Усилитель мощности "УМ-200".
Усилитель мощности предназначен для усиления РЧ-сигналов на передачу всех любительских диапазонов.
Максимальная выходная мощность - 200 ватт.
Мощность, подводимая ко входу - 20 ватт.
Коэффициент усиления по мощности - 10.
Ток покоя лампы - 40 мА.
Напряжение анода - 2,3 кВ.
КПД усилителя - 60%.
Схема обеспечивает либо автоматическое переключение антенн при смене диапазона, либо ручное с фиксацией выбранной антенны (независимо от выбранного диапазона).
Схема обеспечивает световую сигнализацию как при достаточной мощности раскачки усилителя (зелёный светодиод), так и наличие перегрузки (красный светодиод), а также индикацию направления вращения антенны и индикацию включения сети.
Схема имеет электронный телеграфный ключ-люкс с регулируемым соотношением точек, тире и пауз, позволяющий управлять усилителем через трансивер, переводя его в режим настройки.
Схема имеет сельсин и органы управления различными антеннами.
Выбранные диапазон и антенна индицируются на газоразрядных лампах.
Схема обеспечивает коммутацию входа на два трансивера, блокировку антенного входа неработающего трансивера на корпус и коммутацию их питания при этом.
Стрелочный индикатор (прибор) позволяет индицировать как ток лампы, так и амплитуду выходного сигнала.
Блок питания обеспечивает все необходимые напряжения как для усилителя, так и для автоматики, а также управления антеннами, в том числе для двигателя вращения антенны и сельсина (+2,3 кВ, +30 В, +180 В, +8 В, +5 В, переменные: 110 В; 6,3 В и 6,3 В).
Описание.
Принципиальная электрическая схема усилителя мощности показана на на рисунке №1. Усилитель собран на металлокерамической радиолампе ГИ-7Б по схеме с заземлённой сеткой. Ток покоя лампы регулируется схемой, выполненной на транзисторах VT1, VT2, VT3.
В режиме приёма радиолампа заперта (контакты реле К2.15 разомкнуты). Сигнал РЧ с трансивера №1 (Вх 1) или №2 (Вх 2), в зависимости от положения контактов реле К1.16, К1.17, через реле обвода К1ю18 подается в катод лампы. В цепи катода, анода и накала включены антипаразитные дроссели L3, L4, L5, L6 предотвращающие самовозбуждение усилителя на ультравысоких частотах. Снимается усиленный сигнал РЧ с анода лампы и через П-контур (L8) подаётся в одну из выбранных антенн А1...А5. В режиме приёма вход трансивера подключен к антеннам через обводные реле К18, К19. В катод лампы включен микроамперметр на 200 мкА, служащий для измерения катодного тока лампы. Резистор R6 служит для калибровки прибора. Переключатель S15 позволяет подключить прибор РА1 к антенному индикатору для замера амплитуды РЧ сигнала непосредственно на гнезде антенны. Перевод усилителя из режима приема в режим передачи осуществляется замыканием накоротко тангенты (ТНГ), в результате реле К15 срабатывает и включает, в свою очередь, реле К18, К19. Переключатель S18 позволяет произвести выбор работы либо трансивер №1, либо №2 путем включения реле К16, К17. С нерабочего трансивера снимается питающее напряжение 220 вольт и одновременно его вход шунтируется на корпус контактами реле К1.16. С помощью двигателя ДС-1 осуществляется обдув радиолампы. Двигатель включается при включении напряжения накала радиолампы (S2.16). Он может быть выключен отдельным выключателем S1.17. При выключении анодного напряжения 2,3 кВ выключателем S2 одновременно (одной из секций S2) разрывается цепь тангенты, в результате трансивер переходит в режим самостоятельной работы. Контакты катушки L8 П-контура переключаются самодельными реле, чертежи которых приводятся. Параллельно конденсатору С11 подключаются дополнительные конденсаторы С7...