Продолжим разговор об особенностях при конструировании мощного усилителя РА с чем сталкивается любой радиолюбитель и тех последствиях, которые могут быть при неправильном монтаже конструкции усилителя. В этой статье приводятся лишь самые необходимые сведения, которые нужно знать и учитывать при самостоятельном проектировании и изготовлении усилителей большой мощности. Остальное придется постигать на собственном опыте. Нет ничего ценнее, чем собственный опыт.
Охлаждение выходного каскада
Охлаждение генераторной лампы должно быть достаточным. Что под этим понимается? Конструктивно лампа устанавливается таким образом, чтобы весь поток охлаждающего воздуха проходил сквозь ее радиатор. Его объем должен соответствовать паспортным данным. Большинство любительских передатчиков эксплуатируется в режиме “прием-передача”, поэтому объем воздуха, указанного в паспорте, можно изменять в соответствии с режимами работ.
Например, можно ввести три скоростных режима вентилятора:
- максимальный для контестной работы,
- средний для повседневной и минимальный для работы с DX.
Желательно использовать малошумящие вентиляторы. Уместно напомнить, что вентилятор включается одновременно с включением напряжения накала или немного раньше, а выключается не менее чем через 5 минут после его снятия. Невыполнение этого требования сокращает срок службы генераторной лампы. Желательно на пути прохождения воздушного потока установить аэрокоитакт, который через систему защиты отключит все напряжения питания в случае пропадания воздушного потока.
Параллельно с питающим напряжением вентилятора полезно установить небольшой аккумулятор, как буфер, который несколько минут будет поддерживать работу вентилятора в случае пропадания напряжения питающей сети. Поэтому лучше использовать низковольтный вентилятор постоянного тока. В противном случае придется прибегнуть к варианту, услышанному мной в эфире от одного радиолюбителя. Он, якобы для обдува лампы при пропадании электросети, держит на чердаке огромную надутую камеру от заднего колеса трактора, соединенную с усилителем шлангом-воздухопроводом.
Анодные цепи усилителя
В усилителях большой мощности желательно избавиться от анодного дросселя, применив схему последовательного питания. Кажущиеся неудобства с лихвой окупятся стабильной и высокоэффективной работой на всех любительских диапазонах, включая десятиметровый. Правда, в этом случае под высоким напряжением оказывается выходной колебательный контур и переключатель диапазонов. Поэтому переменные конденсаторы следует развязать от присутствия на них высокого напряжения, как показано на рис.1.
В переключателе диапазонов лучше всего применять мощные высоковольтные вакуумные реле или обычные, но рассчитанные на работу в мощных высокочастотных цепях. Не следует использовать неспециализированные переключатели, которыми невозможно замыкать нерабочие отводы катушки, что иногда негативно сказывается на работе усилителя. В незамкнутых участках колебательного контура могут образовываться паразитные резонансы, влияющие на равномерность усиления по диапазонам и, делающие работу усилителя неустойчивой, склонной к самовозбуждению.
Наличие анодного дросселя, при его неудачной конструкции также может стать причиной вышеуказанных явлений. Как правило, грамотно сконструированный усилитель по схеме с последовательным питанием не требует введения “антипараэитов” ни в анодной, ни в сеточной цепях. Он устойчиво работает на всех диапазонах.
Разделительные конденсаторы С1 и С3, рис.2 должны быть рассчитаны на напряжение в 2. 3 раза превышающее анодное и достаточную реактивную мощность, которая вычисляется как произведение высокочастотного тока, проходящего через конденсатор, на падение напряжения на нем. Их можно составить из нескольких параллельно соединенных конденсаторов. В П-контуре желательно использовать вакуумный конденсатор переменной емкости С2 с минимальной начальной емкостью, с рабочим напряжением не менее анодного. Конденсатор С4 должен иметь зазор между пластинами не менее 0,5 мм.
Колебательная система, как правило, состоит из двух катушек. Одна для ВЧ, другая для НЧ диапазонов. Катушка ВЧ-диапазона — бескаркасная. Наматывается медной трубкой диаметром 8. 9 мм и имеет диаметр 60. 70 мм. Чтобы трубка при намотке не деформировалась, в нее предварительно насыпают мелкий сухой песок и сплющивают концы. После намотки, отрезав концы трубки, песок высыпается. Катушка на НЧ-диапазоны наматывается на каркасе или без него медной трубкой или толстым медным проводом диаметром 4. 5 мм. Ее диаметр 80. 90 мм. При монтаже катушки располагаются взаимоперпендикулярно.
