linear pa - WordPress.com

Vijesti iz HRS-a
Elektronika,
teorija, gradnje
Piše: Petar Miličić, 9A6A
Linearna pojačala za KV –
od ideje do realizacije
U
razgovoru s mnogim hrvatskim i
stranim radioamaterima često sam
čuo kako bi željeli izradili pojačalo za kratki
val, ali se ne usude jer nemaju iskustva.
Nažalost, posljednjih se godina vrlo malo
radioamatera bavi konstrukcijom raznih
uređaja. Izrada i testiranje onog što je
napravljeno je osnovna radioamaterska
djelatnost. Nema većeg užitka nego
nakon konstrukcije i izrade nekoga novog
uređaja provjeriti funkcionalnost na
radioamaterskim opsezima. S obzirom na
sofisticiranost današnjih radiouređaja, nama
radioamaterima konstruktorima, preostala
je konstrukcija i izrada periferne opreme
i uređaja kao što su antene, pretpojačala,
izlazna pojačala, preklopni sustavi za
antene, modemi za RTTY i ostale digitalne
komunikacije te razni mjerni instrumenti.
Zbog mnogobrojnih upita naših i stranih
radioamatera odlučio sam pomoći idejama
i rješenjima koja su primijenjena pri
izradi serije linearnih pojačala koju sam
konstruirao i napravio posljednjih
nekoliko godina.
U mom je matičnom radioklubu prije
nekoliko godina počela gradnja antenskih
sistema i objekta na novoj lokaciji. Ideja je
bila da napravimo 6 radnih mjesta, odnosno
po jedan radni stol za svako kratkovalno
frekventno područje. Na taj smo način
uvijek spremni raditi u multi/multi kategoriji
u svim natjecanjima. Iz tog se razloga javila
potreba izrade cijelog niza uređaja i opreme
koja će omogućiti vrhunski rad i stvoriti
uvjete za borbu za visoki plasman u svijetu
i Europi u najvećim svjetskim kratkovalnim
natjecanjima.
S obzirom na dosadašnje iskustvo u
konstrukcijama cijelog niza raznih
amaterskih uređaja i izrade nekoliko
različitih linearnih pojačala za KV i UKV,
preuzeo sam projektiranje, konstrukciju i
izradu potrebne opreme.
Napravljena je serija pojačala za svako
KV frekventno područje posebno.
Napravljen je prijamni sustav s niskošumnim
pretpojačalima neosjetljivim na rad u
velikom električnom polju, za distribuciju
signala iz više beverage antena i drugih
prijamnih antena na 3 frekventna područja
(160 m, 80 m i 40 m). Napravljeni su uređaji
za daljinsko preklapanje antenskih sustava i
sva prateća oprema potrebna za kvalitetan
multi/multi rad.
16
2012.
Slika 1. Slika pojačala
U ovom će članku biti opisan kompletan
razvoj tipiziranog pojačala za kratki val
koji sam razvio na bazi dosadašnjih iskustava
u izradi linearnih KV pojačala velike snage.
Iako se radi o klasičnim i već viđenim
rješenjima, smatram da je dobro na jednom
mjestu obraditi sve ključne probleme
koji se javljaju pri projektiranju i izradi
svih vrsta pojačala, bez obzira koje su cijevi
upotrijebljene. Kod konstrukcija s modernim
ruskim cijevima koje se sada često koriste
(serije GU, GS i GI) treba riješiti identične
probleme kao i s klasičnim staklenim
cijevima. Ali važna prednost klasičnih cijevi
je njihova dostupnost, robusnost i otpornost
na preopterećenje i pregrijavanje.
Osnovna shema svih izrađenih pojačala
prikazana je na slici 2. Ulazni i izlazni
prilagodni sklopovi proračunati su za svaku
frekvenciju posebno. Prikazana rješenja
moguće je prilagoditi za konstrukciju
pojačala za više frekventnih područja,
ali se pri tome gubi na kvaliteti i
jednostavnosti izvedbe. Sve ostale
komponente su identične u svim pojačalima.
w w w.hamradio.hr
Pri projektiranju je trebalo zadovoljiti
sljedeće uvjete:
-Pojačalo mora postići najveću dopuštenu
izlaznu snagu od 1 500 W svim vrstama
rada (CW, SSB i RTTY) bez opterećenja i
pregrijavanja i izdržati 48 sati rada s preko
60% vremena na odašiljanju.
-Pojačalo mora postići potrebnu izlaznu
snagu s pobudom baznog uređaja čija
snaga obično iznosi od 100 do 150 W
(TS 950, FT1000MP, FT2000 itd.), što
znači da je pojačanje pojačala oko 10...12 db.
-Pojačalo mora apsolutno zadovoljavati
sve tehničke karakteristike, osobito
što se tiče potiskivanja neželjenih
harmonika. Kod rada u multi/multi
kategoriji taj zahtjev je vrlo kritičan
jer se svi radiouređaji i operatori nalaze
u istoj prostoriji i svako neželjeno
zračenje kod rada s punom snagom može
prouzročiti velike smetnje na drugim
frekventnim područjima.
-Sva pojačala napravljena su kao
monobanderi, odnosno za jedno
frekvencijsko područje, čime je olakšano
podešavanje i izbjegnuti su problemi
s preklopnicima.
Radio hrs - 3 | 2012
Elektronika, teorija, gradnje
-Kod istovremenog rada velikog broja
uređaja, postavljen je i zahtjev da svi
ispravljači koji napajaju pojačala rade
kao punovalni trofazni ispravljači.
Zbog toga su napravljeni visokonaponski
ispravljači koji istovremeno mogu napajati
po dva pojačala, a podjednako opterećuju
sve tri faze.