С10 для обеспечения настройки на низкочастотных диапазонах. Подключение этих конденсаторов осуществляется через двойные контакты переключателей S19, S20 типа ПЯК (двойные - для предотвращения пробоя ВЧ-напряжения). Дроссели L2, L3, L4, L5 намотаны проводом ПЭВ-0,5 на резисторах МЛТ-2 100Ом. Катушки L9, L10, L11, L12, L13 - два витка изолированного провода вокруг антенного вывода. Дроссель L1 намотан проводом ПЭЛ-0,55 на керамическом каркасе диаметром 30 мм и длиной 90 мм. Длина намотки 72 мм. Последние (к аноду VL1) 15 витков намотаны с постоянно увеличивающимся шагом. Дроссели L6, L7 намотаны на ферритовом кольце типоразмера К55х32х5, феррит марки М100НН. Количество витков 22 (в два провода), провод ПЭВ2...1,5. Чертежи катушки L8 приведены на рисунках №26, №27, №28 (а согласно журнальной статье - 1а, 1б, 2, 3, 4, 5, 6). Она представляет собой отрезок керамической трубы диаметром 42 мм и толщиной стенок 5 мм. Первые 16 витков намотаны посеребренным медным проводом диаметром 2 мм, остальные 58 витков проводом ПЭЛ-1,5, отводы от 2-го витка (к С11), 4-го (28 МГц), 5 (24 МГц), 6 (21 МГц), 7 (18 МГц), 9 (14 МГц), 16 (10 МГц), 22 (7 МГц), 31 (3,5 МГц), 57 витков (1,9 МГц). Оставшиеся до конца катушки витки используются при настройке контура на диапазоне 1,9 МГц. Общее количество витков L8 - 74. Намотку катушки посеребренным проводом ведут с шагом, отступив от начала каркаса на 5 мм. Длина намотки - 52 мм. Намотка проводом ПЭВ-2 1,5 тоже выполнена с шагом. Длина намотки этой части катушки равна 130 мм. Деьали под номером 1 выполнены из датуни, к ним припаиваются концы катушки. Деталь №2 выполнена из стеклотекстолита толщиной 6 мм. Деталь №3 - из стеклотекстолита толщиной 3 мм. Деталь №4 является подвижным контактом реле. Реле марки РКМ-1 (РС3.259.0,38Сп22) переделывается следующим образом: удаляются заводские контакты, вместо них крепятся подвижные контакты, деталь №4 является держателем подвижного контакта, а сам контакт выполнен в виде скобы (рис.5) из посеребряной проволоки диаметром 2 мм (№9), который вставлен в отверстия держателя, под контактом установлена в отверстия скоба (деталь №8) диаметром 0,5 мм, на которой контакт качается, тем самым плотно прилегая к неподвижным контактам (детали №5). Деталь №4 (всего их 9 штук) выполнена из стеклотекстолита толщиной 1,5 мм, окрашенные места - это фольга медная, оставшаяся после удаления. Деталь №5 - это неподвижные контакты из посеребренной проволоки, припаянные к пластине №7 (на неё, собственно, и крепятся все реле) к контактным площадкам. К свободному контакту реле К6 возможно подключение дополнительного конденсатора (на 1,9 МГц). Деталь №6 служит для крепления деталей №2 и выполнена ис стеклотекстолита толщиной 1,5 мм, а приёмные узлы - из латуни (закрашены). Пластина №7 выполнена из стеклотекстолита толщиной 2 мм. Закрашенные места - это покрытие из медной фольги. К этой пластине крепятся все реле (К6...К14) и на ней же устанавливаются неподвижные контакты (№5). Рисунок печатной платы детали №7 с обеих сторон (стеклотекстолит взят двухсторонний) показан на рис.7 и рис.8. Блок антенных реле К1...К5 выполнен аналогичным образом. Печатная плата антенных реле показана на рис.21. Конденсаторы С7...С10 использованы типа К15У1С. Реле К19 типа РЭВ14 паспорт РФ4.562.001-00 на напряжение 24,3...29,7 вольта. Реле К16 типа РЭС10, паспорт РС4.524.302. Реле К15 типа РЭС-22, паспорт РФ4.500.129. Реле К17, К18 типа РПВ-1/2-26, ВЧ реле от радиостанции Р-821( Р822) на напряжение питания 27 вольт. Реле К1...К14 типа РКМ-1, паспорт РС3.259.0.38Сп22 на напряжение 27 вольт. Печатная плата узла регулировки тока покоя показана на рисунке №8.
Блок питания усилителя показан на рис.7. Он вырабатывает напряжения +2,3 кВ, +30 вольт, +180 вольт, +5 вольт, +8 вольт, накальное 6,3в х 2, 110 вольт - для работы сельсинов. Рабочие обмотки силового трансформатора защищены плавкими предохранителями. Намоточные данные силового трансформатора Тр1 приведены в таблице №1.
