Супергетеродинные приемники с гептодом
advertisement
Супергетеродинные приемники с гептодом-преобразователем типа 6А8 работают на коротких волнах хуже, чем на СВ или ДВ. Крутизна преобразования, а следовательно, и коэффициент усиления ступеней с такими лампами по мере укорочения волны падает, частота гетеродина на КВ сильно зависит от напряжения смещения на управляющей сетке гептода (напряжение АРУ). Чем же вызываются эти нежелательные явления? Уменьшение крутизны преобразования на коротких волнах происходит по следующим причинам. В гептоде 6А8, работающем в преобразовательной ступени, переменное напряжение на его первой сетке вызывает изменение электронного потока в лампе. Периодически изменяющийся электронный поток с частотой гетеродина изменяет с той же частотой заряд электронного облачка, образующегося между экранирующей (третьей) и сигнальной (четвертой) сетками. Периодическое изменение этого заряда, являющегося эффективным катодом для тетродной части гептода, вызывает в цепи сигнальной сетки переменный ток с частотой гетеродина fгет. Проходя через контур, включенный в цепь сигнальной сетки, этот ток создает на нем переменное напряжение частоты гетеродина. При приеме на ДВ и СВ, когда отношение fгет/fсиг сравнительно велико, это напряжение получается малым. Но при приеме на КВ, когда отношение fгет/fсиг близко к единице, т.е. когда резонансная частота контура, настроенного на fсиг, близка к fгет, это постороннее напряжение может быть большим. Поясним это примером. Предположим, что промежуточная частота приемника равна 465 кГц, а гетеродин работает на частоте fгет выше принимаемой fсиг (эти условия чаще всего имеют место в радиовещательном приемнике). Тогда при приеме передачи радиостанций, работающей на частоте 200 кГц (1500 м), гетеродин должен генерировать колебания с частотой: fгет = 200 + 465 = 665 кГц, т.е. приблизительно в 3,3 раза отличающейся от частоты fсиг, на которую настроен контур, связанный с сигнальной сеткой гептода. Очевидно, что в данном случае на этом контуре напряжение частоты гетеродина не может быть большим. Для приема же передачи радиостанции, работающей на частоте fсиг = 20000 кГц (15 м), гетеродин должен генерировать колебания с частотой: fгет = 20000 + 465 = 20465 кГц, т.е. примерно только на 2% отличающейся от принимаемой. Поэтому при приеме на КВ на соединенной с этим контуром сигнальной (четвертой) сетке и будет существовать значительное напряжение частоты fгет. Исследования показывают, что когда частота гетеродина взята выше частоты сигнала, то фаза этого напряжения почти противоположна фазе напряжения частоты гетеродина на первой сетке. Последнее уменьшает пределы изменения крутизны тетродной части гептода, а следовательно, крутизну преобразования и коэффициент усиления преобразовательной ступени. Поскольку при укорочении волны напряжение частоты гетеродина на сигнальной сетке возрастает, усиление ступени падает. На волнах порядка 15...25 м оно бывает в 3...10 раз меньше, чем на СВ и ДВ. Но напряжение частоты гетеродина может попасть на сигнальную сетку и через емкость между ней и гетеродинной сеткой. Фаза напряжения, попавшего таким путем на сигнальную сетку, оказывается почти противоположной фазе вредного напряжения, вызванного рассмотренной выше связью через электронное облачко. Однако напряжение, наводимое емкостным путем, всегда слабее и поэтому полностью не компенсирует напряжение, вызванное связью через электронное облпчко. Включая между первой и четвертой сетками гептода конденсатор и подобрав его емкость в пределах десятых долей или единиц пикофарад, опытным путем можно добиться лучшей взаимной компенсации обоих указанных вредных напряжений и тем самым несколько увеличить усиление преобразовательной ступени на коротких волнах. Другой недостаток гептодов 6А8 - значительный уход частоты при изменении напряжения смещения на сигнальной сетке; это вызывается тем, что величина этого напряжения оказывает влияние на анодный ток гетеродина (ток в цепи второй сетки гептода) и, следовательно, на параметры гетеродинной частоти гептода (ее крутизну характеристики, емкость между катодом и первой сеткой, входящей в колебательный контур гетеродина, и т.