Zbog vrlo strogog zahtjeva za istovremeni
rad svih pojačala iz iste prostorije i zahtjeva
da sva moguća štetna zračenja budu
svedena na najnižu moguću mjeru,
a da drugi i treći harmonik bude što
je moguće više potisnut, u pojačala je
ugrađeno ulazno prilagođenje koje
ujedno radi i kao pojasni filtar.
Izlazno prilagođenje na antenu također je
konstruirano kao klasični π-filtar i svojim
karakteristikama postiže zadovoljavajuće
potiskivanje viših harmonika.
Svaki pojedini sklop pažljivo je izračunat
te izmjeren i podešen u laboratoriju
prije ugradnje.
Projektiranje i proračun pojedinih sklopova
pojačala zahtjeva nekoliko faza koji će biti
detaljno opisani po sljedećim poglavljima:
1. Izbor izlaznih cijevi
2. Izbor načina pobude (Ground Grid ili G1)
3. Izbor i izračun ulaznog filtra i
ulaznog prilagođenja
4. Izračun i izrada katodne prigušnice
5. Proračun izlaznog prilagođenja – π-filtar
6. Proračun i izrada visokonaponske RF
prigušnice
7. Način podešavanja radne točke
za C i AB klasu
8. Sklop za preklapanje potrebnih napona
te ulaznog i izlaznog releja
9. Način prikaza anodne struje Ia i
relativne snage RF
10. Konstrukcija
visokonaponskog ispravljača
1.Izbor izlaznih cijevi
Prije početka konstrukcije, morali smo
odlučiti koje ćemo cijevi koristiti pri izradi
ove serije pojačala. Osnovni uvjet je bio
mogućnost nabavke dovoljnog broja
cijevi po razumnoj cijeni i mogućnost
nabavke podnožja (također po razumnoj
cijevi). Drugi kriterij je bio robusnost i
tehničke karakteristike cijevi te koeficijent
iskorištenja koji se može postići.
U tablici 1. sam skupio i složio tehničke
karakteristike cijevi koje se mogu naći
na tržištu, a mogu se koristiti za izradu
linearnih pojačala. Karakteristike cijevi su
približne jer razni proizvođači prikazuju
tehničke karakteristike na različite načine
i u različitim sklopovima.
To osobito vrijedi za ruske cijevi, gdje nisu
točno definirane granične frekvencije
niti strmina cijevi (pojačanje).
Radio hrs - 3 | 2012
Slika 2. Osnovna shema svih pojačala
Pri odabiru cijevi za KV izlazno pojačalo još
i danas se često koriste klasične staklene
cijevi konstruirane prije nekoliko desetljeća i
koje se više ne proizvode. Također se koriste
i metalno keramičke cijevi konstruirane
devedesetih godina prošlog stoljeća kao što
su 8873, 8874, 3CX400, 8875, 3CX1200,
itd. Cijevi tipa 3CX1500/8877 su posljednje
cijevi te serije koje će proizvoditi EIMAC i
Svetlana do 2020. godine.
Mnoge druge cijevi se više ne proizvode,
ali se još uvijek mogu nabaviti preko
e-baya ili na HAMRADIO sajmu
u Friedrischshafenu.
Sve do nedavno za većinu ruskih cijevi
vladalo je mišljenje da su nepouzdane.
Često se događalo da grijanje pregori
nakon desetak sati rada ili da cijev uopće
ne proradi. U zadnje je vrijeme taj
nedostatak većinom otklonjen.
Cijene ruskih ekvivalenata su neusporedivo
niže od cijena identičnih cijevi proizvedenih
u firmi EIMAC, makar se i kod tih cijevi
događalo da imaju mehaničke probleme.
Zbog pozitivnih i negativnih iskustava
s ruskim i EIMAC cijevima, bilo je teško
odlučiti i napraviti dobar odabir.
Trebalo je odabrati ili jeftinu rusku cijev
s nepouzdanim rezultatom ili skupu
EIMAC cijev. Budući da je na raspolaganju
bilo dovoljno klasičnih staklenih cijevi s
podnožjima, odlučili smo koristiti staklene
cijevi koje se još uvijek mogu naći na tržištu
i za koje se još uvijek relativno jeftino mogu
nabaviti keramička podnožja.
Za pojačala manje snage (do 500 W)
upotrijebljena je jedna cijev QB4/1100.
Za pojačala do 1 000 W koristio sam
dvije cijevi QB4/1100 s radnim naponom
od 3 000 V. Za velika pojačala koje mogu
izdržati kontinuirani RTTY rad do 1 500 W
korištene su dvije cijevi QB5/1750,
pri radnom naponu od 5 kV.
2.Izbor pobude
Način pobude izlaznog pojačala vrlo je
važan za stabilnost i kvalitetu rada.
U obzir su dolazile dvije mogućnosti:
-Ground grid ili pobuda u katodi s
uzemljenim rešetkama (Sl. 4.),
-pobuda u prvoj rešetki G1 (Sl. 5.).
Kod SSB rada izlazno pojačalo mora biti
stvarno linearno. To znači da oblik signala
na izlazu pojačala mora biti potpuno
identičan sa signalom koji izađe iz odašiljača
i uđe u pojačalo. Pojačanje snage mora biti
konstanto bez obzira na razinu ulaznog
signala. Bilo kakva devijacija ili promjena
signala može dovesti do pojave izobličenja,
a time i generiranje velikih smetnji.
Slika 3. Izlazne cijevi QB5/1750
w w w.hamradio.hr
Pobuda u prvoj rešetki zahtjeva malu ulaznu
snagu, ali je teško napraviti takvo pojačalo
i dobro potisnuti neželjene produkte.
2012.
17
Vijesti iz HRS-a
Elektronika,
teorija, gradnje
Tablica 1.