Таблица №1.
|
Обмотки |
Витки |
Провод |
Напряжение |
Сердечник |
|
I |
500 |
ПЭЛ-0,55 |
220 в |
Ш 40х64 |
|
II |
3430 |
ПЭЛ-0,41 |
1500 в |
Ш 40х64 |
|
III |
250 |
ПЭЛ-0,25 |
110 в |
Ш 40х64 |
|
IV |
68 |
ПЭЛ-0,74 |
30 в |
Ш 40х64 |
|
V |
412 |
ПЭЛ-0,1 |
180 в |
Ш 40х64 |
|
VI |
16 |
ПЭЛ-0,69 |
7 в |
Ш 40х64 |
|
VII |
27 |
ПЭЛ-0,41 |
12 в |
Ш 40х64 |
|
VIII |
14 |
ПЭЛ-1,5 |
6,3 в |
Ш 40х64 |
|
IX |
14 |
ПЭЛ-1,5 |
6,3 в |
Ш 40х64 |
Напряжение питания +5 в и +8 в стабилизированы. Напряжение питания +30 вольт не имеет гальванической связи с корпусом усилителя, так как при работе электродвигателя вращения антенны плюс с минусом меняются местами для обеспечения реверсного режима. Для устранения наводок эти цепи по переменному току зашунтированы на корпус конденсаторами С8, С9, С10. Напряжение питания анодов газоразрядных ламп +180 вольт также не имеет гальванической связи с корпусом по той же причине, ибо оно гальванически связано с предыдущей схемой через схему управления антенным коммутатором, релейным переключателем диапазонов и индикацией включения диапазона и антенны. В стабилизаторе напряжения +8 вольт для дополнительного сглаживания пульсаций выходного напряжения применена цепь VD30, C14. Печатные платы блока питания показаны на рисунках 9, 11, 13а.
Схема управления антенным коммутатором, релейным переключателем диапазонов усилителя мощности и индикацией включения диапазона и антенны показана на рис.14. Коммутация и диапазонов и антенн одновременно осуществляется переключателями S6...S14 (типа П-2К), а только антенн - переключателями S1...S5 (П-2К). Причем, переключатели S1...S5 имеют приоритет, то есть, при нажатии на одну из кнопок включится соответствующая антенна и будет оставаться включенной независимо от переключения кнопок S6...S14. При отжатых переключателях S1...S5 антенны будут переключаться одновременно с переключением диапазонов (S6...S14). Визуальная индикация антенн отображается на газоразрядных лампах HG1, HG2, а диапазонов - на HG3, HG4. Печатная плата диодов схемы управления, переключения и индикации диапазонов и антенн показана на рис.10. Диоды Д223, установленные на этой плате можно заменить диодами типа КД503, КД522. Печатная плата индикаторных ламп показана на рисунке №8. Нумерация реле на рисунках №1 и №14 - сквозная для облегчения чтения схем. Питание этой схемы осуществляется напряжениями +180 вольт и +27...30 вольт. Индикаторные лампы HG1, HG2, HG3, HG4 заключены в сплошной алюминиевый экран толщиной 1 мм.
Схема индикатора уровня возбуждающего сигнала на входе усилителя мощности показана на рисунке №1б. Она предназначена для предотвращения перекачки усилителя излишним входным сигналом и связанным с этим повышенным уровнем побочных излучений. Схема состоит из входного делителя R1, R2, детектора - разветвителя VD1, VD4, VD6; ограничителей уровня выпрямленных напряжений VD2, VD7; элементов установки уровня порога срабатывания системы R3, R8; пороговых элементов DD1.1, DD1.2, DD1.3, DD1.4. При отсутствии возбуждающего сигнала на входах 1, 9, 10 микросхемы присутствуют логические нули. В результате оба диода не светятся. При подаче на вход системы возбуждающего напряжения на входе 1 микросхемы появляется логическая единица, пороговый элемент DD1.1, DD1.2 срабатывает и начинает светиться VD5 зеленым цветом. Уровень срабатывания зависит от силы возбуждающего сигнала и положения движка резистора R3. При дальнейшем повышении напряжения входного сигнала срабатывает пороговый элемент DD1.3, DD1.4. Воздействуя на вход 2 микросхемы он выключает первый пороговый элемент (DD1.1, DD1.2). В результате VD5 зеленого цвета гаснет и загорается VD9 красного цвета. Уровень зажигания VD9 зависит от амплитуды входного сигнала и положения движка резистора R8. Настраивают схему так, чтобы VD5 зажигался при мощности раскачки, обеспечивающей половину максимальной выходной мощности (100 ватт) - регулировкой R3. Резистор R8 регулируют так, чтобы VD9 зажигался при выходной мощности на 10% меньше той, при которой начинают появляться нелинейные искажения в сигнале (200 ватт). Порог зажинания красного диода VD9 ("Перегрузка") можно отрегулировать и на определённую мощность, разрешенную на конкретном диапазоне (например 1,9 МГц) или для соответствующей категории радиостанции (например - второй). Печатная плата данной схемы показана на рисунке №13б.
