Бестрансформаторный усилитель на 4 гу 50. PA от R3IC

Давно собирался построить себе лёгкий малогабаритный усилитель для экспедиций и для дачи. Вот, наконец, то свершилось. Пять месяцев почти ежедневной работы, и он готов! Обычная схема, заточенная по понятиям разумной малогабаритности, с соблюдением правил компоновки обрела себя в железе. Трансформатор с удвоителями и немного необычное включение накалов ламп, применил оттого, что мотать самому лениво, а под руками оказался красивый, пропитанный и проваренный импортный транс с указанными на схеме параметрами. Вот и приспособил... В угоду снижения веса от него можно вообще отказаться, но один из простых путей подразумевает применение ламп с большим пробивным напряжением катод-накал, либо снижению анодного, которое и так невелико. Другие способы ведут к неоправданному для этой затеи увеличению числа элементов и снижению надежности устройства в целом, при сомнительных достоинствах. Применение ГУ-50 обусловлено их дешевизной, распространенностью, фантастической надежностью и долговечностью, а также возможностью сохранять номинальную работоспособность при изменении напряжений в довольно больших пределах. Учетверение сети для анода применять не стал, т.к. при работе в полевых условиях питающее напряжение зачастую сильно болтается, да и лампы не всегда свежие и их прострелы совсем ни к чему. Кстати, при таком анодном получился реально оптимальный "П"-контур. Для минимизации проблем, создаваемых анодным дросселем, применил последовательное питание, при котором параметры самого дросселя решающего значения не имеют. Поэтому он намотан на чём попало, так по сиротски (на первый взгляд) выглядит и так нахально расположен. По соображениям общей механической прочности и надежности конструкции, не стал отказываться от применения стандартных панелей со стаканами для ГУ-50, и воздержался от раздевания ламп, для придуманного радиолюбителями якобы снижения емкости. Лампы не подбирались, но они из одной партии. Не должен вызывать удивления тип транзистора в стабилизаторе напряжения второй сетки – такой оказался под руками. Его вообще можно не стабилизировать, или просто применить один стабилитрон, ток через который придется сильно увеличить. Трубку для L1 купил за 170 рублей в авто магазине, она от тормозной системы не помню какого автомобиля, но сделана из очень "медной" меди. Обрезав штуцера, и отполировав ее, намотал на палку от швабры, получилось 9 витков. Этого оказалось достаточно для ВЧ диапазонов. При бестрансформаторном анодном следует четко различать понятия общего провода усилителя и его корпуса. На схеме они показаны значком общего провода разной толщины. В таблице приведены расчетные данные элементов "П"-контура, которые в действительности могут незначительно отличатся. Настраивался "П"-контур довольно примитивным прибором "Антенный анализатор DN-AA" (от дяди Саши) без единого включения усилителя в сеть и подачи каких либо напряжений! Приятно удивило то что, включив его в работу, не пришлось вообще ничего подбирать, даже на ВЧ диапазонах! Вся эта затея весит ровно пять килограммов при габаритах 330х245х75мм. Представлением схемы и фото конструкции, не ставилась цель кого - то чем - то удивить, исключительно для информации. Не стреляйте в пианиста, он играет, как умеет…

А вопросы по компоновке вырисовывались – после того как Вячеслав UA0IAK презентовал корпуса от радиочастотных разделителей радиорелейки РРС-1. Хотя в наш век "рогатых" и прочих "монстров" УМ на 200 ватт покажется анахронизмом, все же его надежность, малые габариты и вес доказали свое право на существование в повседневной работе с QRP возбудителем.

Итак: была поставлена задача получить 200 ватт, при входной мощности до 10и ватт (реально получилось 260 ватт при входной 4 ватта). При паспортной мощности для одной ГУ-50 в схеме с ОК – 75 ватт вполне хватило бы и трех ламп, но с точки зрения рационального монтажа то есть симметричности конструкции – выбор был сделан в пользу четырех ламп. К тому же образовался запас по мощности, повысился ресурс ламп что в последнее время имеет немаловажное значение.

В отличие от усилителя UT2XS в предложенной здесь конструкции использую четыре лампы, а также применилась классическая схема подачи смещения. Усилитель выполнен по cхеме с общим катодом (ОК)

Применена безтрансформаторная схема питания анодно-экранных цепей. Для получения напряжения питания цепей накала, коммутации и смещения используется трансформатор.

