|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
ЕНЦИКЛОПЕДІЯ РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ ТА ЕЛЕКТРОТЕХНІКИ Легкий та потужний РА. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки
Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Підсилювачі потужності транзисторні Запровадження У цій статті йтиметься про підсилювач потужності (РА) без силового трансформатора. Подібні РА в радіоаматорському середовищі називають "безтрансформаторними" (термін, на мій погляд, не зовсім точний - немає тільки силового трансформатора, а ВЧ-трансформатори зазвичай застосовуються), і вони оточені стійкими забобонами про їхню електричну небезпеку. Виникли ці забобони з двох реальних причин: - за засвоєним зі шкільної лави принципом: "Все, що має гальванічний контакт із мережею, небезпечно!" (Зауважу, що це принцип часто розуміється неправильно); - перші, описані в [1] безтрансформаторні РА, за певних умов дійсно могли становити небезпеку. Зміцнілі на цьому ґрунті забобони вже не змогли похитнути пізніші публікації про безтрансформаторні РА [2,3,4], в яких проблему розв'язки від мережі (і відповідно, безпеки) було вирішено. Щиро кажучи, не знаю, чи вдасться цією статтею розвіяти міф про небезпеку безтрансформаторних РА. Технічних проблем немає (у цьому переконається всякий неупереджений читач, у якого вистачить терпіння дочитати статтю до кінця), але залишається психологія. Читачів, впевнених у небезпеці РА без величезного силового трансформатора, прошу повірити (поки що на слово), що розв'язка від мережі подібного грамотно сконструйованого підсилювача потужності нітрохи не гірша (а можна зробити навіть краще), ніж у звичайного трансформаторного. Сподіваюся, прочитавши статтю, ви переконаєтеся, що це так. Розв'язка від мережі Для початку давайте пригадаємо, що термін "гальванічний зв'язок" означає з'єднання по постійному струму: безпосередньо через резистор, діод, обмотку трансформатора і т.п. Чим небезпечний гальванічний зв'язок корпусу РА і всіх його роз'ємів (крім мережевого, природно) з мережею 220 В? Може, високою напругою? Можливо, комусь 220 В і здасться дуже високою напругою, але не короткохвильовій. Адже в лампових РА з мережевим трансформатором використовуються у багато разів більші змінні напруги, причому джерело цієї високої напруги - високовольтна анодна обмотка - з'єднаний з корпусом або безпосередньо, або через діоди випрямного моста. І - ніхто цього не боїться, бо це дійсно не становить небезпеки. Насправді ж небезпека гальванічного зв'язку з мережею корпусу приладу та всіх його роз'ємів, як не парадоксально, полягає в тому, що один із проводів мережі (нульовий) з'єднаний із землею. Отже, через провідність землі, статі, взуття тощо. - ЗАВЖДИ ГАЛЬВАНІЧНО СПОЛУЧЕНИЙ З ТІЛОМ ЛЮДИНИ. Легко зрозуміти, що буде за такої схемотехніки РА, коли другий провід мережі (фаза) може опинитися на корпусі приладу - дотик людини до корпусу пристрою замикає ланцюг (другий провід мережі - земля, не забудьте, з людиною вже з'єднаний). Як мінімум удар струмом забезпечений. Ситуація буде ще гіршою, якщо фазний провід мережі матиме гальванічний контакт з одним із роз'ємів РА. При підключенні до цього роз'єму нормально заземленого пристрою (антени, трансівера або комп'ютера) струм короткого замикання мережі протікатиме через підключений до цього роз'єму пристрій. Дуже пощастить, якщо першим встигне згоріти запобіжник, а не трансівер або комп'ютер. Таким чином, гальванічний зв'язок із мережею корпусу РА та всіх його роз'ємів неприпустимий. Навіть якщо, як у [1], використовувати той факт, що один із проводів мережі - це земля, і розбиратися з "полярністю" включення вилки РА в мережу за допомогою пускового пристрою, підсилювач [1] абсолютно безпечний лише доти, доки все працює нормально. Але варто порушити роботу пускового пристрою (наприклад, залипнуть контакти реле) і вставити вилку в розетку в неправильній "полярності" - всі вищезгадані неприємності гарантовані. Але чи справді ситуація така безнадійно погана, і жодних контактів із мережею краще не мати? Спробуємо розібратися. Сподіваюся, ніхто не проти (у сенсі безпеки) імпульсних джерел живлення, які використовуються у телевізорах, комп'ютерах і т.д.? Ось і чудово, поки що більшого і не потрібно. Отже, ви не проти, що гальванічний контакт із мережею можуть мати мережевий фільтр перешкод, випрямляч, високочастотний генератор. Наприклад, на рис.1 наведено спрощену схему імпульсного джерела живлення, де потовщеними лініями показані ланцюги і вузли, які мають гальванічний контакт з мережею (і відповідно, становлять небезпеку), а тонкими - безпечні, розв'язані від мережі ланцюга.
Так само будуть показані гальванічно пов'язані з мережею ланцюга і всіх наступних малюнках. Повернемося до рис.1. Вихідні ланцюги джерела гальванічно відокремлені від мережі ВЧ-трансформатором на ферит-розв'язка в цьому ланцюгу дуже хороша. Але є ще один ланцюг зв'язку з мережею (але не гальванічної, а ємнісної) - це конденсатори фільтра перешкод С1, С2, з'єднані з шасі. Ще раз підкреслю – зв'язок шасі пристрою з мережею через ці конденсатори (вірніше, через один з них – той, який підключений до фазного проводу мережі) дуже слабкий, і не гальванічний, а ємнісний! У будь-якому грамотно виконаному трансформаторному РА на мережевих проводах також встановлені конденсатори фільтра перешкод. Наприклад, на рис.2 наведено фрагмент схеми широко поширеного серед зарубіжних радіоаматорів підсилювача "Alpha 91 b", де конденсатори ємністю по 0,022 мкФ запаяні з висновків роз'єму мереж на шасі ще до мережевого вимикача.