Схема сигнализации указателя направления вращения антенны показана на рисунке №15. Клеммы схемы +(-)30 вольт и -(-)30 вольт подключаются непосредственно к клеммам двигателя вращения антенны. При подаче на двигатель питающего напряжения +30 вольт на входе 1 элемента DD1 появляется логическая единица, разрешающая работу тактового генератора, выполненного на элементах DD1.1, DD1.2. Частота генерации регулируется по наилучшему восприятию моргания светодиодов VD4 и VD6 резистором R3. Одновременно логическая единица появляется либо на входе 10 элемента DD1.3, либо на входе 13 DD1.4 в зависимости от направления вращения двигателя (в прямом или реверсном режимах). Это приводит к периодическому зажиганию одного из светодиодов: либо VD4 - "вращение по часовой", либо VD6 - "вращение против часовой". Несмотря на кажущуюся малозначимость. это устройство имеет не только сервисное значение (как световой индикатор направления вращения антенны). Оно неоднократно предотвращало обрыв кабеля, что особенно важно при работе в эфире, так как не только показывает направление вращения (медленное, малозаметное для глаза движение стрелки сельсина) антенны, но и прерывистым миганием постоянно напоминает о том, что вращение антенны включено. Печатная плата схемы сигнализации указателя направления вращения антенны показана на рисунке №13в.
Схема индикации уровня выходного сигнала показана на рисунке №17. Она состоит из пяти идентичных ячеек. Каждая ячейка включает в себя детектор с удвоением напряжения VD1, VD2, фильтр C7, R6, C2 и гасящий регулирующий резистор R1. Входы каждой ячейки имеют связь с одной из антенн в виде двух витков изолированного провода вокруг антенного выхода. Все выходы ячеек соединены вместе (параллельно) и поданы на измерительную головку усилителя мощности РА1 через переключатель S1.15. Регулировку амплитуды выходного сигнала осуществляют резисторами R6, R7, R8, R9, R10 после установки тока покоя лампы VL1 (35...40 мА) резистором R1 (УМ) и калибровки РА1 (путем сравнения с показаниями АВОметра) резистором R6 (УМ). Печатная плата антенного индикатора показана на рисунке №12.
Схема подключения сельсинов и двигателя вращения антенны показана на рисунке №18. Сельсин рассчитан на рабочее напряжение 220 вольт (переменное), однако, он устойчиво работает и при снижении питающего напряжения до 90 вольт. С целью повышения безопасности питающее напряжение снижено до 110 вольт. Сельсин антенны подключается аналогично показанному на схеме через разъем XS1.
Cхема управления антеннами показана на рисунке №19. Переключатели S2 и S3 нажимного типа без фиксации в крайних положениях, со средним нейтральным положением. Переключатель S2 управляет антенной 3,5/1,9 МГц - трансформирует её либо в полноразмерный треугольник на 3,5 МГц, либо в инвертор-V с загнутыми концами на диапазон 1,9МГц. Переключение происходит путем подачи переключателем S2 кратковременных импульсов на реле типа РПС-20 установленным непосредственно на антенне. Реле К15 используется для переключения индикации антенны 3,3/1,9 МГц. Подробно данная антенна описана в [1]. Переключатель S3 используется для переключения направления антенны на диапазон 14 МГц. В этой антенне рефлектор переключается контактами реле типа РПС-20 превращаясь в директор (укорачивается).
