|
 |
GS-35B
|
Мощен линеен КВ усилвател
През 2009 година беше разработен и произведен от LZ2ZK, описаният тук мощен линеен късовълнов усилвател.
В качеството на усилвателен елемент се изполузава руската метало-керамична триодна лампа ГС-35Б. Лампата работи в схема със заземена решетка и в клас АВ2.
На анода на лампата се подава напрежение 3000 V. Решетката е директно заземена, а към катода се подава стабилизирано положително преднапрежение.
Външният вид на усилвателя е показан на фиг.1.
фиг.1
|
фиг.2
click to enlarge
|
| фиг.3
click to enlarge
|
|
|
Схемата на усилвателя е показана на фиг.2. Чукнете върху нея за да я видите в по-голям мащаб или я изтеглете от файла GS35-SCH.pdf. Схемата е класическа схема на усилвател с директно заземена решетка, с паралелно захранване на анода и П-филтър на изхода. Превключването на отводите на бобините за отделните обхвати се осъществява с мощен керамичен превключвател с 3 галети. С едната галета се превключват отводите, с втората - добавъчни кондензатори към втория кондензатор на П-филтъра за обхатите 80 и 160 м, а третата галета се използува за включване на вакуумно реле за добавъчен кондензатор към първия кондензатор за 160 м обхват.
Както се вижда от схемата, външният сигнал за усилване се подава директно в катода на лампата през кондензатора С1. Оказа се, че лампата в използувания режим има приблизително 50 ома входно съпротивление и КСВ на входа е около 1:1 в честотния диапазон от 1.8 до 18 MHz, а от 21 до 28 - не по-вече от 1:1.6, поради което не се налага използуването на входни съгласуващи филтри.
По време на работа на максимална мощност, лампата отделя значителна количество топлина (около 1200-1500 W - малка печка HI ) и изисква не по-малко от 2500 л/мин въздушно охлаждане на катода, решетката и анода. При разсейвана мощност 1000 W може да се използува турбинен вентилатор ЕВ-82 с производителност 1.6 m3/min. Добре е катодния и отоплителния изводи на лампата, заедно с отоплителния дросел, да се намират в затворена кутия, към която се подава охлаждащия въздух, а около радиатора на анода да се постави въздуховод, направляващ въздуха през ребрата на радиатора на лампата.
Захранващата част на усилвателя, чиято схема е показана на фиг.3 се състои от три блока - изправител за високо напрежение, блок за управление на релетата и стабилизиране на катодното напрежение (BIAS) и блок за управление на вентилатора. Схемата с по-добро качество може да изтеглите от файла GS35-PS.pdf.
Изправителят за високо напрежение се състои от трансформатор, платка с високоволтови диоди и платка с електролитни кондензатори (фиг.4) и работи по схема с удвояване на напрежението. Трансформаторът е навит на сърцевина Ш-64 и дебелина на набора 120 мм и е разчетен за мощност 3000 kVA в непрекъснат режим и 4000 kVA в режим SSB. Платката на изправителя съдържа 10 мощни изправителни диода Р600М (1000V/3A), шунтирани с кондензатори от по 10 nF и резистори 500 к. Платката на филтриращия капацитет се състои от 8 електролитни кондензатора 470 µF/450V, шунтирани с резистори от по 47 k/2W. Тези резистори освен, че изравняват напреженията между кондензаторите, но и водят да бързото им разреждане (около 60 сек) след изключване.
В установен режим изправителя при максимално натоварване, консумира от мрежата до 18 ампера, а в режим на пускане - неколкократно по-голям пусков ток. Това води до сериозен токов удар в мрежата и изисква мощен ключ, за избягването на което се използува "мек" пуск, с помоща на резистора R1 и променливотоковото реле Rel 2.
Вентилаторът е за 100 V променливотоково захранване, което налага да се включва през кондензатор от 4µF. В режим STANDBAY, когато стъпалото не работи като усилвател, а e на обход, не е необходимо да работи вентилатора (и без това малко шумен) и в този режим е предвидено неговото изключване. Но това не трябва да става веднага при много загрята лампа и за целта е предвидено времезакъснително реле, което изключва захранването на вентилатора 45 сек след влизане в режим STANDBAY. По този начин лампата се охлажда до температура при която може да стои неограничено дълго време в дежурен режим (само на отопление).