Tip
Vrsta
cijevi
Disipacija
(W)
Anodni
napon
(V)
Anodna
struja
(mA)
DC struja DC napon DC struja DC napon Granična
mrežice mrežice mrežice mrežice frekvencija
G1 (mA)
G1 (V)
G2 (mA) G2 (V)
(MHz)
Napon
grijanja
(V)
Struja
grijanja
(A)
Klasa
(tipično)
811-A
trioda
65
1 500
175
50
0
60
6,3
4
AB1
812-A
trioda
65
1 500
175
35
-120
60
6,3
4
C
3CX100
trioda
100
1 000
125
50
-20
2 500
2C39
trioda
100
1 000
60
40
-35
500
572B
trioda
160
2 750
500
45
-2
-180
30
Snaga
pobude
Izlazna
snaga
3
155
6,5
190
6
1,05
A-GG
6
27
6,3
1,1
G1-C
5
20
6,3
4
C-GG
100
600
810
trioda
175
2 500
300
75
4,5
C
19
575
8873
trioda
200
2 200
250
96
500
6,3
3,2
AB2
27
505
8875
trioda
300
2 200
250
98
500
6,3
3,2
AB2
27
505
100
C
23
780
-125
833A
trioda
350
3 300
500
10
10
GI6b
trioda
350
2 500
600
500
12,6
1,925
AB1
7
250
GI7b
trioda
350
2 500
600
3 000
12,6
1,925
AB1
7
650
2 500
12,6
1,08
C
3
450
500
6,3
3,2
AB2
27
505
110
5
14,5
GG
32
655
850
GS34
trioda
350
2 500
400
8874
trioda
400
2 200
350
98
3-400Z
trioda
400
3 000
350
120
0
115
-75
3-500Z
trioda
400
3 000
400
GI39b
trioda
400
3 000
1 400
3CX800
trioda
800
2 250
600
60
-8,2
300
0
3-1000Z
trioda
1 000
3 000
800
GS39b
trioda
1 000
3 000
1 400
3CX1200
trioda
1 200
5 000
800
8877
trioda
1 500
4 000
1000
GS35b
trioda
2 000
3 000
1 400
3CX3000F7
230
30
10
110
-10
-8,2
5
14,5
C
22
1 200
12,6
3,7
AB1
5
150
350
13,5
1,5
AB2-GG
16
750
1 360
110
7,5
21,3
GG
65
2 000
12,6
3,4
C
7
700
110
7,5
21
AB2-GG
85
1 500
5
10
250
1 200
AB2
57
1 520
12,6
2,95
C
26
2 786
AB1
410
7 266
trioda
4 000
5 000
2 500
600
0
75
7,5
61,5
6146
tetroda
25
750
120
3,1
-62
11
250
60
6,3
1,25
C
0,2
70
807
tetroda
30
750
70
75
-35
8
300
60
6,3
0,9
C
0,22
50
6146B
tetroda
35
750
QQE06/40
tetroda
60
600
814
tetroda
65
1 500
145
4E27
tetroda
75
4 000
813
tetroda
125
2 500
4-125A
tetroda
125
3 000
803
tetroda
125
4X150A
tetroda
150
4X250B
tetroda
250
4CX300A
tetroda
4-400A
tetroda
GS36b
tetroda
400
4CX250B
tetroda
500
2 000
250
-90
5-500A
tetroda
500
4 000
320
-112
140
3,4
-92
9,5
250
60
6,3
1,125
C
2 × 2,5
-80
16
250
500
12,6
0,9
AB1
10
-150
20
300
30
10
3,25
C
150
6
-200
11
750
75
5
145
0
-95
27
800
30
10
260
178
-43
6
600
120
2 000
150
25
-80
45
600
20
10
2 000
200
15
-105
20
400
500
6
2 000
200
17
-100
25
400
175
6
2,1
300
2 000
500
100
-50
30
400
500
6
400
4 000
317
0
-130
14
600
110
5
2 100
400
325
500
6,3
2,15
19
300
500
6
2,6
C
26
600
30
10
10,2
AB1
2 × 100
-60
26
6,5
7,5
0,3
85
2 x 0,5
90
3,2
130
230
C
1,4
5
AB2
0,35
650
10,8
AB2
1
400
5
C
2
210
2,6
C
0,8
195
AB1
0
650
2,75
AB1
0
650
14,5
AB1
0
425
AB1
0,2
740
2,9
390
0
612
GU74b
tetroda
600
2 000
750
-150
300
250
12,6
AB1
2
550
4-1000A
tetroda
1 000
6 000
1 200
-60
95
1 000
110
7,5
21
AB2
11
3 000
4CX1000A
tetroda
1 000
3 000
1 800
-55
60
400
400
12,5
35
AB1
QB3.5/750
tetroda
1 250
4 000
350
9
-225
45
500
75
5
14,1
C
2,5
QB4/1100
tetroda
1 400
4 000
350
25
-220
25
600
110
5
14,1
C
1,8
QB5/1750
tetroda
2 200
5 000
440
35
-200
80
600
60
10
9,9
C
2 200
350
250
27
3,5
0
-150
80
400
250
27
3,7
700
800
26
3,5
C
GU78b
tetroda
2 500
3 200
GU84b
tetroda
2 500
2 200
GS3a
tetroda
3 000
2 700
18
2012.
-150
5 600
w w w.hamradio.hr
3,6
3 360
1 000
1 100
12
1 760
AB1
1
2 500
AB1
1
1 500
300
2 200
Radio hrs - 3 | 2012
Elektronika, teorija, gradnje
Vrlo je teško izvesti kvalitetnu neutralizaciju
koja smanjuje mogućnost nekontroliranog
osciliranja pojačala. Zbog toga je odlučeno
da sva pojačala rade u GG spoju.
