примерно 50 70% от номинального (при помощи R38 в стабилизаторе, рис 2), убирают токоограничивающий резистор в анод­ной цепи и подают на анодный транс­форматор ТЗ переменное напряжение, начиная с 50 В (на аноде при этом будет 500 В), следя за тем, чтобы напряжение на аноде всегда было больше экранно­го (на 2-й сетке). Поднимая напряжение ступенями по 10 В и выдерживая на каж­дой 5-10 минут, доводят анодное напря­жение до полного и выдерживают в те­чение 10-12 часов. После этого изме­нением напряжения смещения управля­ющей сетки выставляют небольшой на­чальный ток анода каждой лампы (по 30 50 мА), и давая уже полный обдув, выдерживают лампы в течение 3 5, а лучше 10 12 часов.

После этого устанавливают 50% анод­ного напряжения, дают такую раскачку (напряжение возбуждения), чтобы ток анода был равен 50% от номинального тока анода, затем настраивают П-контур и работают примерно с 25% отдаваемой мощности в течение 12-20 дней.

При этом эквивалентное сопротивле­ние лампы R_oe не изменится, следова­тельно, П-контур и в этом случае будет оптимальным.

После этого можно работать с полной мощностью.

Конечно, этот процесс долог и утоми­телен, но дает наибольшие гарантии того, что лампа войдет в строй и будет работоспособной продолжительное вре­мя, те отработает гарантированный заводом-изготовителем ресурс. В случае острой необходимости процедуру мож­но значительно сократить, особенно пос­ледние пункты, но это крайне нежела­тельно, так как возрастет риск выхода ламп(ы) из строя.

Настройка РА сводится к проверке правильности монтажа, контролю отсут­ствия коротких замыканий, особенно в высоковольтном выпрямителе, наличия всех необходимых напряжений, поряд­ка срабатывания всех реле, работы элек­тронного ключа и холодной настройке П-контура [6, 7].

Кстати, автор основополагающей пуб­ликации [6], Ф.Козлов, UA4LK, ныне по­койный, свою статью в те времена опуб­ликовал под фамилией жены, когда из- за жалоб соседей по дому на помехи TV был закрыт на полгода.

Высоковольтный (анодный) выпрями­тель проверяется при помощи делителя напряжения, собранного в корпусе от делителя к старому прибору АВ05-М, и авометра Ц4313.

Либо, если нет делителя напряжения, лабораторным автотрансформатором понижаем напряжение на первичной обмотке в три-четыре раза, при этом напряжение на вторичной обмотке пони­зится также в три-четыре раза, и его можно будет измерить авометром без делителя, а затем умножить на те же три-четыре раза.

Особое внимание следует уделить подбору двух радиоламп ГУ-74Б, кото­рые должны быть близки по параметрам, работать в одном режиме и синфазно. Поэтому монтаж РА, относящийся к лам­пам, должен быть произведен макси­мально симметрично.

Здесь дело облегчается тем, что на входе у каждой лампы есть свой ФНЧ, и требование симметричности относится только к подключению колебательной системы, что при данном выполнении антипаразитного дросселя Др1 не со­ставляет большого труда.

Подбор ламп является очень непрос­тым делом. Лампы имеют большую кру­тизну, и ее разброс может быть очень значительным, а ведь именно крутизна характеристики является определяю­щим фактором идентичности характери­стик. Подбирать надо уже оттренирован- ные лампы, выдержанные с током, рав­ным одной трети тока покоя (100 мА), не менее 24...48 часов. Наиболее про­стой путь подбора ламп — это подбор их по одинаковому начальному току при равном напряжении смещения.

Однако одинаковый начальный ток не дает гарантию идентичности анодно- сеточных характеристик радиоламп, так как их характеристики могут разойтись после пересечения в точке, соответству­ющей току покоя.

Совершенно необходимо снять их ха­рактеристики опытным путем. Для это­го кратковременно, чтобы не перегреть, подаем поочередно на каждую лампу 10, 20, 35, 50 и 75% напряжения возбужде­ния, записывая каждый раз величину анодного тока. При этом вторую лампу можно не вынимать из панельки, а про­сто отключать у нее экранное напряже­ние.

Затем вычерчиваем зависимости анодного тока обеих ламп на одной и той же системе координат. Получаем два графика, пример которых приведен на рис.5. Если графики идут параллельно друг другу, но смещены влево или впра­во один относительно другого, значит, у ламп одинаковая крутизна, и их харак­теристики можно совместить, регулируя напряжение смещения отдельно у каж­дой из ламп. Для этой цели в схеме бло­ка питания усилителя предусмотрено их раздельное регулирование при помощи переменных резисторов R4 и R7. Сме­щение регулируем таким образом, что­бы у каждой лампы значение тока покоя было равно рекомендованному значе­нию (по 300 мА), у одной лампы при этом напряжение смещения будет больше или меньше, чем у другой.

Окончательно токи покоя устанавли­ваются по минимальным нелинейным искажениям. Но если нет выбора, и в наличии всего две лампы с разной кру­тизной, то надо уравнять их по отдаче, а следовательно, по степени их нагре­ва, для чего, при максимальной раскач­ке, потенциометрами смещения R4 и R7 выставляют одинаковые анодные токи. При этом следят, чтобы суммарная ве­личина значений токов покоя была рав­на удвоенному рекомендованному зна­чению (600 мА). Начальные токи у каж­дой из ламп будут при этом разные.

В заключение можно порекомендо­вать эксплуатировать РА совместно с лабораторным автотрансформатором на 9 А. При его помощи при изменении величины напряжения в сети перемен­ного тока можно поддерживать номи­нальные величины напряжений. Особен­но это касается напряжения накала ламп.

Литература

1.  А. Кузьменко. Ламповые усилители мощности. — Радиолюбитель. KB и УКВ, 1999, N4.

2.  А. Беспалый, С.Прохоров. Приме­нение в выходном каскаде усилителя мощности ламп с высокой крутизной. — Радиолюбитель, 1995, N9.

3.  И.Гончаренко. КСВ-метрдля усили­теля мощности. — Радиолюбитель. KB и УКВ, 1999, N11.

4.  И.Гончаренко. Разряд конденсато­ра в БП лампового РА. — Радиолюби­тель. KB и УКВ, 1996, N11.

5.  А.Кузьменко. Усилитель мощности на ГУ-43Б с драйвером на двух 6Э5П. — Радиомир. KB и УКВ, 2002, N8.

6.  Л.Евтеева. "Холодная" настройка П- контура передатчика. — Радио, 1981, N2.

7.  Ю.Куриный. О помехах телевиде­нию. — Радио, 1983, N10.