Высокое входное сопротивление и неглубокая ОС - основной секрет теплого лампового звучания. Ни для кого не секрет, что именно на лампах реализуются самые высококачественные и дорогие усилители, которые относятся к разряду HI-End. Давайте поймем, что такое качественный усилитель? Качественным имеет право называться тот усилитель мощности НЧ, который полностью повторяет форму входного сигнала на выходе, не искажая его, разумеется выходной сигнал уже усиленный. В сети можно встретить несколько схем действительно высококачественных усилителей, которые имеют право относится к разряду HI-End и совсем не обязательна ламповая схематика. Для получения максимального качества, нужен усилитель, выходной каскад которого работает в чистом классе А. Максимальная линейность схемы дает минимальное кол-во искажений на выходе, поэтому в строении высококачественных усилителей особое внимание уделяется именно этому фактору. Ламповые схемы хороши, но не всегда доступны даже для самостоятельной сборки, а промышленные ламповые УМЗЧ от брендовых производителей стоят от нескольких тысяч, до нескольких десятков тысяч долларов США - такая цена уж точно не по карману многим.
Возникает вопрос - можно ли аналогичных результатов добиться от транзисторных схем? ответ будет в конце статьи.
Линейных и сверхлинейных схем усилителей мощности НЧ достаточно много, но схему, которая будет сегодня рассмотрена является ультралинейной схемой высокого качества, которая реализована всего на 4-х транзисторах. Схема была создана в далеком 1969 году, британским инженером-звуковиком Джоном Линсли-Худом (John Linsley-Hood). Автор является создателем еще нескольких высококачественных схем, в частности класса А. Некоторые знатоки называют этот усилитель самым качественным среди транзисторных УНЧ и я в этом убедился еще год назад.
Первая версия такого усилителя была представлена на . Удачная попытка реализации схемы заставила создать двухканальный УНЧ по этой же схеме, собрать все в корпусе и использовать для личных нужд.
Особенности схемы
Не смотря на простоту, схема имеет несколько особенностей. Правильный режим работы может нарушиться из-за неправильной разводки платы, неудачного расположения компонентов, неправильное питание и т.п..
Именно питание - особо важный фактор - крайне не советую питать данный усилитель от всевозможных блоков питания, оптимальный вариант аккумулятор или блок питания с параллельно включенным аккумулятором.
Мощность усилителя составляет 10 ватт с питанием 16 Вольт на нагрузку 4 Ом. Саму схему можно приспособить для головок 4, 8 и 16 Ом.
Мною была создана стереофоническая версия усилителя, оба канала расположены на одной плате.
Второй - предназначен для раскачки выходного каскада, поставил КТ801 (раздобыл достаточно трудно.
В самом выходном каскаде поставил мощные биполярные ключи обратной проводимости - КТ803 именно с ними получил несомненно высокое качество звучание, хотя экспериментировал со многими транзисторами - КТ805, 819 , 808, даже поставил мощные составные - КТ827, с ним мощность на много выше, но звук не сравниться с КТ803, хотя это лишь мое субъективное мнение.
Входной конденсатор с емкостью 0,1-0,33мкФ, нужно использовать пленочные конденсаторы с минимальной утечкой, желательно от известных производителей, тоже самое и с выходным электролитическим конденсатором.
Если схема рассчитана под нагрузку 4 Ом, то не стоит повышать напряжение питания выше 16-18 Вольт.
Звуковой регулятор решил не поставить, он в свою очередь тоже оказывает влияние на звук, но параллельно входу и минусу желательно поставить резистор 47к.
Сама плата - макетная. С платой пришлось долго повозиться, поскольку линии дорожек тоже оказывали некое влияние на качество звука в целом. Этот усилитель имеет очень широкий диапазон воспроизводимых частот, от 30 Гц до 1мГц.
Настройка - проще простого. Для этого нужно переменным резистором добиться половины питающего напряжения на выходе. Для более точной настройки стоит использовать многооборотный переменный резистор. Один шуп мультиметра присоединяем с минусом питания, другой ставим к линии выхода, т.е к плюсу электролита на выходе, таким образом, медленно вращая переменник добиваемся половины питания на выходе.
Сразу скажу, сборка этого усилителя оправдана только в качестве эксперимента, так как качество звука будет, в лучшем случае на уровне дешевых, китайских приемников – сканеров. Если кто-то захочет собрать себе маломощный усилитель с более качественным звучанием, с применением микросхемы TDA 2822 m , может перейти по следующей ссылке:
Портативная колонка для плейера или телефона на микросхеме tda2822m
Фото проверки усилителя:
На следующем рисунке приведен список необходимых деталей:
В схеме можно использовать почти любой из биполярных транзисторов
средней и большой мощности
n
-
p
-
n
структуры, например КТ 817. Конденсатор
на входе желательно поставить пленочный, емкостью 0.22 – 1 МкФ. Пример
пленочных конденсаторов на следующем фото:
Привожу рисунок печатной платы из программы
Sprint-Layout :
Сигнал берется с выхода mp3 плейера или телефона,
используются земля и один из каналов. На следующем рисунке можно увидеть схему
распайки штекера Джек 3.5, для подключения к источнику сигнала:
При желании этот усилитель, как и любой другой, можно снабдить
регулятором громкости, подключив потенциометр на 50 КОм по стандартной схеме,
используется 1 канал:
Параллельно питанию, если в блоке питания после диодного моста не стоит
электролитический конденсатор большой ёмкости, нужно поставить электролит на
1000 – 2200 МкФ, с рабочим напряжением большим, чем напряжение питания схемы.
