Усилитель мощности на двух 6п45с был разработан для повседневной работы в эфире. Кроме того, его можно рекомендовать для повторения начинающим радиолюбителям коротковолновикам. В усилителе используются лампы 6П45С, которые доступны, имеют хорошую линейность и огромный рабочий ресурс (5000 часов). Их вполне можно применять даже после многих лет работы в блоке строчной развертки телевизоров. Усилитель мощности на двух 6п45с имеет выходную мощность 200 Вт на всех КВ диапазонах при входной мощности 30 Вт и собран в имевшемся в распоряжении автора корпусе с габаритными размерами 193x393x270 мм.
Часто начинающие радиолюбители (и не только) приобретают недорогой импортный трансивер, не имеющий встроенного антенного тюнера (автоматического согласующего устройства). Исходя из этого, в усилитель мощности на двух 6п45с применена схема включения ламп с общим катодом, в которой напряжение возбуждения подается на управляющую сетку. Усилитель позволяет “разгрузить” трансивер, развязав его от антенны. Фактически, как сейчас принято говорить, это активный антенный тюнер. Помимо всего прочего, трансивер защищен от зарядов статического электричества на зажимах антенны и других неприятностей, связанных с этим (например, обрыва антенны или короткого замыкания в ней). В случае пробоя ламп (инцидент маловероятный при применении ламп 6П45С) такое схемное решение гораздо более безопасно для трансивера, нежели схема с общими сетками.
Принципиальная схема усилитель мощности на двух 6п45с приведена на рисунке. Входной сигнал через ВЧ разъем XW1 и контакты реле К1.1 поступает на два ФНЧ с частотой среза 32 МГц, которые выполнены в виде П-контуров, входные и выходные сопротивления которых составляют 100 Ом. На входе усилителя П-контуры соединены параллельно, следовательно, входное сопротивление составляет 50 Ом. В схеме отсутствуют конденсаторы емкостью около 60 пФ, входящие в ФНЧ. Реально эти конденсаторы образованы монтажными и иными емкостями. Входная емкость ФНЧ образована емкостью коаксиального кабеля, с помощью которого выход трансивера соединяется с входом усилителя, а также емкостью монтажа и емкостью контактов реле К1.1, что в сумме составляет 120 пФ. Погонная емкость коаксиального кабеля РК50-3-13 равна 110 пФ/м, следовательно, длина кабеля, соединяющего трансивер с усилитель мощности на двух 6п45с, должна быть около 90 см. Точнее длина кабеля подбирается по минимуму КСВ при настройке усилитель мощности на двух 6п45с.
В выходную емкость каждого ФНЧ входят входная емкость лампы (55 пФ) и емкость монтажа (примерно 5 пФ), что в сумме составляет 60 пФ. Применение ФНЧ полезно сразу по нескольким причинам. Во-первых, для снижения уровня высших гармоник, во-вторых, для компенсации емкости коаксиального кабеля, соединяющего усилитель с трансивером, длина которого не должна превышать 0,1 от длины самой короткой волны усиливаемого сигнала, т.е. 1 м. При выполнении этого условия кабель представляет собой емкость и не трансформирует входное сопротивление усилителя. В-третьих, ФНЧ компенсирует входную емкость лампы, вследствие чего входное сопротивление усилителя становится частотно-независимым, и амплитуда возбуждающего сигнала не снижается с ростом частоты. Очевидно, что применение ФНЧ оправдано.
Выходы ФНЧ нагружены на резисторы (соответственно R7 и R10). С этих резисторов через конденсаторы С7 и С9 переменное ВЧ напряжение поступает на управляющие сетки ламп VL1 и VL2. Коэффициент усиления каждой лампы составляет 6,7 раза по мощности (примерно 8,2 дБ). Это, конечно, немного и сравнимо с коэффициентом усиления при работе ламп с общими сетками, но оправдывается очень устойчивой работой усилителя. Кроме того, упрощается его входная часть. Задача фильтрации побочных колебаний на входе усилителя не ставилась, т.к. с этим справляются выходные цепи трансивера, хотя некоторая фильтрация высших гармоник, конечно, происходит.