Za radioamaterske potrebe pobuda u katodi
s uzemljenom rešetkom (Ground grid – GG)
je idealno rješenje koje rješava mnoge
probleme koji se javljaju pri izradi pojačala.
GG spoj zahtjeva nešto veću razinu ulaznog
signala (80...120 W), što nije problem jer tu
snagu ima većina amaterskih radiostanica.
U GG spoju nije potrebna neutralizacija,
a uzemljenjem rešetki nije potreban dodatni
ispravljač za G1 i G2 koji bitno poskupljuje
i dodatno komplicira izradu pojačala.
Odabir načina pobuđivanja cijevi ovisi i o
konstrukciji cijevi. Kod modernih keramičko
metalnih cijevi mnogo je lakše napraviti
pojačalo s pobudom u G1 jer su i unutrašnji
kapaciteti tih cijevi bitno manji i mehanička
konstrukcija pojačala je bitno drugačija od
klasičnih staklenih cijevi.
Tipično pojačanje pojačala u GG spoju je
od 10 do 12 db, što znači da sa 100 W
pobude može postići od 1 000 do 1 500 W
izlazne snage, ovisno o upotrijebljenoj cijevi,
izvedbi pojačala i frekvenciji.
Sklop s podešenom katodom sastoji se
od bifilarno namotanih feritnih štapova
i ulaznoga titrajnog kruga.
Time se postiže mali gubitak snage i
dobro ulazno prilagođenje, odnosno
dobar SWR koje „vidi“ odašiljač.
3.Ulazno prilagođenje
Ulazna impedancija kod pojačala s dvije
cijevi QB5/1750 pobuđivanih u katodi je
oko 50 Ω, pa je VF signal moguće dovesti
direktno preko jednog kondenzatora na
katodu. Takvo sam rješenje primijenio
kod linearnog pojačala za sva frekventna
područja jer bitno pojednostavljuje izvedbu.
Nije potreban preklopnik na ulazu za
izmjenu ulaznih filtara, a SWR je na svim
područjima zadovoljavajući. Osim toga,
većina modernih radiostanica ima ugrađeno
automatsko antensko podešavanje koje
se vrlo lako može podesiti na impedanciju
ulaza pojačala. Kod svih izrađenih
monoband pojačala ugrađeno je rezonantno
prilagođenje izvedeno u spoju π-filtra.
Proračun je rađen za faktor dobrote Q = 2,
što potpuno zadovoljava prijenos unutar
svih frekventnih područja sa SWR-om
manjim od 1,3 na rubovima frekventnog
područja.
Za svako frekventno područje izrađeno
je posebno prilagođenje. S obzirom da je
ulazna impedancija oko 50 Ω, korišteni
su podaci objavljeni u The 1990 ARRL
Handbooku i prilagođeni mjerenjem
svakoga pojedinog π-filtra.
Slika 4. Ground grid ili pobuda u katodi s uzemljenim rešetkama
U tablici 2. prikazane su okvirne vrijednosti
za L1, C1 i L 2. Točne vrijednosti dobiju se
mjerenjem na svakom konkretnom slučaju,
ali ne odstupaju puno od izračunatih
vrijednosti:
Tablica 2.
Frekvencija
(MHz)
1,8
C1
(pF)
L1
(µH)
C2
(pF)
1 640
4,2
1 680
3,5
820
2,07
820
7
430
1,18
420
14
220
0,59
210
21
150
0,39
150
28
100
0,3
100
Na slici 7. vidi se ulazno prilagođenje na
pojačalu za 1,8 MHz.
4.Izračun i izrada
katodne prigušnice
Vrlo bitan dio pojačala u GG spoju je
katodna prigušnica, RF1. Ona mora
zadovoljavati nekoliko uvjeta.
Prvi je da bez prevelikog zagrijavanja
izdrži veliku i konstantnu struju grijanja,
Slika 5. Pobuda u prvoj rešetki G1
Radio hrs - 3 | 2012
w w w.hamradio.hr
2012.
19
Vijesti iz HRS-a
Elektronika,
teorija, gradnje
Zbog toga se kao izlazno prilagođenje koristi
klasičan π-filtar koji potpuno zadovoljava
te funkcije.
Kod tranzistorskog pojačala otpor
opterećenja RL može se izraziti:
RL =
Vcc2
2 × P0
Gdje je:
RL – otpor opterećenja,
Vcc – napon kolektora,
Po – snaga pojačala u vatima.
Pojačalo s cijevima ima kompleksnu
karakteristiku prijenosa struje i napona.
Svaka klasa (A, AB, B i C) izlaznog pojačala
daje različite efektivne srednje vrijednosti
(RMS) visokofrekventne struje i napona
kroz izlazno opterećenje.
Slika 6. Shema ulaznog π - filtra
Slika 7. Ulazno prilagođenje – ulazni π filtar
koja u konkretnom slučaju iznosi 20 A za
dvije cijevi. Isto tako, mora imati veliki
induktivitet kako bi predstavljala veliki otpor
za visokofrekventni napon koji pobuđuje
izlazne cijevi. U svim izrađenim pojačalima
prigušnica RF1 je napravljena od 3 feritna
štapa dužine oko 15 cm. Štapovi su zaliveni
u plastičnu masu kojom se učvršćuju
transformatori. Žica je debljine 4 mm2 i
bifilarno je motana preko cijele duljine
feritnih štapova i ima oko 30 zavoja.
To se pokazalo dovoljno za sve frekvencije
od 1,8 MHz pa do 30 MHz. Prigušnica mora
biti dobro uzemljena kondenzatorima na
strani prema transformatoru.
5.Proračun izlaznog
prilagođenja – π-filtar
Slika 8. Podešavanje ulaznog π filtara
Kod konstrukcije linearnog pojačala
najviše je pažnje posvećeno proračunu,
izradi i mjerenju izlaznog prilagođenja.
