Б.Андрющенко (UT5TA)
"Радиолюбитель" №12 1994г.
В конструировании выходных каскадов усилителей мощности все чаще используют "стеклянные" лампы, которые, обладая хорошей крутизной, не требуют специального принудительного охлаждения и не нуждаются в дефицитных сложных ламповых панельках. Все большей популярностью сейчас пользуется мощный импульсный тетрод ГМИ-11, который разрабатывался для использования в импульсных модуляторах. Эта лампа выгодно отличается от подобных "стеклянных" хорошей экономичностью по накалу (напряжение накала — 23,4...28,6 В при токе накала 1,75 ± 0,15 А), малыми величинами входной (Свх = 55 ± 15пф) и выходной (Свых = 7,5 ± 2,5 пф) емкости, высокой электрической прочностью (ток катода в импульсе — до 20 А при напряжении на аноде 10 кВ и на экранной сетке 1 кВ). Температура стеклянного баллона не превышает 250 °С. Для ГМИ-11 подходит ламповая панелька от лампы ГУ-72, поэтому в процессе эксплуатации лампу ГМИ-11 можно заменять на ГУ-72 (цоколевки их одинаковы).
Применение в выходном каскаде усилителя мощности всего одной лампы ГМИ-11 дает возможность получить такую же подводимую мощность, как и для двух ГУ-72 (без изменения напряжений анода и экранной сетки). Это позволяет создать простой выходной каскад на ГМИ-11, устойчиво работающий в диапазоне частот 1,5-30 МГц без применения специальных нейтрализующих цепей.
На радиостанции UT5TA в течение 8 лет работали разные варианты усилителей мощности на ГМИ-11. В зависимости от подводимой мощности возбуждения (т.е. в зависимости от мощности используемого трансивера или драйвера) возможны три варианта схемы усилителя мощности. Основная базовая схема выходного каскада усилителя мощности приведена на рис. 1.
Каскад усилителя выполнен по классической схеме с заземленным катодом. Режим лампы VL1 выбран оптимальным исходя из соображений минимальных нелинейных искажений, экономичности усилителя и высокого КПД каскада: анодное напряжение — 1600 В, напряжение на экранной сетке — 190 В, отрицательное напряжение на управляющей сетке — 40-55 В, начальный ток лампы (ток покоя) — 30-40 мА. Ток покоя выбирался таким, чтобы выделяемая на аноде лампы мощность в режиме покоя составляла 70-80% от паспортного значения рассеиваемой анодом мощности (для ГМИ-11 это величина 85 Вт). Кстати, это правило дает возможность всегда безошибочно получать линейный режим выходного каскада. Экранное напряжение стабилизировано простейшим стабилизатором (рис. 2) на транзисторе VT1 и стабилизаторе VD1.
Резистор в цепи экранной сетки служит для изменения тока экранной сетки. Цепь смещения лампы содержит параметрический стабилизатор на стабилитроне VD3, который соединен с общим проводом через контакты К1.1 реле К1 (реле Rx-Tx) и контакты вариометра К2.1, которые блокируют режим "передача" в момент переключения секций вариометра при настройке анодного контура. Необходимая величина напряжения смещения на управляющей сетке (следовательно, и ток покоя лампы без ВЧ сигнала на входе) устанавливают резистором R3. Конструктивной особенностью всех схем усилителей мощности является применение в анодном контуре лампы шарового вариометра с индуктивностью 1,8...32 мкГн (например, от радиостанции типа "Микрон"). Такая конструкция анодного контура позволяет получить хорошее согласование (т.е. добиться оптимального значения Roe) с различными типами как штатных, так и случайных антенн, а также уже сейчас заложить основы работы выходного каскада на любых других вновь вводимых диапазонах [1]. Кроме того, отпадает необходимость использования переменного вакуумного конденсатора (или конденсатора с большим воздушным зазором) в "горячем" конце анодного контура. Для работы в диапазоне 28 МГц параллельно вариометру подключается небольшая катушка L5 индуктивностью 1,6 мкГн. В "горячий" конец анодного контура подключаются с помощью высокочастотных реле постоянные конденсаторы С11, С12, С13.