Пример такого конденсатора:
Скачать печатную плату усилителя на одном транзисторе для программы sprint – layout можно в разделе сайта Мои файлы.
Оценить качество звучания этого усилителя, можно посмотрев видео его работы на нашем канале.
Усилители на КТ930А - КТ971А предназначены для работы с трансивером, имеющим Рвых от 10вт до 20вт соответственно при уровнях выходной мощности: на КТ930А 144 - 70вт, на КТ930А 432 - 60вт, на КТ931А 144мгц - 120вт, на КТ970А 432мгц - 130вт и на КТ971А 144мгц - 145вт.
Усилители предназначены для круглосуточной работы и имеют хороший запас «прочности», особенно на КТ970А и КТ971А. При таких уровнях Рвых усилители имеют максимальные КПД и Ку. КПД усилителей в зависимости от варианта - от 57% до 65%. Коэффициент усиления - от 8 до 9. В усилителях применяется обдув вентилятором от БП ПК, расположенным в 30мм над транзистором. Он хорошо охлаждает корпус транзистора и внутреннюю сторону радиатора. Внешнюю сторону охлаждать бесполезно.
От усилителей, построенных по предлагаемой схеме, были получены следуюшие уровни мощностей: КТ930А 144 - 80вт, КТ930А 432 - 65вт, КТ931А 144 - 130вт, КТ970А 432 - 160вт, КТ971А 144 - 180вт (дальше не позволял источник). На этих уровнях Рвых требуется дополнительная подстройка огласующих цепей. Усилители с большой мощностью желательно снабдить системой контроля и защиты.
Входные и выходные цепи предназначены только для указанных типов транзисторов и мощностей усилителей. Во время работы усилителя с ростом коллекторного тока значения его проводимостей изменяется по величине, а то и по знаку. Соответственно каждому уровню выходной мощности соответствует своя согласующая цепь. На выходной цепи, оптимальной для 60вт, не возможно получить 100вт, не смотря на то, что Ik продолжает рости. Ток покоя влияет на динамику изменениний проводимостей, значит менять ток покоя после настройки нельзя.
Рабочая точка транзистора на векторной диаграме располагается внизу и в стороне от оси активных сопротивлений. У Zвх и Zвых реактивные составляющие в 2-5 раза больше активных. Эти значения порядка Z = (1-3) +\\- J(3-15)ом. Задачу согласования выполняют три внешних звена (чем больше, тем точнее), каждое из которых не является законченным трансформатором сопротивлений, что подразумевает резонансы, а лишь уменьшая превращает чисто активные 50(75)ом нагрузки в какое то Z c меньшим R, но с большим Jx, то есть звенья работают на частотах, отличных от резонансной. Три звена - это один преобразователь импедансов. Резонанс дальше - меньшие токи пртекают по элементам системы. Не нужен толстый провод для L и мощные подстроечники.Через кристалл транзистора так же не текут резонансные токи, что снижает его нагрев. Всё это позволяет увеличить подводимую и выходную мощности.
Особенности монтажа РА 144 мгц:
В усилителях используются многослойные керамические конденсаторы МЧ0805 (чип) или
подобные им более старые, с отпаяными радиальными выводами и МО10,11 с выводами.
На 144 базовая цепь применена старого (привычного) типа - здесь ещё можно.
Плата - односторонний СФ 1.5мм размером 55мм х 110мм с отверстием под транзистор
по оси платы. Плата и транзистор (с пастой) крепятся к радиатору размером 110 х 120мм (лучше игольчатый).
Коллекторная полоска - двусторонний СФ 1.5мм размером 5.5мм х 50мм. У транзистора фольга сохраняется на расстоянии 6мм от керамики. Далее с промежутками идут только 6мм площадки. Полоску размечать так, что бы поместились остальные детали. Фольга в промежутках между площадками удаляется хорошо нагретым паяльником.
Базовая полоска - двусторонний СФ 1.5мм размером 5.5мм х 45мм. У транзистора фольга
сохраняется на расстоянии 11мм от керамики. Далее идут только 6мм площадки.
Обе полоски отстоят от края платы на 20мм.
Низ полосок и место их расположения на плате облудить, положить на место и с боков провести по плате паяльником 90вт.
Выводы транзистора обрезаются вровень с 5мм длиной коллектора и базы, плоскость его корпуса совпадает с нижней плоскостью платы, эмиттеры подгибаются и паяются на верх платы. Коллектор и база паяются на начало своих полосок, которые касаются керамики корпуса.
Полоска питания отстоит от одного из краёв платы на 5мм для пайки маленких чипов.
У конденсаторов КТ4-23 (в пластмассе) выводы по 2мм. Один полностью ложится на полоску.
Величины и конструктивные данные элементов Ра 144 мгц (Рис.1):
Базовый дроссель (D1) - феррит с 6 отверстиями (от старых ПК). Сквозь них продет провод 0.35мм. Можно применять дроссели ДМ с толстым проводом и малой идуктивностью.
