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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Leistungsverstärker an einer GU-81M-Lampe. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Röhren-Leistungsverstärker Der Leistungsverstärker (PA) ist nach einer gemeinsamen Gitterschaltung auf Basis einer bewährten, zuverlässigen Direktheizlampe mit GU-81M-Graphitanoden aufgebaut (Abb. 1). Die unbestrittenen Vorteile dieser PA sind ihre Betriebsbereitschaft innerhalb weniger Sekunden nach dem Einschalten und die einfache Bedienung. Der im Verstärker verwendete Überlast- und Kurzschlussschutz, das sanfte Einschalten und ein einstellbarer Schlafmodus ermöglichten es, eine wirtschaftliche PA mit ordentlichen Eigenschaften bei minimalen Abmessungen und Kosten zu schaffen. Es werden hauptsächlich inländische Komponenten verwendet. Der Verstärker hat einen geringen Geräuschpegel, da sich der Lüfter automatisch einschaltet (nur wenn die Temperatur im Lampenraum mehr als 100 erreicht). оC). Durch die Wahl des optimalen Betriebsmodus der Lampe und den Einsatz eines Variometers im P-Kreis anstelle einer herkömmlichen Spule mit kurzgeschlossenen Windungen wird eine hohe Linearität gewährleistet. All dies ermöglichte eine Unterdrückung der zweiten und dritten Harmonischen im Ausgangssignal bei einem Pegel von -55 dB. Die Ausgangsleistung des Verstärkers beträgt 1 kW bei einer Spannung an der Lampenanode von 3 kV und einer Eingangsnennleistung von 100 W.
Am Verstärkereingang sind die Bereichs-P-Kreise L9-L17, C8-C25 eingeschaltet, schaltbar über die Relais K6-K14. Sie ermöglichen die Koordination mit jedem importierten Transceiver (auch einem ohne eingebauten Tuner) und bieten auf allen Bändern ein Eingangs-SWR von nicht schlechter als 1,5. Die Zeit, die die PA benötigt, um in den Schlafmodus zu wechseln, beträgt 5 s bis 15 min. Sie wird über den Regler eingestellt, der sich auf der Frontplatte befindet. Außerdem wurde ein Verstärkerbetriebsmodus mit auf 50 % reduzierter Ausgangsleistung („TUNE“) eingeführt, der durch Reduzierung der Glühspannung der VL1-Lampe auf 9 V erreicht wird. In diesem Fall können Sie die PA so lange abstimmen wie Sie möchten, und arbeiten Sie vollständig auf Sendung, ohne dass die Signalqualität verloren geht. Der Verstärker verwendet eine parallele Stromversorgungsschaltung für die Anodenschaltung. Im Vergleich zu einer Reihenschaltung ist es sicherer, da an den Elementen der P-Schaltung keine Hochspannung anliegt. Durch die Verwendung einer Hochgüte-Induktivität, die in den HF-Bereichen parallel zu den Variometerwicklungen geschaltet ist, und durch das Fehlen kurzgeschlossener Windungen der P-Schaltungsspule war es außerdem möglich, in allen Bereichen nahezu die gleiche Ausgangsleistung zu erzielen. Wenn die PA an das Netzwerk angeschlossen ist, wird über den Netzwerkfilter L220L19 über die Halogenlampe EL20 eine Spannung von 2 V an die Primärwicklung des Transformators T1 angelegt. Dies gewährleistet ein sanftes Einschalten des Verstärkers und verlängert die Lebensdauer der GU-81M-Lampe und anderer Elemente des Geräts. Nach dem Laden der Kondensatoren C40-C49 des Hochspannungsgleichrichters auf 2,5 kV wird die vom Teiler an den Widerständen R13-R16 entfernte Spannung der Basis des Transistors VT3 zugeführt, der Transistor öffnet, das Relais K4 wird aktiviert und K4.1 geschlossen. K4.3, K4.4 mit seinen Kontakten. 