А.БЕСПАЛЫИ, С.ПРОХОРОВ (UX1LP),
"Радиолюбитель" №9 1995г.
В современных коротковолновых любительских передатчиках все более широкое применение находят лампы с высокой крутизной (ГУ-74Б, ГУ43Б, ГУ-82Б и им подобные). При этом в большинстве случаев возбуждение лампы осуществляется широкополосным транзисторным каскадом. При применении лампы с высокой крутизной и квадратичной характеристикой оправданным считается построение такого каскада только по схеме с общим катодом. Однако применение привычных схем построения сеточной цепи не дает оптимального результата по причине Шунтирующего действия входной емкости лампы. Для компенсации вредного влияния этой емкости можно применить ФНЧ третьего порядка (П-образное звено) с характеристикой Чебышева, имеющий частоту среза, равную высшей частоте рабочего диапазона.
Ниже приводится методика расчета подобной цепи для трех вариантов выходных каскадов, испытанных авторами.
Решим в качестве примера задачу согласования входа лампы ГУ-74Б, входная емкость которой, образованная емкостью сетка-катод, паразитными емкостями и емкостью монтажа, составляет около 60 пФ. Величина нагрузочного сопротивления в цепи управляющей сетки определяется выражением:
Рн = Кшунт/(2пFвСвх)
где Fв — верхняя рабочая частота; Свх — входная емкость лампы; Кшунт — коэффициент шунтирования входной емкостью лампы активного сопротивления Rн (для согласования в диапазоне частот от 0 до Fв необходимо, чтобы Кшунт < 1,2).
Сначала определим максимально возможное значение Rн (при Кшунт=1,2), при этом наиболее эффективно используется мощность предвыходного каскада.
Для нашего случая:
Fв=30 МГц;
Свх=60пФ.
Rн макс=1,2/(2*3,14*30*106*10-12) = 106 0м
Теперь необходимо выбрать Rн < Rнмах так, чтобы его значение было согласовано с волновым сопротивлением коаксиального кабеля (50 Ом), связывающего выходной усилитель с возбуждающим его каскадом.
При Rнмакс = 106 Ом возможны два варианта:
1. Применить широкополосный трансформатор с коэффициентом трансформации по напряжению 1:4 и Rн=100 oм.
2. Выбрать Rн=50 Ом, отказавшись от трансформатора, однако при этом требуется мощность возбуждения, в два раза большая по сравнению с первым вариантом.
Рассмотрим первый вариант как
более сложный в реализации.
Рассчитаем согласующую цепь третьего порядка (рис.1).
Lф = 0,18Rн/Fв
Сф1=Сф2=2,14*105/(Fв*Rн )
где: Lф [мкГн], Rн [Ом]; Fв [МГц]; Сф [пФ].
Для первого варианта построения согласующей цепи:
Rн = 100 Ом; Fв = 30 МГц.
Lф=0,18* 100/30=0,6 мкГн.
Сф1=Сф2=2,15*105/(30-100) = 71 пФ.
Емкость Сф2 состоит из входной емкости лампы и корректирующего конденсатора (Ск). Емкость корректирующего конденсатора равна разности между Сф2 и Свх (Ск подбирается при регулировке):
Ск=Сф2-Свх
При Свх=60 пФ (лампа ГУ-74Б) Ск=71-60 = 10пФ
Амплитуда напряжения возбуждения для лампы ГУ-74Б составляет около 32 В, и на нагрузке в 100 Ом выделяется мощность около 5 Вт.
Нагрузочное сопротивление должно быть безиндуктивным и его можно составить из трех резисторов МЛТ-2. Схема входной цепи усилителя представлена на рис.2.
Катушка индуктивности L1 намотана виток к витку проводом ПЭВ-2 диаметром 1 мм и имеет 10 витков. Внутренний диаметр катушки — 8 мм. Согласующий трансформатор Т1 выполнен на кольце К32х20х6 из феррита М400НН. Намотка — двумя сложенными вместе и слабоскрученнымн проводами ПЭЛШО 0,3 (10 витков). Отвод — от 6-го витка считая сверху. Фильтр, состоящий из L1, С1 и С2, помещен в экран, выполненный из луженой меди или фольгированного стеклотекстолита. При использовании двух ламп ГУ-74Б, включенных паралелльно, можно использовать для каждой из ламп согласующую цепь в виде ФНЧ, аналогичную рассмотренной выше. По входу два фильтра включаются параллельно, входное сопротивление составляет 50 Ом и широкополосный трансформатор не требуется. Цепи смещения каждой из ламп должны быть выполнены раздельное
Для лампы ГУ-43Б, входная емкость которой — около 100 пФ, согласующая цепь имеет следующие данные: Rн=50 Ом; Сф=130 пФ; Lф==0,3 мкГн; Ск=30 пФ. Амплитуда напряжения возбуждения лампы ГУ-43Б — около 45 В, а мощность возбуждения (при Rн=50 Ом) — 20 Вт. Входная цепь для лампы ГУ-43Б показана на рис.3.
Катушка индуктивности L1 имеет 7 витков (все остальные данные —точно такие как для L1 на рис.2).
При работе лампы, имеющей квадратичную характеристику, необходимо, чтобы широкополосный предвыходной каскад удовлетворял жестким требованиям по содержанию в его выходном сигнале гармоник основной частоты и продуктов интермодуляции. Широкополосный усилительный каскад с такими характеристиками, обладающий высокой надежностью, можно построить на мощных полевых транзисторах, включенных по двухтактной схеме. Для "раскачки" лампы ГУ-43Б можно применить транзистор КП904Б, повторив схему, приведенную в [2]. Напряжение питания усилителя необходимо понизить до 35...40 В, а цепь защиты транзисторов от перенапряжении и цепь ALC — удалить. Подобный усилитель, имея значительный запас по мощности, обладает высокой линейностью.
Для предотвращения работы выходного каскада усилителя в перенапряженном режиме необходимо использовать систему ALC. Применительно к усилителю на лампе с высокой крутизной входной сигнал для системы ALC
— ток управляющей сетки.
Однако любая подобная система имеет недостатки, присущие системе автоматического регулирования с обратной связью. Ограничения накладывают динамические характеристики системы и ширина диапазона регулирования.
Наиболее простой метод решения этой проблемы — сделать работу системы ALC видимой оператору. В качестве органа контроля степени нагрузки на систему ALC можно использовать стрелочный или светодиодный индикатор, показывающий уровень регулирующего сигнала, вырабатываемого системой ALC, видимой оператору. В качестве органа контроля степени нагрузки на систему ALC можно использовать стрелочный или светодиодный индикатор, показывающий уровень регулирующего сигнала, вырабатываемого системой ALC.
Все описанные выше методы прошли испытания на практике при создании автономной трансиверной приставки к РПУ Р-399а. Выходной каскад усилителя мощности был согласован на частотах от 1 до 30 МГц и работал на всех радиолюбительских KB диапазонах.