Место пайки - 7мм от керамики транзистора. ПЭВ, CU чуть хуже, чем ПСР.
Коллекторный дроссель (D2) - ПСР(ПЭВ, СU) O 0.7мм 5вит на оправке O 3мм, шаг - 1.5мм
Место пайки - 3мм от керамики транзистора, рядом с L2.
Второй коллекторный дроссель (D3) - ПЭВ O 0.4 - 20вит на оправке O 3мм, намотка сплошная. Собственные резонансные частоты D1 и D2 далеко разнесены.
L1 - провод ПСР(ПЭВ, CU) O 0.7мм - 3 витка с шагом 1мм на оправке O 4мм.
Место пайки - 8мм от керамики транзистора, после D1.
L2(КТ930 - 971) - провод длиной 16мм ПСР(ПЭВ, CU) O 1.4-1.6мм загнутый скобкой высотой 4мм.
L3(КТ930,931) - 2 витка ПСР(ПЭВ, CU) O 1.4-1.6мм на оправке O 6мм с шагом 2мм
(КТ971 - 1 вит).
L4(КТ930,931) - 1виток ПСР(ПЭВ, CU) O 1.4-1.6мм на оправке O 6мм (КТ971 - 2 вит).
С1,2,9 - КТ4-23 = 4-20 pf. С11,13,15, 17 - К10 (чип) 0.5 - 1.0 ?f 50в. С12,14,16 - К10 -1n 50в.
C7,10 -МЧ0805 - 47pf 250в. Для КТ971А С10 - МЧ0805 27pf 250в.
Для КТ971А С9 - МЧ0805 20pf 250в + КТ2-19 = 1.5-15pf (лежит на боку).
С8 - МЧ0805 - 110pf 250в.
С3-6 - 4 х 100pf 50в, МО10, выводы - 1мм. Паять в 5-6мм от керамики транзистора.
R1 - 10ом МЛТ 2 вт. R2-3 - 2 х 360ом МЛТ 2вт - подбор для Ik0 = 60ма.
R4 - 10-15ом МЛТ 0.5вт
Т1 - КТ930А/КТ 931А/971А. В том же порядке указаны их токи.
Т2 - КТ818Б - стабилизатор тока базы крепится к радиатору рядом с платой.
Вентилятор от блока питания ПК крепится над керамикой транзистора на высоте 25-30мм.
D1 - Д223Б - защита от бросков тока обратной полярности.
R6 - 1ком 2вт - нагрузка для наводок во время коммутации при включённом РА и снятой нагрузке при не санкционированном переключении TRSV на передачу компьютером при его загрузке - опрос портов.
R5 - 510ом 2вт - некоторая компенсация излишней мощности TRSV(по необходимости).
После сборки и установки Iк0 = 60ма подключить стандартную нагрузку и измерительную систему. ТХ перевести в режим CW - точки100 lpm, подать на вход 30% мощность и подстроить С1,С2,С9 (144) или С1, С4, С9 (432) по максимуму Рвых. То же сделать плавно увеличивая Рвх до 60% и 100% (Рвх указана ориентировочно). На каждом уровне Рвых подстраивать вход. Приборы будут показывать около 75% от уровней Ikmax и Рmax (в режиме несущей). Ikmax при работе на согласованную нагрузку при Рmax должен быть около 4а - КТ930А, 7а - КТ931А, 8а - КТ971А.
Нельзя увеличивать раскачку, если одновременно не растёт выходная мощность усилителя до указанных уровней. Сожгёте транзистор. Вы что то сделали не точно или впаяли конденсаторы другого типа, и транзисторы бывают разными. На каждом этапе настройки необходимо контролировать коллекторный ток и температуру корпуса транзистора. Она не должна превышать 50? (сразу после отключения вентилятора).
При 100% копировании конструкции, исключающем «а что, если?», и достаточном Вашем опыте настройка не должна занять более 5 минут. Применение при настройке суррогатных нагрузок, рефлектометров не допустимо. При работе на антенну желательно что бы она была настоящей, не по рекламе. Имея все детали усилитель изготавливается за 2-3 часа.
При размещении РА в корпусе, в нём должны быть отверстия для забора и выхода воздуха.
Два РА можно разместить на одном радиаторе 120мм х 180мм с промежутком 30мм. Вентилятор закрепляется по центру радиатора в 30 мм над керамикой транзисторов.
Особенности монтажа РА 432 мгц такие же как у РА 144 мгц за одним отличием:
На базовой и коллекторной полосках фольга сохраняется на 12мм от керамики транзистора.
Величины и конструктивные данные элементов РА 432 мгц (Рис. 2):
Базовый дроссель (D1) такой же как у РА 144 мгц. Точка его пайки - 6мм от керамики КТ.
Коллекторный дроссель (D2) такой же конструкции как у РА 144 мгц, но содержит 4 витка.
Место его пайки на полоску - 6мм от керамики КТ.
D3 - такой же как у РА 144 мгц.
L1,L2,L5,L6 выплоняются из провода ПСР(ПЭВ, CU) O 1.6мм.
L1,L6 - провод длиной 34мм, согнутый дужкой на оправке O 10мм. Низ дужки чуть сжать.