1 Halogenlampen EL2. Wicklung I des Transformators T4 erhält die volle Netzspannung. Die Besonderheit dieser Einbeziehung ist die kleine Hysterese der Aktivierung/Freigabe des Relais K2, die einen zuverlässigen Schutz gegen verschiedene Überlastungen (Kurzschluss in sekundären Stromkreisen, Heizkreisen und Kurzschlüsse in der Wicklung des Transformators T3) bietet. Wenn eine der aufgeführten Störungen auftritt, sinkt die Spannung an der Basis des Transistors VT4, das Relais K2 schaltet ab und der Transformator T1 wird über die Lampe EL1 wieder mit dem Netzwerk verbunden, wodurch der Strom auf 1 A begrenzt wird, wodurch ein Ausfall der Lampe verhindert wird VLXNUMX und die PA als Ganzes. Der Betrieb des Verstärkers wird durch einen Knoten am Transistor VT1 gesteuert. Wenn der Kontakt . Gleichzeitig schließen die Kontakte des Relais K1 den Kathodenkreis der Lampe VL10 zu einer gemeinsamen Leitung und der Verstärker schaltet in den Signalübertragungsmodus. Im „QRP“-Modus schaltet der Schalter SA1 die Stromversorgung des Transistors VT2 ab, wodurch verhindert wird, dass der Verstärker in den aktiven Modus wechselt, und das Signal gelangt direkt vom Transceiver-Ausgang in die Antenne. Die Lüfter M1 und M2 halten die Temperatur der PA aufrecht und verhindern so eine Überhitzung der Verstärkerelemente. Bei niedriger Versorgungsspannung arbeiten sie nahezu geräuschlos. Im Netzteilfach des Verstärkers befindet sich ein Computerlüfter M1 (12 V, 0,12 A, Durchmesser 80 mm), der mit einer Spannung von 7...8 V arbeitet. Im Lampenfach befindet sich ein M2-Lüfter mit den Abmessungen 150x150x37 mm für eine Betriebsspannung von 24 V, die vom Lampenwendelkreis VL1 gespeist wird. Im Normalmodus arbeitet der Lüfter mit einer auf 8...10 V reduzierten Versorgungsspannung und steigt bei voller Ausgangsleistung auf 20...22 V. Der Betrieb des M2-Lüfters wird durch einen Knoten am Transistor VT2 gesteuert. Wenn der Verstärker in den „TX“-Modus wechselt, fließt eine Spannung von +24 V vom Kollektor des Transistors VT1 über die Diode VD3 und den Widerstand R10 zum Kondensator C35. Wenn die Temperatur im Lampenfach auf 100 ansteigt оC öffnen die Thermokontakte SK1 und nach 8...10 s ist der Kondensator C35 vollständig geladen. Der Transistor VT2 öffnet, das Relais K5 schaltet und schaltet den Lüfter M2 auf höhere Drehzahlen. Nachdem der Verstärker den aktiven Modus verlässt, bleibt der Transistor VT35 dank der langsamen Entladung des Kondensators C2 über den Basiskreis weitere 1,5 bis 2 Minuten offen und der Lüfter läuft weiterhin mit hoher Geschwindigkeit. Beträgt die Übertragungszeit weniger als 8 s, läuft der Lüfter mit niedrigeren Drehzahlen, ohne unnötige akustische Geräusche zu erzeugen. Der Widerstand R34 wird entsprechend der minimalen Lüftergeschwindigkeit ausgewählt, die das Temperaturregime in der PA gewährleistet. Der Verstärker nutzt einen Energiesparmodus, der sich in vielen Entwürfen des Autors bewährt hat. Die Steuereinheit für diesen Modus besteht aus den Transistoren VT4-VT6. Wenn der Verstärker eingeschaltet ist, wird der Kondensator C55 von einer +12-V-Quelle (DA1) über den