Транзисторный усилитель мощности 100 Вт

Конструируя, более десяти лет, транзисторные усилители мощности я переделал множество конструкций наших радиолюбителей. Но большинство конструкций были либо сложны в изготовлении и настройки либо были склонны к самовозбуждению что приводило к мгновенному выходу из строя выходных транзисторов. Прочитав книгу Э.Реда "Справочное пособие по высокочастотной схемотехнике" и имея уже свой опыт я пришел к выводу что усилитель мощности должен быть максимально прост по схемному решению и самое главное он должен иметь минимальное количество радиоэлементов способствующих к его самовозбуждению.

А такими элементами являются дроссели и всевозможные катушки индуктивности. А два года назад мой товарищ Высоких С.Ю.(RX3VA) купил себе трансивер FT-840 и любезно предоставил мне его схему. Проанализировав схему FT-840 и увидев ее простоту я понял что это то что нужно. Конечно моя схема усилителя значительно отличается от родной FT-840 но кстати в сторону еще большего упрощения. Я думаю что моя схема одна из самых простых на сегодняшний день но к сожалению примененные в
ней транзисторы чрезвычайно дороги.

Принципиальная схема

Рис.1-2 Принципиальная схема

Методика изготовления

И так о самой схемотехники усилителей мощности применяемой мной она не требует травления плат весь монтаж делается по методу С.Г.Жутяева описанной в его книге "Любительская УКВ радиостанция". В общем этот метод подразумевает монтаж на вырезанных круглых площадках с применением специального резака. Я очень советую сделать такой резак из плоского надфиля что бы он не был слишком длинным рабочую часть ломают пополам. Надфиль хорош тем что он из очень прочной стали и его не придется затачивать у меня такой резак работает десять лет и я ни разу его не точил. А так же у надфиля очень удобная форма для изготовления такого резака и готовый хвостовик для зажимания в ручную дрель.

Способ изготовления и форму резака я не буду описывать наш народ очень изобретательный единственное скажу что обтачивать его лучше на тонком алмазном круге. Не поленитесь сделайте себе такой инструмент потому что с помощью его можно много что делать и он бывает порой незаменим. Далее вам потребуется радиатор обязательно игольчатый иначе он будет неоправданно большим. Размеры радиатора у моего усилителя ширина 100мм. длинна 150мм. высота игл 15мм. другая сторона радиатора гладкая. С гладкой стороны радиатора приворачиваем кусок одностороннего стеклотекстолита фольгой вверх с помощью четырех винтов М3 по углам отступив по 5мм. от краев. Прямоугольник из стеклотекстолита должен быть на 20мм. короче по отношению к длине радиатора а по высоте такой же его размеры ширина 100мм. длинна 130мм. а приворачивается он по центру радиатора то есть с каждой стороны остается по 10мм. голого радиатора. Это нужно для последующего закрепления радиатора к корпусу трансивера. Нужно так же нарезать полосок из одностороннего стеклотекстолита шириной 20-25мм. и длинной не менее 150мм. для изготовления боковых стенок платы что бы получить форму коробки но пока припаивать их не нужно.

Следующий этап вы должны намотать все трансформаторы данного усилителя для того что бы разметить монтаж так как четких установок здесь нет и монтаж в общем то произвольный и зависит только от примененных вами элементов. Естественно он должен быть максимально плотный. Далее я делаю так отмеряю на плате приблизительно 30мм. по длине платы в последствии на это место я впаиваю внутреннюю перегородку этот отсек в усилителе служит для размещения в нем стабилизатора на 5вольт микросхема КРЕН5А, стабилизатора 0.7волта КТ817А а также автоматики обдува радиатора. В оставшемся большом отсеке в общем то и находится схема самого усилителя. Монтируется она так: вы берете все транзисторы трансформаторы и начинаете примерять их расположение на плате с учетом других деталей и возможностью доступа к ним при пайки.

Самое главное определить месторасположение транзисторов. Далее вы сверлите отверстия под транзисторы КТ610 и КТ920 сверлом диаметр которого соответствует нарезке резьбы в теле радиатора под резьбу данных транзисторов, отверстия сверлятся сквозь плату и радиатор по месту. Далее размечаете вырезы в плате под выходные транзисторы и отворачиваете плату от радиатора, вырезаете на плате отмеченные вами квадраты под выходные транзисторы и просверливаете отверстия большего диаметра под тр-ры КТ610 КТ920 так что бы опорная площадка тр-ра свободно вставлялась. Вновь приворачиваете плату к радиатору предварительно нарезав в нем резьбы под тр-ры КТ610 КТ920 и вворачиваете данные транзисторы в радиатор при затягивании тр-ров они не обязательно совпадут своими выводами в нужную вам сторону. Поэтому вам придется подобрать под транзисторы прокладки желательно вырезать из медной фольги.