L2,L5 - провод длиной 22мм, согнутый дужкой на оправке O 6мм. -- . -- . -- . -- . -- . -- . --
L3,L4 - участки фольги на полосках около транзистора длиной 12мм.
С1 - КТ4-23 = 2-10pf.
С2 - МЧ0805 - нет для КТ930А и 6pf 250в для КТ970А.
С3 - МЧ0805 - 47pf 250в.
С4 - КТ4-23 - нет для КТ930А и 4-20pf для КТ970А.
С5 - МЧ0805 - 22pf 250в для КТ930А и 27pf 250в для КТ970А.
Место пайки центра конденсаторов С4,С5 на полоски - 9мм от керамики корпуса.
С6 - МЧ0805 27pf 250в.
С7 - КТ4 -23 = 4-20pf для КТ930А и МЧ0805 - 22pf 250в для КТ970А.
Место пайки центра конденсаторов С6,С7 - 9мм от керамики корпуса.
С8 - МЧ0805 - 75pf 250в для КТ930А и 110pf 250в для КТ970А.
С9 - КТ2-18 - 1.5-10pf (лежит на боку) или другой с удобными минимальными выводами.
С10 - МЧ0805 - 6pf 250в для КТ930А и 15pf 250в для КТ970А.
C15 - К10 (чип) 0.5-1? 50в.
Остальные блокировочные пары - как у РА 144 мгц - К10 (чип)1n + 0.5 - 1?f 50в.
Порядок настройки РА 144 и РА 432 одинаков. Ikmax КТ930А = 3.5а, КТ970А = 8а.
Экономичнее питать базу от более низковольтного источника (14в или 5в). При 14в R2,3 - около 75ом. При питании базы по схеме (от 28в) ток Ik0 это разница между током потребления в рабочем режиме и током самого делителя (~ 147ма). Общий ток - ~200ма.
Применение подстроечных КТ4-23 компенсирует отсутствие необходимых номиналов емкостей. На фото конденсаторы с голубой окантовкой и отпаяными радиальными выводами -аналог МЧ0805.
Рис.1 РА 144мгц
Рис.2 РА 432 мгц
Рис.3 РА 144 КТ931А РА 432 КТ930А
Эта схема усилителя звука была создана всеми любимым британским инженером (электронщик-звуковик) Линсли-Худом. Сам усилитель собран всего на 4-х транзисторах. С виду — обыкновенная схема усилителя НЧ, но это лишь с первого взгляда. Опытный радиолюбитель сразу поймет, что выходной каскад усилителя работает в классе А. Гениально то, что просто и эта схема тому доказательство. Это сверхлинейная схема, где форма выходного сигнала не изменяется, то, есть на выходе мы получаем ту же форму сигнала, что на входе, но уже усиленный. Схема более известна под названием JLH — ультралинейный усилитель класса А , и сегодня я решил представить ее вам, хотя схема далеко не новая. Данный усилитель звука, своими руками собрать может любой рядовой радиолюбитель, благодаря отсутствию в конструкции микросхем, делающей его более доступным.
Как сделать усилитель для колонок
Схема усилителя звука
В моем случае использовались только отечественные транзисторы, поскольку с импортными напряг, да и стандартные транзисторы схемы, найти нелегко. Выходной каскад построен на мощных отечественных транзисторах серии КТ803 — именно с ними звук кажется лучше. Для раскачки выходного каскада использован транзистор средней мощности серии КТ801 (удалось найти с трудом). Все транзисторы можно заменить на другие (в выходном каскаде можно использовать КТ805 или 819). Замены не критичны.
Совет: кто решит попробовать на «вкус» этот самодельный усилитель звука — используйте германиевые транзисторы, они лучше звучат (ИМХО). Было создано несколько версий этого усилителя, все они звучат… божественно, других слов не могу найти.
Мощность представленной схемы не более 15 ватт (плюс минус), ток потребления 2 Ампер (иногда чуть больше). Транзисторы выходного каскада будут греться даже без подачи сигнала на вход усилителя. Странное явление, не правда ли? Но для усилителей класса. А, это вполне нормальное явление, большой ток покоя — визитная карточка буквально всех известных схем этого класса.
В ролике представлена работа самого усилителя, подключенного к колонкам. Обратите внимание, что ролик снят на мобильный телефон, но о качестве звука можно судить и так. Для проверки любого усилителя стоит лишь послушать всего одно мелодию — Бетховен «К Элизе». После включения становится ясно, что за усилитель перед вами.
90% микросхемных усилителей не выдержат тест, звук будет «обломанным» могут наблюдаться хрипы и искажения при высоких частотах. Но вышесказанное не касается схемы Джона Линсли, ультралинейность схемы позволяет полностью повторить форму входного сигнала, этим получая только чистое усиление и синусоиду на выходе.
В моем случае схема усилителя звука была реализована на макетной плате, пока нет возможности собрать второй канал, но в будущем обязательно сделаю и помещу все в корпус.
Транзисторный усилитель мощности (ШПУ) отработана и мало чем отличается в различных промышленных конструкциях, что говорит о практическом отсутствии «белых пятен» в данной области радио конструирования. И все же радиолюбители довольно редко применяют самодельные конструкции на мощности более 30-40 Вт. Это, конечно, связано с дефицитностью качественных мощных транзисторов для линейного усиления ВЧ сигнала в диапазоне 1-30 Мгц.
