Простой двухтактный усилитель мощности начинающего коротковолновика

Дорогу осилит идущий…

Конструкция усилителя не претендует на новизну или оригинальность
и предназначена для начинающих коротковолновиков, делающих первые шаги в эфире и желающих увеличить мощность своей радиостанции. Часто задаваемые вопросы  в эфире и на форумах побудили к написанию данной статьи.

Основной задачей при разработке данной конструкции авторы считали – создание простого усилителя мощности (мощностью 300-400 ватт), доступного для повторения начинающими  радиолюбителями не имеющих практических навыков в конструировании  радиотехнических устройств.

Анализ схем опубликованных в радиолюбительских журналах и в Интернете радиолюбительских конструкций усилителей , а также анализ схем импортных ламповых усилителей мощности показал – ламповые усилители собраны по однотактным схемам с трансформаторным питанием , высоким анодным напряжением и как следствие имеющим большие габариты , вес и невысокий КПД.
В усилителях применяются мощные генераторные лампы со сложной системой обдува.
Усилители Импортного производства кроме вышеуказанных недостатков имеют высокую стоимость. Стоимость лампового усилителя  AMERITRON AL-811HX , имеющего пиковую мощность 800 ватт (800 w PIP) составляет порядка 40 000 рублей , а вес более 20 кг.
Транзисторные усилители Импортного производства при той же мощности имеют вес около 6 кг (без блока питания).
Вес импульсного блока питания (13,6 в- 60 а) 5 кг.
Стоимость транзисторного усилителя с блоком питания в два раза выше стоимости лампового.
Транзисторный усилитель TOKIO HL-450  - 42 000 рублей
Импульсный блок питания для HL-450 – 26 000 рублей

Проведенный анализ повлиял на выбор схемы усилителя мощности.

При выборе схемы усилителя мощности за основу была  выбрана двухтактная схема с бестрансформаторным питанием.
Выбранная схема усилителя мощности имеет следующие преимущества:

• Высокую степень  подавления четных гармоник
• Высокий КПД
• Малые габариты и вес
• Низкое анодное напряжение
• Отсутствие дорогих и дефицитных деталей
• Простота конструкции

Для усилителя  из множества генераторных ламп была выбрана  ГУ-29 , как не дорогая , используемая по настоящее время в промышленной аппаратуре и выпускающаяся радиопромышленностью России.

Для получения мощности  300-400 ватт в усилителе использованы четыре  лампы ГУ-29 , включенных по двухтактной схеме.
Схема усилителя классическая , неоднократно описана в литературе (Л1).  Впервые  схема  была описана в радиолюбительской  литературе бывшего СССР в 80 годах прошлого века и была рассчитана для работы с ламповыми трансиверами.
Согласование с современными транзисторными трансиверами , имеющими низкое сопротивление выходного каскада без дополнительных цепей согласования невозможно.

Отсутствие описаний радиолюбительских конструкций , с решением вопросов согласования с современными трансиверами , привело к потере интереса к данной схеме подавляющим большинством радиолюбителей. Публикация ряда статей на сайте DL2KQ-EU1TT Гончаренко Игоря Викторовича  («Компенсация входной емкости»  и «Легкий и мощный РА») подтолкнуло авторов на разработку данного усилителя.
У многих радиолюбителей может возникнуть вопрос почему четыре ГУ-29 ?
Широкополосные трансформаторы на ферритах прекрасно работают  в транзисторных усилителях на транзисторах при низких сопротивлениях нагрузки. Попытки заставить их работать в усилителях на лампах при высоких сопротивлениях анодной нагрузки обречены .
Максимальное сопротивление анодной нагрузки  при котором  широкополосный трансформатор выполняет свои функции 300 ом.
Это ответ на вопрос почему четыре ….
Схема усилителя проста и не претендует на уникальность.  Цель данной статьи - описать конструкцию устойчиво работающего усилителя мощности и максимально возможно осветить вопросы изготовления и наладки.