Сама схема никаких особенностей не имеет и представляет обобщение схем RA6LFQ , UT2XS, материалов полученных из Интернета, сборника “РадиоДизайн” и личного опыта. Так, например, для увеличения отдачи на ВЧ диапазонах была уменьшена выходная емкость ламп методом предложенным RZ4HX/RU4HV. Цепь подачи возбуждения и смещения выполнена в соответствии с рекомендациями, предложенными RA9FOR , только вместо дросселя используется "набор" из безындукционных резисторов (TNX EX8A), что в сочетании с другими мерами повысило устойчивость УМ к самовозбуждению. Так же с целью избежания прострелов в лампе 7-я “ножка “ (статический экран) не запаяна на “массу” (ТNX UA3AIC), это так же по моему мнению способствует уменьшению выходной емкости. По крайней мере, измеритель емкости Е7-9 изменение емкости регистрирует.

Конструктивно усилитель разбит на несколько отсеков: блок питания (БП), ламповый отсек (ЛО), блок П-контура (П_К) и отсек входных контуров (ОВК). Исходя из существующих размеров корпуса монтаж конструкции получился довольно плотный особенно в отсеке блока питания, несмотря на это доступ ко всем элементам не вызывает особого затруднения. В большей своей части конструкция выполнена навесным монтажом, только в БП применяется печатная плата и то только для крепления электролитических конденсаторов и диодов. Разводка между элементами БП выполнена монтажным проводом с хорошей изоляцией. Все питающие напряжения через перегородку разделяющую БП с другими отсеками подаются: анодное в блок ЛО где размещен шунт измерителя анодного тока (на фото красный провод - от TV), остальные напряжения в блок ОВК.

В ОВК сначала распаиваются цепи накала и провода укладываются на дно подвала и для жесткости монтажа в нескольких точках промазываются силиконовым герметиком.

Далее распаиваются экранные цепи. Цепи " 0 " распаиваются толстым луженым проводом непосредственно на ламповых панелях. В нескольких местах "0" провод через конденсаторы 470пф и рабочее напряжение не ниже 1kV (я применил конденсаторы от высоковольтных блоков старых TV) заземляется на шасси УМ. Как показала практика, при одной точке ВЧ заземления УМ склонен к возбуждению. По этому рекомендованная RA6LFQ емкость 3300 пф разбита на несколько более мелких.

В последнюю очередь в блоке ОВК ведется монтаж входных контуров усилителя.Так как в схеме блока питания УМ для его включения используются слаботочные включатели, а пусковой ток умножителя анодного питания довольно большой пришлось применить "промежуточные" соответствующей мощности. Причем на этих же реле удалось выполнить схему поэтапного включения анодного напряжения (так называемую задержку). Суть работы схемы задержки заключается в том, что реле используются с напряжением питания обмотки 24V и естественно для их включения непосредственно от сети 220V пришлось применить диодный мост, а для понижения напряжения до требуемого используется емкость. Варьируя соотношение емкости на выходе диодного моста и емкость до него можно добиться разное время заряда конденсатора (который после моста) до напряжения срабатывания реле. По этому при использовании других реле придется скорректировать соотношение этих емкостей.

Учитывая малый обьем усилителя и то, что четыре ГУ-50 нагревают корпус "прилично" в отсеке БП установлен куллер от процессора который охлаждает электролиты (при нагреве электролиты теряют емкость) и через отверстия в перегородке выдувает горячий воздух от ламп. Напряжения 6-8 вольт на куллер вполне достаточно для решения этой задачи и шума от него практически не слышно.

Намоточные данные контуров взяты из прилагаемых ссылок и неоднократно описывались в радиолюбительской литературе, а также можно найти в Интернете. Тем не менее, следует заметить, что любые данные колебательных систем придется "подгонять" под конкретную конструкцию в процессе настройки.


Общий вид усилилтеля и тюнера

Ссылки:
1. УМ с безтрансформаторным бп на лампах с общим катодом ut2xs
2. В. Кулагин (RA6LFQ) Усилитель мощности "Ретро". "Радиолюбитель" №8-95г.
3. С. Волковинский (RA9FOR) Входная цепь усилителя мощности. РД №1 1998г.

