-
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.
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.
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.
Linearna pojačala za KV – od ideje do realizacije
Piše: Petar Miličić, 9A6A
Slika 1. Slika pojačala
Vijesti iz HRS-aElektronika, teorija, gradnje
www.hamradio.hr16 2012. Radio hRS - 3 | 2012
-
- 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 cijeviPrije 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).
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.
Slika 2. Osnovna shema svih pojačala
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 pobudeNačin 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.
Pobuda u prvoj rešetki zahtjeva malu ulaznu snagu, ali je teško
napraviti takvo pojačalo i dobro potisnuti neželjene produkte.Slika
3. Izlazne cijevi QB5/1750
Elektronika, teorija, gradnje
www.hamradio.hrRadio hRS - 3 | 2012 2012. 17
-
Tablica 1.
TipVrsta cijevi
Disipacija (W)
Anodni napon
(V)
Anodna struja (mA)
DC struja mrežice G1 (mA)
DC napon mrežice G1 (V)
DC struja mrežice G2 (mA)
DC napon mrežice G2 (V)
Granična frekvencija
(MHz)
Napon grijanja
(V)
Struja grijanja
(A)Klasa
(tipično)Snaga
pobudeIzlazna snaga
811-A trioda 65 1 500 175 50 0 60 6,3 4 AB1 3 155
812-A trioda 65 1 500 175 35 -120 60 6,3 4 C 6,5 190
3CX100 trioda 100 1 000 125 50 -20 2 500 6 1,05 A-GG 6 27
2C39 trioda 100 1 000 60 40 -35 500 6,3 1,1 G1-C 5 20
572B trioda 160 2 750 500 45 -2 6,3 4 C-GG 100 600
810 trioda 175 2 500 300 75 -180 30 10 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
833A trioda 350 3 300 500 100 -125 30 10 10 C 23 780
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
GS34 trioda 350 2 500 400 2 500 12,6 1,08 C 3 450
8874 trioda 400 2 200 350 98 500 6,3 3,2 AB2 27 505
3-400Z trioda 400 3 000 350 120 0 110 5 14,5 GG 32 655
3-500Z trioda 400 3 000 400 115 -75 110 5 14,5 C 22 850
GI39b trioda 400 3 000 1 400 1 200 12,6 3,7 AB1 5 150
3CX800 trioda 800 2 250 600 60 -8,2 350 13,5 1,5 AB2-GG 16
750
3-1000Z trioda 1 000 3 000 800 300 0 110 7,5 21,3 GG 65 1
360
GS39b trioda 1 000 3 000 1 400 2 000 12,6 3,4 C 7 700
3CX1200 trioda 1 200 5 000 800 230 -10 110 7,5 21 AB2-GG 85 1
500
8877 trioda 1 500 4 000 1000 -8,2 250 5 10 AB2 57 1 520
GS35b trioda 2 000 3 000 1 400 1 200 12,6 2,95 C 26 2 786
3CX3000F7 trioda 4 000 5 000 2 500 600 0 75 7,5 61,5 AB1 410 7
266
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 35 750 140 3,4 -92 9,5 250 60 6,3 1,125 C 0,3
85
QQE06/40 tetroda 60 600 2 × 100 2 × 2,5 -80 16 250 500 12,6 0,9
AB1 2 x 0,5 90
814 tetroda 65 1 500 145 10 -150 20 300 30 10 3,25 C 3,2 130
4E27 tetroda 75 4 000 150 6 -200 11 750 75 5 7,5 C 1,4 230
813 tetroda 125 2 500 145 0 -95 27 800 30 10 5 AB2 0,35 650
4-125A tetroda 125 3 000 260 178 -43 6 600 120 6,5 10,8 AB2 1
400
803 tetroda 125 2 000 150 25 -80 45 600 20 10 5 C 2 210
4X150A tetroda 150 2 000 200 15 -105 20 400 500 6 2,6 C 0,8
195
4X250B tetroda 250 2 000 200 17 -100 25 400 175 6 2,1 AB1 0
650
4CX300A tetroda 300 2 000 500 100 -50 30 400 500 6 2,75 AB1 0
650
4-400A tetroda 400 4 000 317 0 -130 14 600 110 5 14,5 AB1 0
425
GS36b tetroda 400 2 100 400 -60 325 500 6,3 2,15 AB1 0,2 740
4CX250B tetroda 500 2 000 250 26 -90 19 300 500 6 2,6 C 2,9
390
5-500A tetroda 500 4 000 320 -112 26 600 30 10 10,2 AB1 0
612
GU74b tetroda 600 2 000 750 -150 300 250 12,6 3,6 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 3
360
QB3.5/750 tetroda 1 250 4 000 350 9 -225 45 500 75 5 14,1 C 2,5
1 000
QB4/1100 tetroda 1 400 4 000 350 25 -220 25 600 110 5 14,1 C 1,8
1 100
QB5/1750 tetroda 2 200 5 000 440 35 -200 80 600 60 10 9,9 C 12 1
760
GU78b tetroda 2 500 3 200 2 200 -150 350 250 27 3,5 AB1 1 2
500
GU84b tetroda 2 500 2 200 0 -150 80 400 250 27 3,7 AB1 1 1
500
GS3a tetroda 3 000 2 700 5 600 700 800 26 3,5 C 300 2 200
Vijesti iz HRS-aElektronika, teorija, gradnje
www.hamradio.hr18 2012. Radio hRS - 3 | 2012
-
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 pRilagođenjeUlazna 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.