Технические характеристики усилителя

Рабочие диапазоны - …….   10- 80 м  (160 м опционально)
КСВ по входу (на всех диапазонах) не более  ………  1,5
Мощность на  входе - …….  20 ватт
Выходная мощность - ……. Не менее 300 ватт
Ua = 600 вольт
Ia = 1 a
Вес  -  6 кг

Схема усилителя

Питание на усилитель подается включением тумблера В1. Напряжение сети ,через фильтр поступает на трансформатор Тр1. обеспечивая накал ламп , смещение на управляющие сетки ламп ГУ-29 и 27 вольт.  Лампы ГУ-29 закрыты напряжением – 60 в.
Через 2-3 секунды срабатывает реле Р1 , своими контактами замыкает резистор R1.  Схема задержки подачи сетевого напряжения на схему удвоения напряжения обеспечивает «мягкое»  включение  источника питания + 600 вольт.

Питание экранных сеток ламп  ГУ-29  осуществляется от стабилизатора , выполненного на транзисторе КТ 812. Напряжение смещения стабилизировано стабилитроном  D5. Усилитель  готов к работе.
При замыкании гнезда Гн1 происходит срабатывание реле  Р2 , Р3. Реле Р2 своими контактами  замыкает стабилитрон D5 на «мнимую землю» , переводя усилитель в рабочий режим.  Реле Р3 своими контактами подает напряжение + 27 в на реле Р4 и Р5 . Происходит подключение трансивера на вход усилителя и подключение антенны к выходу усилителя.
Сигнал с трансивера подается на вход усилителя через трансформатор Тр2 и фильтр  Баттерворта , согласующий выходное сопротивление трансивера со входом усилителя на лампах ГУ-29 в диапазоне 1,8-32 мгц. Подробное описание работы фильтра изложено в на сайте DL2KQ-EU1TT в статье «Компенсация входной емкости».
Усиленный сигнал  с анодов ламп через трансформатор Тр3 подается на контур L3 , а затем в антенну.

Конструкция усилителя и детали.

Трансформатор Тр1 любого типа с габаритной мощностью 90-100 ватт
U накала  ~ 12,6 вольт при токе 5 а
U смещения ~ 40 вольт при токе 50 ма
U питания реле ~ 20 вольт при токе 1 а

Реле:
Р1 – РЭН-34
Р2 , Р3 – РЭС-9
Р4 –РПВ 2/7
Р5 – РЭВ-14

Конденсаторы переменной емкости двухсекционные от старых ламповых радиоприемников с зазором между пластинами  0,3-0,5 мм и максимальной емкостью 1000 пф.
Приборы от старых магнитофонов с током полного отклонения 50-100 мка.
Трансформатор Тр2 намотан на ферритовом кольце ВЧ 30 (ВЧ 50) типоразмера  К20х15х5.  Намотка ведется одновременно тремя проводами МГТФ 0,25 без скрутки. Число витков 12.
Трансформатор Тр3 намотан трех ферритовых кольцах ВЧ 30  (ВЧ 50)  типоразмера  К32х16х8 .  Намотка ведется одновременно тремя проводами без скрутки. Число витков 12. Анодные обмотки намотаны проводом МГТФ 0,75 . Выходная обмотка намотана проводом МГТФ 1,0 .
Перед намоткой ферритовые кольца Тр2 и Тр3 обматываются двумя слоями фторопластовой ленты.
Катушки L1 и L2 намотаны на каркасах от старых телевизоров (d=8 с сердечником СЦР-1). Число витков 9. Намотка виток к витку проводом ПЭВ 0,4.
В качестве переключателя диапазонов использован стандартный переключатель  на 11 положений.
Три платы переключателя запараллелены.
Четыре лампы усилителя собраны на плате из алюминия размерами 150 х 140 мм.  
Шасси усилителя изготовлено из алюминия  Подвал шасси 40 мм.
Расположение деталей на шасси видно на фотографии усилителя. Внутри подвала  установлена плата блока питания ( с реле задержки включения +600 в и схемой РТТ) , собранная навесным монтажом на плате размерами  200 х 110 мм.
Катушка L3  изготовлена в соответствии с эскизом. (Точное положение отводов подбирается при окончательной настройке по максимальной мощности на эквиваленте 50 ом)

Внимание.

Для обеспечения устойчивой работы усилителя , предотвращения самовозбуждения необходимо выполнить ряд простых , но эффективных мер.
Перед установкой деталей на шасси усилителя необходимо проложить на шасси «землю» , изготовленную из белой жести.  «Земляные»  шины крепятся к шасси при помощи пустотелых заклепок. Между собой шины пропаиваются.
Конденсаторы переменной емкости соединяются с «землей»  шинами из белой жести.
Выполнение этих условий является гарантией устойчивой работы усилителя.

