Автор - Анатолий Каракоця UR5CX.
Участник Конкурса "Поздравь Кота по-человечески 2009"
Опубликовано 14.09.2009.

Данный усилитель предназначен для эксплуатации на любительских радиостанциях первой категории во время проведения соревнований на коротких волнах. 
В связи с высокой выходной мощностью усилителя для законной его эксплуатации необходимо специальное разрешение соответствующих органов связи. 
Усилитель имеет существенные отличия от ранее опубликованных мною и другими авторами схем аналогичных конструкций: 
1. Высокая выходная мощность усилителя влечет за собой большое потребление энергии по сети ~220V. В связи с этим просадка напряжения сети увеличивается до недопустимых величин, что существенно влияет на качество излучаемого радиостанцией сигнала. Имеется ввиду нестабильность напряжений смещения лампы и напряжения экранной сетки. Примененная в данной конструкции лампа ГУ-84Б обеспечивает высокую линейность усиленного сигнала только в случае высокой стабильности двух указанных напряжений. Просадка напряжения сети влечет за собой достаточно большие изменения этих напряжений даже в случае применения высококачественных стабилизаторов. Решением данной проблемы явилось применение двухступенчатых стабилизаторов питания управляющей и экранной сеток, что дало возможность удерживать значения напряжений в соответствии с требованиями паспортных данных лампы. 
2. В усилителе применена высокоэффективная защита от перегрузок, которая срабатывает в случае перегрузки усилителя входным сигналом, увеличения КСВ в антенно-фидерной системе, неправильной настройки выходного П-контура и т.д. 
3. Применение автоматической регулировки тока покоя лампы по огибающей позволило уменьшить обдув лампы, т.к. в паузах между посылками телеграфных и телефонных сигналов лампа находится в закрытом состоянии. Таким образом удалось уменьшить шум вентиляторов до минимума. 
4. Кроме того, применение термостатированного управления потоком охлаждающего лампу воздуха позволило достичь небольшого комфорта при работе с усилителем. 
Технические характеристики 
Частотный диапазон : 1.8 - 28 мГц включая WARC диапазоны. 
Выходная мощность : 1500 Вт для CW и SSB, 700 Вт для RTTY и FM, кратковременно - до 1000 Вт. 
Входная мощность - до 35Вт. 
Входной и выходной импеданс -50 Ом. 
Интермодуляционные искажения -36Дб при номинальной выходной мощности. 

Принципиальная схема
Усилитель построен по классической схеме с общим катодом и последовательным питанием выходного П-контура.

