В радиолюбительской практике наряду с конструированием трансиверов и антенн большое внимание уделяется изготовлению различных усилителей мощности. Достаточно послушать любой из диапазонов (например, 80 или даже 20 м), где устраиваются целые дискуссионные баталии по тематике усиления сигналов. Существует значительное количество информации по схемотехнике промышленных, коммерческих и любительских конструкций. Однако, несмотря на все это количество простых, надежных homemade PA невелико. Идея построения простого в схемотехническом отношении усилителя мощности, без сервисных "наворотов", с минимумом необходимых функций для обеспечения надежной долговременной работы, с хорошими качественными показателями возникла довольно давно. Сразу оговорюсь, что изготовление и настройка с помощью неоновой лампочки такого РА на "коленках" не принесет ничего хорошего. Необходимо иметь некоторый опыт в изготовлении и разработке высокочастотных конструкций. Если такого опыта нет, то лучше всего начать со сбора визуальной информации, т.е. необходимо своими глазами увидеть, как собраны промышленные (лучше - конструкции Министерства обороны) образцы данной техники, на них и равняться. Значительную роль при изготовлении таких конструкций играет терпение и настойчивость. Чем тщательней будет производиться выбор деталей, изготовление и настройка, тем лучше получится РА и принесет большее удовлетворение от проделанной работы, как вам, так и соседям по эфиру.

Выбору усилительного элемента для РА было уделено особое внимание, т.к. от него зависят основные технические характеристики, сложность схемы построения и т.д. От использования полупроводниковых приборов пришлось отказаться сразу. Большинство современных мощных биполярных и полевых транзисторов недоступны радиолюбителям из-за их дефицитности и относительно высокой стоимости. Если же учесть, что для получения выходной мощности порядка 1000 Вт необходимо включать несколько транзисторов, обеспечивая их надежными схемами защиты, то по материальным, интеллектуальным и физическим затратам такой усилитель мощности трудно будет назвать простым. Однако, существует такой замечательный элемент, как электровакуумная лампа, О достоинствах радиолампы было написано немало статей, поэтому мы кратко перечислим основные из них:
1. Широкая распространенность. В последнее время радиолюбители могут приобрести такие современные металлокерамические радиолампы, как ГУ-73Б, ГУ-84Б и т.д.
2. Высокая надежность. Даже при превышении предельно допустимых эксплуатационных параметров (что не всегда хорошо, но бывает) лампа может еще очень долгое время работать.
3. Значительно лучшая, чем у полупроводниковых приборов линейность амплитудной характеристики.
4. Высокий коэффициент устойчивого усиления, позволяющий получить заданную выходную мощность при небольшом количестве каскадов.

При подборе необходимой радиолампы была выбрана лампа ГУ-43Б, как наиболее доступная, с неплохими техническими характеристиками.

Основные эксплуатационные характеристики лампы для режима АВ1:
1. Напряжение накала, В --- 12,6
2. Напряжение анода, В --- 3000
3. Напряжение экранирующей сетки, В --- 350
4. Напряжение смещения (при Iа=0,ЗЗА), В --- -50
5. Амплитуда возбуждения, В --- 50
6. Ток анода, А --- 0,9
7. Ток второй сетки, мА --- < 80
8. Ток первой сетки, мА --- < 0
9. Колебательная мощность, кВт --- 1,6

Принципиальная электрическая схема основного блока усилителя мощности приведена на рис.1, анодного блока питания на рис.2.

Основные параметры РА:
1. Выходная мощность не менее, Вт --- 1000
2. Входная мощность не более, Вт --- 20
3. Мощность, потребляемая от сети не более, Вт --- 2500
4. Входное/выходное сопротивление, Ом --- 75
5. Уровень и итермодуляционных составляющих 3-го порядка, дБ --- -30
6. КСВ во входной цепи не более --- 1,5

Сигнал возбуждения через высокочастотный разъем XW2 и контактную группу реле К5.1 подается во входную цепь, и далее на управляющую сетку лампы VL1. Лампа VL1 включена по схеме с общим катодом, что обеспечивает коэффициент усиления по мощности порядка 17 дБ. Режим работы по постоянному току определяется напряжением смещения и экранным напряжением, которые подаются от стабилизированных источников напряжения. Питание накала осуществляется от отдельного накального трансформатора TV2. Питание анодной цепи выполнено по параллельной схеме через дроссель L2, блокировочные конденсаторы С1, СЗ, С4. Высокое напряжение + 2800 В подается от анодного блока питания через ВЧ-разъем XW1. Усиленный сигнал через разделительный конденсатор С7 поступает на П-контур С9, С32, L3, L4, L5, трансформирующий сопротивление нагрузки rh = 75 Ом в оптимальное для лампы Roпт = 2000 Ом, а также осуществляющий фильтрацию высших гармоник сигнала. Переключение диапазонов и настройка производится переключателем SA4 и конденсаторами С9, С32. Далее сигнал через нормально замкнутый контакт К3.1 вакуумного реле поступает в антенну.