Возможно и то, что основной способ настройки любительской техники – «метод научного тыка» для таких конструкций не подходит, поэтому сегодня более популярны ламповые усилители. Неоднократное применение различных типов транзисторов в ШПУ трансиверов показало их явные преимущества в сравнении с ламповыми на такие же мощности (речь, конечно, идет о Рвых.< 200 Вт). При изготовлении и эксплуатации транзисторного усилителя нужно учитывать определенные особенности, которые не возникают либо менее выражены в ламповом. Вот некоторые из них:
1.Нужно использовать транзисторы, специально разработанные для линейного усиления на частотах 1,5-30 МГц.
- Выходная мощность двухтактного ШПУ не должна превышать максимального значения мощности применяемых транзисторов, хотя они и выдерживают перегрузки. Например, в военной технике этот показатель не превышает 25-50% от максимального значения.
- Хотя бы один раз заглянуть в справочник и внимательно ознакомиться с параметрами используемого транзистора.
- Нельзя превышать ни один из предельно допустимых параметров.
- Во время предварительной настройки следует использовать безындукционную нагрузку в виде эквивалента сопротивлением 50-75 Ом соответствующей мощности, но ни в коем случае не электролампочку, как это многие делают при настройке лампового усилителя.
- Наконец-то, напрячься и сделать раз и навсегда качественный КСВ-метр в одной коробке с коммутатором антенн и фильтром TVI с обязательным отключением антенн в нерабочем состоянии. Тем самым Вы избавите себя от нервных стрессов при общении с соседями – любителями сверхдальнего телевизионного приема на комнатную антенну и спешного поиска резиновых перчаток для откручивания разъема антенны с началом каждой грозы.
- Если Вы заражены «стрелочной болезнью» или любите «держать микрофон» пока из него не закапает «конденсат» – не нужно экономить на размерах корпуса и радиатора. Аксиома -«надежный усилитель – это большой усилитель».
В противном случае обязательно введение дополнительного обдува.
- Не нужно браться за постройку такого усилителя, если смутно представляете себе разницу между трансформаторами типа «бинокль» и с «объемным витком». В этом случае лучше приобрести готовую конструкцию (в чем Вам может помочь автор статьи) или импровизировать с лампами.
Транзисторный усилитель мощности, предлагаемый в данной статье, работает в любом участке КВ диапазона, согласующее устройство позволяет использовать антенны с сопротивлением 50 Ом и более (рис.).
Мощность раскачки не превышает 1 Вт. Максимальная выходная мощность определяется типом применяемых транзисторов, для КТ957А – до 250 Вт. Коэффициент усиления по мощности до 25 дБ на низкочастотных диапазонах. Входное сопротивление 50 Ом. Уровень гармоник на выходе не более 55 дБ.
Максимальный ток потребления до 18-19 А. В связи с тем, что на радиостанции использовалась одна антенна на все диапазоны (треугольник периметром 160 м) было решено ввести в усилитель согласующее устройство с КСВ-метром. Габаритные размеры усилителя определялись размерами используемого трансивера (RA3AO) и составляют 160x200x300 мм. В эти габариты не удалось «уложить» источник +24 В, который выполнен в отдельном корпусе. Для того, чтобы усилитель не перегревался в летнее время, введен принудительный обдув радиатора. В итоге получилась довольно удачная конструкция небольших габаритов, которая может использоваться при работе с возбудителем небольшой мощности, это могут быть трансивер на базе Р399А, трансиверы «Роса», RA3AO с пониженной выходной мощностью и т.д. Аналогичную конструкцию используют RK6LB, UR5HRQ, a RU6MS уже несколько лет эксплуатирует выходной каскад на КТ956А с Р399А.
Сигнал с трансивера поступает на трансформатор Т1 (рис.),
это обычный «бинокль», который понижает входное сопротивление и обеспечивает два одинаковых противофазных сигнала на входе драйвера VT1, VT2. Цепочки C4R2 и C5R3 служат для формирования амплитудно-частотной характеристики с подъемом в высокочастотной области. Смещение подается отдельно на каждый транзистор с источника +12В (ТХ). В качестве VT1, VT2 нужно использовать транзисторы, которые служат для линейного усиления ВЧ сигнала. Наиболее подходящие и недорогие КТ921 и КТ955. Если есть возможность подобрать пару, тогда цепи смещения можно объединить. Резисторы отрицательной обратной связи в цепи эмиттеров улучшают устойчивость и линейность работы каскада.
«Фильтр-дырку» C10R10 можно заменить на несколько обычных блокировочных конденсаторов разного номинала (например 1000 пф; 0,01 мк; 0,1 мк), включенных параллельно. Элементы C14, C18, R11 …R14 формируют требуемую АЧХ выходного каскада. Резисторы R15, R18 служат для предотвращения пробоя эмиттерного перехода при обратной полуволне управляющего напряжения. Их можно рассчитать по формуле R = (βmin/(6,28*frp*C3) для других типов транзисторов. Трансформатор Т2 («бинокль») согласовывает относительно высокое выходное сопротивление первого каскада с более низким сопротивлением входных цепей оконечного.