Входной сигнал от трансивера подается на разъем "INPUT" усилителя (см. Рис 1). Далее, через реле обхода и фильтр низких частот - на управляющую сетку лампы. Фильтр нижних частот настроен на частоты 1.7-32 мГц. Кроме того, на управляющую сетку лампы через трансформатор TR1 и измерительный прибор РА1 подается напряжение смещения "BIAS". Трансформатор TR1 выполняет двоякую роль: через него еще подается напряжение ALC на трансивер. 
Величина тока анода лампы измеряется прибором РА2, который измеряет величину напряжения на конструктивных (встроенных в панель лампы) резисторах R5-R12. Величина этого напряжения пропорциональна величине анодного тока лампы. 
На экранную сетку лампы подается стабилизированное напряжение +340В через контакты реле К3, токоограничивающий резистор R18 и измерительный прибор РА3 с нулем посередине. Кроме того, в цепи экранной сетки установлены варисторы СН2-2, которые замыкают цепь сетки на корпус в случае превышения напряжения сетки больше +420В. В этом случае перегорает предохранитель FU2. Это одна из многих цепей защиты лампы. С помощью реле К3 напряжение +340В подается на лампу только в режиме передачи. 
Усиленный лампой сигнал выделяется в П-контуре L1C1L2C2 и подается через контакты выходного реле К2 и измерительный трансформатор ТА1 в антенну. Конденсаторы С55, С56 и С57 дополнительные к С2 на низкочастотных диапазонах, конденсаторы С38 и С39 разделительные, дроссели Dr1 и Dr2 - антипаразитные. Подключение дополнительных конденсаторов осуществляется с помощью замыкателей RL8-RL10. 
Напряжение анода +3200В подается на анод лампы через предохранитель FU3, контакты реле К5 "Анод", безиндукционный резистор R22, анодный дроссель L5 и катушки П-контура L2 и L1. 
С помощью измерительного прибора PV1 осуществляется измерение выходной мощности усилителя. Фактически указанный прибор измеряет выходное напряжение усилителя, которое пропорционально выходной мощности. Данное напряжение снимается с антенной цепи с помощью трансформатора ТА1. В антенной цепи присутствует реле К4, которое призвано коммутировать две антенны. 
Переключение диапазонов осуществляется замыкателями RL1-RL7. Диоды VD7-VD12 обеспечивают замыкание неработающих витков катушки П-контура при работе усилителя на высокочастотных диапазонах. 
Охлаждение лампы осуществляется с помощью вентилятора М1, который установлен в подвале лампы и охлаждает лампу в направлении катод-сетки-анод. Вентилятор питается от отдельного выпрямителя на трансформаторе TV3 через фильтр TV1C24C25TV2C26C27. Фильтр предназначен для ограничения проникновения в цепи питания вентилятора высокочастотных наводок с П-контура. С помощью резистора R29 осуществляется регулировка количества оборотов вентилятора. Система охлаждения оснащена термостатом для автоматического регулирования мощности воздушного потока в зависимости от температуры лампы. Датчик температуры размещен в воздушном потоке со стороны анода лампы. Второй вентилятор вытягивает горячий воздух из лампового отсека (на схеме не показан), третий - охлаждает высоковольтный выпрямитель. 
Все напряжения, необходимые для питания лампы, кроме анодного, заведены в подвал лампы через проходные конденсаторы С13-С23 для ослабления связи сетка-анод. 
Детали, размещенные в подвале лампы, очерчены пунктирной линией на схеме. 
Лампочки EL1-EL4 осуществляют подсветку приборов.

Схема низковольтного блока питания приведена на Рис.2 и выполнена на двух стандартных (стандарт СССР) трансформаторах TR1-ТСТ-125 и TR2-ТПП-322. Трансформатор ТR2 осуществляет питание накала лампы при надлежащем соединении обмоток(указано на схеме). Трансформатор TR1 обеспечивает питание экранной и управляющей сеток, микросхем стабилизатора управляющей сетки и реле, которые осуществляют переключение режима "прием-передача". Выпрямители этих напряжений установлены на плате 1. Кроме того, на этой плате установлены стабилизаторы напряжений управляющей и экранной сеток, которые осуществляют первую ступень стабилизации. 
Узел, размещенный на плате 2, осуществляет динамическую стабилизацию напряжения управляющей сетки, которое изменяется от -95В при отсутствии входного высокочастотного сигнала от трансивера, до -45В при наличии входного сигнала от трансивера. Другим словами, в паузе между посылками телеграфного сигнала, или между словами в однополосном сигнале, на управляющей сетке напряжение -95В и лампа заперта этим напряжением, при наличии посылки телеграфного сигнала, или звука при работе в однополосном режиме, на управляющей сетке напряжение -55В и лампа в этот момент открыта. Стабилизатор выполнен на микросхемах UA741 и транзисторах IRF9640 и КТ829А. 
На плате 3 размещена вторая ступень стабилизатора напряжения экранной сетки, которая выполнена на операционном усилителе UA741 и мощном полевом транзисторе IRF840. В нижней части платы на транзисторах VT4-KT203, VT5-KT3102 и VT6-KT815 размещена система защиты усилителя от перегрузок. Принцип работы данной системы состоит в измерении тока экранной сетки лампы и отключения высокого напряжения и напряжения коммутации "прием-передача" при превышении установленного с помощью резистора R32 порога срабатывания защиты. В данном случае порогом срабатывания защиты является ток экранной сетки лампы величиной в 50 мА. Эта величина является паспортным значением тока при котором лампа ГУ-84Б отдает максимальную мощность. Для возврата системы защиты в первоначальное состояние, после устранения неисправностей, которые вызвали превышение установленного тока сетки, служит кнопка "RESET". 
На плате 4 размещен формирователь напряжения "прием-передача". Он представляет собой ключ, который выполнен на транзисторе VT7-KT209 и срабатывает при замыкании на "землю" контакта RX/TX.