Trimmwiderstand R9 und den Widerstand R12 geladen. Jedes Mal, wenn die Übertragung vom Kollektor des Transistors VT1 eingeschaltet wird, wird der Basis des Transistors VT24 über einen Teiler an den Widerständen R4, R6 eine Spannung von +7 V zugeführt. Der Transistor VT4 öffnet und entlädt den Kondensator C55. Wenn der Verstärker jedoch einige Zeit lang nicht für die Übertragung gearbeitet hat, gelingt es dem Kondensator C55, sich vollständig aufzuladen (die Ladezeit wird durch den Widerstand R9 bestimmt), der zusammengesetzte Transistor VT5, VT6 öffnet und schließt den Basiskreis des Transistors VT13 mit dem gemeinsamen Draht. Das Relais K4 fällt ab und die Primärwicklung des Transformators T2 wird über die Lampe EL1 wieder mit Strom versorgt. Der Verstärker wechselt in den Energiesparmodus, in dem Stromverbrauch und Erwärmung minimal sind und der Verstärker in 1,5...2 s mit voller Leistung betriebsbereit ist. Im Standby-Modus wird die Glühspannung der VL1-Lampe auf 9 V reduziert. Um diesen Modus zu verlassen, drücken Sie einfach kurz die SB1-Taste „TX“ oder schalten Sie den Transceiver in den Sendemodus, indem Sie den Stecker X1 an das gemeinsame Kabel anschließen. Spannungsstabilisatoren auf den Mikroschaltungen DA1 und DA2 werden zur Stromversorgung von Automatisierungseinheiten und Relais verwendet. Der Widerstand R31 begrenzt den Strom bei einem Kurzschluss im +24-V-Kreis. Der Hochspannungsgleichrichter ist mit einer Spannungsverdoppelungsschaltung aufgebaut, die in ihren Eigenschaften einer Brückenschaltung nahekommt, aber die halbe Windungszahl der Anode benötigt Wicklung des Transformators. Der Transformator T1 besteht aus einem Magnetkern der Standardgröße K20x10x7 mm aus Ferrit der Güteklasse 200-400NN. Die Sekundärwicklung enthält 27 Windungen PELSHO 0,25-Draht. Die Primärwicklung ist ein Draht, der durch das Loch im Ring verläuft und den Relaiskontakt K2.1 mit dem Variometer L1 verbindet. Der Netzwerktransformator T2 ist auf einen Ringmagnetkern von LATR-1M (9 A) gewickelt. Wenn die PA im „moderaten“ Modus betrieben wird (d. h. ohne Dauerbetrieb bei Wettbewerben), können Sie die „native“ Netzwerkwicklung belassen, die 245 Drahtwindungen mit einem Durchmesser von 1,2 mm enthält. Beim Umwickeln der Wicklung empfiehlt es sich, den Drahtdurchmesser auf 1,5 mm zu vergrößern. Der Leerlaufstrom der Netzwicklung sollte 0,3...0,4 A betragen. Die Sekundärwicklung (II) enthält 1300 Windungen PEV- 2 0,7-Draht. Die Leistungswicklung des Relais (III) enthält 28 Windungen PEV-2 0,7-Draht, die Filamentwicklung (IV) enthält 17 Windungen PEV-2 2-Draht mit einer Anzapfung ab der 12. Windung. Der Verstärker ist in einem Metallgehäuse mit den Abmessungen 500x300x300 mm montiert. Die Tiefe des Fahrgestellkellers beträgt 70 mm (Abb. 2). Im Keller (Abb. 3) befinden sich Platinen für einen Hochspannungsgleichrichter, Steuerung, Spannungsstabilisatoren +12 und +24 V, eine Leistungsmesserplatine, einen Netzfilter, eine Eingangsplatine, Relais K3-K5 und ein SF1 BA47-29 Leistungsschalter für einen Strom von 10 A. Die EL1-Lampe befindet sich in der Nähe des SA4 „PWR“-Schalters, sodass ihr Leuchten durch das transparente Gehäuse der HL1-LED (blaue Farbe) sichtbar ist, die auf der Vorderseite installiert ist Panel neben SA4.