п.). На КВ изменение этого напряжения на несколько вольт может вызвать уход частоты гетеродина на десятки кГц. При полосе пропускания приемника в 5...8 кГц это приводит к существенному изменению громкости воспроизведения передачи. Чтобы уменьшить уход частоты гетеродина по последней причине, можно рекомендовать строить схему приемника так, чтобы при переходе на КВ диапазоны напряжение АРУ выключалось с преобразовательной ступени. От некоторых недостатков, свойственных лампам 6А8, свободны более современные гептоды-преобразователи, а именно, лампы типов 6А7, 6А10С и 6А2П. Поэтому в современных супергетеродинных радиоприемниках последние три типа ламп и находят преимущественное применение. Так, например на частоту гетеродина преобрзовательной ступени с лампой 6А7, 6А10С или 6А2П (выполняемого, как обычно, по трехточечной схеме) изменение напряжения смещения на сигнальной сетке влияет меньше. Такое изменение приводит лишь к перераспределению электонного потока между положительно заряженными электродами лампы, почти не изменяя общего катодного тока, протекающего через контур гетеродина. Незначительная зависимость катодного тока от напряжения на сигнальной сетке делает более постоянным заряд электронного облачка, окружающего катод, а следовательно, и емкость между катодом и гетеродинной сеткой, входящую в контур гетеродина, и другие параметры гетеродинной части лампы. Все это способствует повышению стабильности частоты гетеродина. Практически гетеродин преобразовательной ступени с лампой 6А7 или 6А10С обеспечивает при работе на КВ в 5...6 и больше раз лучшую стабильность частоты, чем с лампой типа 6А8. Гетеродин преобразовательной ступени, выполненный на пальчиковом гептоде типа 6А2П, может обеспечить еще большее постоянство частоты. Объясняется это тем, что эта лампа вместо цоколя из пластмассы и металла имеет стеклянную пуговичную ножку, представляющую собой единое целое с баллоном, а такая ножка обладает меньшим температурным коэффициентом, чем обыччный цоколь. Поэтому уход частоты гетеродина преобразовательной ступени с лампой 6А2П, вызываемый изменениями температуры, получается меньшим, чем в случае применения любой из других упомянутых выше ламп. Следовательно, из числа гептодов лампа 6А2П является наиболее желательной для применения в ступенях преобразования частоты. В заключение отметим, что влияние напряжения АРУ на частоту гетеродина преобразовательной ступени с лампой любого типа можно еще уменьшить, если разделить функции смесителя и гетеродина, т.е. выполнить последний с отдельной лампой. АРУ в SSB приемнике Система АРУ в SSB приемнике должна обеспечивать быстрое уменьшение усиления при воздействии сигнала большой амплитуды и медленное восстановление усиления по окончании действия этого сигнала. Кроме того, система АРУ не должна срабатывать от импульсных помех. На схеме показана такая система, применяемая в трансивере конструкции UW3DI. Напряжение, снимаемое с выхода усилителя ПЧ (или НЧ), через конденсатор С3 поступает на диод Д1 и выпрямляется им. Кроме того, система АРУ не должна срабатывать от импульсных помех. На схеме показана такая система, применяемая в трансивере конструкции UW3DI. Напряжение, снимаемое с выхода усилителя ПЧ (или НЧ), через конденсатор С3 поступает на диод Д1 и выпрямляется им. Если выпрямленное напряжение по амплитуде превышает напряжение задержки, равное напряжению на открытом диоде Д3 (этот диод открыт током, протекающим в прямом направлении через резистор R4), происходит заряд конденсатора С1. Одновременно выпрямленное напряжение (в отрицательной полярности) подается на антидинатронные сетки ламп усилителей ВЧ и ПЧ, уменьшая усиление приемника. При действии полезного сигнала, имеющего большую длительность, после заряда конденсатора С1 начинает заряжаться конденсатор С2, причем постоянноя времени цепи R2C2 выбрана большей, чем цепи R1C1. Напряжение с конденсатора С2 через диод Д4 также подается на антидинатронные сетки ламп регулируемых каскадов. Время восстановления максимального усиления определяется суммарной постоянной времени обеих цепей. Емкость конденсатора С3 следует выбрать такой, чтобы максимальное напряжение АРУ составляло примерно -5 В. При воздействии кратковременной импульсной помехи конденсатор С2 не успевает зарядиться. Поэтому данная система АРУ не чувствительна к импульсным