U tablici 2. prikazane su okvirne vrijednosti za L1, C1 i L2.
Točne vrijednosti dobiju se mjerenjem na svakom konkretnom slučaju,
ali ne odstupaju puno od izračunatih vrijednosti:
Tablica 2.
Frekvencija (MHz)
C1(pF)
L1(µH)
C2(pF)
1,8 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 4. Ground grid ili pobuda u katodi s uzemljenim
rešetkama
Slika 5. Pobuda u prvoj rešetki G1
Elektronika, teorija, gradnje
www.hamradio.hrRadio hRS - 3 | 2012 2012. 19
-
Slika 6. Shema ulaznog π - filtra
Slika 7. Ulazno prilagođenje – ulazni π filtar
Slika 8. Podešavanje ulaznog π filtara
Slika 9. Ulazna prigušnica RF1
RL =Vcc2
2 × P0
Zbog toga se kao izlazno prilagođenje koristi klasičan π-filtar
koji potpuno zadovoljava te funkcije.
Kod tranzistorskog pojačala otpor opterećenja RL može se
izraziti:
AB klasa
C klasa
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.
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
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.
Vijesti iz HRS-aElektronika, teorija, gradnje
www.hamradio.hr20 2012. Radio hRS - 3 | 2012
-
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 10. Izlazno π - prilagođenje
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
RL = = 1 960 Ω5 000
1,7 × 1,5
Gdje je: RL – izlazni otpor u omima, Va – istosmjerni napon na
anodi
u voltima, Ia – istosmjerna anodna struja, K – konstanta ovisna
o klasi pojačala.
Slika 11. PI filtar u pojačalu
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:
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 =RL × Q1 – RL × Ra × Q02 – (RL – Ra)2
RL – Ra
= 10,34
Q1 =1 960 × 12 – 1 960 × 50 × 122 – (1 960 – 50)2
1 960 – 50
Izračun za Q faktor izlaznog kruga Q1:
Iz izračunatih vrijednosti za faktore Q1 i Q2 može se izračunati
vrijednosti impedancije kapaciteta C1 i C2 i induktiviteta L u
π-filtru:
Q2 = Q0 - Q1 = 12 - 10,34 = 1,66
XC1 = = 189,55 Ω=R1Q1
1 96010,34
XC2 = = 30,8 Ω=R2Q2
501,62
XL = =R × Q0Q12 + 1
= 217,91 Ω=23 520107,91
=1 960 × 1210,342 + 1
=
Elektronika, teorija, gradnje
www.hamradio.hrRadio hRS - 3 | 2012 2012. 21
-
Vrijednosti kapaciteta C1 i C2 te induktiviteta L za Q = 12
izračunavaju se po formuli:
S obzirom na to da se radi o vrlo visokim naponima koji nastaju
na anodi, ali i na izlaznom kondenzatoru, ako nije dobro ugođen,
jedino kvalitetni vakuumski kondenzatori mogu izdržati zadane
uvjete. Pokazalo se da se u zračnom kondenzatoru uz malo vlage u
zraku pri neprilagođenom izlazu vrlo lako može stvoriti električni
luk proboja visokofrekventnog napona na masu. Time se trajno mogu
oštetiti ploče kondenzatora (postanu neupotrebljivi). Kao prvi
kondenzator korišten je vakuumski kondenzator od 30 do 500 pF i
radnog napona 7 kV. Drugi kondenzator za pojačala od 3,5 MHz do 28
MHz ima kapacitet od 100 do 1 200 pF, a za pojačalo koje radi na
1,8 MHz korišten je kondenzator od 150 do 2 000 pF i radnog napona
do 5 kV. Za postizanje potrebnih vrijednosti u π-filtru, drugom
vakuumskom kondenzatoru se za područje od 1,8 MHz paralelno dodaju
fiksni keramički kondenzatori.
