Легкий и мощный КВ-усилитель УМ-300-М1

К созданию этого усилителя мощности для КВ-трансивера меня подтолкнули небезызвестные публикации [1, 2]. Очевидно, что классический трансформаторный усилитель мощности не может быть легким и малогабаритным. Кроме того, усилитель мощности с параллельным питанием анодной цели генераторной лампы требует очень тщательного изготовления анодного дросселя, а «отдача» такого усилителя на ВЧ-диапазонах сильно зависит от многих конструктивных факторов Схема с последовательным питанием во многом свободна от этих недостатков, правда, предъявляет повыше иные требования к качеству монтажа и к электрической прочности применяемых радиоэлементов

Но согласитесь, что лучше тратить время, силы и средства для изготовления добротного изделия, над которым не придется все время «трястись» с паяльником
По-видимому, самые распространенные лампы — ГУ-50 Вот они и используются в усилителе, хотя можно применить другие Тем не менее, соотношение «затраты-результат» оптимально все-таки именно в предлагаемом варианте усилителя

Принципиальная схема усилителя приведена на рис.1
 
 Питание анодных цепей ламп осуществляется от выпрямителя — утроителя переменного напряжения 220 В Выходное напряжение утроителя составляет около 930 В, что вполне достаточно для работы усилителя мощности Такое явление как «просадка» напряжения на пиках сигнала, в этой схеме практически отсутствует, тогда как в «классической» трансформаторной схеме от него не избавиться Без нагрузки на выходе выпрямителя напряжение составляет 1000 1200 В, в режиме передачи — приблизительно 900 В

Емкость каждого из конденсаторов С11 С14 должна составлять не менее 200 мкФ, а их рабочее напряжение— не менее 350 В Кроме того, они должны иметь одинаковое сопротивление утечки Здесь как нельзя лучше подходят конденсаторы фирмы «Samsung», которые не требуют подбора, как, впрочем, и другие импортные конденсаторы Резисторы R4 R7 — МЛТ-2, 150 кОм (200 кОм) Конденсатор переменной емкости С1 —  строенный, 15  .500 пФ, у которого через одну «продернуты» подвижные и неподвижные пластины Его статор подключен к отводу от первого витка катушки L1  Точно такой же КПЕ используется на «холодном» конце П-контура, но пластины у него не прореживаются

Намоточные данные большинства деталей приведены на рис 1 Исключение составляют катушки П-контура L1 — 9 витков провода МГ-2,0 на оправке O40 мм (длина намотки — 65 мм). Отводы — от 3-го витка (диапазон 10 м), 3,5 витков (12 м), 4,5 витков (15 м), 5-го витка (17 м), а вся катушка используется при работе на 20-метровом диапазоне L2 — 46 витков провода ПЭВ-1,2 на фторопластовом кольце размером 70x30x15 мм Отводы — от 18-го витка (30 м), 20-го витка (40 м) Суммарная индуктивность катушек L1 и L2 используется при работе на диапазоне 80 м Катушка L3 160-метрового диапазона в авторском варианте не устанавливалась, т к работа в этом диапазоне с усилителем не предусматривалась

Несколько слов о технологии изготовления усилителя Оптимальный вариант — это монтаж деталей усилителя на цельном куске одностороннего фольгированного стеклотекстолита (рис.2 и 3)
 

 
 

Соединительные печатные проводники выфрезерованы, а оставшаяся фольга не удаляется, а является «внутренним» общим проводом Фрагменты монтажной схемы приведены на рис.4 и 5 (вид со стороны проводников) В местах крепления к несущему корпусу фольга удаляется на расстоянии не менее 5 мм от металлических деталей. КПЕ крепятся на этом же стеклотекстолите, но фольга вокруг винтов крепления предварительно удаляется Ручки настройки выведены на переднюю панель через пластмассовые втулки.

 

 
 

На рис.6 показано расположение органов управления на передней панели усилителя, а на рис.7 — расположение разъемов на задней панели.

 
 
Резистор R11 должен быть обязательно установлен в схеме, т к в момент замыкания выключателя S3 заряд электролитических конденсаторов выпрямителя-утроителя сопровождается мощным импульсом зарядного тока, что рано или поздно выведет их из строя со всеми вытекающими из этого печальными последствиями. Выключатель S1 можно включать практически сразу после включения S3, a S2 — только после 5 7 мин прогрева ламп на «холостом» ходу

К катодам ламп подпаивается оплетка РК-75 трансформатора Тг2, а на центральную жилу через разделительный конденсатор С31 подается сигнал от трансивера Этот конденсатор предотвращает повреждение трансивера в случае возможного межвиткового замыкания в Тr2 К строенному КПЕ также подключается оплетка кабеля РК-75 трансформатора Тr1, а выходной сигнал снимается с центральной жилы, и далее он через разделительный конденсатор С29 и КСВ-метр поступает в антенну

Применение микросхемы DA2 позволило установить ток покоя каждой лампы около 25 30 мА, что несколько подняло КПД усилителя и немного улучшило его линейность Тем не менее, можно пойти по более простому пути и соединить экранные сетки ламп с цепью -930 В Ток покоя каждой лампы в этом случае составит около 10 15 мА Хочу обратить внимание читателей, что на входе и выходе DA2 (непосредственно на ее выводах) необходимо установить конденсаторы емкостью 0,1 мкФ (рис 5) Стабилизатор DA2 крепится к корпусу усилителя через слюдяную прокладку

Размеры корпуса усилителя соответствуют размерам корпуса трансивера «Урал-84М» (310x300x140 мм), вес — около 3,5 кг, что позволило разместить его на трансивере, создав своеобразную «стойку» и сэкономив место на рабочем столе

В работе усилитель показал прекрасные результаты Коэффициент усиления

по мощности составляет 10 на ВСЕХ (‘) КВ-диапазонах, опровергая расхожее утверждение о снижении выходной мощности усилителей на лампах ГУ-50 на диапазонах 21 и 28 МГц Подавая на вход усилителя 30 Вт, на выходе получаем 300 Вт При входной мощности 20 Вт, выходная составляла 200 Вт (измерения проводились ВЧ-вольтметром на нагрузке сопротивлением 50 Ом)

Без радикальной переделки усилителя можно увеличить анодное напряжение до 1200 В Принципиальная схема учетверителя сетевого напряжения показана на рис.8, а фрагмент его печатного монтажа — на рис.9
 

 

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

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.

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

Литература
1   Я Лаповок, UA1FA Я строю КВ-радиостанцию Линейный усилитель мощности — Радио, 1991, N7
2   И Гончаренко, EU1TT Легкий и мощный РА — Радиолюбитель KB и УКВ, 1999, NN1-2