помехам напряжение АРУ пропорционально только среднему значению уровня SSB сигнала. Система АРУ приемника SSB Обычная система АРУ любительских КВ приемников, как правило, неудовлетворительно работает во время приема SSB. Когда ведут прием АМ (или ЧМ), напряжение АРУ вырабатывается пропорционально величине несущей частоты, изменение которой (замирания) происходят сравнительно медленно. Но в сигналах SSB несущая частота подавлена. Поэтому во время приема этих сигналов напряжение АРУ должно быть пропорционально их средней величине. При этом большой динамический диапазон SSB сигналов и быстрые изменения их с частотой модулирующего (звукового) напряжения предъявляют к АРУ дополнительные требования. Описываемая ниже система АРУ, примененная в трансивере радиостанции UA9BE, пригодна для приема как SSB, так и обычных АМ сигналов. С выхода последнего каскада усилителя ПЧ приемника сигнал ПЧ подается на сетку лампы Л1 катодного повторителя, который необходим, чтобы получить малое внутреннее сопротивление источника напряжения АРУ для практически мгновенной реакции системы АРУ на возростание уровня принимаемого сигнала. После катодного повторителя напряжение ПЧ выпрямляется диодом Д105 (Д1). Постоянная времени цепи R7C6 нагрузки этого выпрямителя выбрана большой (около 2 сек), благодаря чему напряжение АРУ изменяется пропорционально колебаниям среднего уровня принимаемого сигнала и система АРУ хорошо реагирует на медленные изменения этого уровня. Выпрямленное напряжение заряжает конденсатор С6 в полярности, указанной на схеме, и подается на сетки регулируемых ламп усилителей ПЧ и ВЧ. Так как усиление приемника может оказаться недостаточным для следующего за сильным слабого сигнала, необходимо чтобы при отсутствии сигнала на входе приемника напряжение АРУ резко убывало, то есть конденсатор С6 быстро разряжался. Для этой цели в системе установлен дополнительный выпрямитель на диоде Д105 (Д2) с цепью нагрузки R6C5 и ключевой каскад на транзисторе П11 (Т1) и диоде Д220 (Д3). Этот каскад работает следующим образом. При медленном изменении среднего уровня принимаемого сигнала, когда конденсатор С6 разряжается почти одновременно с уменьшением сигнала, напряжения на конденсаторах С5 и С6 равны по величине и в этом случае ток через транзистор Т1 не течет, так как потенциалы его базы и эмиттера одинаковы. Таким образом при медленном изменении среднего уровня сигнала регулирующее напряжение АРУ изменяется пропорционально его колебаниям. В случае быстрого убывания сигнала на входе приемника, сначала уменьшается напряжение на конденсаторе С5, так как постоянная времени цепи нагрузки R6C5 дополнительного выпрямителя меньше, чем постоянная времени цепи нагрузки R7C6 основного выпрямителя. При более быстром убывании напряжения на конденсаторе С5, чем на С6, потенциалы базы и эмиттера транзистора Т1 становятся различными. Когда их разность превысит величину, необходимую для отпирания диода Д3 и транзистора Т1, через транзистор Т1 потечет ток, благодаря чему конденсатор С6 быстро разрядится и регулирующе напряжение АРУ резко упадет. Задержка момента разряда конденсатора С6 зависит от постоянной времени нагрузки R6C5 дополнительного выпрямителя и начальной характеристики диода Д3, которые выбраны так, что задержка несколько больше пауз в принимаемом SSB сигнале. Детали и замена В качестве катодного повторителя кроме лампы 6Ж5Б могут быть использованы пентоды 6Ж1П, 6Ж5П, 6Ж2Б в триодном включении, триод 6С1П или один из триодов ламп 6Н3П, 6Н1П. Диоды Д105 (Д1 и Д2) могут быть заменены другими точечными кремниевыми диодами (типов Д101-Д106). Транзистор Т1 необходимо подобрать с наименьшим начальным током коллектора (I ko). Вместо диода Д220 (Д3) можно использовать Д223 или два кремниевых стабилитрона Д810-Д813, соединенные последовательно. Налаживание Для проверки и налаживания системы АРУ удобно воспользоваться миллиамперметром, включив его в цепь питания анодов ламп регулируемых каскадов ПЧ приемника. Вначале нужно разорвать цепь диода Д3, после чего подать на вход приемника достаточно сильный сигнал (несущую частоту). В момент включения несущей частоты анодный ток ламп регулируемых каскадов должен резко упасть, а когда источник сигнала будет отключен - в течение нескольких секунд возрости