Трансформатор ТЗ обеспечивает подачу питания на VT4, VT5 и симметрирует форму напряжения на коллекторах транзисторов с целью снижения уровня четных гармоник. Дополнительно с помощью контура, образованного обмоткой II и конденсатором С19, реализуется подъем АЧХ усилителя в области 24…30 МГц.
Выходной трансформатор Т4 согласовывает низкое сопротивление выходного каскада с сопротивлением нагрузки 50 Ом. Резистор R21 рассеиваемой мощностью не менее 2 Вт (его можно набрать из нескольких) имеет условное обозначение – «защита от дурака». Наличие этого резистора имеет решающее значение в случае отсутствия какой-либо нагрузки для усилителя. В такой момент вся выходная мощность будет рассеиваться на этом резисторе и от него пойдет «дух горелой краски» – вывод нерадивому пользователю – «горим!». Транзисторы такую экзекуцию выдерживают – по данным завода-изготовителя степень рассогласования нагрузки при Рвых=70 Вт для одного транзистора в течение 1 с – 30:1. В нашем случае имеем 10:1, поэтому можно предположить, что за 3 секунды с транзисторами ничего не произойдет. Как показали эксперименты и многолетний опыт применения такой «защиты», транзисторы ни разу не выходили из строя от перегрузки по выходу.
Даже после прямого попадания молнии в антенну одного из пользователей такой техники вышел из строя только один транзистор, а резистор R21 рассыпался на мелкие кусочки. Реле К1 коммутирует антенну в режимах прием/передача (RX/TX). Желательно применять новое надежное герметизированное реле с малым временем срабатывания. Включение К1 происходит напряжением +12В (ТХ) через транзисторный ключ VT6. Цепь смещения VT4,VT5 объединена, т.к. была возможность подобрать пары этих транзисторов, в противном случае цепи смещения лучше выполнить раздельно, как это сделано, например, в . Для температурной стабилизации тока покоя желательно обеспечить тепловой контакт хотя бы одного из диодов VD1 ,VD3 с ближайшим транзистором.
С выхода усилителя сигнал подается на КСВ-метр (рис.). Схема таких устройств (рис.) неоднократно описывалась в литературе.
Следует лишь отметить, что в качестве сердечника Т1 можно использовать практически любое ферритовое кольцо независимо от проницаемости. С увеличением проницаемости уменьшаем количество витков обмотки II. Подстроечные конденсаторы С1 и С8 должны выдерживать напряжение не менее 120 В и не изменять свои параметры при нагреве.
Узел ФНЧ (АЗ) (рис.4) состоит из шести фильтров нижних частот 5-го порядка, которые переключаются с помощью реле РЭС34 или РЭС10. Их входные и выходные нагрузочные сопротивления 50 Ом. Данные этих фильтров приведены в табл.1, они немного отличаются от расчетных. Это связано с тем, что усилитель слегка расстраивает фильтры и пришлось дополнительно подбирать элементы при максимальной выходной мощности. Это довольно рискованное мероприятие, но другой реальной методики как учесть, просчитать и компенсировать влияние усилителя на ФНЧ в рабочем режиме автору не известно. Фильтры переключаются подачей питающего напряжения на реле с «галетника» SB2 (рис.1).
Отфильтрованный сигнал подается на согласующее устройство (рис.), состоящее из катушек L1,L2 и емкостей С9,С10. При такой схеме включения элементов возможно согласование с нагрузкой >50 Ом. Это полностью соответствовало поставленной задаче – согласовать с рамкой периметром 160 м. Входное сопротивление такой антенны не было меньше 70 Ом ни на одном из диапазонов. Если потребуется согласование с нагрузками ниже 50 Ом, нужно ввести еще один галетный переключатель, который позволит менять конфигурацию устройства. Или хотя бы переключатель конденсатора С10 с выхода устройства на его вход. Очень сложно подобрать вариометр подходящих размеров для такой конструкции, да к тому же с возможностью изменения индуктивности в пределах 0…1 мкГн.
Шаровые вариометры не подходят, т.к. редко изменяют индуктивность на малых пределах, катушки с «бегунком» имеют большие габариты. Поэтому применен простейший вариант – бескаркасная катушка, свернутая в кольцо и своими выводами припаянная на контактные лепестки обычного керамического галетного переключателя на 11 положений. Отводы у катушек сделаны по-разному для того, чтобы более точно подобрать общую индуктивность согласующего устройства. Например, у L1 от 1, 3, 5, 7, 9, 13, 17, 21, 25, 30 витков, а у L2 от 2, 4, 6, 8, 12, 16, 20, 24, 28, 32 витков. Такой дискретности будет достаточно, чтобы точно подобрать требуемую индуктивность.
Например, в антенных тюнерах трансиверов TS-50 и TS-940 фирмы Kenwood используются катушки с семью отводами. Если сопротивление антенны не превысит 360…400 Ом, можно оставить одну катушку на 40…44 витка. Зазор между пластинами С10 должен быть не менее 0,5 мм, подойдут конденсаторы от старых ламповых радиоприемников. Для работы на 160 м, а иногда и на 80 м подключается дополнительный конденсатор С9.