В корпусе усилителя размещен телеграфный электронный ключ "Люкс" [2], разработанный радиолюбителем WB4VVF, переложенный на отечественные микросхемы UL7GM Игорем Доброхотовым и доработанный UN7BV - автором данной статьи. Принципиальная электрическая схема ключа показана на рисунке 20. Резистором R7 регулируют скорость телеграфных посылок. Переключатель S1 служит для включения режима работы ключа с автоматической паузой буквами. Переключатель S2 служит для включения нажатия, что очень удобно при настройке трансивера на передачу, кроме того он может играть роль ручного ключа. S3 - манипулятор обычный или двойной. Резистором R16 регулируют соотношение длительности точек и тире. При определённом соотношении можно добиться наилучьшего восприятия телеграфных знаков. Питается ключ напряжением +5 вольт, потребляемый ток 80 мА (без реле). При использовании выхода №1 (-U равно или менее 70 В) реле К1 можно не ставить. Элементы VT5, VD3, VD4, R16 на плате не стоят. При необходимости иметь выход +/-U Ұравно или менее .қ ВҚ необходимо разместить их вместо реле К1. При напряжении питания внешнего реле с выхода 1 равном 12 вольт в R14 необходимо уменьшить до 150...200 Ом. Ключ был доработан, так как в первоначальном виде имел существенные недостатки (на нем практически нельзя было полноценно работать!). Для защиты транзистора VT3 введен диод VD7. Введён резистор R18, позволяющий убирать нерабочие участки при регулировке (R7) скорости передачи ключа. Введена цепь R17, VD2, представляющая собой параметрический полупроводниковый стабилизатор. Он поддерживает постоянным напряжение запирания задающего генератора (VT1, VT2) независимо от положения движка резистора R7. Без этого стабилизатора при регулировке R7 запирающее напряжение изменялось, что приводило либо к постоянной работе генератора на больших скоростях, либо сильно удлинялись первые точки и тире при работе на малых скоростях. Нормальная работа ключа наблюдалась только при определённой скорости. Введение стабилизатора позволило устранить сказанное выше. Теперь при нажатии манипулятора первые точки и тире по длительности равны последующим на любой скорости работы ключа, кроме того, начало посылок совпадает с моментом нажатия на рычаг манипулятора. Диод VD2 одновременно сигнализирует о включении питания ключа. В схему введён диод VD8 обеспечивающий приоритеттире при работе с двойным манипулятором. Без этого диода при одновременном нажатии обоих рычагов ключ периодически выдавал букву "А". После введения диода VD8 ключ при одновременном нажатии обоих рычагов манипулятора выдает тире. Это удобно, ибо такая работа ключа аналогична работе большинства электронных ключей, опробованных автором. В соответствии с нововведениями изменена и печатная плата. Её эскиз показан на рисунке №8. Следует также отметить, что в задающем генераторе ключа нужно применять германиевые транзисторы.
В усилителе мощности применён сетевой фильтр, описанный в [3].
Усилитель мощности выполнен в корпусе из дюралюминия размером 355х372х162 мм. Размеры корпуса соответствуют размерам лампово-транзисторного варианта трансивера UW3DI. Шасси усилителя выполнено из дюралюминиевой пластины толщиной 4 мм. Вид на шасси сверху показан на рисунке №22, а снизу на рисунке №23. Силовойтрансформатор отделён от остальных деталей железным экраном толщиной 1 мм. Втд передней панели показан на рисунке №24, а задней на рисунке №25. Передняя панель изготовлена из дюралюминиевой пластины толщиной 3 мм, окрашена кузбасслаком черного цвета. На лак наклеены транспаранты с надписями из ватмана. Передняя панель прикрыта фальшпанелью из прозрачного органического стекла толщиной 2 мм, играющей не только декоративную роль, но и роль остекления. Поверх фальшпанели наложена декоративная накладка, выполненная из белого полистирола толщиной 2 мм. На рисунке №25 показана задняя панель усилителя мощности.
Литература.
[1] Рубцов В.П. "Антенна, управляемая импульсами". Радиолюбитель - №11, 1991г. С.42.
[2] Журнал QST 1973...1979 гг.
[3] Куриный Ю. "О помехах телевидению". - Радио - №10, 1983г. С.18. Рис.5.
Рубцов В.П. UN7BV. Казахстан, Астана.
73!