Osnovna zadaća izlaznog filtra je
da izdvoji samo rezonantnu frekvenciju,
što bolje potisne više harmonike i
kompletnu VF snagu prenese sa što manje
gubitaka preko koaksijalnog kabela
u antenu. Impedancija na anodi iznosi
oko 1 600... 2 000 Ω, a impedancija
antene je 50 Ω.
Slika 9. Ulazna prigušnica RF1
20
2012.
AB klasa
C klasa
w w w.hamradio.hr
Radio hrs - 3 | 2012
Elektronika, teorija, gradnje
Optimalni otpor opterećenja za pojačala s
cijevima dobije se odnosom istosmjernog
napona na anodi i istosmjerne anodne
struje kod najvećeg signala, podijeljenim
s konstantom različitom za svaku klasu
pojačala.
RL =
Va
K × Ia
Gdje je:
RL – izlazni otpor u omima,
Va – istosmjerni napon na anodi
u voltima,
Ia – istosmjerna anodna struja,
K – konstanta ovisna o klasi pojačala.
Eksperimentalno su nađene vrijednosti
za konstantu K koja ovisi o klasi pojačala:
- klasa A – K = 1,3;
- klasa AB – K = 1,5 – 1,7;
- klasa B – K = 1,57 – 1,8;
- klasa C – K = 2.
Prema tome, izlazni otpor RL za AB klasu uz
anodni napon Ua = 5 000 V i najveću struju
Ia =1,5 A može se dobiti:
RL =
5 000
= 1 960 Ω
1,7 × 1,5
Anodni krug mora prenijeti svu snagu,
a strujni faktor pojačanja Q pomaže
potiskivanju stvorenih viših harmoničnih
frekvencija. Q faktor od 10 do 12
u potpunosti će zadovoljiti zahtjeve
efikasnosti, potiskivanja harmoničnih
frekvencija i dobivanja praktičnih vrijednosti
za kapacitete C1 i C2 i induktivitet L.
Izračun je napravljen za prilagođenje
ulazne impedancije RL = 1 960 Ω na
impedanciju antene Rant = 50 Ω.
Slika 12. Shema prilagođenja s 1 960 Ω na 50 Ω
Ako su:
Q0 = 12,
RL = 1 960 oma,
Ra = 50 oma.
Izračun za Q faktor ulaznog kruga Q1:
Q1 =
Q1 =
R L × Q1 –
R L × Ra × Q02 – (R L – Ra)2
R L – Ra
1 960 × 12 –
1 960 × 50 × 12 2 – (1 960 – 50)2
1 960 – 50
= 10,34
Slika 10. Izlazno π - prilagođenje
Izračun za Q faktor izlaznog kruga Q1:
Q2 = Q0 - Q1 = 12 - 10,34 = 1,66
Iz izračunatih vrijednosti za faktore Q1 i Q2
može se izračunati vrijednosti impedancije
kapaciteta C1 i C 2 i induktiviteta L u π-filtru:
XC1 =
R1
=
Q1
XC2 =
50
R2
=
1,62
Q2
XL =
1 960
10,34
= 189,55 Ω
= 30,8 Ω
R × Q0
=
Q12 + 1
=
1 960 × 12
=
10,342 + 1
=
23 520
= 217,91 Ω
107,91
Slika 11. PI filtar u pojačalu
Radio hrs - 3 | 2012
w w w.hamradio.hr
2012.
21
Vijesti iz HRS-a
Elektronika,
teorija, gradnje
S obzirom na to da se radi o vrlo visokim
naponima koji nastaju na anodi, ali i na
izlaznom kondenzatoru, ako nije dobro
1
ugođen, jedino kvalitetni vakuumski
C1 =
kondenzatori mogu izdržati zadane uvjete.
2 × π × f × XC1
Pokazalo se da se u zračnom kondenzatoru
1
uz malo vlage u zraku pri neprilagođenom
C2 =
izlazu vrlo lako može stvoriti električni
2 × π × f × XC2
luk proboja visokofrekventnog napona na
XL
masu. Time se trajno mogu oštetiti ploče
L=
2×π×f
kondenzatora (postanu neupotrebljivi).
Kao prvi kondenzator korišten je vakuumski
Za frekvenciju od 14,200 MHz dobiju se
kondenzator od 30 do 500 pF i radnog
sljedeće vrijednosti:
napona 7 kV. Drugi kondenzator za pojačala
od 3,5 MHz do 28 MHz ima kapacitet od
1
C1 =
=
59,1
pF
100 do 1 200 pF, a za pojačalo koje radi
2 × 3,14 × 14,2 × 106 × 189,55
na 1,8 MHz korišten je kondenzator od
150 do 2 000 pF i radnog napona do 5 kV.
1
Za postizanje potrebnih vrijednosti u
C2 =
= 363 pF
2 × π × 14,2 × 106 × 30,8
π-filtru, drugom vakuumskom kondenzatoru
se za područje od 1,8 MHz paralelno
217,91
dodaju fiksni keramički kondenzatori.
XL =
= 2,44 μH
2 × π × 14,2 × 106
Induktiviteti u π-filtru motani su kao
zračne zavojnice posrebrenom bakrenom
Vrijednosti za C1, C 2 i L za sve ostale
cijevi i učvršćeni su na keramičkim
frekvencije izračunate su i prikazane
stupićima. Svakom π-filtru je ispitana
u tablici 3.
rezonantna frekvencija pomoću signal
Tablica 3.
generatora i osciloskopa. Pri mjerenjima
π-filtar je spojen na izlaz cijevi jer se kod
f
C1
C2
L
proračuna mora uzeti u obzir i anodni
(MHz)
(pF)
(pF)
(µH)
kapacitet cijevi (Ca1 = 8,3 pF za jednu cijev),
1,8
491
2 870
19,2
pa to utječe na ukupnu rezonanciju.