Такое построение усилитель мощности на двух 6п45с имеет еще одно достоинство, заключающееся в том, что проходные емкости ламп не суммируются, что происходит при параллельном включении ламп. Следовательно, дополнительно повышается устойчивость работы усилителя.
В П-контуре применена комбинированная (для диапазона 28 МГц) последовательно-параллельная схема питания. Резонансное сопротивление П-контура равно 600 Ом. Анодный дроссель не имеет паразитных (параллельных или последовательных) резонансов в диапазоне частот от 1,5 до 30 М Гц. На ВЧ диапазонах часть дросселя Др2-1 закорачивается по переменному току при помощи дополнительной галеты переключателя диапазонов и конденсатора С14. Кроме того, с помощью этой галеты к “горячему» концу П-контура при работе на 80-метровом диапазоне подключается дополнительный конденсатор С16. Резонансная частота контура, образованного конденсаторами С13, С14 и частью дросселя Др2-1, — около 600 кГц, и для частот выше 14 МГц (да и намного ниже) его сопротивление переменному току практически равно нулю.
Применение переключаемого анодного дросселя в совокупности с другими принятыми мерами позволило получить одинаковую выходную мощность (200 Вт) на всех КВ диапазонах. Дросель ДрЗ и конденсатор С12 служат для защиты блока питания при возможном самовозбуждении усилителя на УКВ. На выходе П-контура для удобства настройки установлен ВЧ вольтметр. В режиме передачи, когда нажата педаль, срабатывает электронный ключ, выполненный на транзисторах VT1 и VT2. Транзистор VT2 открывается, и срабатывают реле К1 — КЗ, включенные в его коллекторную цепь. Контакты реле К3.1 (рис.2) переключаются, и на экранные сетки ламп подается напряжение питания от стабилизатора напряжения, выполненного на транзисторе VT1. Стабилизатор параллельного типа, обеспечивающий защиту ламп при динатронном эффекте анода или экранной сетки, несмотря на свою простоту, работает хорошо. Резистор R9, который подключен к выходу стабилизатора, облегчает тепловой режим транзистора VT1 в режиме приема.
Конечно, можно было бы применить параллельно-последовательный стабилизатор напряжения, который экономичнее параллельного, но и намного сложнее, т.к. содержит фактически два стабилизатора. Такое конструктивное усложнение при не очень-то значительной экономии, по мнению автора, нецелесообразно. Работу стабилизатора можно улучшить, применив вместо балластного резистора R5 лампочку на соответствующие напряжение и ток, которая будет играть роль бареттера, повышая коэффициент стабилизации. По сути, параллельный стабилизатор напряжения — это просто мощный высококачественный стабилитрон, ток через который (62 — 70 мА) устанавливается при помощи балластного резистора R5.
Силовой трансформаторТр1 блока питания включается в сеть плавно, через ограничивающий резистор R1, который через некоторое время после включения замыкается накоротко контактами тумблера В1 со средним нейтральным положением. Такая простая схема включения значительно продлевает жизнь лампам и силовым трансформаторам, да и всему усилителю в целом. Известно, что нить накала холодной лампы имеет сопротивление в десять раз меньше, чем разогретая нить. Следовательно, пусковой ток накала лампы в десять раз превышает номинальный ток накала. Большой бросок тока в момент подачи напряжения перегружает нить накала, разрушает ее структуру и уменьшает срок службы лампы. Поэтому применение плавного включения более чем оправдано.
На входе силового трансформатора установлен сетевой фильтр, выполненный на двух обмоточном дросселе Др1 и конденсаторах С1 и С2. Источник анодного питания имеет защиту от превышения анодного тока. Резистор R11 (рис.) ограничивает ток при пробое или коротком замыкании выхода источника анодного напряжения на уровне 600/10 = 60 (А). Примененные в блоке питания (рис.) диоды типа FR207 выдержат этот импульс тока и не выйдут из строя. Источник анодного напряжения составлен из двух, по 300 В каждый, включенных последовательно, что улучшает динамические характеристики источника питания.