Контроль уровня выходной мощности и тока экранирующей сетки производится прибором РА1. Датчиком выходной мощности 5 данном случае служит трансформатор тока ТА1 и детектор на диоде VD32.

Охлаждение лампы VL1 осуществляется двумя вентиляторами М1 и М2. Сетевое напряжение 220 В для питания основного блока подается из анодного блока питания на разъем XS1. Коммутация RX/TX происходит при соединении с общим проводом контакта 2 разъема XS2. Для индикации прием/передача служат лампочки HL1, HL2. Рассмотрим более подробно функциональные узлы, на которые следует обратить особое внимание.

Входная цепь образована элементами TV1, С5, С6, R2, R3, L1 и является широкополосной. Трасформатор TV1 на длинных линиях с передаточным отношением 1:1 необходим для эффективного демпфирования источника сигнала. Даже при номинале нагрузочного сопротивления R2 = 75 Ом для получения приемлемого значения КСВ необходимо компенсировать довольно большую входную емкость лампы Свх = 100 пФ. Частично это осуществляется корректирующей катушкой L1. Оставшуюся реактивность "вбирает" в себя TV1. При такой схеме построения обеспечивается КСВ во входной цепи не хуже 1,5 в диапазоне 28 MHz. На более низких частотах КСВ менее 1,2. Измерения проводились мостовым КСВ-метром, подключенным непосредственно к ВЧ-входу усилителя. Достоинством такой схемы построения является простота, развязка трансивера и усилителя, широкополосность, отсутствие коммутационных элементов. Необходимо, однако, отметить, что высшие гармоники в данном случае не ослабляются, поэтому выход трансивера должен обязательно иметь диапазонные фильтры или перестраиваемый П-контур.

Стабилизатор экранного напряжения выполнен по классической схеме стабилизатора последовательного действия. Однако тут есть некоторые "изюминки". Как правило, долго лежавшая мощная радиолампа даже после тренировки может "стрелять". При таких прострелах, если не обеспечить требуемую защиту, выходит из строя управляющий транзистор стабилизатора экранирующей сетки. В данном случае применена многоуровневая схема защиты, которая позволяет избежать таких неприятностей.

Основная цепь защиты, обеспечивающая мгновенное блокирование высоковольтного импульса состоит из диода VD14,предохранителя FU3 и конденсатора С28. Наличие С28 обязательно, так как именно он (через диод VD14 характеризуется временем восстановления) закорачивает на общий провод короткий импульс обратного тока, возникающий при простреле лампы. Разрядник FV1 служит для "медленной" защиты от перенапряжений. Резистор R4 - нагрузочный, для уменьшения влияния динатронного эффекта. Он же определяет центральное положение стрелки измерительного прибора РА1. R7 - шунт для РА1, подбирается для получения шкалы прибора с максимальным отклонением 100 мА. Непосредственно сам стабилизатор выполнен на мощном высоковольтном транзисторе VT1, стабилитронах VD19...VD27, резисторе R6. Элементы VD16, VD17, VD18, R9 служат также для защиты транзистора и стабилитронов.

Коммутация усилителя с "приема" на "передачу" выполнена на электромагнитных реле К1...К7 с элементами задержки. При соединении R16 с землей срабатывает реле К7, переключая своей контактной группой К7.1 напряжение питания с обмотки реле К4 на обмотки К2 и КЗ. КЗ подключает выход усилителя к XW3, а К2 осуществляет коммутацию обмоток К5 и К6. К5 коммутирует вход усилителя, а К6 подает напряжение смещения на VL1. Время срабатывания КЗ меньше суммарного времени срабатывания К2 и К6, поэтому вначале подключается антенна, а потом отпирается лампа и подается мощность возбуждения. При переходе с "передачи" на "прием" ситуация обратная. Сначала обесточиваются обмотки реле Кб и К5, затем отключается реле К7. Время удержания реле К7 определяется постоянной времени:

t = С40 х Робм,
где Робм - сопротивление обмотки реле К7.

Анодный блок питания выполнен по трансформаторной схеме с двухполупериодным мостовым выпрямителем. Переключателем SA1 осуществляется "мягкое" включение блока. Во втором положении переключатель следует удерживать не более 10с, так как может сгореть токоограничивающий резистор R1. Значения анодного напряжения и тока индицируются приборами РА1 и РА2. Цепочка резисторов R26...R31 служит для разряда емкостей С1, С2. Диоды VD1...VD24 зашунтированы выравнивающими резисторами R2...R25. Защита от короткого замыкания в анодной цепи осуществляется высоковольтным (!) предохранителем FU3. По цепи первичной обмотки TV1 также установлены плавкие предохранители FU1 и FU2.