3,5
226
1 435
9,5
Vrijednosti kapaciteta C1 i C 2 te induktiviteta
L za Q = 12 izračunavaju se po formuli:
7
118
727
4,8
14
59
363
2,44
21
39
243
1,63
28
29
182
1,22
Nakon eksperimentiranja s različitim
kondenzatorima u π-filtru, pokazalo se
da se najbolji rezultat postiže ako su
oba izlazna kondenzatora vakuumska.
6.Proračun i izrada
visokonaponske
RF prigušnice
Vrlo kritičan element kod konstrukcije
linearnog pojačala je anodna prigušnica
RF2. Prigušnica mora bez gubitaka dovesti
istosmjerni visoki napon na anodu cijevi,
ali mora predstavljati veliki otpor za
visokofrekventne napone koji se odvode
preko π-filtra na antenu.
Slika 13. Mjerenje rezonancije π-filtra
22
2012.
S obzirom na to da se prigušnica redovito
nalazi u blizini izlaznih cijevi mora biti
napravljena od kvalitetnog materijala
otpornog na veliku toplinu. Prigušnica se
najčešće radi od keramičke cijevi ili
teflonskog štapa promjera 2...3 cm i
dužine 10...15 cm. Prigušnicu je bolje
napraviti od keramičke cijevi jer se može
bolje odvoditi toplina. Moguće je koristiti
stare keramičke otpornike velike snage
kojima je skinuta otporna žica i na tijelo
je namotana lakirana bakrena žica.
Kroz prigušnicu teče najveća struja od 1,5 A
pa žica mora imati odgovarajući promjer.
Na izrađenim pojačalima korištena je žica
promjera 0,5...0,75 mm. Za pojačala manje
snage s QB4/100 korištena je žica promjera
0,3 mm. Za frekvencije od 3,5 do 28 MHz
dovoljno je oko 90 µH, dok za frekvenciju od
1,8 MHz prigušnica mora imati induktivitet
preko 150 μH kako bi gubici izlazne snage
bili što manji.
Otpor prigušnice XRF induktiviteta 150 μH
na 1,8 MHz iznosi:
X RF = 2 × π × f × L =
= 2 × π × 1,8 × 106 × 150 × 10 -6 = 1 696 Ω
Vrijednost impedancije od 1 696 Ω potpuno
zadovoljava tehničke zahtjeve.
Impedancija za ostale frekvencije može se
vidjeti u tablici 4.
Tablica 4.
f (MHz)
XRF (Ω)
1,8
1 696
3,5
3 298
7
6 597
14
13 194
21
19 792
28
26 389
Slika 14. Anodna prigušnica
w w w.hamradio.hr
Radio hrs - 3 | 2012
Elektronika, teorija, gradnje
Osim dovoljnog induktiviteta i debljine
žice treba voditi računa i o rezonanciji
prigušnice. S obzirom na to da se najčešće
jedna prigušnica koristi u pojačalima koja se
koriste za sva frekventna područja, vrlo je
važno da rezonantna frekvencija ne upada
u nijedno područje na kojem će pojačalo
raditi jer može doći do neželjenih pojava.
Može doći do izgaranja prigušnice ili
generiranja viših harmonika i smetnji.
Kada se prigušnica namota treba izmjeriti
rezonantnu frekvenciju pomoću grid-dip
metra kratkim spajanjem oba kraja
prigušnice. Druga metoda je mjerenje
pomoću signal-generatora i osciloskopa.
Ako se mjerenjem ustanovi da postoji
rezonancija unutar ili blizu bilo kojeg
amaterskog područja na kojem će pojačalo
raditi, potrebno je dodati ili oduzeti
par zavoja. Prigušnica se mora dobro
uzemljiti za VF struje pomoću kondenzatora
na strani odakle dolazi visoki napon.
Kondenzator mora biti predviđen za radni
napon najmanje 20% veći od primijenjenog
anodnog napona. Za blokiranje prigušnice
za anodni napon od 5 000 V koristio sam
kondenzator od 4,7 nF/7 kV.
Slika 15. Shema prednapona za G1
Za razdvajanje istosmjernoga visokog
napona od izlaznog VF napona, mora se
koristiti vrlo kvalitetan visokonaponski
kondenzator. Na anodi se javljaju vrlo visoki
naponi, a π-filtar je preko izlazne prigušnice
ili antene galvanski spojen na masu.
U pojačalima je korišten visokonaponski
kondenzator od 4,7 nF i radnog napona
od 7 kV, koji je predviđen za VF rad.
7.Način podešavanja
radne točke
za C i AB1 klasu
Sva su pojačala projektirana za rad u
C i AB klasi. Kod rada SSB modulacijom
pojačalo mora raditi u linearnom režimu
kako bi se izbjegle neželjene smetnje.
Jedan način dovođenja pojačala u linearno
područje rada je osiguranje prednapona
prve rešetke na način da se u ispravljaču
negativni pol ne spaja direktno na masu
nego vodi preko otpornika. Na srednji izvod
transformatora za grijanje spaja se taj
izvod iz ispravljača. Time se postiže razlika
potencijala rešetke u odnosu na katodu
pa postoji struja mirovanja potrebna
za rad u AB kasi.
Pri izradi trofaznih ispravljača koji su
napravljeni kao posebne jedinice pokazalo
se da nije praktično, ali ni sigurno izvesti
taj pozitivan prednapon. Zbog toga je
primijenjeno drugo rješenje. Na prvu se
rešetku dovede mali pozitivan prednapon
preko prigušnice dobro uzemljene za
visokofrekventne struje pomoću keramičkih
kondenzatora. Za linearan rad u AB klasi
cijevi QB5/1750 potrebna je anodna struja
mirovanja od 56 mA.