Рис. 3. Фотография монтажа деталей

И очень важный момент - все транзисторы обязательно должны быть посажены на незасыхающую смазку. Ни какая полировка радиатора не поможет. Прокладки под транзисторы так же должны быть смазаны с обеих сторон. С выходными транзисторами все гораздо проще их просто вставляем в квадратные отверстия нарезаем резьбу М3 в теле радиатора для их крепления и затягиваем их естественно через смазку. Далее приклеиваем к плате трансформаторы по месту я их клею подложив кусочек картона вырезанных от ненужных QSL-карточек приклеив сначала сам кусочек к плате а потом на него и сам тр-тор.

Перед установкой транзисторов у которых вывод эмиттера по схеме идет на землю эти выводы должны быть укорочены до минимума под запайку их к плате.

Рис.4 Внешний вид

Рис. 5 Монтаж внутри

Теперь о изготовлении трансформаторов конечно об этом было много написано в разной литературе но я расскажу как изготавливаю их сам.

Берете кусочек стеклотекстолита скальпелем или ножом расщепляете его чтобы его толщина была удобной для резки его ножницами. Берете ферритовые кольца которые вы предполагаете применять в данный тр-р накладываете два таких кольца впритык к друг другу и по внутреннему отверстию колец намечаете на фольге два отверстия убираете кольца и сверлите эти отверстия такого же диаметра как внутреннее отверстие кольца.

Лучше сделать несколько таких заготовок так как не всегда удается сразу точно просверлить. Далее потребуется медная тонкая фольга можно взять с экранов трансформаторов. Берем сверло диаметром чуть меньше того каким сверлили отверстия в заготовках и мотаем 1,5витка фольги на хвостовик этого сверла то есть делаем трубочки. В одной из стеклотекстолитовых заготовках мы прорезаем узкую полоску и снимаем фольгу между отверстиями. В любую из заготовок вставляем обе трубочки надеваем на них нужное количество колец надеваем вторую заготовку плотно сжимаем и аккуратно пропаиваем края трубочек к стеклотекстолиту срезаем излишки трубочек обрабатываем края надфилем. Затем ножницами срезаем излишки текстолита по размеру колец так же обрабатываем напильником и получаем аккуратный трансформатор. Ферритовые кольца применяемые в трансфор- маторах должны быть 400-1500НН. лучше всего 600НН. Теперь о размерах трансформаторов, выходной тр-р Т3 состоит из колец диаметром 10-12мм. с высотой общего набора 24мм. вторичная обмотка его 2витка провода МГТФ 0,75-1,0 . Тр-р Т1 , Т2 состоит из колец диаметром 7мм. , Т1 по3-4 кольца в каждом плече, Т2 по 4-5 колец. Первичная обмотка Т1 имеет 8 вит. МГТФ 0,3 а первичная Т2 имеет 4вит. МГТФ 0,3-0,5.

Вторичная обмотка выходных трансформаторов должна быть намотана обязательно проводом с фторопластовой изоляцией. Так как по нему протекает большой ток трансформатор нагревается и любой другой провод просто замкнет.

Вернемся к усилителю после установки транзисторов и приклеивания трансформаторов припаиваются стенки платы подогнанные по размерам, иначе потом их будет неудобно припаивать. И начинается сам монтаж нужные площадки вырезаются по мере необходимости в нужных вам местах.

Естественно что перед всеми этими действиями вся фольга на стеклотекстолите должна быть зачищена наждачкой и покрыта слоем канифоли растворенным в спирте или на худой конец а ацетоне.

Теперь о изготовлении дросселей я их делаю так беру кусочек провода нужного диаметра зачищаю его облуживаю подбираю кусочек снятый с многожильного провода изоляции так что бы он плотно одевался на мой кусочек провода а сверху на нее что бы плотно одевались ферритовые колечки маленького диаметра потом надеваю нужное количество этих колечек и фиксирую их клеем дроссель готов. Маленькие ферритовые колечки я беру от очень старых ЭВМ там была сделана память на кольцах.

Дроссели имеют по 5-7 колец, а провод применяют из расчета тока протекающего через него, на выходной трансформатор провод диаметром не менее 2мм. для остальных 1-1,5мм. для жесткости монтажа. Способ крепления диодов осуществляющих термостабилизацию транзисторов выходного и предварительного каскадов у меня я считаю тоже оригинальный
и простой в том месте где вам нужно поставить данный диод вы сверлите отверстие диаметром 4мм. аккуратно просверлив плату и немного углубившись в тело радиатора в это отверстие набиваете не засыхающую смазку и вставляете туда диод внутрь земляным выводом естественно этот вывод выходит наружу и припаивается сразу у края отверстия. Так обеспечивается отличный тепловой контакт и простота крепления поэтому я и применяю диоды КД102 КД103 в форме бусинок.

Сам усилитель мощности - это те элементы которые находятся на радиаторе но для подключения его к выходу смесителя трансивера после полосовых фильтров где сигнал обычно бывает около 200-500мв. потребуется собрать предварительный широкополосный каскад на транзисторе КТ610А он собирается на отдельной плате и соединяется с усилителем отрезком тонкого кабеля 50ом. Схемы предварительного каскада могут быть разные свою я привожу в статье.