Конструкция и детали.

Детали основного блока:
L1 - корректирующая катушка. Провод диаметром 1 мм. 5 витков на каркасе из радиофарфора диаметром 10 мм. Шаг намотки 1мм.
L2 - анодный дроссель. Провод в х/б изоляции диаметром 0,5 мм. Каркас из керамики (от анодного дросселя Р-118) диаметром 30 мм. Намотка секционированная. Первая секция (ближе к аноду) содержит 11 витков, расстояние между витками 1,5...2 мм. Вторая секция - 14 витков. Третья секция - 21 виток. Четвертая секция - 70 витков. Расстояние между секциями - 5 мм.
L3 - катушка П-контура диапазона 28 МГц. Материал - медная трубка диаметром 6,5 мм. Количество витков -5. Диаметр оправки 50 мм. Отвод выполнен от 4 витка, считая от "горячего конца",
L4 - катушка диапазона 21/14 МГц. Материал - медная шина 5х2 мм. Содержит 6,3 витка на оправке диаметром 50 мм. Отвод от 2,2 витка и от 5 витка, считая от конца, соединенного c L3.
L5 - катушка диапазона 7/3,5 МГц. Содержит 17 витков голого медного провода диаметром 3 мм. Намотана на ребристом каркасе из радиофарфора диаметром 50 мм. Отвод от 7-го витка, считая от конца, соединенного с L4,
Катушки L3, L4 намотаны с шагом, равным диаметру применяемой трубки (шины). Катушка L5 намотана с шагом 2 мм.
ТА1 - 2...4 витка провода МГТФ на сердечнике марки 50ВЧ, первичная обмотка - посеребренный провод диаметром 2 мм, пропущенный через сердечник.
TV1 - 17 витков двух слабо скрученных проводов МГТФ на сердечнике, состоящим из четырех склеенных колец М200НН 32 х 20 х 6,
VD1,VD15,VD29,VD31 - КД522А
VD2...VD13, VD16...VD18, VD30, VD33 - КД226Д
VD32 - Д18
VD14 - KЦ109A
VD19 ... VD27 - Д816Д
VD28 - Д817Б
VT1 - KT839A
DA1 -КР142ЕН9Д
PA1 - измерительная головка на ток 1 мА
С1, СЗ, С4 - типа КВИ-3 на рабочее напряжение 10 кВ.
С7 - тип К15У-1 на рабочее напряжение 4 кВ и реактивную мощность 15 кВар.
С9 - от р/ст Р-137 с зазором между пластинами 3 мм. Требует небольшой доработки до получения наибольшего перекрытия по емкости.
С32 - от лампового вещательного приемника.
С10...С22 - конструктивно входят в состав панельки.
Со - типа КСО на рабочее напряжение 1 кВ.
Переключатель SA4 - от согласующего устройства р/ст Р-130М.
SА1... SАЗ - типаТВ1.
Реле К1 - на рабочее напряжение 220 В и максимальный ток через контакты.
Реле КЗ, К4-типа В1В-1Т1.
Реле К5 - типа РПВ2/7 на рабочее напряжение 27 В.
Реле К2, К6 - РЭС49.
Реле К7 - РЭС47,
R4 - ПЭВ20 (20 Вт).
R2 - 9 штук соединенных параллельно-последовательно резисторов МЛТ-2 75 Ом.
TV2 - трансформатор, габаритной мощностью 100 Вт.
TV3 - трансформатор, габаритной мощностью 63 Вт.
М1 - вентилятор, производительностью 180 куб.м/ч.
М2 - вентилятор, производительностью 100 куб.м/ч.

Детали анодного блока питания:
TV1 - повышающий трансформатор. Применен анодный трансформатор от р/с Р-118. Диаметр провода вторичной обмотки 0,75 мм.
FU3 - высоковольтный разборный предохранитель на ток 1 А.
SA1 - переключатель, рассчитанный на рабочее напряжение 220 В и ток контактов 15 А.

Все примененные элементы можно заменить элементами других типов. Важно, чтобы при их использовании не было превышения предельно допустимых значений тока, напряжения, мощности и т.д.

Лампа VL1 установлена горизонтально на экранирующей перегородке, разделяющей на два отсека корпус основного блока.

Вентилятор М1 осуществляет отвод теплого воздуха от радиатора VL1 за пределы корпуса. М2 обдувает панельку лампы со стороны катода. По корпусу от разъема XW2 до XW3 проложена луженая медная шина.