Отже, у добре відомих професійних схемах використовуються такі (перевірені та безпечні) рішення. 1. Гальванічний контакт із мережею фільтра перешкод, випрямляча, високочастотного генератора. 2. З'єднання обох (у тому числі і найнебезпечнішого - фазного) проводів мережі з шасі через конденсатор ємністю 0,01...0,047 мкФ. 3. Розв'язка за допомогою ВЧ-транформаторів на ферит. Тепер перейдемо до наступного розділу. Порівняльний аналіз відомих безтрансформаторних РА Виключивши з розгляду схему [1], що має гальванічний контакт шасі з мережею, звернемося до тих бестранформаторних РА, в яких є розв'язка від мережі як шасі підсилювача, так і його вхідних/вихідних ланцюгів, що задовольняє всім правилам техніки безпеки. Почнемо із конструкції UA1FA на двох лампах 6П45С [2]. У вхідному ланцюзі використовується ВЧ-трансформатор, що забезпечує ідеальну гальванічну розв'язку. Вихідний ланцюг (уже після П-контуру) теж розв'язаний ВЧ-трансформатором, але зробити якісний широкосмуговий (1,9...30 МГц) трансформатор для великої потужності зовсім не просто. Крім того, потрібно дорогий феритовий сердечник значних розмірів. Однак ферити (особливо вітчизняні) дуже погано працюють на навантаження з реактивністю, а на краях діапазону будь-яка антена, навіть узгоджена, вносить помітну реактивність. Якщо ж використовувати який-небудь LW із КСВ 7...8, то вихідний феритовий трансформатор працюватиме зовсім неефективно. На мій погляд, в цій конструкції не варто будь-що прагнути встановити вихідний трансформатор, бо є інші способи розв'язки вихідного ланцюга (докладніше див. нижче). Тим більше, що в схемі все одно є ємнісний зв'язок фазного проводу мережі з шасі - в конструкції встановлено мережевий фільтр, аналогічний рис.2. Не дуже зручно, що гальванічний контакт із мережею мають і деталі П-контуру – це призводить до необхідності ізолювати їх від шасі та використовувати ізольовані осі та ручки налаштування. Крім того, вказані в [1] 400 Вт вихідний потужності без перевантаження ламп можна отримати тільки в короткочасному піковому режимі. При безперервному випромінюванні лампи буде перевантажено, і надійність підсилювача помітно знизиться. Справді, при Рвых=400 Вт потужність, що підводиться, повинна бути не менше 700 Вт, отже Ррасс=300 Вт - по 150 Вт на аноді кожної лампи. Це більш ніж триразове навантаження за потужністю. На мій погляд, у таких відповідальних вузлах, як РА, не варто використовувати елементи з перевищенням їх паспортних параметрів. Позбавивши читача розрахунків, скажу, що за анодним струмом перевантаження ламп майже дворазове. Звернемося тепер до пізнішої конструкції – підсилювачу RV3LE [3] на лампі ГУ-29. Це добре збалансована конструкція на 75...100 Вт вихідної потужності. Як і [2], по входу використовується феритовий трансформатор. На виході також використовується феритовий трансформатор (при такій потужності він невеликий, і, на відміну [2], включений між анодами ламп і П-контуром). Це вирішує відразу дві проблеми - виключає роботу трансформатора на реактивність та дозволяє використовувати звичайний П-контур із заземленими на шасі КПЕ. Але це схемне рішення, на жаль, породжує іншу проблему - трансформатор працює з високими значеннями опорів (одиниці кілоом) і тому має неминучий завал АЧХ на ВЧ-діапазонах. Як і в [2], лампа перевантажена, але заради справедливості зауважимо, що набагато менше - в півтора рази, як по потужності, що розсіюється на аноді, так і по струму анодів. Крім того, в РА [3] відсутній фільтр придушення перешкод через мережу, тому цілком можливе попадання радіочастотних сигналів в електричну мережу. Остання конструкція в нашому огляді – RA6LFQ [4]. Три ГУ50 у схемі із загальними сітками дають близько 200 Вт вихідної потужності. Тут використаний інший принцип розв'язки від мережі, ніж [2, 3] - з'єднання гальванічно пов'язаних з мережею частин підсилювача з шасі і вхідними/вихідними роз'ємами через конденсатори малої ємності. На радіочастотах ці конденсатори є практично розділовими, а частоти мережі 50 Гц вони становлять дуже великий опір (див.п.2 у попередньому розділі). У цій конструкції у боротьбі за чистоту безтрансформаторної ідеї взагалі відсутні будь-які трансформатори. Хоча, на мій погляд, накальний трансформатор можна було б і встановити, принаймні, розміри накального трансформатора не більше паперового конденсатора 10 мкФ х 400, за допомогою якого в [4] забезпечується напруга розжарення. По входу підсилювача розв'язка від мережі здійснена конденсатором 1000 пф х 2 кВ, на виході - з'єднання загального дроту підсилювача з шасі через конденсатор 2200 пФ х 2 кВ. У зв'язку з відсутністю феритових трансформаторів вдається уникнути деяких проблем узгодження та пропускання великої потужності. Однак, якщо у вихідному ланцюгу при опорі анодного навантаження в кілька сотень конденсатор 2200 пФ використовується практично як розділовий (його реактивний опір на частоті 1,8 МГц становить 40 Ом - менше 1/10 від опору навантаження), то при вхідному опорі підсилювача 50 Ом ємність розділювального конденсатора 1000 пФ мала (на 1,8 МГц його опір 80 Ом - майже вдвічі більше за вхідний опір РА). Здавалося б, яка проблема – достатньо збільшити ємність цього конденсатора. Але не все так просто, і про це – у наступному розділі. Знову про розв'язку від мережі Про гальванічний зв'язок із мережею ми вже говорили. Але, крім гальванічної, існує ще й ємнісна. Зрештою, абсолютно все одно, яким шляхом проникає на корпус РА мережева напруга. Для подальшого обговорення введемо для будь-якого приладу з живленням від мережі змінного струму такий параметр, як струм витоку з частотою 50 Гц між незаземленим корпусом приладу та гарною електротехнічною землею - IУТ50. Для вимірювання IУТ50 збирають схему, показану на рис.3.