Защита от высокого КСВ

Теперь о методах защиты данного усилителя от плохого КСВ .

Усилитель не требует специальных систем защиты кроме одной он должен быть оснащен системой принудительного обдува радиатора.

Не пытайтесь сделать усилитель мощностью более 40ватт без обдува радиатора . Сделать его конечно можно но радиатор будет размером с два кирпича. Поэтому мой усилитель оснащен простейшей но очень эффективной системой обдува автоматически включающей и выкл. вентилятор. Сам вентилятор у меня применен от процессора компьютера они сейчас не дефицит. Около выходных транзисторов посредине радиатора с помощью пассатиж выламываем иглы радиатора по контуру вентилятора. Далее сверлим отверстия под его крепление нарезаем резьбы М3 и через прокладки снизу, прикручиваем вентилятор. Выводы его просовываем в просверленное насквозь радиатора и платы отверстие. Вентилятор нужно подсоединить к устройству автоматики через простейший фильтр состоящий из дросселя ДМ01 индуктивностью 50-200мкг. и электролитом 20-100мкф. 16вольт. Если вам лень делать автоматику включите вентилятор постоянно он совершенно не шумит. Но обязательно через фильтр иначе будет небольшой шум на прием.

Терморезистор системы автоматики вентилятора у меня ММТ-4 и стоит он со стороны радиатора между его иглами выводы резистора проходят сквозь сквозные отверстия в плате и радиаторе один корпусной вывод запаян на землю внутри платы другой идет в автоматику на него надета изолирующая трубочка. Желающим сделать автоматику, имейте в виду что настраивать включение вентилятора нужно так что бы вентилятор начинал запускаться при нагреве радиатора чуть больше комнатной температуры в жаркий летний день. Это связано с инерционностью самого прогрева радиатора и терморезис- тора и обеспечит вам упреждающее охлаждение радиатора, а так же это связано с тем что данный вентилятор не рассчитан для охлаждения такой мощности. Как показала полуторогодовая практика эксплуатации моего трансивера с этим усилителем проблем с температурным режимом нет даже при работе в контестах. Усилитель обязательно требует подключения ФНЧ на каждый диапазон.

Схемы и конструкции ФНЧ могут быть любые. В моем трансивере применены полноценные двухзвенные ФНЧ переключаемые с помощью реле РЭС10 но габариты ФНЧ небольшие 70Х70Х50мм. Выполнены они на ферритовых ВЧ кольцах. Схема ФНЧ печаталась в издании "Лучшие конструкции 29-30 выставок творчества радиолюбителей" 1984 год, в статье "Коротковолновый трансивер МЕРИДИАН "стр.54.

Настройка

Теперь о настройке усилителя, она чрезвычайно проста.

Закорачиваете вход усилителя снимаете питание с выходных транзисторов питание на предварительные транзисторы КТ920 подаете через миллиамперметр и с помощью подбора диода Д1 устанавливаете ток покоя транзисторов 90-130ма. если ток будет очень мал можно включить последовательно два диода но лучше подобрать один.

Далее снимаете питание с предварительного каскада выставляете на эмиттере транзистора КТ817А напряжение около 0,7 вольта с помощью подстроечного резистора. Потом подаете через миллиамперметр питание на выходные транзисторы и выставляете ток покоя их равным 250-300ма. этим же резистором. После этого подключаете вход усилителя. Подключаете к выходу нагрузку 50-75ом подаете все напряжения, на выходные транзисторы через амперметр с током не менее 20А плавно подаете на вход сигнал до достижения тока около 20А.

В принципе ваш усилитель готов. Далее следует подстроить ФНЧ. Это можно сделать так включаете между усилителем и ФНЧ КСВ метр на выход ФНЧ подключаете нагрузку 50-75ом с измерителем выходного напряжения это может быть простейший прибор. И подбирая последовательно конденсаторы в ФНЧ добиваемся наименьшего КСВ при максимальном напряжении на выходе и минимальном токе потребления. Только не поймите минимальный ток потребления буквально просто дело в том что по мере настройки у вас будут возникать моменты когда ток будет резко расти а выходное напряжение оставаться на месте вот вам и нужно настроить емкости так где номинальный ток соответствует максимальному напряжению на выходе при этом не забывая о хорошем КСВ.

У меня в трансивере такой усилитель при напряжении питания 13,8 вольт потребляет максимально ток при телеграфной посылки 22А.

Для владельцев трансиверов мощностью до 5ватт.

Можно подключить данный усилитель зашунтировав его вход резистором 50ом 4ватта например два резистора МЛТ2 по 100ом. и подобрать мощность возбуждения так что бы ток усилителя не превышал 20А. Делать это нужно в самом усилителе а не в предварительном каскаде который собран на отдельной плате вам этот каскад вообще делать не нужно.

Будут вопросов - пишите на мой Email ua3vfs (at) mail.ru, или ua3vfs (at) contest.ru
73!