Улучшение работы усилителей мощности с общими сетками
Схемы усилителей мощности, сетки которых гальванически соединены с общим проводом, приведены, например, в [1, 2]. В [3] была опубликована схема аналогичного усилителя, имеющего динамическое управление по экранной сетке. Однако при практической проверке такого усилителя на двух лампах ГК-71 она оказалась неработоспособной. Выход из положения был подсказан Сергеем (RZ4LZ), который предложил между усилителем и регулирующей лампой установить согласующий трансформатор с коэффициентом трансформации 1:9.
Рис.1
Схема (рис.1) заработала. Линейность усилителя в таком включении оказалась выше, а уровень гармоник 2-го, 3-го, 4-го и 5-го порядков - меньше чем у традиционного. Кроме того, усилитель стал легче "раскачиваться" - при входной мощности 50 Вт он отдает в антенну 650 Вт. Ток покоя равен 100 мА, начальное напряжение на экранной сетке - около +65 В, максимальное - +250 В при 50 Вт "раскачки". Эту же схему можно применить и в усилителе на трех лампах ГУ-50 или одной ГК-71 (ГУ-13). В этом случае применяется регулирующая лампа типа 6ПЗС, напряжение на экранной сетке составляет Ес2=+250 В, а сопротивление резистора R3 - 20 кОм. Следует иметь в виду, что обмотка накала регулирующей лампы должна быть отдельной и изолированной от общего провода (как в стабилизаторах напряжения), иначе участок подогреватель-катод будет пробит (у большинства ламп максимальное напряжение подогреватель - катод равняется 100 В). Сравнение данной схемы с усилителем, на управляющую и экранную сетки лампы которого поданы стабилизированные напряжения, не проводилось. Коэффициент полезного действия этого усилителя можно значительно улучшить, если снизить ток покоя до 10.. .20 мА, а то и до 0, но при этом могут возрасти нелинейные искажения.
Источник экранного напряжения должен быть достаточно стабильным. Это достигается применением на выходе мостового выпрямителя конденсатора емкостью 100 мкФ без использования каких-либо гасящих резисторов. Величина напряжения Ес2 регулируется только изменением числа витков вторичной обмотки силового трансформатора. Разумеется, при использовании стабилизатора напряжения для Ес2, линейность каскада будет выше.
Трансформатор Т2 намотан на кольце ВЧ20 К20х10х5 (можно ВЧЗО, ВЧ50). Сердечник необходимо предварительно обмотать тремя слоями лакоткани или фторопластовой пленкой. Обмотки мотаются в три провода (ПЭЛ-0,5), 1...2 скрутки на сантиметр, число витков - 10.
Таким образом можно доработать любой усилитель, изготовленный по аналогичной схеме. Величина нестабильности напряжения Ес2 не должна превышать 10%. Разумеется, можно не только усовершенствовать старый усилитель, но и применить описанное схемное решение при изготовлении нового, поэтому коротко напомню основные правила и принципы конструирования усилителей мощности.
Так, необходимо применять плавное включение усилителя в сеть (рис.2), хотя бы с помощью добавочного тумблера и резистора сопротивлением 100...500 Ом с рассеиваемой мощностью 10...20 Вт, а для питания цепей накала, реле, напряжения смещения необходимо применить отдельный трансформатор. Величина анодного напряжения Еа ориентировочно равна:
где U2 - величина переменного напряжения анодной обмотки.
Или необходимое значение U2 равно:
Рис.2
где Еа - требуемое анодное напряжение, с учетом величины которого рассчитывается, например, эквивалентное сопротивление лампы (Roe) и элементы П-контура. Более точно выпрямитель для питания анодных цепей можно рассчитать по методике, приведенной, например, в [4].
Между мощностью, рассеиваемой на аноде усилителя (Ра), мощностью, идущей в антенну (Рвых), и коэффициентом полезного действия усилителя (г|) существует следующая зависимость:
Усилители мощности чаще всего работают в классе В. Для класса В КПД обычно равен 60...70%. Так, например, лампа ГК-71 длительное время без перегрева может отдавать мощность:
Следует использовать лампы без превышения паспортных данных по токам, напряжениям и мощности рассеивания на электродах, а еще лучше, не превышать 70% от их паспортных значений. Тогда лампа(ы) прослужат десятки лет.
Рассмотрим методику расчета габаритной мощности силового трансформатора (Ргаб) для питания анодных цепей усилителя. Подводимая к выходному каскаду мощность (Рподв) равна: Pподв = Е а * I a
где Ia - максимальный ток анода при настроенном П-контуре.
где К - коэффициент, зависящий от выбранной схемы выпрямителя (см. таблицу).
Схема выпрямителя К Мостовая схема 1,5 Удвоения 1,5 Со средней точкой 1,8 Однополупериодная 2,8
Ток вторичной обмотки, по которому рассчитывается диаметр провода для вторичной обмотки, равен:
где К - коэффициент, взятый из таблицы. Мощность, подводимая к усилителю мощности, равна:
Тогда:
Для мостовой схемы и схемы с удвоением напряжения:
В общем случае: Ргаб=4 * Ра=2,4 * Рвых. Эти выкладки приведены без учета КПД силового трансформатора и выпрямителя, а также без учета тока экранной сетки. Поэтому окончательный расчет можно выполнить по формуле:
Ргаб=4,4 * Ра=2,64 * Рвых=1,65 * Рподв.
Именно на эти значения должны ориентироваться любители цифровых видов связи и участники соревнований. Только для режимов CW и SSB при повседневной работе можно принять:
Вообще, к сожалению, надежный усилитель - это большой и тяжелый усилитель. Данное утверждение не относится к маломощным (до 100 Вт) и бестрансформаторным усилителям мощности.
Литература 1. Радиолюбитель. KB и УКВ, 1995, N8, С.17. 2. Радио, 1980, N11, С.18...19. 3. Бунимович, Яйленко. Техника любительской однополосной связи. - М, ДОСААФ, 1970, С.240...241. 4. Бунин, Яйленко. Справочник коротковолновика. - Киев, Техника, 1984.