Для получения максимальной мощности (ток анода около 500 мА) требуется амплитуда высокочастотного сигнала порядка 45 В, т.е. трансивер или предварительный усилитель мощности должны отдавать в нагрузку мощность более 25 Вт. Поэтому в цепь управляющей сетки включен резистор R2 мощностью порядка 20 Вт (мощность рассеяния на управляющей сетке всего 1,5 Вт).
При использовании предварительного усилителя (трансивера) с выходной мощностью 5...7 Вт хорошо работает схема выходного каскада, приведенная в журнале [2].
Если подводимая мощность возбуждения меньше 5 Вт, целесообразно использовать схему, приведенную на рис. 3. Отличие этой схемы от известных подобных заключается в том, что в режиме "передача" на управляющую сетку подается небольшое положительное напряжение, которое компенсирует остаточное отрицательное падение напряжения на канале "сток-исток" полностью открытого транзистора. Это позволяет значительно уменьшить нелинейные искажения и эффективно использовать лампу выходного каскада. На рис. 3 приведены номиналы только новых дополнительных элементов схемы. Цепи питания анода и экранной сетки, а также включение анодного контура, остаются такими же, как и на рис. 1.
Усилитель мощности выполнен в лампа выходного каскада (субшасси — дюралевая пластина размером 120 х 200, толщиной 3 мм). Ламповая панель (от лампы ГУ-72) укреплена снизу через небольшие шайбы, которые проложены между субшасси и ламповой панелью. Такое крепление улучшает охлаждение лампы и панельки путем естественной конвекции. При использовании дополнительного каскада на транзисторе VT2 все элементы схемы расположены с обратной стороны лампы. На ламповой панельке надо соединить между собой все ножки, которые соединены внутри колбы лампы (например, 1, 4, 8 или 2, 5, 9 и т.д.). Конденсаторы С3 и С4 — типа КТК малой емкости (10-15 пф). Дроссель LI — обычный анодный дроссель от РСБ-5 или ему подобный. В качестве L4 использовался самодельный дроссель индуктивностью 150...200 мкГн, диаметр провода —0,3 мм. Накальный дроссель L2, L3 наматывается двумя проводами диаметром 0,9 мм на ферритовом кольце 1000 мм с наружным диаметром 32 мм (два кольца сложены вместе). Его изготовление неоднократно описывалось на страницах журнала. Конденсатор С9 — типа К15У-2. Блок контуров и реле расположен на плате из стеклотекстолита размером 120 х 200 мм. Катушка L5 —самодельная, содержит 6 витков медной шинки диаметром 4 мм, намотанных на оправке диаметром 30 мм, длина намотки — 55 мм, окончательная индуктивность такой катушки подбирается при настройке 10м диапазона. Катушка L6 — шаровой вариометр радиостанции "Микрон" Можно использовать и любой другой 'с указанной индуктивностью. Контакты вариометра К2.1 включены в цепь питания управляющей сетки лампы. В момент переключения секций шарового вариометра при настройке каскада они разрывают цепь стабилитрона VD3, в результате чего лампа запирается напряжением 100 В. Постоянные конденсаторы C11-C13 —типа К15У-2 или К15У-1. Переменный конденсатор С14 — двухсекционный от старых вещательных приемников.
Высокочастотные реле —от радиостанции "Микрон".
Реле К1 — РЭС-49 или ему подобное. При монтаже необходимо надежно изолировать нахальный трансформатор (нахальную обмотку) от шасси. Остальные детали могут быть применены любые, имеющиеся в наличии.
Настройка усилителя мощности подробно описывалась в доступной литературе, поэтому специально этот вопрос здесь не освещается.
Особенностью настройки схемы, изображенной на рис. 3, является следующее.
Движок резистора R3 поставить в левое (по схеме) положение, затем с помощью резистора R6 установить напряжение на стоке VT2 в пределах 40.. .50 В так, чтобы ток покоя лампы ГМИ-11 был около 20 мА. Затем, вращая движок резистора R3, увеличить ток покоя лампы до величины 35-40 мА (при этом положительное напряжение на движке резистора R3 находится в пределах 10-15В). В зависимости от характеристик транзистора и лампы напряжения могут незначительно отличаться.