Slika 16. Shema ispravljača
Radio hrs - 3 | 2012
w w w.hamradio.hr
2012.
23
Vijesti iz HRS-a
Elektronika,
teorija, gradnje
Na prijamu prednapon iznosi -34 V tako da
su obje cijevi potpuno zakočene, ne šume
i ne stvaraju smetnje. Na predaji u C klasi
prednapon je 0 V, a za AB klasu napon je
oko +17 V i struja mirovanja za dvije cijevi
je oko 120 mA.
8. Sklop za preklapanje
potrebnih napona,
ulaznog i
izlaznog releja
Za rad cjelokupnog pojačala potrebni su
sljedeći naponi:
- +12 V za napajanje svih releja,
- - 40 V za napon kočenja cijevi
na prijamu,
- regulirani napon od 0 V do +40 V
za podešavanje radne točke,
- +28 V za napajanje ulaznog i izlaznog
koaksijalnog releja.
Na slici 19. prikazana je donja strana
pojačala za 14 MHz sa svim potrebnim
naponima, ulaznom prigušnicom,
ulaznim π-filtrom, ulaznim koaksijalnim
relejom i logikom za preklapanje.
Kod dugotrajnog rada u natjecanjima,
uređaji koje koristimo mogu se jako zagrijati
ako rade punom snagom, osobito ako se
radi RTTY. Zbog toga je bolje staviti malo
linearno pojačalo koje smanjenu snagu
uređaja (oko 10...20 W) pojača na potrebnih
100...150 W za pobudu pojačala.
U tom slučaju i bazni uređaj i međupojačalo
rade pri vrlo malom opterećenju i nema
opasnosti od pregrijavanja. Ali tu se javio
problem preklapanja svih releja i dovođenje
pune snage na izlazni relej prije nego što je
relej prebacio na antenu. Zbog toga je
u izlazno pojačalo ugrađen dodatni relej RL 5
koji prebacuje na predaju međulinear.
Time se sprječava dovođenje pune snage
prije preklapanja releja. Tek kad se svi releji
u pojačalu preklope na odašiljanje, preklope
se i releji u međulinearu. To se u praksi
pokazalo kao dobra zaštita izlaznih releja,
ali i sprečavanje generiranja smetnji na
drugim frekvencijama.
9.Način prikaza
Ia i RF snage
Nakon dosta eksperimentiranja pokazalo se
da od svih podataka na prednjoj ploči
treba imati samo točan podatak o struji
kroz cijev i podatak o relativnoj snazi.
Izvedbom transformatora za grijanje sa
srednjim izvodom vrlo jednostavno se
može mjeriti struja kroz cijev jer se
mjerenje vrši na potencijalu mase.
Na slici 16. prikazane su sheme svih
ispravljača ugrađenih u pojačala.
Na slici 18. prikazana je standardna pločica
sa svim potrebnim naponima i logikom
za preklapanja releja.
Slika 17. Logika i napajanje releja i naponi za prednapon
Slika 18. Pločica s ispravljačima i logikom
24
2012.
Slika 19. Donja strana pojačala
w w w.hamradio.hr
Radio hrs - 3 | 2012
Elektronika, teorija, gradnje
Kod tog mjerenja treba voditi računa da
će prikazana struja biti zbroj svih struja
koje teku kroz obje tetrode, što znači da
se zbrajaju anodna struja i struje obiju
rešetki. Struje koje teku kroz rešetke su
bitno manje od anodne struje pa je ukupna
prikazana struja malo veća od stvarne
izmjerene anodne struje koja teče kroz cijev.
Instrument je pomoću šanta baždaren za
pokazivanje struje do 2 A.
Slika 20. Shema spoja mjerenja struje kroz cijevi
Mjerenje izlazne snage u svim pojačalima
je izvedeno pomoću sklopa prikazanog na
slici 20. Takav sklop je omogućio i daljinsko
očitanje izmjerene relativne snage. Budući
da se pojačala ne nalaze pokraj operatora
koji radi na radiostanici, na samom izlazu
iz preklopnika za biranje antena izveden je
identičan sklop i preko koaksijalnog kabela
doveden na instrument koji se nalazi pokraj
operatora za indikaciju i kontrolu snage koja
je prošla kroz cijeli sustav prema anteni.
Slika 22. Prednja ploča
s mjerenjem snage i anodne struje
10.Konstrukcija
visokonaponskog
ispravljača
Zbog toga što na lokaciji gdje se nalaze
antenski sustavi nema dovoljno struje,
odlučeno je da se svi ispravljači naprave
kao punovalni trofazni ispravljači. Time se
ravnomjerno opterećuju sve tri faze pa se
iz mreže može dobiti veća snaga. Shema
ispravljača prikazana je na slici 23.
Slika 21. Shema mjerenja izlazne snage
Jedan ispravljač daje 5 000 V i 5 A pa je
moguće istovremeno napajati dva izlazna
pojačala bez značajnog pada napona pri
vršnim vrijednostima opterećenja pri radu
oba pojačala.
Paralelno s elektrolitskim kondenzatorom
stavljeni su blider otpornici 1 MΩ snage
100 W. Mjerenje visokog napona izvedeno
je s djeliteljem napona tako da su blideri
spojeni preko otpornika od 4 kΩ na masu
i u toj točki je spojen instrument preko
potenciometra za precizno podešavanje
prikaza napona.
Najveći problem koji do sada nije uspješno
riješen je dovođenje visokog napona iz
Slika 23. Shema ispravljača
Radio hrs - 3 | 2012
w w w.hamradio.hr
2012.
