Усилитель мощности с безтрансформаторным источником питания на лампах с общим катодом

Усилитель мощности на полевых транзисторах

Идея создания данного усилителя возникла после того ,как была прочитана статья в Радио- дизайне N 3,4 за 1996 год "МДП транзисторы в усилителях мощности".

За основу были взяты IRF630 как наиболее дешёвые и распостранённые транзисторы,
цена их колеблется от 0,45 до 0,6 $.Крутизна транзисторов не менее 1,5 А/В,предельное напряжение сток исток 200В,мощность транзистора колеблится взависимости от фирмы производителя около 74 ват.Тоесть транзисторы с хорошими и надёжными показателями.

Специально плата не делалась фото способом,а брался двухсторонний текстолит и с одной стороны скальпелем удалялась лишняя фольга и образовывались прямоугольные площадки на которых производился монтаж.Главная идея заключалась в том,что рассположение деталей должно было производится в линеечку ,как нарисована схема УМ.Другая сторона платы,тоесть фольга по краю платы пропаивалась через 2-3 сантиметра через просверленные отверстия и в тех местах где рассполжены корпусные площадки.Таким способо было изготовлено около десятка усилителей.В процессе наладки они показали хорошую повторяемость,качественную и надёжную работу.Усилитель испытывался при напряжении питания 36-50 В,но наиболее надёжно и эффективно он работал при напряжении питания 40 В ,от стабилизированного источника .Расчёт усилителя производился под мощность 80 Вт,что-бы сохранить надёжность работы,хотя с него можно было выкачивать и более 100Вт.Правда надёжность работы транзисторов падала.

Рис.1.

Тразисторы IRF630 предназначены для работы в импульсных схемах(развёртки мониторов компьютеров,импульсные блоки питания) но при выведении их в режим близкий к линейному они дают хорошие показатели.Учитывая входную ёмкость транзистора,а это неболее 680 пикофарад (в зависимости от фирмы производителя) и учитывая тот факт ,что эти транзисторы управляются не током ,а напряжением в отличии от биполярных в данном усилителе не удалось устранить некоторый завал частотной характеристики,хотя схемотехнически меры принимались.Тем неменее некоторый завал наблюдается на частотах 18 мГц и выше.Но это присуще многим схемам в том числе и на биполярных транзисторах.Линейные харвктеристики усилителя хорошие,КПД более 55%,что подтверждает данные которые приводились в статье упомянутой выше.Самое главное это дешевизна комплектующих деталей в том числе и транзисторов,которые можно свободно преобрести на радиорынках,фирмах занимающихся ремонтом компьютерных мониторов и блоков питани.Для получения рассчётной мощности на вход усилителя необходимо подать сигнал не более 5 В действующего напряжения на нагрузке 50 Ом.Во всяком случае коэффициент усиленя можно уменьшать,при необходимости уменьшив номиналы резисторов R4,R14,R15 на рисунке 1 ,при этом остальные характеристики практически не изменятся.Но не стоит забывать ,что напряжение пробоя затвора транзисторов не превышает 20 В,тоесть максимальное действующее значение нужно умножить на 1,41.

Рис.2.

Плата коммутации рисунок 2,выполняется любым способом и соединяется проводами с усилителем,реле распопологаются у входа и выхода усилителя,а управление ими подводится к коммутационной плате,подстроечные резисторы R1,R2,R3 на рисунке 2 нужно применять многооборотистые предварительно установив их в крайнее положение близкое к корпусному выводу.Это делается для того чтобы при установке тока покоя резким движением движка не вывести из строя транзисторы,по скольку крутизна транзисторов достаточно высока и при не внимательном контроле мгновенно выходят из строя.С этой целью в истоковые цепи всех транзисторов введены резисторы которые уменьшают их крутизну по постоянке и тем самым ещё раз защищают их.Эти меры были приняты после того,как набравшись опыта работы с этими транзисторами и выбросив десятка полтора их в мусор стало понятно ,что такая крутизна по постоянному току не нужна.Установка тока каждого транзистора в отдельности сделана для того ,что-бы небыло надобности перебирать кучу транзисторов подбирая близкие по параметрам.Достаточно предварительно выставить токи покоя в Т1-около 150 мА,Т2,Т3-по 60-80 мА но одинаковы в каждом плече,на рисунке 1,а более точно или анализатором спектра или двухтоновым сигналом .Но ,как правило достаточно просто установить правильно токи покоя.Что касается трансформаторов,все они мотаются на кольцах из феррита марки НН и в зависимости от наличия проницаемость может колебаться от 200 до 1000.Размеры колец должны соответствовать мощности,я применял 600НН К22х10,5х6,5 .
Намотка производилась проводом ПЛШО-0,41 для Тр1 и ПЛШО- 0,8 для Тр2,Тр3.Хотя в связи с тем что не всегда можно найти провод нужного диаметра в шолковой изоляции намотка также произвотилась проводом ПЭВ2 предварительно прозвонив обмотки между собой после намотки трансформатора.Кольца перед намоткой обматывают слоем лакоткани. Данные обмоток для каждого трансформатора зависят от марки и типаразмера применяемых колец и их легко можно высчитать по формуле приведённой в справочнике С.Г.Бунина и Л.П.Яйленко"Справочник радиолюбителя-коротковолновика"
изданя Киев "Техника"1984год стр.154 формула 12.Вместо Rк для Тр1 ставить 50,для Тр2-15,дляТр3-25.Тр1 наматывается в три провода ,4 скрутки на сантиметр,Тр2 в 2 провода 1 скрутка на три сантиметра,Тр3 в два провода 1 скрутка на сантиметр.