73! Ковлевский Юрий Викторвич rw0iw @ mail.ru

Ламповый кв усилитель мощности собран на 4-х лампах ГУ-50. Включенных параллельно по схеме с общими сетками, и предназначен для работы в диапазонах 80, 40, 30, 20, 15 и 10 м. Если монтаж усилителя выполнен согласно требованиям, предъявляемым к таким устройствам, не требуется нейтрализация проходной емкости ламп. Максимальная выходная мощность усилителя - 350 - 400 Вт.Для питания усилителя используются два силовых трансформатора. Выходы выпрямителей на диодах VD1 - VD4 и VD5 - VD8 включены параллельно и нагружены на емкостный фильтр (электролитические конденсаторы С1 -СЗ). Параллельно каждому диоду выпрямителя включен высокоомный резистор и конденсатор небольшой емкости. Что повышает электрическую “прочность” выпрямителей и уменьшает пульсации выходного напряжения.Анодное напряжение составляет приблизительно 1000 В.
Усилитель мощности

Постоянное напряжение +15 В получается на выходе однополупериодного выпрямителя VD9-C4 и используется для питания реле и светодиодов, индицирующих режим работы усилителя.
Напряжение накала подается на подогреватели ламп через дроссель Др6.
На входе усилителя установлен фильтр нижних частот C6-L1-C7 с частотой среза около 30 МГц. Тем не менее, учитывая, что входное сопротивление усилителя довольно низкое и меняется в зависимости от диапазона. Между усилителем и трансивером желательно установить согласующее устройство. Хорошо согласованный с трансивером усилитель при небольшой мощности возбуждения (около 50 Вт) позволяет получить выходную мощность 400 Вт (и даже больше!). И обеспечивает на выходе спектрально чистый сигнал (конечно, если трансивер и усилитель исправны и работают в номинальных режимах).

Если ламповый КВ усилитель мощности будет эксплуатироваться с трансивером,

на выходе которого установлен П-контур. То при использовании короткого соединительного кабеля между этими устройствами согласующее устройство не требуется. На выходе усилителя установлен традиционный П-контур, но т.к. “анодный” конденсатор переменной емкости С11 имеет малые начальную и максимальную емкость, к нему в диапазоне 80 м параллельно подключается конденсатор С12.
При замыкании контактов переключателя S2.1 срабатывает реле К1, с помощью контактов которого выход трансивера подключается к входу усилителя. Выход усилителя к антенне, а катоды ламп VL1 - VL4 - к общему проводу (через резистор R2).

Анодный дроссель Др7 намотан на ребристом керамическом каркасе 40 мм и содержит 30 витков провода 0,5 мм.
Резистор R2 состоит из двух включенных параллельно резисторов сопротивлением по 1 Ом.
Катушка L1 - бескаркасная, намотана проводом 0,1 мм на оправке 12 мм и содержит 11 витков, катушка L2 - 9 витков посеребренного провода 3 мм, намотанного на ребристом керамическом каркасе. Положение отводов подбирается при настройке КСВ на выходе усилителя не должен превышать 2. Кроме того, рекомендуется подключать антенну к усилителю через фильтры нижних частот, а при длительной работе в режиме передачи применять принудительное охлаждение.

Схему в формате Splan можно скачать

— пентод ГУ-50 был разработан в Германии в середине 30-х годов и имел кодовое название LS50. Это интересная и довольно редкая в наше время радиолампа, которая также производилась и в Советском Союзе. Предназначается она для усиления мощности и генерирования высокочастотных колебаний. Лампа очень надежная в работе и можно сказать «непотопляемая». Не зря есть поговорка, что ГУ-50 можно только расколоть или утерять. Здесь подразумевается, что другими действиями испортить ее довольно сложно. Именно эти качества лампы привлекли внимание в свое время армейских связистов.

Пентод LS50. Оригинальный экземпляр от компании Telefunken образца 1942 года.

Как только появилась лампа LS50, она была моментально скопирована многими мировыми производителями электровакуумных приборов, это говорит о том, какой колоссальный интерес она вызвала. Тем не менее производство ее продолжается до настоящего времени.

Выходные трансформаторы

Схема лампового усилителя на ГУ-50 имеет в своем составе три трансформатора, два из которых выходные и один сетевой. Если вы будете их изготавливать самостоятельно, то для этого можно воспользоваться трансами от УПСсов для компьютеров (источник бесперебойного питания), вернее их железом. Для этого их нужно модернизировать, снять заводские обмотки и намотать свои с необходимыми напряжениями. Готовые выходные трансформаторы должны иметь вот такие параметры:

Сердечники Ш38х45. Первичная обмотка содержит 2800 витков провода 0.25мм. Состоит из трех секций 700+1400+700 витков. Между ними расположены 2 секции вторичной обмотки по 120 витков проводом 0.86. Вторичные обмотки соединены параллельно и имеют отвод от 86 витка. Межслойная изоляция – факсовая бумага в один слой. Изоляция между первичной и вторичной обмотками – 3 слоя такой же бумаги.

В конечном итоге будет трансформатор, способный гарантировать в анодной цепи лампы нагрузку 4,6 кОм, а также выходные тракты для подключения акустики имеющей сопротивлении 4 Ом — 8 Ом.