При изготовлении усилителя следует обратить внимание на качество деталей и их электрическую прочность. Выводы элементов в ВЧ цепях должны иметь минимальную длину. По возможности, нужно подобрать пары транзисторов, хотя бы по простейшей методике.
Например, транзисторам задают одинаковые смещения на базе, измеряют коллекторные токи (по крайней мере при трех различных значениях напряжений смещения) и по более близким токам коллекторов отбирают пары транзисторов. Т.к. транзисторы мощные, нужно проводить измерения, задавая токи коллектора ориентировочно 20…50 мА, 200.. .400 мА и 0,9…1,3 А, а напряжение на коллектор подавать близкое к рабочему, хотя бы 18…22 В. Транзисторам при больших токах потребуется временный теплоотвод или измерения нужно проводить быстро, т.к. при прогреве растет крутизна транзистора. Конденсаторы лучше применять керамические, проверенные в аппаратуре, электролитические конденсаторы – танталовые.
Дроссели в базовых цепях можно использовать типов ДМ, ДПМ с минимальным внутренним сопротивлением, чтобы не создавалось на них дополнительное автосмещение, т.е. расчитанные на большой ток (для драйвера не менее 0,4 А, для выходных транзисторов не менее 1,2 А). Еще лучше намотать их на ферритовых кольцах диаметром 7. ..10 мм проницаемостью 600. ..2000, достаточно будет 5… 10 витков провода диаметром 0,4…0,7 мм. «Бинокли» изготавливались по «упрощенной технологии», т.е. внутри столбиков из ферритовых колец протягивается виток посеребряной оплетки от коаксиального кабеля, а уже внутри этой оплетки располагается провод вторичной обмотки в термостойкой изоляции. Каких-либо отличий в работе таких трансформаторов от «биноклей» с медными трубками замечено не было.
Более качественные параметры трансформатор имеет при его намотке скруткой из тонких проводов. Например, в промышленном УМ на КТ956А этот трансформатор намотан скруткой из 16 проводов ПЭВ-0,31, разделенных на 2 группы из 8 проводов. При выборе транзисторов для такого усилителя в первую очередь нужно обратить внимание, для каких целей предназначены эти транзисторы.
Не будет проблем с TVI при максимальной мощности, если применить транзисторы, предназначенные для линейного усиления сигнала в диапазоне 1 …30 МГц – это КТ921,927, 944, 950, 951,955, 956, 957, 980 и т.д. Такие приборы позволяют получать максимально возможную мощность без ухудшения надежности и с минимальной нелинейностью. Для таких транзисторов нормируется коэффициент комбинационных составляющих третьего и пятого порядков и далеко не каждая лампа может соперничать с ними по этим показателям.
Применение КТ930, 931,970 и им подобных в таком усилителе не имеет смысла. Чтобы не загружать читателя излишней информацией по поводу тех или иных транзисторов, нужно только отметить, что транзисторы, предназначенные для частот выше 60 МГц, как правило, изготавливаются по иной технологии и работают в классе С, усиливая частотно-модулированный сигнал. При использовании таких транзисторов на частотах ниже 30 МГц они склонны к возбуждению, не позволяют получать максимальной мощности из-за резкого снижения надежности и повышенных TVI. Более или менее сносно работают только КТ971А, да и то при пониженной мощности.
НАСТРОЙКА усилителя сводится к выставлению токов покоя – по 300…400 мА на VT1 , VT2 и по 150…200 мА на VT4,VT5. Эта процедура выполняется при помощи R1, R4, которые могут быть в пределах 390 Ом…2 кОм и R5 (680 Ом…10 кОм). Если не удается получить требуемых токов, можно добавить по одному диоду последовательно с VD2, VD4, и VD1, VD3.
Правильное соотношение витков в трансформаторах при предполагаемой максимальной мощности проверяют, подсоединив ФНЧ и переключив нагрузку к выходу фильтров. Заметив значения выходного напряжения и потребляемого тока на диапазонах 28, 14, 3,5 МГц, изменяют на один виток II обмотку Т4. Нужно оставить такое количество витков, когда будут минимальные показания измерителя тока при максимальных или тех же значениях выходного напряжения. Как правило, изначально можно намотать 3 витка, а в процессе настройки уменьшить на виток. Аналогичную процедуру проводим с Т1 и Т2.
Для компенсации неравномерности усиления, которая обычно наблюдается на разных диапазонах, возможно потребуется дополнительный подбор C4,R2,C5,R3,R11,…R14,C14,C18. Если транзисторы предварительно не подбирались, желательно подкорректировать токи покоя по максимальному подавлению четных гармоник, уровень которых контролируют анализатором спектра или приемником.
ПЕЧАТНАЯ ПЛАТА (рис.) выполнена из двухстороннего стеклотекстолита толщиной не менее 1,2 мм при помощи острого ножа, металлической линейки и резака для нарезания контактных «пятачков».
Снизу платы некоторые «пятачки» соединены между собой или печатными дорожками, или монтажным проводом (показано пунктиром на рис.5). Для упрощения обозначены только основные радиоэлементы. Общую земляную шину «верха и низа» платы следует соединить пропаянными перемычками в нескольких точках по всему периметру платы. Плата установлена на металлических стойках на радиаторе размером 200×160 мм с ребрами высотой 25 мм. Под транзисторы в плате просверлены отверстия, а для лучшего теплового контакта посадочные места под транзисторы в радиаторе профрезерованы и смазаны теплопроводящей краской.