Высоковольтный блок питания изображен на Рис.3 и особенностей не имеет. Напряжение сети ~220В подается через фильтр TV1C1C2C3C4 и контакты пускового реле К1 на первичную обмотку трансформатора TV2. Реле К2 совместно с мощным резистором R4 осуществляет мягкий пуск выпрямителя. Необходимость этого вызвана применением в фильтре выпрямителя конденсатора большой емкости С6, для первоначальной зарядки которого требуется мощный импульс тока. 
С помощью токового трансформатора TV4 и амперметра РА1 измеряется ток, потребляемый от сети ~220В. Вольтметр PV1 измеряет величину анодного напряжения. 
Поскольку величина анодного тока лампы достигает 2А была применена система охлаждения блока на вентиляторе М1, питание которого осуществляется от отдельного выпрямителя.

Конструкция и детали

Конструктивно усилитель располагается в двух блоках (фото1) - блок высоковольтного выпрямителя и сам усилитель с низковольтными источниками питания. 
На передней панели высоковольтного выпрямителя установлены два прибора, которые измеряют ток, потребляемый от сети, и величину анодного напряжения, а также кнопка включения блока. 
Внутренний монтаж блока приведен на фото 2 и фото 3.

На передней панели усилителя установлены приборы для измерения тока управляющей сетки, тока экранной сетки, тока анода и выходной мощности усилителя, ручки настройки конденсаторов С1 и С2 П-контура, переключатель диапазонов и кнопки управления. На задней панели размещены разъемы для присоединения двух антенн, подачи входного сигнала, подачи высокого напряжения, коммутации усилителя с помощью трансивера, или отдельной педали, подачи ALC и предохранители FU1, FU2 и FU4. Внутренний монтаж усилителя приведен на фото 4.

Низковольтные выпрямители выполнены в виде съемного блока, который показан на фото 5. Транзисторы VT1, VT2 и VT3 размещены на радиаторах площадью 25 кв.см., стабилитроны VD4-VD7 - на радиаторах площадью 30 кв.см.

Обмоточные данные:

L1- 9 витков медной посеребренной трубки диаметром 9 мм на оправке диаметром 60 мм. Шаг намотки равен диаметру трубки и может корректироваться в процессе настройки. Отводы от 3-го витка для диапазона 28 мГц, 4-го витка-24 мГц, 5-го витка-21 мГц, 7-го витка-18 мГц; 
L2 - 25 витков медного посеребренного провода диаметром 3 мм на крестообразном каркасе диаметром 50 мм. Отводы от 3-го витка для диапазона 10 мГц, 7-го витка-7 мГц, 12-го витка-3.5 мГц. 
L3 и L4 - по 8 витков медного посеребренного провода диаметром 0.6 мм на оправке 9 мм. Шаг намотки равен диаметру провода и может корректироваться в процессе настройки; 
L5 - анодный дроссель от радиостанции Р-140; 
Dr1 и Dr2 - антипаразитные дроссели - содержат по 3 витка нихромового провода диаметром 3 мм на оправке 10 мм; 
ТА1-антенный трансформатор, вторичная обмотка содержит 10 витков провода ПЭЛШО-0.5 на ферритовом кольце М2000 типоразмера 32*18*6. Первичной обмоткой служит антенный провод протянутый через внутреннее отверстие кольца; 
TR1-трансформатор смещения- выполнен в виде "бинокля" на ферритовых кольцах М2000 типоразмера 10*5*4 по 5 колец в столбике. Первая обмотка имеет 4 витка провода МГТФ-0.07 и через нее подается напряжение смещения управляющей сетки, вторая - один виток такого же провода, через нее подается напряжение ALC в трансивер, третья обмотка - 1 виток медной трубки, через нее подается напряжение смещения на операционный усилитель, а также переменное напряжение, пропорциональное высокочастотному входному сигналу, которое в дальнейшем управляет всем стабилизатором напряжения управляющей сетки. 