Усі роз'єми РА (вхід, вихід, керування), крім мережевого, замикають на корпус. Між корпусом підсилювача та заземленням включають резистор Rе = 30 кОм (номінал досить довільний і приблизно відповідає опору тіла людини). Струм, що протікає через Rе, і буде IУТ50, а падіння напруги на цьому резисторі UУТ50 буде відповідати напрузі, прикладеній до тіла добре заземленої людини (Наприклад, що стоїть мокрими босими ногами на металевій підлозі, Hi!) при торканні їм корпусу незаземленого РА. Для коректності вимірювань вибирають таке положення мережевої вилки в розетці, коли IУТ50 максимальний. Звичайно, при реальній роботі в ефірі корпус РА повинен бути заземлений, і навіть не так з міркувань електробезпеки, як для нормальної роботи антен і виключення TVI. Але для коректного визначення IУТ50 ми свідомо беремо найгірший випадок – відсутність заземлення корпусу РА. Подивимося, за якими ланцюгами на корпус проникає IУТ50, і порівняємо різні конструкції за цим показником. 1. У звичайному РА із силовим трансформатором струм lУТ50 протікає по двох паралельних ланцюгах - через один із вхідних конденсаторів фільтра придушення перешкод (той, який з'єднаний з фазою, рис.2) та міжобмотувальну ємність силового трансформатора. Остання зазвичай нехтують, а вона не дуже мала. Так, для силового трансформатора з Ргаб = 1.6 кВт (для живлення РА на ГУ74Б) ця ємність склала 1200 пФ (tnx EW1EA), для трансформатора з Ргаб = 500 Вт (для РА на трьох ГУ50) - близько 500 пФ. Для подальших підрахунків корисно знати, що конденсатор ємністю 1000 пФ, включений між фазою та корпусом РА, дає IУТ50=0,06 мА і відповідно UУТ50=1.8 У. Отже, з допомогою межобмоточной ємності протікає IУТ50=0,03...0,08 мА, а з допомогою конденсатора фільтра (рис.2) за його величині 0,01..0,047 мкФ - 0,6...2,8 мА. Загальний IУТ50=0,6б...0,29 мА, що відповідає UУТ50=19,8..87 У. Це досить великі значення. Втім, нікого не дивує, що незаземлений корпус будь-якого приладу з фільтром перешкод неабияк "покусує". До речі, в промисловому трансформаторному блоці живлення Б5-7 використовуються прохідні конденсатори фільтра по 0,1 мкФ! При цьому IУТ50= 6мА, a UУТ50= 150В! Хто працює з даними блоками, знають, який удар струмом можна отримати від незаземленого корпусу. Висновок: підсилювачі потужності з силовим трансформатором мають помітний ємнісний зв'язок з мережею, яку в першу чергу визначає конденсатор мережного фільтра придушення перешкод, другий - міжобмотувальна ємність силового трансформатора. 2. Прилад з імпульсним джерелом живлення (телевізор, наприклад) також пов'язаний із мережею через конденсатор фільтра перешкод (рис.1). Бажаючі переконатися в наявності такого зв'язку можуть підключити антену із зовнішнім заземленням до телевізора у затемненій кімнаті. Іскра, що проскакує між роз'ємом антени та гніздом TV під час підключення, повинна переконати. Значення IУТ50 і UУТ50, в принципі, такі самі, як і в попередньому пункті. Міжобмотувальна ємність вихідного ВЧ-трансформатора на ферит мала, і нею можна знехтувати. 3. Звернемося до PA UA1FA [2]. Міжобмотувальна ємність вхідного та вихідного феритових трансформаторів дуже мала. UУТ50 повністю визначається конденсаторами мережевого фільтра ємністю 0,022 мкф. IУТ50= 1.3 мА; UУТ50=40 В. Як бачимо, параметри нічим не гірші, ніж у звичайного трансформаторного РА. 4. PA RV3LE [3]. Абсолютно розв'язаний від мережі, IУТ50 практично відсутня. Саме подібну схемотехніку я мав на увазі, коли у вступі говорив, що розв'язка від мережі безтрансформаторного РА може бути навіть краще, ніж у трансформаторного. Ємності вхідного та вихідного трансформаторів дуже малі, а мережевий фільтр перешкод відсутній. При встановленні фільтра за схемою рис.2 IУТ50 буде таким самим, як і в [2]. 5. У PA RA6LFQ [4] I протікає через два конденсатори - вхідний 1000 пФ та вихідний 2200 пФ. Разом 3300 пФ, IУТ50=0,2 мА та UУТ50=6 В. Дуже хороша розв'язка, але вже вказувалося, що вхідна ємність 1000 пФ мала для розділової у вхідному 50-омному тракті. Якщо її збільшити до необхідних 0,015...0,022 мкФ, то Iут50 зросте до 1...1.3 мА, a Uут50 - до 30...40 В. Це, втім, цілком допустимо і відповідає будь-якому трансформаторному РА та конструкціям [2,3, 4]. У цьому РА використаний інший мережевий фільтр перешкод (рис.1). За рахунок наявності дроселів L2, L2 ВЧ-перешкоди, що йдуть від РА в мережу, він пригнічує навіть краще, ніж фільтр на рис.4. Дуже важливою перевагою фільтра на рис.XNUMX є відсутність контакту з шасі, тому він не проводить струму IУТ50.
У безтрансформаторних конструкціях РА слід використовувати такі фільтри придушення перешкод. Живлення анодного ланцюга Усі РА [1, 2, 3, 4] мають один загальний недолік - для живлення анода використовується подвоєння напруги. В результаті напруга 580...600 В недостатньо для живлення потужного лампового підсилювача. Доводиться "розганяти" струм анодів до граничних паспортних величин (а здебільшого далеко за їхні межі). Результат – зменшення терміну служби ламп. Тим не менш, отримані вихідні потужності не вражають-100 ... 200 Вт (мається на увазі, що PA [2] працює без особливого навантаження). Крім того, низька анодна напруга Еа призводить до низького коефіцієнта передачі потужності підсилювача, який при незмінній вхідній потужності Рвх прямо пропорційний Еа. Загалом Еа необхідно збільшити. Напрошується висновок-якщо недостатньо подвоєння, треба використовувати потроєння або вчевернення напруги мережі. Але тут ми стикаємося ще з одним упередженням, що помножувачі напруги придатні тільки для малих струмів і мають великий внутрішній опір І, відповідно, велике падіння ("просідання") напруги під навантаженням. Автор цієї статті довгий час розділяв цю думку, але потім, буквально на столі зібравши схему, показану на рис.5, отримав результати, які переконали у протилежному. Використовувалися діоди Д248Б і для першого експерименту - шість конденсаторів К50-31 100,0 мкФ х 350 В.