25
Vijesti iz HRS-a
Elektronika,
teorija, gradnje
jednog ispravljača u dva pojačala. Nismo
uspjeli nabaviti kvalitetne visokonaponske
konektore koji izdrže 5 000 V u vlažnoj
atmosferi. Isprobani su konektori PL259,
N i Spiner, ali su svi probili pri maloj količini
vlage u zraku. Zbog toga je kod svih pojačala
visoki napon od 5 000 V doveden pomoću
koaksijalnog kabela RG213 koji ulazi
direktno u kućište pojačala. To se pokazalo
kao dobro rješenje, no pri jakom grijanju kod
dugotrajnog rada može doći do otapanja
plastike vrućeg kraja kabela i probijanja
prema masi. Da bi se to spriječilo, oplet
koaksijalnog kabela treba učvrstiti direktno
na okvir na samom ulazu u pojačalo, a „živi“
kraj uvesti i zaštititi pomoću teflonske folije.
Za jednofazan rad napravljen je ispravljač
s C jezgom i Delonovim udvostručenjem
napona. Na slici 26. je shema ispravljača.
Izlazni napon je oko 4 500 V, a najveća
struja je oko 1,2 A.
Kod izrade ispravljača koji daju od
3 000 do 5 000 V obavezna je primjena
zaštite od električnog udara.
Radi se o naponima opasnim po život.
Zbog toga je potrebno, kada se radi o
ispravljačima koji se rade kao posebne
jedinice u izdvojenim kutijama, napon
obavezno voditi koaksijalnim kabelom.
Isto tako treba debelom žicom spojiti
kutiju ispravljača s kutijom pojačala.
I sve zajedno treba dobro uzemljiti.
Kad bi iz bilo kojeg razloga došlo do
prekida mase preko koaksijalnog kabela
koji napaja pojačalo, kutija pojačala
bi mogla doći na potencijal ispravljača
od 5 000 V.
11. Rezultati
Pojačala su ugrađena u relativno velike
kutije kako bi se lakše razmjestili svi dijelovi,
a time je olakšano i odvođenja topline iz
pojačala. Ugrađen je ventilator koji izvlači
ugrijani zrak iz pojačala i time se cijeli sustav
može zadovoljavajuće hladiti.
Izrađena pojačala su izmjerena mjeračem
snage BIRD, spektralnim analizatorom i
dvotonskim signalom. Napravljena je sonda
za mjerenje izlaznog signala osciloskopom.
Priključenjem dvotonskog signala moguće je
na osciloskopu vidjeti izobličenja koja mogu
uzrokovati generiranje smetnji.
Slika 24. Trofazni ispravljač 5 000 V/5 A
Slika 25. Dva pojačala napajana iz jednog ispravljača
Pojačalo je mjereno pri radu u AB klasi i
struji mirovanja od 120 mA.
Uz anodni napon od 5 000 V i pobudu
od 100 W iz odašiljača, postiže se
anodna struja od 500 mA i
Slika 26. Shema ispravljača 4 500 V/1,5 A
26
2012.
w w w.hamradio.hr
Radio hrs - 3 | 2012
Elektronika, teorija, gradnje
ulazna snaga koju pojačalo uzima iz
ispravljača je Pin = 2 500 W.
Izmjerena je izlazna snaga od 1 500 W
pa je koeficijent iskorištenja η = 60%.
Izmjereno je potiskivanje
drugog harmonika preko 50 db,
dok je treći harmonik potisnut ispod 60 db
u odnosu na osnovni signal.
Slika 27. Pojačala za 1,8 MHz i 7 MHz
O
• profesionalne radijske postaje i pribor
• pomorske radijske postaje i pribor
• antene raznih vrsta i bandova
• razne kablove, konektore, ispravljaèe,
SWR- metre i drugo
•CB primopredajnke i pripadajuæi pribor
IC-2200H VHF
1.675,00 Kn
IC-2820 VHF/UHF
4.468,00 Kn
OVLAŠTENI DISTRIBUTER
ELEKTRONIKA d.o.o.
Na web stranici www.9a6a.wordpress.com
prikazane su detaljne slike svih faza izrade
sagrađenih pojačala.
Za sva pitanja ili savjete kod izrade pojačala
možete se obratiti e-mailom
na [email protected].
Uz radioamaterske radijske
postaje nudimo Vam:
ICOM
IC-T70E
VHF/UHF
1.482,00 Kn
Izmjereni koeficijent iskorištenja pada na
višim frekventnim područjima pa je na
28 MHz izmjeren koeficijent iskorištenja
η = 50% i izlazna snaga iznosi 1 250 W.
Pojačala rade već nekoliko godina i nije bilo
nikakvih problema u dugotrajnom radu
pri punoj snazi. Sva pojačala i sve
radiostanice nalaze se na jednom mjestu
i u istoj prostoriji i nije bilo nikakvih
problema niti smetnji pri istovremenom
radu na svih 6 frekvencija s punom snagom.
Osim naravno na drugom i trećem
harmoniku, koji se čuje, ali pri radu se
ne koriste te frekvencije.
Konkretno, ako jedna stanica radi
telegrafijom na 7 020 kHz, stanica koja
istovremeno radi na 20 m području ne može
koristiti frekvenciju 14 040 kHz jer tu smeta
drugi harmonik. Sve frekvencije osim drugog
harmonika su čiste. Pri radu RTTY vrstom
rada, moguće je raditi kontinuirano 48 sati s
punom izlaznom snagom od 1 500 W,
bez opasnosti od pregrijavanja.
HR-52452 Funtana
Kamenarija 12, Hrvatska
Tel/fax: +385 52 445 038
E-mail: [email protected]
IC-V80E
VHF
1.007,00 Kn
• cjena sa PDV-om
www.mar-elektronika.hr

Download Report