В анодном блоке FU3, VD1...VD24 вместе с резисторами R2...R25 установлены на диэлектрической пластине.

Для подачи напряжения +2800 В используется коаксиальный кабель диаметром 10 мм с диэлектриком из фторопласта.

Настройка осуществляется поэтапно. Сначала настраивают анодный блок питания. Обязательно проверив правильность монтажа, убеждаемся в отсутствии замыканий токоведущих проводников. Далее через понижающий автотрансформатор подаем на XS2 напряжение порядка 120 В и производим калибровку вольтметра РА1. Для этого необходимо как можно точнее измерить перед установкой в схему значение сопротивлений R26...R31. Измерение лучше проводить цифровым мультиметром, так как он имеет постоянное и высокое (10 МОм) входное сопротивление, Затем уже в собранной схеме измеряется падение напряжения Uпад на резисторе R31. Находим значение тока через R31:

Iд = Uпад/R31
Зная измеренные номиналы всех резисторов R26...R31 вычисляем суммарное напряжение на выходе выпрямителя:

Uвых = (R26 + R27 + ...+R31) Iд.

Подстроечным резистором R42 устанавливаем показания прибора РА1 равным Uвых. Максимальному отклонению стрелки РА1 соответствует значение напряжения на выходе Uвых = 5000 В. Такой метод калибровки безопасен и обеспечивает необходимую точность измерений. При наличии прибора АВО-5М можно провести прямое измерение напряжения на выходе блока. Шунт R43* для амперметра РА2 необходим при использовании измерительного прибора на ток меньше 1 А. Исправно работающий блок питания обеспечивает Uвых = 2800 В. При токе 1 А просадка напряжения составляет не более 200 В и определяется, в основном, падением напряжения на проводах питающей сети.

Настройка основного блока начинается с настройки стабилизаторов напряжения при вынутой из панели лампе VL1. Подбором резистора R3 выставляют ток через стабилитрон VD28 - 10 мА и проверяют предел регулировки напряжения смещения. Диапазон изменения напряжения должен составлять порядка 20 В (-65...-45 В).

Аналогично настраивают стабилизатор экранного напряжения. Резистор R6 подбирают до получения тока через цепочку стабилитронов VD19...VD27 около 20 мА. Напряжение на эмиттере транзистора VT1 должно быть около 360 В, Измерительный прибор РА1 в положении переключателя SA5 "Ток экр.сетки" будет показывать значение тока, отличное от нуля. Это значение определяется величиной резистора R4 и отмечается на шкале прибора как "0", В дальнейшем, при настройке усилителя, показания прибора могут изменяться как в положительную, так и в отрицательную сторону от искусственного нуля (зависит от правильности настройки выходного контура). Система коммутации, при исправных реле, требует подбора конденсатора С40* до получения необходимой задержки отпускания реле К7. Далее, при отключенных SA1...SA3, вставляют лампу в панельку и включают SA1 "накал". Напряжение накала проверяют непосредственно на выводах панельки. Оно должно составлять 11,6...13,5 В. Выдержав лампу под накалом около 5 минут, включают SA2 "смещение" и переводят РА в режим "ТХ".

Подавая на вход мощность не более 5 Вт, подбираем величину индуктивности L1 по минимуму КСВН в диапазоне 10 м. Измерение значения КСВ необходимо проводить при помощи мостового измерителя КСВ.

Перед подачей анодного напряжения необходимо произвести тренировку лампы по любой известной методике.

Когда все предварительные операции завершены, переходим к окончательной настройке. Последовательность включения питающих напряжений следующая:
1. Включить SA1 "накал" и выждать 5 минут.
2. Включить SA2 "смещение".
3. Перевести в положение 2 переключатель SA1 анодного блока и, выждав 2 с перевести его в положение 3.
4. Включить SA3 "экранное".

Замкнув контакт 2 XS2 на землю по прибору РА2 анодного блока питания, выставляем резистором R13 ток покоя лампы порядка 250...300 мА. К разъему XW3 подключаем эквивалент нагрузки 75 Ом мощностью 1 кВт. Подав мощность возбуждения порядка 15...16 Вт, настраиваем П-контур на каждом диапазоне. Лучше всего производить настройку по значению экранного тока, его величина не должна превышать 80 мА, Из практики настройки известно, что номинальная выходная мощность получается при 1э = 15...25 мА, При этом лампа работает в недонапряженном режиме. При выключении усилителя следует сначала отключить экранное напряжение, затем анодное, смещение и накал. Охлаждение отключается главным автоматом по истечении 5 минут после снятия накала. На рис.3 показана блок-схема подключения РА к питающей сети.