Чтобы собрать пару абсолютно идентичных трансформаторов, для этого необходимо разделить пластины магнитопроводов на равные части. Затем эти пластины желательно смешать. То есть, чтобы при обратной сборке сердечников одна часть пластин была бы от одного транса, другая от другого. В этом случае можно будет гарантировать, что оба трансформатора будут иметь совершенно одинаковые параметрические характеристики.

После того как вы изготовили трансформатор его следует пропитать парафином. Для этого в емкость с расплавленным парафином нужно поместить конструкцию примерно минут на 50 или чуть более, для хорошего пропитывания.

Устройство силового трансформатора

Установленный в ламповом усилителе силовой трансформатор реализован на Ш-образном магнитопроводе Ш40х40. Чтобы точно его рассчитать надо воспользоваться простой программой PowerTrans v1.0. Для обеспечения наиболее надежной работы трансформатора, после проведения расчетов в программе, нужно сечение провода для первичной обмотки увеличить примерно на 10%. В архиве находится сама программа и подробный справочник по обмоточным проводам и методам изготовления катушек трансформаторов. Скачать

На снимке окно программы с уже рассчитанными данными для намотки:

Схема лампового усилителя на ГУ-50 предполагает для использования в усилителе в качестве силового трансформатора практически можно брать любой с мощностью потребления в районе 150 Вт. Хорошо для этой цели подойдут трансформаторы от ламповых телевизоров советского производства, например: ТС-180 или ТС-270. Их не очень сложно перемотать. Удаляется вторичная обмотка и выполняется новая с нужным вам напряжениями.

Принципиальная схема и налаживание

Схема лампового усилителя на ГУ-50 с ее лучевым пентодом, которой выполняет функцию усиления мощности, а также служит для генерирования высокочастотных колебаний. Расположение радиолампы в конструкции должно быть строго вертикальным, то есть ламповая панель — внизу. Принцип ее работы заключается в следующем: в цепь второй сетки поступает положительное напряжение 255v. Это напряжение берется с анодного вывода трансформатора. Затем через выпрямительный диод поступает в цепочку собранную на конденсаторе и дросселе и там выпрямленное напряжение сглаживается. Такой принцип работы радиолампы ГУ-50 позволяет увеличить мощность на выходе лампового усилителя.

Смещение у лампы фиксированное. Отрицательное напряжение в цепь первой сетки поступает из блока питания от индивидуального выпрямителя. Потенциометры, со специальным штоком под отвертку для регулировки уровня смещения установлены на верхней части корпуса, сразу за лампами. Это сделано для облегчения доступа к настройке рабочего режима ГУ-50, при этом не снимая верхней крышки корпуса.

На фронтальной панели размещены два стрелочный индикатора для наблюдения за током покоя ламп в оконечном каскаде. Если стрелка индикатора переместилась в красный сектор, то это означает перегрузку мощности выходных радиоламп.

Напряжение смещения

В установке напряжения смещения на пентоде ничего сложного нет. Нужно всего лишь произвести корректировку оконечного каскада с помощью потенциометра выведенного под шлиц на верхней панели корпуса. Стрелка индикатора при подстройках должна установится в районе красного сегмента шкалы. Вся эта процедура особенно требуется после замены выходной лампы. В общем то при первичной настройке можно измерять напряжение мультиметром на резисторе, который установлен в цепи катода радиолампы ГУ-50. Рабочий ток покоя выставляется со значением 90 мА, после этого нужно подстроить гасящий резистор стрелочного индикатора, так чтобы стрелка установилась на нужной вам величине.

Постоянный резистор установленный в цепи катода выходного каскада имеет номинальное сопротивление 10 Ом. Это дает возможность предельно точно выставлять рабочий режим работы каскада. Также этот резистор выполняет еще одну роль — создает маленькую Обратную Отрицательную Связь. Используя такую ООС увеличивается стабильность оконечного каскада, она противостоит возможности возбуждения при высоких частотах. Именно по этому в катодной цепи лампы установлен проволочный резистор класса С5-5 и мощностью 5 Вт. Собственно этот резистор и создает индуктивность, а это означает, что на высоких частотах происходит ослабление усиления лампы.

Схема лампового усилителя на ГУ-50 в своем предварительном каскаде имеет пентод 6Ж4, который включен в триодном режиме и также имеет фиксированное смещение. Данное смещение напряжения создает маломощный стабилитрон КС133А. Если кого-то не удовлетворяет такая схема включения, то тогда можно использовать литиевую батарею CR2032, которые стоят в ПК. Либо в катодную цепь установить постоянный резистор с номиналом ≈360 Ом, а затем за шунтировать его емкостью с номиналом 3000 мкф.