Зная индуктивность, число витков для каждого диапазона, можно вычислить с высокой точность по формуле:
L (мкГн) = (0,01DW 2 )/(l/ D + 0,44)
Однако для удобства эту формулу можно представить в более удобном виде:
- W— число витков;
- L — индуктивность в микрогенри;
- I — длина намотки в сантиметрах;
- D — средний диаметр катушки в сантиметрах.
Диаметр и длина катушки задается, исходя из конструкторских соображений, а величина индуктивности выбирается в зависимости от сопротивления нагрузки применяемой лампы — таблица 1.
Для изготовления КПЕ применяются только качественные материалы.
Сами пластины и боковые стенки — лазерная резка, ось и распорки латунные.
Стягивающие гайки на оси — латунные, которые используются одновременно в качестве токосъема.
Пластина для токосъема — берилевая бронза.
Изготавливаю КПЕ (анодный и антенный) для усилителей до 3 квт.
Анодный КПЕ — двухсекционный, для более удобной настройки резонанса, на ВЧ диапазонах
используется только маленькая секция КПЕ (12-60пф), а начиная с диапазона 10мгц подключается
вторая секция КПЕ (25-220пф).
Диапазоны емкости незначительно меняются, в зависимости от того для какой мощности
усилителя будет применяться КПЕ. Для более мощного усилителя делаю зазоры больше,
и соответственно начальная и конечная емкость немного уменьшается.
Для усилителей до 1000 вт зазор в маленькой секции 2, 8мм, в большой 2, 3мм.
Для усилителей до 2000 вт зазор в маленькой секции 3, 3мм, в большой 2, 3мм.
Все зазоры указаны при введенных пластинах.
Антенный КПЕ (100-1000пф) имеет зазор 1, 3мм, что вполне хватает на мощность до 2 квт.
Габариты КПЕ одинаковые: 76 х 76 мм, длина 185мм + ось 35мм
Цена: 5т.руб.
Цена одинаковая, указана за 1шт.
Я искал переменные конденсаторы (далее -КПЕ) для усилителя мощности. Вакуумные КПЕ купить не удалось, живу я в сельской местности, да и дорогие они (1500. 2000 руб). А КПЕ с большим воздушным зазором (2 . 4 мм) — уж очень большие, по габаритам, да и цена тоже приличная.
«Гуляя» по Интернету, на сайте www.cqham.ru, наткнулся на статью Н. Филенко «КПЕ нетрадиционной конструкции». Там предлагалось изготовить конденсатор самостоятельно. Но меня более заинтересовала таблица, с указанием диэлектрической проницаемости и электрической прочности некоторых диэлектриков. Среди них было и минеральное масло. У меня было трансформаторное масло, которое используется в трансформаторных КТП. Масло должно быть ОБЯЗАТЕЛЬНО обезвоженным.
Я подумал, а зачем изготавливать КПЕ, когда можно использовать стандартный КПЕ от старых радиоприёмников. Их ёмкость лежит в пределах от 12 до 500 пф, одна секция. Для экспериментов, я использовал антенну Magnetic Loop (ML). При работе ML, на обкладках конденсатора, приложено довольно большое напряжение (2 . 3 кВ).
Надо было сравнить работу КПЕ в воздушной среде и в масленой «ванне» (глубокая фаянсовая тарелка). Соединив последовательно обе секции КПЕ, припаял к коаксиальному кабелю, диаметром 25 мм, и, настроил ML, перевёл трансивер (FT 897) на передачу.
Пробой воздушного пространства, между обкладками КПЕ, произошёл, при мощности 20 Ватт. При этом напряжение на обкладках КПЕ было порядка 1600 В. Далее, поместил КПЕ в масляную «ванну», опять пришлось настраивать ML, т.к. емкость КПЕ изменилась (увеличилась, диэлектрическая проницаемость масла — 2,2, а воздуха — 1). Включил трансивер на передачу. Довёл выходную мощность до 100 Вт. Пробоя не последовало. А ведь напряжение на обкладках КПЕ возросло в 2,5 раза (более 3600 В).
Вывод: стандартный КПЕ, помещённый в герметически закрытую коробку, заполненную маслом, можно использовать в усилителях мощности, антеннах и др. Надо помнить что, ёмкость КПЕ увеличивается в 2,2 раза, диэлектрическая прочность возрастает в 5 раз, как минимум (5 . 15 раз). Да, при изготовлении коробки для КПЕ, нужно предусмотреть герметизацию всех выводов (ось КПЕ, выводы статоров, ротора и крепежа КПЕ к коробке). Воспользоваться можно силиконовым клеем — герметиком, резиновой прокладкой, надетой на ось КПЕ, если корпус изготавливается из оргстекла, спаять из фольгированного стеклотекстолита, удалив лишнюю фольгу. И, наконец, можно погрузить КПЕ в подходящую ванночку, при условии, что усилитель не будет переворачиваться.