Входной фильтр усилителя монтируется на печатной плате из одностороннего стеклотекстолита .
Собранная плата устанавливается между ламповыми панельками ламп ГУ-29 .

Перед  началом монтажа ламп  ГУ-29 на плате необходимо изготовить и установить между ламповыми панельками «мнимую землю».
«Мнимая земля» изготовлена из белой жести и для жесткости имеет отбортовку с двух сторон. Расположение «мнимой земли» хорошо видно на фотографии подвала усилителя.
«Мнимая земля» крепится пайкой на свободных  ножках  №4 ламповых панелек ламп ГУ-29.
С «искусственной земли» на «землю» (корпус усилителя) в равноудаленных  точках припаиваются четыре конденсатора 1000 пф х 1,6 кв .
Для обеспечения безопасной работы усилителя  с бестрансформаторным питанием  КАТЕГОРИЧЕСКИ запрещено соединять ,  какие- либо источники питания с КОРПУСОМ УСИЛИТЕЛЯ.

Налаживание усилителя.

1. Налаживание усилителя начинают с блока питания , схемы задержки и РТТ. Все работы проводятся до установки платы питания в корпус усилителя.
1. Проверка правильности монтажа.
2. Проверка отсутствия короткого замыкания.
3. Подают на блок питания напряжение ~20 в
4. Проверяют наличие напряжения на +27в
5. Напряжение +27в  подают на схему задержки. Реле Р1 должно сработать через 1-2 сек после подачи напряжения.
6. Напряжение  +27в подают на схему РТТ. При  замыкании гнезда Гн1 на корпус усилителя должны сработать реле Р2 и Р3.
7. Подают на схему напряжение ~ 40 в . Проверяют наличие напряжение  - 60 в .
8. Подключают вольтметр к выходу схемы удвоения.
9. Подают напряжение сети на схему удвоения напряжения. Вольтметр должен показать напряжение на выходе удвоителя  +600 в.
10. Отключают схему удвоения от сети.
11. Подключают вольтметр к выходу стабилизатора  +250 в.
12. Подают  напряжение сети на схему удвоения. Вольтметр  должен показать напряжение на выходе стабилизатора около +250 в (зависит от  стабилитронов D3, D4)
2. Налаживание входной цепи усилителя.
1. Подключают полностью смонтированную плату  (эскиз №1) , с установленными лампами ГУ-29 к выходу трансивера.
2. Напряжения на лампы  ГУ-29 не подают.
3. Подают  возбуждение 20 ватт от трансивера на вход фильтра.
4. Регулировкой емкостей фильтра С1.С2 и L1,L2 добиваются КСВ на всех диапазонах в пределах 1,5.
5. Устанавливают плату №1 в корпус усилителя.
3. Производят межплатный монтаж.
4. Монтируют ВЧ часть усилителя. (Тр2. контур L3, переключатель)
5. Для окончательной настройки  усилителя необходимо иметь эквивалент антенны 50 ом , измеритель мощности или  ВЧ вольтметр.
1. Подключают усилитель к трансиверу.
2. На выход усилителя подключают эквивалент антенны.
3. Тумблером «Технологическая передача» переводят усилитель в режим «Передача».
4. Устанавливают ток покоя ламп ГУ-29 в пределах 80-100 ма.
5. Настройку усилителя начинают с диапазона 28 мгц.
6. Плавно подают возбуждение от трансивера от 0 до 20 ватт.
7. Производят настройку контура L3  конденсаторами С3 (настройка) и С4 (связь) , добиваясь максимальных показаний измерителя мощности .
8. Подбором положения отводов на катушке L3 добиваются максимальных показаний измерителя мощности на каждом диапазоне.
9. Результаты измерений полученной выходной мощности  и положения емкостей С3 и С4 заносят в таблицу.
10. При работе на реальную антенну первоначально устанавливают ручки конденсаторов С3 и С4 в соответствии с данными таблицы для данного диапазона.
11. Подстройкой конденсаторов С3 и С4 в небольших пределах добиваются максимальных показаний индикатора  Uant.

Правильно настроенный усилитель обеспечивает выходную мощность не менее  300 ватт на всех любительских диапазонах.
В авторском варианте усилитель обеспечивал выходную мощность в диапазоне  1.9- 7.0 мгц – 350 ватт , 10-28 мгц – 400 ватт.

Внешний вид усилителя