Блокът за управление на релетата се състои от транзисторите Q1,Q2 и Q3, захранвани от стабилизиран изправител за 24 волта. Детайлно схемата на управление на релетата с необходимата последователност ( sequence) и нейното действие, може да се види на този сайт, на адрес http://www.lz2zk.com/practice/page68/index.html .
Блокът за стабилизиране на катодното напрежение е съставен от мощния транзистор Q4 (TIP147) и стабилитроните Z1, Z2 и Z3. Схемата позволява регулирането на преднапрежението в широки граници, а при изключен РТТ сигнал, до пълно запушване на лампата.
|
фиг.4
трансформатора за ВН и платките с диоди и елктролитни кондензатори
|
| фиг.5
плочата за закрепване на лампата с фрезовани отвори за охлаждане
|
| фиг.6
начин на закрепване на лампата отгоре на плочата
|
| фиг.7
лампата с монтирана стъклопластова тръба за въздуховод
|
| фиг.8
лампата монтирана в работно положение, заедно с катодния дросел
|
| фиг.9
разположение на детайлите, преди електрическия монтаж
|
| фиг.10
конструктивно оформление на катодния дросел
|
| фиг.11
конструктивно оформление на антипаразитния дросел
|
| фиг.12
платката за управление с разположението на детайлите
|
|
|
Конструкция и детайли
 Усилвателят е монтиран в кутия с размери 520 х 200 х 350 мм. Кутията е разделена на два отсека, в десния е разположена лампата и П-филтъра, а в левия са захранването и управлението. На фиг.9 се вижда разположението на частите в кутията. Лампата е монтирана хоризонтално. Тя е закрепена към основа, изработена от 5мм алуминиева ламарина, на която са фрезовани отвори за преминаване на обдухващия въздух (фиг.5). Лампата се стяга към основата с Г-образни скоби (фиг.6), а върху нея се надява въздуховода (фиг.7). Разстоянието между вътрешната повърхност на въздуховода и лампата е 2.5 мм.
Основата към която се закрепва лампата представлява капак на затворена кутия към която е прикрепен вентилатора. Тя спомага за директното отвеждане на топлината от решетката. В тази кутия (фиг.8) е разположен катодния дросел.
фиг.13
П-филтъра е съставен от две бобини и два кондензатора. Бобината L1 има индуктивност 3 µН, състои се от 12.5 навивики навити на въздух с диаметър 52 мм и дължина 100 мм с медна тръба ф5мм. Бобината L2 има индуктивност 18.8 µН и 27 навивики, навити на керамично тяло с диаметър 50 мм и дължина 85 мм, със стъпка 3 мм с емайлиран проводник ф2.7 мм.
Анодният дросел е навит върху цилиндрично тяло от тефлон с емайлиран проводник ф0.5 мм. Съдържа 5 секции с плътна намотка, както следва 35, 31, 26, 22 и 14 навивики и 4 навивки със стъпка 5 мм. Разстоянието между секциите е 5 мм.
Катодният дросел (фиг.10) е навит върху феритна пръчка с диаметър 10 мм и съдържа 26 бифилярно навити намотки от емайлиран проводник ф2 мм. Преди навиването му, феритната пръчка се обвива с два-три слоя изолационно стъкло-платно. Дроселът се закрепва към кутията с помощта на две антигронови скоби.
Прехвърлящият кондензатор С6 е много важен и отговорен елемент. Използуван е керамичен кондензатор К15У-1 с капацитет 2200 pF, работно напрежение 6 kV и мощност 50 kvar.
Анодът на лампата се свързва към П-филтъра и захранването посредстовом антипаразитен дросел. Този дросел спира VHF самоосцилации на лампата към останалата час на схемата. Липсата на такъв дросел води до искрене в превключвателя и първия променлив кондензатор на П-филтъра. Експериментално е установена конструкцията му, показана на фиг.11. Състои се от 4 резистора 47 ома/2W, свързани по начина показан на фиг.11 и индуктивност оформена като П-образна скоба с размели 50 х 20 мм, изработена от проводник с диаметър ф2 мм. Най-добре е тази скоба да си направи от нихромов проводник, но това изисква спояването й към резисторите да се направи със сребърен припой. Може да се използува и обикновен меден калайдисан проводник (не се препоръчва посребрен).
