Piše: Petar Miličić, 9A6A Linearna pojačala za KV – od ideje ...pobude Izlazna 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

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



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



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.



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

=



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



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



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



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



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



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.


Documents

Piše: Petar Miličić, 9A6A Linearna pojačala za KV – od ideje ...pobude Izlazna 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