Як опір навантаження використовувалися п'ять послідовно включених ламп розжарювання 220 В/40 Вт. За таких умов було отримано такі параметри: - напруга холостого ходу Ехх – 1220В; - напруга на навантаженні 200 Вт Ен – 1100В; - Амплітуда пульсацій при навантаженні 200Bт Uпульс - 50B. Тобто. "просідання" напруги всього 10%, а пульсації - 5%. Це краще, ніж у багатьох трансформаторних блоках живлення. При навантаженні цієї схеми на п'ять ламп 220 В/60 Вт Ен=1050 В і Uпульс=80 В. Також дуже непогані параметри. При цьому блок живлення потужністю 200…300 Вт мав вагу близько 300 г! У наступному експерименті при тих же діод використовувалося шість конденсаторів 220,0 мкФ х 350 В (від телевізійних блоків живлення). Навантаженням були лампи розжарювання загальною потужністю 600 Вт. Їх звичайно, не змінилося, Eн = 1100B, Uпульс = 65B. Таким чином, використовуючи схему рис.5, можна робити блоки живлення на Еа=1100 В потужністю 200...300 Вт (при використанні конденсаторів 100,0 х 350 В), 500...600 Вт (при 220,0 х 350 В) і навіть 1000...1200 Вт (при 440,0 х 350 В - тобто кожен із шести конденсаторів складений з двох 220,0 х 350 В). Такі параметри дозволяють застосовувати подібні блоки живлення з багатьма лампами як в одиночному включенні, так і з включеними паралельно: 3хГУ50 при la = 0,4 ... 0,5 А і Рвых = 250 ... ... 300Вт; 4хГ811 при Ia = 0,6 ... 0,65 А і Рвых = 300 ... ... 350 Вт; 2(3) ГИ7Б при Iа=0,6...0,7 (0,9...1)А та Рвых=400(600)Вт. Загалом, підібрати потрібний варіант за бажання можна. До речі, в РА [5] використовується утроитель змінної напруги 500 (від вторинної обмотки силового трансформатора) для отримання анодної напруги 2100 В. Отже, застосування помножувачів напруги - поширена практика. Часто ставить питання: "Як же так - полярні електролітичні конденсатори С1, С2 включені прямо в мережу змінного струму? До них прикладено змінну напругу, через них протікає змінний струм і вони вибухнуть!". Ні, цього не станеться. Змінної напруги на С1 та С2 не буде, т.к. ланцюги мережа - VD2-C1 і мережа - VD3-С2 є звичайними однополуперіодними випрямлячами, тому напруга зворотної полярності ні до С1, ні до С2 не прикладається. Якщо підключити осцилограф прямо на С1 (або С2), можна побачити постійну напругу 300 В з пульсаціями амплітудою 15...20 В. Змінний струм (і значний - до кількох ампер) протікати через С1 та С2, звичайно, буде, але це їх паспортний режим. Згадаймо, у багатьох транзисторних УНЧ на виході стоїть розділовий електролітичний конденсатор значної ємності, через який гучномовець протікає НЧ-змінний струм, що вимірюється в потужних підсилювачах амперами. Безтрансформаторний, з вченим З урахуванням всього сказаного вище, пропонується безтрансформаторний підсилювач потужності з врахуванням напруги мережі, дещо спрощена схема якого показана на рис.6. Для прикладу показаний тріод, включений за схемою із загальною сіткою, що, втім, зовсім не принципово - може бути і тетрод, і пентод, і схема із загальним катодом (екранна напруга легко може бути отримана стабілізатором, підключеним до середньої точки вихідних конденсаторів - напруга у цій точці становить + 600 В щодо катода).
Принциповими у схемі на рис.6 є такі особливості: - анодна напруга - 1200... 1100 В (учетверенна мережна напруга); - подача вхідного сигналу – через широкосмуговий феритовий трансформатор (ШПТ); - подача вихідного сигналу на П-контур - через два розділові конденсатори С1 і С2 по 2000 пФ х 2 кВ. Вхідний сигнал зручно подавати через ШПТ, оскільки: - на відміну від [4], де використовується розділовий конденсатор, міжобмотувальна ємність у ШПТ вкрай мала, і тому не робить внесок у струм IУТ50; - ШПТ працює на постійне навантаження без реактивності – вхідний опір РА; - ШПТ замінює катодний дросель, а також (за рахунок зміни числа витків, тобто коефіцієнта трансформації) може використовуватися для узгодження вхідного опору підсилювача з драйвером. ВЧ-сигнал з лампи на П-контур подається через два розділові конденсатори: С1 відокремлює Еа від гарячого кінця П-контуру, а С2 забезпечує розв'язку по мережі 50 Гц, замикаючи по радіочастоті загальний електрод лампи (сітку в даному випадку) з підсилювача шасі. Подібний спосіб передачі сигналу (без феритового трансформатора, використовуваного [2,3]) дозволяє пропускати будь-яку потужність, працювати з реактивними навантаженнями і виключити завал АЧХ вихідного ланцюга. Як і всіх попередніх малюнках, на рис.6 ланцюга, гальванічно пов'язані з мережею, виділені потовщеними лініями, а розв'язані від мережі показані звичайної товщиною. Схему рис.6 можна як і трохи змінений імпульсний блок живлення. Справді, випрямляч та високочастотний генератор (лампа) безпосередньо підключені до напруги мережі. Тільки в даному випадку це не автогенератор, а генератор із зовнішнім збудженням через вхідний ШПТ (у старих книгах з передавальної техніки підсилювачі потужності так і називалися - генератори із зовнішнім збудженням). Вихідний сигнал генератора знімається не через феритовий трансформатор, як імпульсному блоці живлення, а через конденсатори С1, С2. Таке рішення цілком логічно, бо нижча частота генератора (1,8 МГц) більш ніж у 30000 разів вище частоти мережі живлення, і в стільки ж разів відрізняються опору конденсаторів С1, С2 на цих частотах. Ще одна відмінність схеми рис.6 від звичайного імпульсного блоку живлення полягає в тому, що генератор працює не в ключовому, а в лінійному (по огинаючій) режимі, тому ККД перетворення напруги мережі в ВЧ-сигнал (іншими словами, ККД підсилювача) становить не 85% ... 