Der SA1-Schalter wird vom passenden Gerät des Radiosenders R-130 verwendet, das einer erheblichen Modernisierung unterzogen wurde: Die Verriegelung wurde in zehn Positionen umgestaltet, ein Keks zum Schalten der Eingangskreisrelais wurde hinzugefügt und ein gemeinsamer versilberter Schalter Stromkollektor mit 1,5 mm Dicke wurde hinzugefügt. Variometer L1 - vom Radiosender R-836. Es verfügt über umschaltbare Wicklungen und seine Induktivität variiert zwischen 2 und 27 μH. Sie können ein Variometer der Radiosender R-140 oder R-118 verwenden, diese haben jedoch etwas größere Abmessungen. Spule L2 ist mit einem Kupferrohr mit einem Durchmesser von 6 mm auf einen Dorn mit einem Durchmesser von 60 mm gewickelt. Es hat neun Windungen mit Anzapfungen an der 3., 5. und 7. Windung, gezählt vom oberen (siehe Abb. 1) Ausgang der Spule. Die Drossel L3 ist mit PEV-2 0,25-Draht auf einen Keramikstab mit einem Durchmesser von 8 mm gewickelt und besteht aus vier Abschnitten mit jeweils 100 Windungen. Wicklung – „universeller“ Typ, Induktivität – ca. 200 μH. Die antiparasitäre Drossel L4 besteht aus Kohlenstofffederstahldraht mit einem Durchmesser von 1,3 mm und enthält 5...7 Windungen, die auf einen Dorn mit einem Durchmesser von 12 mm gewickelt sind. Aus demselben Draht (ohne ihn abzuschneiden) wird als Fortsetzung der Drossel ein Spiralfederkontakt hergestellt - 7...8 Windungen auf einem Dorn mit einem Durchmesser von 18 mm, der fest auf dem Anschluss der Lampenanode sitzt. Die Wicklung der Anodendrossel L5 ist dreiteilig - 100, 80 und 60 Windungen PEV-2 0,35-Draht. Die Wicklung erfolgt Windung für Windung (1,5–2 Windungen zwischen den Abschnitten) auf einem Keramikrahmen aus einem PEV-100-Widerstand. Der Abstand zwischen den Abschnitten beträgt 15 mm. Nach dem Wickeln werden die Windungen mit BF2-Kleber oder ML92-Lack imprägniert. Die Drossel L6 enthält 50 Windungen PEV-2 0,7-Draht, die Windung um Windung auf einen Stab mit einem Durchmesser von 10 und einer Länge von 80 mm aus 1000NN-Ferrit gewickelt sind. Der Zweiwicklungsinduktor L7, L8 enthält 2x27 Windungen PEV-2 1,8-Draht, bifilar gewickelt, um zwei zusammengefaltete Stabmagnetkerne mit einem Durchmesser von 10 und einer Länge von 100 mm aus 600NN-Ferrit zu drehen. Die Spulen L9-L17 sind rahmenlos und mit PEV-2-Draht auf einen Dorn mit einem Durchmesser von 18 mm gewickelt. Alle Teile der Eingangskreise sind auf der Seite der Leiterbahnen auf der Relaisplatine angelötet. Die Wicklungsdaten der Spulen und die Kapazitätswerte der Kondensatoren sind in der Tabelle angegeben. Tabelle
Drossel L18 - DM-2,4 mit Induktivität 10 μH. Der Überspannungsfilter L19L20 ist auf die Hälfte des Magnetkreises des TVS90- oder TVS110-Transformators gewickelt. Wicklung - bifilar mit MGTF-Draht 1 mm bis zur Füllung. Der Thermokontakt SK1 (von einer elektrischen Kühlbox oder einem anderen Heizgerät) mit Öffnerkontakten ist für eine Betriebstemperatur von 90...100 °C ausgelegt оC. Es wird auf dem GU-81M-Lampenpanel installiert. Die GU-81M-Lampe wird in der originalen „Hufeisen“-Platte 30 mm unter der Fahrgestellebene eingebaut. Die weit verbreitete Meinung, dass die GU-81M „ausgezogen“ werden muss, bringt nur Probleme mit unterbrochenen Kontakten mit sich, die die Montage der Lampe und ihre Kühlung erschweren. Und die nach Ansicht einiger Funkamateurdesigner „erhebliche“ Verringerung der Anoden-Kathoden-Kapazität, die 2,8...3 pF betrug (experimentell getestet), wird keinen signifikanten Einfluss auf den Betrieb der PA haben. Auf der Frontplatte der PA befinden sich Bedienelemente, Anzeigen und Bedienelemente (Abb. 4). Messgeräte PA1 und PA2 - M42300. PA1 hat einen Gesamtabweichungsstrom von 1 mA, bei PA2 kann er deutlich höher sein. Dieses Gerät muss (unter Berücksichtigung des R30-Shunts) einen Strom von bis zu 1 A messen. Die Skala des pA1-Geräts ist direkt in Watt kalibriert. Die VL2-Anzeige ist eine importierte Neonlampe mit einer Spannung von 220 V. Die EL1-Lampe ist Halogen, 150 W bei 220 V (Durchmesser 8 und Länge 78 mm).