ФНЧ, выполненные по данным приведенным в таблице 1, в настройке практически не нуждаются.
Конденсаторы должны выдерживать реактивную мощность не менее 200 Вар. Можно использовать КСО или КМ размером не менее 10×10 мм. Допускается параллельное включение конденсаторов меньшей мощности. Катушки диапазонов выше 10 МГц намотаны с шагом, равным диаметру провода, на низкочастотные – виток к витку. Для переключения ФНЧ можно использовать реле или галетный переключатель. Во втором случае элементы фильтров нужно расположить так, чтобы исключить «пролезание» сигнала через соседние, т.к. их входы/выходы в этом случае остаются незаземленными.
Схему согласующего устройства можно изменить или ввести дополнительный переключатель для коммутации различных вариантов включения элементов. Это зависит от конструкции используемых антенн. Необходимо обязательно обеспечить возможность изменения индуктивности в малых пределах, в противном случае могут возникнуть проблемы при настройке согласующего устройства на высокочастотных диапазонах.
Вентилятор М1 для обдува радиатора – от блока питания компьютера. Все блокировочные конденсаторы – керамические, хорошего качества, с выводами минимальной длины. Электролитичекие конденсаторы – типов К53, К52. Диод VD1 имеет тепловой контакт с VT5.
Стабилизатор напряжения 24…27 В должен быть с ограничением максимального потребляемого тока. Можно рекомендовать схему, которая применяется на протяжении последних лет в трансиверах с транзисторными выходными каскадами и зарекомендовала себя как «надежная и простейшая» (рис.).
Это обычный параметрический стабилизатор с защитой от КЗ и перегрузки по току. Для получения требуемого тока применено параллельное включение двух мощных составных транзисторов с выравнивающими резисторами в цепи эмиттеров.
Регулировка выходного напряжения осуществляется резистором R6, а установка тока, при котором срабатывает защита, – R4 (чем выше его сопротивление, тем меньше ток). R5 служит для надежного запуска стабилизатора. В момент, когда выходной каскад не работает и ток потребления источника +24 В равен нулю, напряжение на выходе стабилизатора может повышаться до входного уровня. Чтобы этого не произошло, включен нагрузочный резистор R7, номинал которого зависит от утечки VT2, VT3 и R5. Собранный стабилизатор следует нагрузить на мощное проволочное сопротивление и выставить ток, при котором срабатывает защита. Достоинство этой схемы еще и в том, что регулирующие транзисторы крепятся к шасси (радиатору) без изолирующих теплопроводящих прокладок. При покупке КТ827А обязательна проверка транзисторов на утечку, т.к. очень много попадается брака.
Транзисторный усилитель мощности намоточные данные.
Согласующее устройство (рис.1). L1, L2 – бескаркасные, диаметр провода 1 …1,2 мм, диаметр оправки 16…18 мм, по 35 витков с отводами. С10 – от старых ламповых радиоприемников, зазор не менее 0,5 мм.
Усилитель мощности, А1 Т1 – «бинокль» (два столбика из 4-х тороидальных сердечников каждый, 1000…2000 НМ, К7). I – два витка, провод МПО-0,2; II – 1 виток, провод МПО-0,2.
Т2 – «бинокль» (два столбика из 5-ти сердечников каждый, 1000НМ, К7). 1 – 2 витка по 2 провода МПО-0,2, с отводом от точки соединения конца 1-го провода с началом 2-го; II – 1 виток оплетки коаксиального кабеля диаметром 3…5 мм (желательно посеребренной), или медная трубка. Обмотка I располагается внутри обмотки II, при этом ее оплетка должна плотно облегать витки первой обмотки.
ТЗ – один тороидальный сердечник, 100…600НМ, К16…18. I – 6 витков из 12 скрученных проводов ПЭВ 0,27…0,31, разделенных на 2 группы из 6-ти проводов, с отводом от точки соединения концов проводов первой группы с началом второй. II -1 виток провода МПО-0,2.
Т4 – «бинокль» (два столбика из 7-ми тороидальных сердечников каждый, 400…1000НН, К14…16. I – виток оплетки от коаксиального кабеля диаметром 5…9 мм или медная трубка. II – 2 витка из скрученных 4…5-ти проводов МПО-0,2. Обмотка II – внутри I.
L3 – один тороидальный сердечник, 1000НМ, К10…12, 5 витков провода ПЭВ 0,4…0,5 мм.
L6 – два тороидальных сердечника, 400…1000НМ, К10…12, 8 витков провода ПЭВ 0,9…1,2 мм или скрутки из 5…7 проводов ПЭВ 0,4…0,5 мм.
L1, L2, L4, L5 – стандартные дроссели типа ДМ, L4, L5 индуктивностью 10…15 мкГн на ток не менее 0,4 А.
Т1 – тороидальный сердечник 20…50ВЧ, К16…20. I – отрезок коаксиального кабеля, оплетка которого служит электростатическим экраном и заземляется только с одной стороны. II – 15…20 витков ПЭВ 0,2…0,4 мм.