90%, а 55 ... 60%. На виході увімкнений звичайний П-контур. Струм витоку мережі на корпус для схеми рис.6 (при використанні фільтра перешкод за схемою рис.4) визначається тільки конденсатором С2 і становить IУТ50=0,12 мА, причому UУТ50=3,6 У. Це краще, ніж в багатьох трансформаторних РА. Деякі вимоги до деталей схеми. Діоди повинні бути розраховані на Uобр>600 В та середній струм не менше 4Iа_max. Допустимий імпульсний струм перевантаження діодів повинен бути в 2...3 рази більше. Добре підходять КД202Р, Д248Б. Конденсатори блоку живлення повинні бути на напругу >350 В, їх ємність повинна бути не менше ніж 100 мкФ на кожні 250 мА анодного струму. Ємності С1 і С2 вибираються такими, щоб на нижчій робочій частоті їхній реактивний опір було б менше 1/10 Roe П-контуру. Для Roe>500 Ом достатньо С1 та С2 по 2000 пФ. Напруга на С1 і С2 не перевищує 900, але оскільки вони забезпечують електробезпеку, має сенс взяти їх з великим запасом - на 2 кВ і більше. З точки зору безпеки, вимоги до пробивної напруги С1 та С2 такі ж, як у звичайному силовому трансформаторі до пробивної напруги між мережевою та вторинними обмотками. Ланцюги катода та сітки можуть мати потенціал до 900 В щодо шасі (якщо воно заземлено). Відповідно на таку величину повинні бути розраховані ізоляція цих ланцюгів, міжобмотувальна ізоляція вхідного ШПТ (достатньо використовувати провід МГТФ 0,5) та міжобмотувальна ізоляція накального трансформатора (підходить будь-який уніфікований ТН). Перейдемо тепер до опису практичних схем. Вихідний каскад трансівера На рис.7 показана принципова схема кінцевого підсилювача трансівера з вихідною потужністю 100...200 Вт. Не поспішайте скептично посміхатися, стверджуючи, що для отримання подібної потужності давно використовуються транзисторні PA, а тут надруковано заклик повернутися назад до ламп. По-перше, автор знає існування транзисторних РА. Сам їх розробляв і протягом кількох років експлуатував. По-друге, порівняємо типовий двотактний транзисторний РА з вихідною потужністю 100 Вт з ламповим РА такої ж потужності (рис.7) за основними параметрами.
1. Надійність. Тут ламповий РА поза конкуренцією. Чи часто зустрічаються транзистори з Ррас=350 Вт та стійкістю до десятикратних імпульсних навантажень? А для ГІ7Б це типові параметри. Про роботу на навантаження з високим КСВ та стійкості до статичних зарядів на антені і говорити не варто – ламповий РА практично не вимагає жодних систем захисту. 2. Коефіцієнт передачі за потужністю. Приблизно однаковий обох схем - близько десяти. 3. Узгодження із навантаженням. П-контур на виході лампової РА забезпечує узгодження практично з будь-якими навантаженнями. У транзисторному РА для цієї мети після вихідного ФНЧ доведеться використовувати окремий пристрій. 4. Розміри. Транзистор (навіть пара у двотактному каскаді), звичайно, менший за лампу. Але якщо встановити їх на радіатор, то ця різниця зникає. Справа в тому, що радіатор лампи може мати температуру 140...150°С, для транзисторів така висока температура неприпустима. Справді, потужність, що віддається радіатором у навколишнє середовище, прямо пропорційна як площі радіатора, так і різниці температур між ним і навколишнім середовищем. Тому сильніше нагрітий радіатор лампи ефективніше віддає тепло, і отже, щоб розсіяти однакову потужність, радіатор для транзисторів повинен бути більшим за анодний радіатор лампи. 5. ККД. На перший погляд, лампа повинна програвати - потужність у ланцюгу розжарювання втрачається марно, а для ГІ7Б це чимало - 25 Вт. Але давайте підрахуємо. ККД двотактного транзисторного РА у кращому разі 40% (як за даними [6], так і за практичними вимірами параметрів імпортних трансіверів). Для лампового РА, з урахуванням втрат П-контурі, ККД по анодної ланцюга становить 50...60%, тобто. при Рвих = 100 Вт, Рподв складе 180 ... 200 Вт. Навіть якщо сюди додати 25 Вт ланцюга розжарення, то загальний ККД становитиме 45%...50%, тобто. вище, ніж транзисторного РА. 6. Ціна. Звичайно, якщо купувати лампу та транзистори за цінами заводів-виробників, то лампа обійдеться дорожче. Але якщо, розмірковуючи практично, звернутися до цін радіоринку, то пара потужних високочастотних транзисторів буде не дешевшою, а швидше за все дорожчою за лампу. 7. Вага. Щодо власне підсилювача, то тут справедливо все, що йшлося у п.4 про розміри. Блок живлення для транзисторного РА повинен забезпечувати більше 250 Вт вихідної потужності, габаритна потужність його силового трансформатора (з урахуванням втрат на стабілізаторі) має бути не менше ніж 300 Вт. Загалом вага такого блоку виходить більшою за кг. Вага ж блоку живлення (мережевий фільтр + обігрівач + накальний трансформатор) підсилювача потужності, показаного на рис.7, трохи більше 1 кг. З повністю транзисторними трансіверами (у тому числі імпортними, особливо старими моделями, без вбудованого тюнера) виходить досить парадоксальна ситуація. Сам трансівер – маленький, легкий та красивий. Але щоб працювати в ефірі на реальні антени, необхідно поряд поставити ще антеневий тюнер і мережевий блок живлення (за вагою та розмірами вдвічі перевершують власне трансівер). У цьому плані РА, показаний на рис.7, не вимагає ніяких додаткових пристроїв - він включає і блок живлення, і ланцюг узгодження з антеною. Звернемося тепер до принципової схеми (рис.7). Діоди VD1 ...VD4 та електролітичні конденсатори С3...