Auf der Rückseite des Verstärkers befinden sich HF-Anschlüsse, Steuerbuchse X1 „Tulpe“, Erdungsklemme, Netzwerkanschluss und Lüfteranschlussanschluss. Alle HF-Anschlüsse, der Kondensator C3, die Erdungsklemme, die Abblockkondensatoren und Pin 6 des GU-81M-Lampenpanels sind über einen Kupferbus mit einem Querschnitt von 15 x 0,5 mm miteinander verbunden. Relais K1 - REN33, K2 - REN34, K3 - TKE54, K4 - TKE56, K6-K14 - RES9 (Pass RS4.524.200). Alle Relais sind für eine Nennbetriebsspannung von 24-27 V ausgelegt. Variabler Kondensator C3 – mit einem Spalt von 0,8...1 mm, Kondensatoren C4-C7, C27 – K15U-1, C33 – KVI-3. Die Oxidkondensatoren C40-C49 werden importiert, die Kondensatoren C35 und C55 müssen einen geringen Leckstrom aufweisen. Alle Blockkondensatoren sind KSO, S8-S25 - KT, KSO. Alle Festwiderstände (außer R3) sind vom Typ MLT, R3 sind vom Typ SQP-5. Die Ersteinrichtung des Verstärkers erfolgt bei ausgeschalteter Wicklung II des Transformators T2. Sie messen die Filamentspannung, die Spannung an den Ausgängen von Stabilisatoren, debuggen den Betrieb von Automatisierungseinheiten und gehen erst dann zu Hochspannungskreisen über, nachdem sichergestellt wurde, dass diese Einheiten voll funktionsfähig sind. Anstelle einer Hochspannungswicklung wird ein beliebiger Niederleistungstransformator an den Doppelgleichrichter angeschlossen und durch Anlegen einer Wechselspannung von 100...200 V an den Doppelgleichrichter dessen Leistung und Spannungsverteilung auf die angeschlossenen Oxidkondensatoren C40-C49 übertragen in Reihe werden überprüft. Wenn alles normal ist, schließen Sie die Hochspannungswicklung unter Beachtung der Vorsichtsmaßnahmen an. Die Spannung eines unbelasteten Gleichrichters kann 3000 V erreichen. Der Ruhestrom der VL1-Lampe sollte 25...30 mA betragen. Überprüfen Sie die PA, ohne den Transceiver anzuschließen, auf allen Bändern im „TX“-Modus auf Selbsterregung. Anschließend werden durch Anschließen des Transceivers mit einem Kabel von maximal 1,2 m Länge und ausgeschaltetem Tuner (sofern vorhanden) die Eingangskreise L9-L17, C8-C25 bei eingeschalteter PA für die Übertragung konfiguriert und liefern ein Signal mit einer Leistung von 10...15 W an seinem Eingang. Die Abstimmung erfolgt beginnend mit den HF-Bereichen bis zum minimalen SWR am Transceivergerät. Anschließend wird die Eingangsleistung erhöht und die Einstellungen durch Verschieben/Spreizen der Windungen dieser Spulen weiter verfeinert. Die P-Schaltung wird ebenfalls auf eine minimale Eingangsleistung eingestellt, nachdem zuvor das Äquivalent einer 50-Ohm-Last mit ausreichender Leistung an den Verstärkerausgang angeschlossen wurde (z. B. vom Radiosender R-140) und ausgehend von den HF-Bereichen. Wählen Sie die Position der Anzapfungen der L2-Spule. Dann geht es weiter in die tiefen Frequenzbereiche. Die vom Autor mit einem S4-25-Spektrumanalysator und einem importierten 8590A-Analysator gemessene Oberwellenunterdrückung betrug nicht weniger als -45 dB im 28-MHz-Bereich und -55 dB in den Niederfrequenzbereichen. Die Anode der GU-81M-Lampe hatte im Dauerbetrieb (3...5 min) im CW-Modus einen leicht rosa Farbton, was für eine Lampe durchaus akzeptabel ist. Autor: Vyacheslav Fedorchenko (RZ3TI)
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