П-фильтры L1,C31,C32,C35,C36 и L2,C33,C34,C37,C38 служат для приведения сопротивления нагрузки каждого из выходных транзисторов ,которое составляет около15 Ом к 25 Омам и на Тр3 -трансформаторе сложения мощностей каждого плеча выходное сопротивление становится равным 50 Омам.Одновременно это фильтры нижних частот с пполосой среза окло 34 мГц.L1,L2 -имеют по 5 витков провода ПЭВ-1,5 на оправке 8 мм,длина намотки 16 мм.Если эти данные полностью сохранить подстройку фильтров производить практически не нужно.Конденсатолры фильтра приметяются трубчатые или любые высокочастотные с соответствующей реактивной мощностью,это касается и конденсаторов С24,С25,С26,С27,С28,С29 учитывая и рабочее напряжение конденсаторов.
Все остальные конденсаторы должны быть также рссчитаны на соответствующие рабочие напряжения .
Теперь поговорим о том ,как нужно устанавливать транзисторы.Корпус этих транзисторов напоминает КТ819 в пластик с выодом стока на металлическую подложку.Этого не нужно бояться,а крепить их на радиатор рядом с платой усилителя мощности по разные стороны через слюдяные прокладки.Но слюда должна быть качественной и обработанна предварительно теплопроводящей очищенной от песка пастой.Я сознатель заостряю внимание на это в связи с тем ,что к слюде подводится не только постоянное напряжение ,а и напряжение ВЧ поскольку на фланец выведен стоковый вывод транзистора.Не нужну боятся завала на верхних диапазонах из-за такого крепления транзисторов по скольку ёмкость крепежа через слюду входит в ёмкость П-фильтров.И лучше прижимать транзисторыы не через отверстие в флнце,а дюралевой пластиной прижимающей два выходных транзистора сразу,это делает лучше теплоотдачу и не нарушает слюду.Такойже крепёж и у Т1,только в начале платы.
После включения и выставления всех режимов по постоянному току,подключаем нагрузку и корректируем АЧХ усилителя или с помощью ГСС и лампового вольтметра или при помощи измерителя частотной характеристики,я применял Х1-50.Ёмкостями С6,С7,С19,С18,С20,С21 можно корректировать характеристику в области 14-30мГц(рис1)по этому основная работа заключается в подборе этих ёмкостей и подъёме АЧХ в рпределах 24-30 мГц.

Светодиод,является индикатором перенапряжения ,он начинает подмигивать в случае появления сумарного напряжения на нём более 100 В,тоесть на стоке каждого транзистора появляется напряжение более 50 В,что превышает напряжение питания и сведетельствует о повышенном КСВ.При задействовании управляющего напряжения для цепей ALC ,которое будет изменять уровень мощности в зависимости от уровня напряжения на выходе светодиод не будет загораться.В любом случае нужно помнить,что выходные каскады на транзисторах нужно подсоединять к антенне через согласующее устройство.Ведь антенна это не активная нагрузка и на каждом из диапазонов ведёт себя по разному,даже если и написано,что работает на всех диапазонах.
После отладки усилитель с успехом можно использовать в составе радиостанции со стабилизированным 40 вольтовым источником питания.