Induktiviteti u π-filtru motani su kao zračne zavojnice
posrebrenom bakrenom cijevi i učvršćeni su na keramičkim stupićima.
Svakom π-filtru je ispitana rezonantna frekvencija pomoću signal
generatora i osciloskopa. Pri mjerenjima π-filtar je spojen na
izlaz cijevi jer se kod proračuna mora uzeti u obzir i anodni
kapacitet cijevi (Ca1 = 8,3 pF za jednu cijev), pa to utječe na
ukupnu rezonanciju.
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.
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:
Za frekvenciju od 14,200 MHz dobiju se sljedeće vrijednosti:
C1 =1
2 × π × f × XC1
C2 =1
2 × π × f × XC2
L = XL2 × π × f
C1 = = 59,1 pF1
2 × 3,14 × 14,2 × 106 × 189,55
C2 = = 363 pF1
2 × π × 14,2 × 106 × 30,8
XL = = 2,44 μH217,91
2 × π × 14,2 × 106
Vrijednosti za C1, C2 i L za sve ostale frekvencije izračunate
su i prikazane u tablici 3.
Tablica 3.
f (MHz)
C1(pF)
C2(pF)
L (µH)
1,8 491 2 870 19,2
3,5 226 1 435 9,5
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.
Slika 13. Mjerenje rezonancije π-filtra Slika 14. Anodna
prigušnica
XRF =
=
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
Vijesti iz HRS-aElektronika, teorija, gradnje
www.hamradio.hr22 2012. Radio hRS - 3 | 2012
-
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-dipmetra 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.
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 15. Shema prednapona za G1
Slika 16. Shema ispravljača
Elektronika, teorija, gradnje
www.hamradio.hrRadio hRS - 3 | 2012 2012. 23
-
Slika 17. Logika i napajanje releja i naponi za prednapon
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 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.
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 RL5
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.
Slika 18. Pločica s ispravljačima i logikom Slika 19. Donja
strana pojačala
Vijesti iz HRS-aElektronika, teorija, gradnje
www.hamradio.hr24 2012. Radio hRS - 3 | 2012
-
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.
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 20. Shema spoja mjerenja struje kroz cijevi
Slika 21. Shema mjerenja izlazne snage
Slika 23. Shema ispravljača
Slika 22. Prednja pločas 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.
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
Elektronika, teorija, gradnje
www.hamradio.hrRadio hRS - 3 | 2012 2012. 25
-
Slika 24. Trofazni ispravljač 5 000 V/5 A Slika 25. Dva pojačala
napajana iz jednog ispravljača
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.
Slika 26. Shema ispravljača 4 500 V/1,5 A
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. RezulTaTiPojačala 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.
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
Vijesti iz HRS-aElektronika, teorija, gradnje
www.hamradio.hr26 2012. Radio hRS - 3 | 2012
-
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.
Na web stranici www.9a6a.wordpress.comprikazane su detaljne
slike svih faza izrade sagrađenih pojačala. Za sva pitanja ili
savjete kod izrade pojačala možete se obratiti e-mailomna
[email protected].
ICOMO
ELEKTRONIKA d.o.o.
HR-52452 FuntanaKamenarija 12, HrvatskaTel/fax: +385 52 445
038E-mail: [email protected]
OVLAŠTENI DISTRIBUTER
www.mar-elektronika.hr
• cjena sa PDV-om
Uz radioamaterske radijske postaje nudimo Vam:
• profesionalne radijsk postaje i pribor• pomorske radijske
postaje i pribor• antene raznih vrsta i bandova• razne kablove,
konektore, ispravljaèe,
e
SWR- metre i drugo•CB primopredajnke i pripadajuæi pribor
IC-V80E VHF1.007,00 Kn
IC-T70EVHF/UHF1.482,00 Kn IC-2200H VHF
1.675,00 Kn
IC-2820 VHF/UHF4.468,00 Kn
Slika 27. Pojačala za 1,8 MHz i 7 MHz
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.
Elektronika, teorija, gradnje