С8 - обчислювач напруги мережі. С1, L1, C2 – мережевий фільтр перешкод. Трипозиційний перемикач S1 та струмообмежуючий резистор R1 -елементи двоступінчастої системи включення та зменшення кидка струму при включенні. Т1 - нахабний трансформатор. С9 - блокування радіочастотою джерела анодного живлення. С12, С13 - розділові по ВЧ і що розв'язують по мережі. Lдр - анодний дросель. VD5 забезпечує початкове усунення лампи. С10, С11 - блокувальні за ВЧ.Т2- вхідний трансформатор, що розв'язує. С14, С15, С16, L3, L4-звичайні елементи вихідного П-контуру. Комутація RX-ТХ для лампи не передбачена, початковий струм становить 5...10 мА і потужність розсіювання на аноді в паузах і в режимі прийому невелика - 6...11 Вт. Якщо потрібно замикати лампу в режимі прийому, достатньо послідовно з VD5 включити резистор 100 кОм (або стабілітрон Д817 з будь-яким буквеним індексом) і замикати його контактами реле RX/TX під час переходу на передачу. Деталі С1, C2 - типу К73-17 на напругу не менше 400 В, C3 ... С8 - К50-31.К50.27, К50-29 (конденсатори типу К50-35 краще не застосовувати через їх низьку надійність); С9, С12, С13 - КСВ-11, К15-У1 на напругу не менше 2 кВ, а С12 та С13 - на реактивну потужність не менше вихідної потужності PA; C10, С11-КМ-5 або аналогічні; С15, С17 - К15-У1 на реактивну потужність не менше ніж у 10 разів більше вихідної потужності РА; С16 - будований КПЕ від транзисторних приймачів. С14 зроблений із стандартного КПЕ 2х12/495 пФ проріджуванням роторних і статорних пластин через одну з подальшим центруванням статорних секцій перепаюванням їх кріплення до основи КПЕ. L1 -дросель фільтра перешкод, містить 2х20 витків мережного дроту на феритовому кільці марки 2000НН відповідних розмірів. Конструкції анодного дроселя L-др та котушок П-контуру L3, L4 описувалися неодноразово в літературі [7,8]. Т1 - підійде будь-який з гарною ізоляцією між обмотками, наприклад із серії ТН. Сердечник Т2 складається з двох розташованих поруч феритових трубок, кожна з яких склеєна з трьох кілець 400НН К10х5х5. Обмотки, підключені до лампи, містять 2х4 витка дроту МГТФ 0,5. Число витків та конструкція первинної обмотки Т2 залежать від типу драйвера та його вихідного опору. Якщо первинна обмотка міститиме 4 витка, то Rвх складе 100 Ом; якщо 2, то Rвх – 25 Ом. У автора первинна обмотка містить 1+1 виток дроту МГТФ 0,5 і своїми висновками підключена безпосередньо до колекторів транзисторів драйвера, а на середній висновок подано напругу живлення драйвера. Ще раз наголошу, що первинна обмотка Т2 повинна бути добре ізольована. Якщо є необхідність ввести ALC, сигнал можна зняти з додаткової обмотки, намотавши її на Т2, як це зроблено в трансівері RA3AO. Конструкція Деталі П-контуру розміщені біля передньої панелі трансівера. Позаду них горизонтально розташована лампа. Вихідний відсік (анод лампи, С12, Lдр, П-контур) відокремлений заземленим П-подібним екраном. Лампа закріплена за анодний радіатор бобишками із фторопласту на гвинтах-саморізах. За потреби заміни лампи вона викручується з анодного радіатора, який закріплений "раз і назавжди". У П-подібному екрані зроблено отвір діаметром на 6...8 мм більше діаметра виведення сітки лампи (щоб уникнути замикання сітки на корпус). На виведення сітки надіта алюмінієва пластина розмірами 70х70 мм, ізольована від шасі. Через чотири фторопластові прокладки пластина прикріплена на звороті П-подібного екрану. Між цією пластиною та екраном розміщений конденсатор С13. Позаду лампи (біля задньої панелі) встановлений нахабний трансформатор Т1. С10, С11 монтуються на виводах лампи та Т1. Трансформатор Т2 розташований на кронштейні під виведенням лампи катода. Всі деталі блоку живлення, включаючи R1 та VD5 (з невеликим радіатором), розміщені на окремій платі зі склотекстоліту. Плату треба розмістити так, щоб унеможливити підігрів С3...С8 від лампи VL1. При щільному компонуванні може знадобитися встановлення теплових екранів, наприклад тонкого азбесту, наклеєного на склотекстоліт. Результати У цій схемі лампа легко "розгойдується" до струму Ia = 200 ... 250 мА при РВХ = 8 ... 12 Вт (2хКТ913В). При більш потужному драйвері можна отримати Iа = 0,38 ... 0,4 А. Однак для трансівера рекомендується обмежитися струмом Iа = 200 мА і відповідно Рвых = 100 Вт. За такої потужності лампа може працювати без обдування навіть при безперервному випромінюванні (ЧМ, наприклад) - виходить дуже комфортний трансівер, який не завиває вентилятором прямо перед оператором. Крім того, потужності 100 Вт достатньо як для "розгойдування" майже будь-якого РА, так і для повсякденної роботи в ефірі. Якщо використовувати РА за схемою рис.7 як зовнішній, то при РВХ = 40 Вт він дає Ia = 0,38 ... 0,4 А і РВИХ = 190 ... 220 Вт (звичайно, при використанні примусового охолодження анода). РА на трьох ГУ50 Широко поширений серед радіоаматорів СНД РА на трьох лампах ГУ50 при Еа = 1100 В, виявляється, взагалі не потребує силового трансформатора! Принципова схема практично збігається з наведеною на рис.7, необхідно лише збільшити потужність R1 до 5...10 Вт, ємності С3...С8 -до 220 мкф, а катодний ланцюг виконати відповідно до рис.8.