Първият кондензатор има максимален капацитет 200 pF, начален 30 pF и разстояние между пластините 3 мм. За обхват 1.8 MHz към него паралелно посредством вакуумно реле В1В се добавя кондензатор 330 pF/6000V.
Вторият кондензатор има 4 секции от по 330 pF, свързани паралелно, има начален капацитет 132 pF и 0.5 мм разстояние между пластините. За обхватите 1.8 и 3.5 MHz към него се добавят съответно кондензатори с капацитет 1800 и 400 pF.
Блокът за управление е монтиран на платка. На фиг.13 се вижда разположетието на детайлите. Диодите D2.10 и D2.11 са един на друг и са залепени към изводите на резистор R2.13. По същия начин са монтирани и диодите D2.12 и D2.13 към R2.14. Към транзистора Q4 се затяга малка Г-образна алуминиева пластина за радиатор. С резистора R2.20 се регулира тока на покой в режим CW, а с резистора R2.19 - на SSB. Фолийната картина на платката за управление, в мащаб 1:1 може да се изтегли от файла Catode Control-PCB.pdf.
Контролирането на основните параметри на усилвателя се извършва с три стрелкови микроамперметъра (50µА), шунтирани с резистори по подходящ начин. Точното регулиране за съответствие на скалите им става с тримерите R2.11, R2.12 и R4. Единият показва анодния ток, другия решетъчния ток, а третия показва антенния ток. Скалата на анодния ток се разграфява за 1.5А, на решетъчния за 0.5А, а на антенния - за 6А.
Използуването на токов трансформатор на изхода на усилвателя дава възможност точно да се отчита антенния ток с линейни показания. Скалата на този уред може да се разграфи и в мощност, но тогава тя е нелинейна и трябва да се построи чрез изчисления на база антенния ток.
Токовият трансформатор T1 е изработен от феритен пръстен ВЧ-60 с размери 20х10х7.5 мм, на който са навити 20 навивки от проводник с копринено-лакова изолация и диаметър ф0.35мм. Останалите детайли на измерителя за антенен ток са разположени на малка платка. Токовият трансформатор е нанизан на коаксиалния кабел, който отива от изходящото реле към изходния конектор и заедно с платката са монтирани в П-образен екран от алуминиева ламарина (горе в дясно на фиг.13).
Вътрешността на усилвателя в завършен вид е посазана на фиг.13.
|
|
Параметри на усилвателя
Входно съпротивление ................................................... прибл.50 ома
Изходно съпротивление ................................................. 50 ома
Коефициент на усилване ............................................... 12 dB
Необходима мощност за възбуждане ............................. 80 - 130 W
Максимална изходна мощност ........................................ 1800 W
Анодно напрежение ........................................................ 3000 V
Преднапрежение по време на предаване ...................... 20 Vdc
Преднапрежение в режим standbay ............................... 55 Vdc
Максимален аноден ток ................................................... 1000 mА
Ток на покой в режим SSB ................................................ 160 mA
Ток на покой в режим CW ................................................. 30 mA
|
|
Параметрите на усилвателя първоначално бяха заложени на база аналитично определение и в последствие се потвърдиха с голяма точност при тяхното замерване. Единствено се очакваше входното съпротивление да се изменя в по-широки граници и при необходимост да се слагат входни съгласуващи филтри, но в действителност се оказа, че усилвателя поддържа сравнително стабилно входно съпротивление в рамките на 45-75 ома и такива филтри не са необходими. В началото бе посочено, че КСВ между трансивер с 50 омов изход и усилвателя в толяма част от обхватите е приблизителни 1:1 и достига максимални стойности до 1:1.6 при високите обхвати. Повечето съвременни трансивери са с вграден трансмач и спокойно автоматично се съгласуват с входа на усилвателя. Правени са проби и с външен трансмач с ръчно управление, като съгласуването е безпроблемно.
Стойността на вложените части и материали е приблизително 500 Евро. При изработка в любителски условия, с отчитане труда за изработване на кутия, механичен и електрически монтаж, боядисване и настройка, себестойността на готовия усилвател възлиза на около 1000 Евро.
|
|
|
|
|
|