Конденсаторы С38 и С39 обязательно типа К15У на напряжение 10-12 кВ, С1 - вакуумный на напряжение 4 кВ, С2 - с воздушным зазором не менее 1 мм. С40 и С41 типа КВИ на напряжение 10-12 кВ. С55, С56 и С57 типа КВИ на напряжение 1-2 кВ. 
Резисторы R3 и R22 обязательно безиндукционные типа МОУ. 
Типы реле указаны на схемах. 
Обмоточные данные трансформаторов не приводятся, так как все примененные трансформаторы стандартные за исключением высоковольтного, который был изготовлен на заказ по технологии "TORNADO" исходными данными для которого были: 
1. Напряжение питания ~220В, что является напряжением первичной обмотки. 
2. Напряжение вторичной обмотки ~2600В при токе до 2А.

Настройка усилителя 

Данный усилитель является достаточно сложным устройством, поэтому настройка должна проводиться очень тщательно и аккуратно. Лампа накаливания в качестве эквивалента нагрузки категорически не подходит поскольку ее сопротивление резко меняется в зависимости от степени накаливания и такая нагрузка является скорее реактивной, нежели активной. 

Этап 1. Регулировка и настройка всех источников питания.
Все выпрямители должны выдавать напряжения указанные на схеме. Невысокие требования предъявляются к выпрямителям, которые питают вентиляторы и обмотки реле. Здесь разброс напряжений может изменяться в пределах +-10% от номинального. 
Напряжения, питающие вентиляторы, выбираются в зависимости от имеющихся в наличии вентиляторов. Главный вентилятор М1 на Рис.1 типа "улитка" должен обеспечивать подачу в ножку лампы не менее 200 куб.м воздуха в час. От его правильной работы зависит состояние "не очень дешевой" лампы. Если при отказе двух остальных вентиляторов усилитель будет долго сохранять работоспособность, то при отказе М1 усилитель замолчит надолго. В данной конструкции применен вентилятор , который потребляет ток 3А при напряжении 27В. Такие величины тока и напряжения должен обеспечивать трансформатор TV3 и диоды VD. Стандартный термостат Т419-М1 позволяет устанавливать температуру срабатывания до 200 градусов. При первой регулировке устанавливаем температуру срабатывания 40 градусов. 
Подогревая паяльником датчик температуры, убеждаемся в том, что реле срабатывает. Следующая проверка состоит в нагревании датчика температуры лампой при включенном одном только накале. Убедившись в том, что реле четко срабатывает, переходим к следующему выпрямителю. 
Второй вентилятор плоский, компъютерный диаметром 120-150мм. Он установлен в усилителе над лампой. В усилителе установлен такой вентилятор на напряжение +24В и потребляемый ток до 0.5А. 
Третий вентилятор установлен в высоковольтном блоке питания, также компъютерный, но на напряжение +12В и ток до 0.3А. Сответствующее напряжение и ток должен обеспечивать выпрямитель трансформаторе TV3 на Рис.3. Кроме того, на этот выпрямитель нагружено реле задержки К2 и индикаторная лампа, что необходимо учесть при выборе TV3. 
Напряжение коммутации "прием-передача" +24VTX формируется с напряжения +24V, которое обеспечивает трансформатор TR1. Ток, потребляемый по этой цепи до 1А. 
Для питания обмоток замыкателей переключения диапазонов используется второй выпрямитель на +24V с током до 5А. 
Напряжение питания экранной сетки лампы обеспечивается выпрямителем на диодной матрице VD1. На вход матрицы подается переменное напряжение 350В с одной из вторичных обмоток трансформатора TR1. После выпрямления и фильтрации напряжение величиной +490В подается на первую ступень стабилизации - резистор R1 и стабилитроны VD4-VD6. Стабилизированное напряжение +430В подается на вход второй ступени стабилизации выполненной на микросхеме DA5 и мощном полевом транзисторе VT3. Уровень стабилизированного напряжения устанавливается с помощью переменного резистора R20. Окончательно установленная величина должна равняться +340В. Правильно отрегулированный стабилизатор должен обеспечивать такое напряжение при нагрузке до 60 мА. В противном случае необходим подбор величин резисторов R26 и R27. 
Напряжение питания управляющей сетки обеспечивается выпрямителем на диодной матрице VD2 и после стабилизации первой ступенью оно равняется -100В. Ток потребления по этой цепи составляет не более 10 мА. Далее, это напряжение стабилизируется с помощью динамического стабилизатора на двух операционных усилителях DA2 и DA3 и двух транзисторах VT1 и VT2. Начальный ток лампы устанавливается резистором R13 и он должен равняться 50 мА. В этот момент напряжение смещения на управляющей сетке лампы должно быть равно -90-95В. Величина этого напряжения зависит от экземпляра лампы, где, вследствие разброса параметров лампы эта величина может меняться на 10-15%. При появлении высокочастотного сигнала напряжение смещения уменьшается до 45-55В, что соответствует току покоя лампы в 400-500 мА. При соответствии всех узлов питания указанным выше требованиям переходим к следующему этапу. 