Трансформатор Т2 має рівну кількість витків у первинній та вторинній обмотках. Якщо Т2 конструктивно виконаний за описом попереднього розділу, він повинен містити три витки в кожній обмотці. У даній конструкції Т2 можна також виконати наступним чином на феритове кільце 400...600 ПН із зовнішнім діаметром 20...32 мм тонким коаксіальним кабелем намотати 8...12 витків Центральна жила кабелю утворює вторинну обмотку, а оплетка - первинну. Звичайно, можна намотати Т2 і кручений парою проводів МГТФ. У будь-якому випадку не забувайте про якість ізоляції обмоток Т2. РА на двох (трьох) ГІ7Б Схема майже збігається зі схемою рис.7. Відмінності такі: ємності С3...С8 для двох ламп мають становити 330 мкФ (для трьох - 470 мкф або 2х220 мкф); номінал R1 треба зменшити до 180...240 Ом, яке потужність збільшити до 10...20 Вт, замість VD5 слід включити транзисторний аналог потужного стабілітрона (рис.9).
VT1 має бути встановлений на ізольованому від шасі радіаторі та допускати потужність розсіювання 15 Вт (для трьох ламп – 25 Вт). Т2 має однакову кількість витків у всіх обмотках. Вибираючи сердечник для Т2, слід врахувати, що постійна складова струму катодів ламп підмагнічуватиме сердечник. П-контур може бути розрахований на Rое=800..900 Ом (для трьох ламп - 500...600 Ом). Для двох ламп при РВХ = 45 ... 50 Вт струм анодів досягає 0,75 ... 0,8 А (Рвих = 400 Вт). Для трьох ламп при Pвх = 70 ... 75 Вт струм анодів досягає 1 ... 1,1 A (Pвих = 600 Вт). Конструкція Основне заземлене шасі розташоване горизонтально приблизно 50...60мм від днища. У місці встановлення ламп у шасі вирізаний квадратний отвір розмірами 14х14 см. Лампи встановлюються вертикально та кріпляться хомутиками за виведення сітки до квадратної пластини розмірами 16х16 см (розміри орієнтовні, залежать від числа ламп та їх компонування). Ця пластина із закріпленими на ній лампами встановлюється над отвором у шасі і кріпиться до нього через ізолюючі фторопластові прокладки. С13 встановлюється між пластиною та шасі. При самозбудженні або нестійкій роботі PA C13 краще виконати у вигляді набору з кількох конденсаторів (загальною ємністю 2000 пФ), розмістивши їх на периметрі пластини з лампами. Обдув ламп проводиться витяжкою повітря наступним чином: підбирають вентилятори (за кількістю ламп) з діаметром, рівним або трохи більшим за діаметри анодних радіаторів, вентилятори кріпляться до верхньої кришки РА (під них вирізані отвори) точно навпроти ламп. Циліндричні повітроводи згорнуті з 2-3 шарів склотекстоліту (доведеться розшарувати шматок відповідних розмірів). Щоб уникнути розкручування кінці склотекстоліту прошиті металевими дужками. Верхній діаметр повітроводу повинен точно збігатися із зовнішнім діаметром вентилятора, нижній з діаметром анода лампи (якщо вони відрізняються, то повітропровід роблять конічним) Виготовлені повітроводи щільно одягають на вентилятори і ретельно проклеюють клеєм "Фенікс". В результаті, при опусканні верхньої кришки повітроводи одягаються на аноди. Висновок Отже, безтрансформаторні РА анітрохи не небезпечніші за підсилювачі з силовим трансформатором. Для отримання анодної напруги 600...1100 У силовий трансформатор взагалі не потрібен Ускладнення при переході на безтрансформаторне харчування мінімальне, а необхідність ізолювати частину деталей від шасі навряд чи злякає короткохвильовиків - у трансформаторному підсилювачі потужності з високою анодною напругою більш ніж достатньо подібних деталей. Невже безтрансформаторний РА настільки гарний, що немає недоліків. Звичайно, має (як і будь-який інший прилад). Ось деякі: - Незручність налагодження. Якщо потрібний вимірювання режиму лампи або дослідження осцилографом сигналів у ланцюгах, пов'язаних з мережею, необхідно використовувати розділовий трансформатор трансформатора 1:1. Втім, для перевіреної відпрацьованої схеми за достатньої кваліфікації радіоаматора це потрібно; - Використання електролітичних конденсаторів. Років за 10-12, можливо, їх доведеться замінити. В іншому, фірми, що виробляють підсилювачі потужності РА, це не бентежить - у переважній більшості промислових РА використовуються електролітичні конденсатори; - безтрансформаторний підсилювач потужності може живитись тільки від мережі змінного струму; - для отримання великих вихідних потужностей (1 кВт і більше) анодної напруги 1,1 кВ недостатньо Однак, якщо використовувати лампу, що забезпечує Iа>2 А (ГС3Б, наприклад), можна спробувати створити подібний пристрій. Автор такий варіант поки що не відчував. Питання та відповіді 1. Чи залежить безпека схеми від "полярності" включення вилки до мережі? Ні, не залежить. Розв'язка від мережі забезпечується за будь-якого положення вилки. Відмінності є лише у величині струму IУТ50. Якщо "нуль" мережі підключений до нижнього за схемою проводу мережі (рис 7 N2/99), то мінус випрямляча (сітка лампи) знаходиться під постійним потенціалом 600 В щодо корпусу, і IУТ50=0. Якщо на цьому дроті "фаза", то на мінусі випрямляча (сітки лампи) буде потенціал, що змінюється від 600 до 900 з частотою 50 Гц. Змінна складова цього потенціалу через С13 (2000 пФ х 2 кВ) зумовлює перебіг IУТ50 близько 120 мкА. У цьому UУТ50 становить лише кілька вольт. 2. Що буде, якщо корпус РА не заземлений чи заземлений погано? У сенсі безпеки та роботи РА нічого не зміниться, а ось з антенами та TVI можуть виникнути проблеми. (Ще раз нагадуємо про обов'язкову наявність системи заземлення на аматорській радіостанції. Прим.ред.) 3. Про ємність конденсаторів обчислювача напруги. Мінімально необхідну ємність кожного з шести конденсаторів облік-вірителя можна оцінити так - його ємність у мікрофарадах повинна дорівнювати вихідній потужності РА у ватах. При цьому "просідання" анодного джерела під навантаженням складе приблизно 100...120 В. Звичайно, можна використовувати конденсатори більшої ємності, "просідання" при цьому буде менше. 