На задней стенке корпуса усилитель мощности на двух 6п45с, напротив ламп 6П45С, установлен вентилятор М1 на напряжение 24 В, работающий на вытяжку. Он включается при длительной работе усилителя мощности тумблером В2. Для уменьшения акустического шума вентилятор питается напряжением 20 В. Вентилятор закреплен через прокладку из мягкого фетра. Кроме того, на винты, крепящие его к задней стенке, надеты полиэтиленовые трубочки и по две шайбы из фетра и текстолита. Таким образом, корпус вентилятора полностью изолирован от металлической поверхности. В случае применения вентилятора с пластмассовым корпусом — это желательно, а если корпус металлический, то такое крепление является обязательным. Лампы 6П45С установлены на пластине из двустороннего стеклотекстолита, под которую в шасси сделан вырез 125×65 мм. Все напряжения подводятся к лампам через проходные конденсаторы (кроме, конечно, напряжения возбуждения, которое подводится коаксиальным кабелем диаметром около 4,5 мм с фторопластовой изоляцией). Реле К1 расположено вблизи входного разъема XW1 (рис.).
Все детали, относящиеся к высокочастотному блоку, соединены между собой шинами шириной 20 мм, которые нарезаны из луженой жести от банок растворимого кофе. С шинками соединены катоды ламп, токосъемы конденсаторов переменной емкости, входящих в П-контур, антенный разъем, “земляная» клемма, блокировочные конденсаторы в цепи анодного дросселя. Особенно тщательно следует соединить с шиной токосъемы КПЕ, заземляемые выводы дополнительных конденсаторов, подключаемые к ним, и катоды ламп. Учитывая, что между точками заземления КПЕ и катодов ламп протекает большой контурный ток, между ними не должны заземляться другие, идущие на корпус детали. Вследствие большой суммарной выходной емкости двух ламп 6П45С (около 40 пФ) значительная часть контурного тока (примерно половина на 28 МГц, на НЧ диапазонах значительно меньше) протекает по участку шины между анодным КПЕ и катодами ламп.
Катушки индуктивности L1 и L2 входных ФНЧ содержат по 12 витков провода ПЭВ-2 1,2 мм. Диаметр намотки — 10 мм, длина — 20 мм. Намотка бескаркасная. Оба ФНЧ заключены в один общий экран и расположены под шасси, около ламповых панелек.
Все катушки индуктивности П-контура намотаны в одну сторону, отводы считаются от “горячего” конца. Катушка L3 — бескаркасная (диаметр — 26 мм), намотана посеребренным проводом 03 мм на оправке, длина намотки — 30 мм, число витков — 4. Анодный КПЕ, в качестве которого применена одна секция от двухсекционного конденсатора переменной емкости старого образца с зазором между пластинами не менее 0,5 мм, припаян к отводу от одного витка катушки L3. Такое подключение уменьшает влияние начальной емкости КПЕ на резонансную частоту П-контура в диапазоне 28 МГц.
Катушка L4 — бескаркасная (диаметр — 40 мм), имеет 4,5 витка провода ПЭВ-2 02 мм, отвод — от 3-го витка, длина намотки — 27 мм. Катушка L5 намотана на каркасе 45 мм и содержит 5+5 витков, диаметр провода — соответственно 1,5 и 1,0 мм. Шаг намотки — 5 мм, длина намотки — 50 мм. Анодный дроссель намотан на фторопластовом стержне диаметром 18 мм, длина намотки — 90 мм, провод — 0,4 мм, отвод — от середины.
Силовой трансформатор Тр1 выполнен на магнитопроводе ШЛ32х40. Его моточные данные приведены в таблице.
Дроссель сетевого фильтра выполнен несколько необычно. Он намотан двойным сетевым проводом от сгоревшего электропаяльника на ферритовом стержне 08 мм от магнитной антенны радиоприемника. Длина стержня — не менее 120 мм. Перед намоткой ферритовый стержень обматывается несколькими слоями лакоткани. Вначале дроссель мотается как обычно, но, когда обмотка доходит до середины стержня, направление намотки меняется на противоположное. Для этого посередине дросселя провод изгибается, петля закрепляется крепкой капроновой или шелковой нитью. Затем, если намотка велась по часовой стрелке, после середины длины стержня она ведется против часовой стрелки. Индуктивность дросселя остается достаточно большой, но полностью исключается подмагничивание ферритового стержня и его насыщение из-за возможного недостаточного сечения. Следовательно, полностью исключаются все нелинейные эффекты и изменение индуктивности дросселя при изменении нагрузки на сетевой фильтр.