Этап 2. Настройка входной части. Она заключается в подборе величин индуктивностей L3 и L4, а также величин емкостей С3 и С4 до получения КСВ на входе не превышающего 1.2 на всех диапазонах. Этот этап настройки проводится при вставленной в панельку лампе. Входной сигнал поступает от трансивера при малой мощности 5-10 Вт. Напряжения на лампу не подаются. 

Внимание! Перед первой подачей на лампу анодного напряжения необходимо провести тренировку лампы! В противном случае лампа выйдет со строя! Процесс тренировки лампы описан в заводской этикетке на лампу. 

Этап 3. Настройка П-контура. Для успешного проведения этого этапа необходим безиндукционный эквивалент нагрузки величиной 50 Ом и мощностью 1.5-2 кВт. Для этого хорошо подходит эквивалент нагрузки от радиостанции Р-140. Кроме этого необходим высокочастотный вольтметр для измерения напряжений до 300В. И, конечно, трансивер с которым в дальнейшем будет работать усилитель. UW3DI для этой цели почти не подходит, хотя при определенной настойчивости и целеустремленности можно обойтись и этим. 
Включаем усилитель, 3-4 мин. прогреваем лампу, переводим усилитель в режим "передача" и подаем от трансивера несущий сигнал величиной 5-10 Вт. Проводим эту процедуру на диапазоне 14 мГц при подключенном в антенный разъем усилителя эквиваленте нагрузки с высокочастотным вольтметром и подачей всех напряжений на лампу. Вращением ручек конденсаторов С1 и С2 добиваемся максимума показаний вольтметра. В случае если максимум показаний вольтметра отсутствует необходимо изменить количество витков катушки П-контура. При правильной настройке П-контура провал анодного тока составляет 10-15% от максимального и он совпадает с максимумом показаний измерителя выходной мощности, а также высокочастотного вольтметра. При увеличении емкости С2 величина провала анодного тока увеличивается, при уменьшении - уменьшается. При подаче на вход усилителя номинальной входной мощности, которая составляет 30-35 Вт, появится ток экранной сетки. Его величина зависит от величины емкости конденсатора С2: при увеличении С2 увеличивается ток экранной сетки, при уменьшении С2 - ток уменьшается. Таким образом возможно установить ток экранной сетки равным 50 мА. В этом случае выходная мощность усилителя будет максимальной. Дальнейшее увеличение мощности возбуждения влечет за собой появление тока управляющей сетки. Согласно документации на лампу ГУ-84Б допускается увеличение этого тока до 5 мА. В этом случае лампа отдаст максимальную неискаженную мощность. Как показывает практика, лучше в этот режим не заходить потому, что отмечается появление повышенного уровня интермодуляционных искажений и некоторое расширение полосы излучаемого сигнала. 
При подаче номинального уровня раскачки 30-35 Вт мы должны получить напряжение на эквиваленте нагрузки 270-280 В, что соответствует мощности в 1500 Вт. 
Аналогичные процедуры необходимо провести на всех остальных диапазонах. На диапазонах 21, 24 и 28 мГц допустимо снижение выходной мощности до 1100-1200 Вт.

Вопросы, как обычно, складываем тут.