4. Чи можна замість затвердіння використовувати більш високий ступінь множення напруги? Теоретично так, практично особливого сенсу в цьому немає. Справа в тому, що високовольтні електролітичні конденсатори великої ємності мало поширені, а якщо набирати батареї з конденсаторів малої ємності з робочою напругою 350...450 В, їхня кількість зростає непропорційно швидко. В; для затвердіння – шість таких конденсаторів, для ушестеріння – 350, для заворушення – 17 (!). При такій кількості конденсаторів втрачається головна перевага даного РА – невелика вага та габарити. 5. Деякі імпортні генератори змінного струму дають на виході не 220 В, а 110... 120 В, як бути в цьому випадку? Звичайно, якщо ви робите комплект апаратури для роботи в польових умовах, везти із собою автотрансформатор 110x220 не дуже практично. Можливі два варіанти. Перший: залишити схему РА без змін та задовольнятися анодною напругою 600 В. Другий – зібрати помножувач напруги на 8, як показано на рис.1 цієї статті. В результаті виходить напруга 1,1...1,2 кВ при струмі навантаження 0,35...0,4 А (ЗхГУ50). Зауважу, що якщо генератор видає 120 В змінної напруги, то конденсатори С1 і С2 (кожен - з двох К50-7) працюють при напрузі, близькому до граничного. Схему можна легко перекомутувати для роботи в якості обчислювача від мережі 220 В. Для цього достатньо перемикачем розірвати чотири ланцюги (точки розриву показані на рис.1 хрестиком)
6. Чому РА показаний на рис. 7, не віддає у навантаження 200 Вт? На жаль, я висловився не зовсім точно. Блок живлення РА у згаданій схемі розрахований лише на 100 Вт вихідної потужності Щоб отримати Рвых = 200 Вт, конденсатори обліковувача повинні мати ємність по 220 мкФ. 7. Як під час використання безтрансформаторного блока живлення отримати сигнал ALC? На жаль, традиційні методи отримання сигналу ALC (по струму сітки, по амплітуді напруги на сітці) в даному випадку непридатні - лампа пов'язана з мережею. Можна контролювати лише сигнал на обмотці вхідного трансформатора. Ну, і не слід забувати про те, що будь-яка РА не варто "перекачувати". 8. Про режим роботи лампи та комутації RX/TX. Вказаний на рис.7 (N2/99) стабілітрон зміщення Д816А не на кожному примірнику ГИ7Б забезпечує достатній початковий струм, може знадобитися заміна, наприклад, на Д815Ж. Контакти реле RX/TX, що комутує режим роботи лампи, знаходяться (як і весь катодний ланцюг) під потенціалом до 900 В щодо корпусу. Для комутації потрібно реле, яке витримує 900 В між контактною групою та обмоткою, а також між контактною групою та корпусом реле. Абсолютно непридатні герконові реле – їх контакти дуже швидко "залипають". Кардинально вирішує цю проблему оптична розв'язка. Причому необхідно використовувати саморобну оптопару, промислові інтегральні підходять, т.к. у них допустима напруга між входом і виходом не перевищує 500 В, а в цьому випадку потрібно 900 В. Один з можливих варіантів показаний на рис.2.
На транзисторах VT2, VT3 зібрано регульований аналог стабілітрона. Як опорний використовується напруга стабілізації VD2. Ця напруга порівнюється з частиною вихідного, який знімається з дільника R3, RP1, R4. Різнисна напруга посилюється VT2 і керує потужним VT3. При освітленні фоторезистора RF1 світлодіодом VD1, опір фоторезистора різко зменшується, і дільник R3, RP1, R4-транзистори VT2 і VT3 закриваються. Напруга на виході зростає до рівня стабілізації VD3 (47В), що забезпечує надійне закривання лампи під час прийому. При передачі VD1 гасне, зашунтований відкритим транзистором VT1, опір RF1 зростає до кількох сотень кілоом, і він практично перестає впливати на роботу схеми. Напруга на виході схеми знижується рівня, встановленого RP1 (при зазначених на рис.2 номіналах R3, RP1, R4, VD2 регулюється від 11 до 18 В). VD3 – захисний стабілітрон. Для зниження потужності, що розсіюється VT3 (він встановлений на невеликому радіаторі), в колекторі встановлений потужний резистор. Вихідний динамічний опір схеми – менше 1 Ом. Фоторезистор RF1 і світлодіод VD1 поміщені в чорну трубку (оболонку коаксіального кабелю) на відстані 2...3 мм один від одного. Показана на рис.2 схема розрахована працювати в катоді однієї лампи (Iмакс=0,35 А). Якщо потрібен більший максимальний струм, необхідно замість VT3 встановити складовий транзистор, наприклад КТ825, і перерахувати величину і потужність R7 виходячи з того, що при максимальному струмі стабілізації на R7 повинно падати близько 75% всього напруги (в даному випадку - близько 10В). 9. Про неточності у публікації На рис.8 (№2/99) сітки лампи ГУ-50 повинні бути не на корпусі, а звичайно ж, на мінусовому дроті випрямляча. література
Автор: І.Гончаренко (EU1TT); Публікація: Н. Большаков, rf.atnn.ru
Застигання сипких речовин
30.04.2024 Імплантований стимулятор мозку
30.04.2024 Сприйняття часу залежить від того, на що людина дивиться
29.04.2024
▪ Розумний пластир для контролю потовиділення ▪ Система пористої мережі Samsung SmartThings Wifi
▪ розділ сайту Найважливіші наукові відкриття. Добірка статей ▪ стаття Бог загального місця. Крилатий вислів ▪ стаття Навіщо один пілот двічі садив літак прямо біля нью-йоркських барів? Детальна відповідь ▪ стаття Функціональний склад телевізорів Orson Довідник ▪ стаття Вольтметр на світлодіоді. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки ▪ стаття Блакитне жало для паяння. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки
Коментарі до статті: Олександр Дуже цікавий матеріал. Дуже дякую автору за працю!!! Олександр, US5LCW Гога Так офігенний посилок! [up] Роман Дякуємо автору за публікацію! Прочитав із цікавістю! Раніше боявся використати безтрансформаторний БП. Прочитав та зібрав обліковувач для підсилювача на трьох ГУ-50. Чудово все працює. Роман, R3WBK. 73!
Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт
www.diagram.com.ua |
Дивіться інші статті розділу 
Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:
All languages of this page