Усилитель мощности на двух 6п45с работает в классе В. Ток покоя ламп (80 — 100 мА) устанавливается при помощи переменного резистора R13. Напряжение смещения — около -45 В. Применение дополнительных резисторов R14 и R15 полностью устраняет ошибочную установку напряжения смещения и его пропадание при нарушении контакта в переменном резисторе R13.
На входе усилитель мощности на двух 6п45с, между точкой соединения нижних (по схеме) выводов катушек L1 и L2 и общим проводом, устанавливается конденсатор емкостью около 120 пФ, составленный из 3 конденсаторов КТ-2. Емкость этого конденсатора уточняется при настройке усилителя в диапазоне 28 МГц по минимальному КСВ в кабеле, соединяющем трансивер с усилителем мощности. Настройку желательно проводить при хорошо прогретых лампах. Настройка ФНЧ производится подбором индуктивности катушек L1 и L2, а также длины кабеля.
П-контур сначала следует настроить “холодным” способом [2]. Схема стенда приведена на рис.З. При настройке П-контура не следует, как рекомендуют некоторые авторы, отключать лампы и анодный дроссель и заменять их эквивалентной емкостью. Во-первых, трудно точно измерить эту емкость, и не все радиолюбители имеют измеритель емкости, а во-вторых, анодный дроссель в схеме параллельного питания подключен именно параллельно катушкам П-контура (посредством блокировочных конденсаторов С12 и С15). Следовательно, через него течет контурный реактивный ток, зависящий от величины переменного напряжения на аноде лампы и индуктивности самого дросселя.
Как известно, при параллельном соединении двух (или нескольких) катушек их общая, суммарная, индуктивность уменьшается и становится меньше индуктивности любой из параллельно подключенных катушек. Понятно, что наибольшее уменьшение индуктивности П-контура произойдет на диапазоне 1,8 МГц. На диапазоне 28 МГц влияние анодного дросселя на уменьшение величины индуктивности контурной катушки незначительно, находится в пределах погрешности измерительных приборов, и им можно пренебречь.
Если катушки L3 — L5 изготовлены точно по описанию, настройка П-контура сводится к проверке резонанса в середине каждого диапазона. Для этого подойдет гетеродинный индикатор резонанса (ГИР), который, несмотря на свою простоту, является универсальным высокочастотным прибором и совершенно незаслуженно забыт в настоящее время. Не стоит забывать и о неоновой лампочке, которая, будучи закреплена на длинной стеклотекстолитовой палочке, является отличным пиковым индикатором высокочастотного напряжения и позволяет точно определить момент точной настройки П-контура в резонанс, или, например, появление самовозбуждения. По цвету ее свечения можно определить примерно и частоту самовозбуждения. На рабочей частоте свечение неоновой лампочки имеет желтовато-фиолетовый цвет, а при самовозбуждении на УКВ ее свечение принимает голубоватый оттенок.
Анодный ток ламп при расстроенном П-контуре должен быть около 600 — 650 мА, при настроенном П-контуре — не меньше 535 — 585 мА, т.е. “провал” анодного тока в процессе настройки П-контура не должен превышать 65 мА, т.к. при этом происходит перераспределение анодного тока “в пользу” тока экранных сеток ламп. Следовательно, больший ток экранных сеток вызовет их перегрузку по мощности, что нежелательно.
Не следует стремиться получить выходную мощность более 200 Вт. Тем не менее, увеличив анодное напряжение до 900 — 1000 В и соответственно изменив данные П-контура, в режиме SSB можно получить выходную мощность 300 Вт. Но надежность усилителя при этом падает, т.к. максимально допустимая мощность, длительное время рассеиваемая на аноде одной лампы, составляет всего 35 Вт. Поэтому использовать такой режим не рекомендуется, да и разница в уровне излучаемых сигналов не так уж и велика.