до первоначального уровня. Далее следует восстановить соединение цепи диода Д3, а в цепь коллектора транзистора Т1 включить микроамперметр с пределом измерения 50...100 мкА на всю шкалу или авометр, имеющий соответствующий диапазон измерения силы тока. При поданной на вход приемника несущей частоте коллекторный ток должен быть незначительным (не более нескольких мкА). Если ток велик, то следует подобрать транзистор Т1 с меньшей величиной начального тока коллектора (I ko), заменить диод Д3 или включить на его место два диода, соединенных последовательно. Добившись малой величины коллекторного тока, медленно уменьшают величину сигнала на входе приемника и наблюдают за током в цепи коллектора, который не должен увеличиваться. При быстром отключении сигнала должен наблюдаться бросок тока. Во время приема SSB сигналов при правильной работе системы АРУ стрелка миллиамперметра в цепи питания анодов ламп усилителя ПЧ во время речи корреспондента будет совершать небольшие колебания около какого-то среднего уровня, определяемого силой сигнала. Этого можно достичь более точным подбором емкости конденсатора С АРУ для ламповых схем В системе АРУ ламповых радиоприемников напряжение сигнала и регулирующее напряжение подаются на первые сетки ламп (рис.1). При реализации такой схемы всегда возникает противоречие: с одной стороны для эффективной работы АРУ требуется лампа с анодно-сеточной характеристикой большой крутизны, а с другой для обеспечения малых нелинейных искажений усиливаемого сигнала, наоборот, нужна лампа с линейной анодно-сеточной характеристикой. Рис.1 Устранить это противоречие можно, если усиливаемый сигнал подавать на первую сетку лампы усилителя ПЧ, а регулирующее напряжение на другую, например третью сетку. На рис.2 приведена схема двухкаскадного усилителя ПЧ с системой АРУ, построенной по такому принципу. Рис.2 На лампах Л1 и Л2 - собран усилитель ПЧ, на левой половине лампы Л3 детектор сигнала, а правой - детектор АРУ. При увеличении напряжения на входе усилителя растет отрицательное напряжение АРУ, поступающее на третью сетку лампы, в результате крутизна лампы по первой сетке и коэффициент усиления усилителя уменьшаются, а выходное напряжение остается почти постоянным. Для работы в предполагаемой системе АРУ, подходят лампы с высокой крутизной характеристики по первой и третьей сеткам, с большим допустимым током и большой допустимой мощностью, рассеиваемой экранной сеткой и малыми междуэлектродными емкостями. Из отечественных ламп этим требованиям удовлетворяют лампы 6Ж2П, 6Ж2Б, 6Ж10П, 6Ж10Б, 6Ж35Б. На рис.3 приведены регулировочные характеристики [1] Кус = f (Uрег) усилителей, собранных по схемам, показанным на рис.1 (пунктирная линия) и рис.2 (сплошная линия). Рис.3 При изменении регулирующего напряжения 0...- 6 В в первом усилителе (рис.1), коэффициент усиления изменяется в 24 раза или -28 дБ, а во втором (рис.2) в 3х10 в 4 степени или -89 дБ. На рис.4 приведена статическая характеристика [1] АРУ Uвых = f (Uвх) этих усилителей. При изменении входного напряжения от 10 мкВ до 1 В (100 дБ) выходное напряжение первого усилителя изменяется в 54,5 раза (34,7 дБ), а второго при Rq=0, Ea=120 В в 10,1 раза (20,1 дБ), а при Rq=15 кОм, Ea= 150 В в 8,16 раза (18,2 дБ). Рис.4 К достоинствам описанной схемы АРУ следует отнести малые нелинейные искажения усиливаемого сигнала, а также большую устойчивость ее работы, по сравнению с обычной системой АРУ. При изменении регулирующего напряжения от нуля до напряжения запирания по третьей сетке рабочая точка по первой сетке практически не смещается по характеристике лампы (рис.5). Поэтому, установив рабочую точку на середине линейного участка характеристики, можно обеспечить линейный режим работы в большом диапазоне входных напряжений. Рис.5 Усиливаемый сигнал и регулирующее напряжение АРУ поступают на различные электроды ламп, что устраняет паразитные связи через цепь АРУ. Кроме того, более эффективная работа системы АРУ позволяет охватывать регулировкой меньшее число каскадов при том же эффекте, что также уменьшает возможность появления паразитных связей и повышает устойчивость усилителя. При выполнении УПЧ с системой АРУ на транзисторах указанное в начале статьи противоречие также имеет место, когда усиливаемый сигнал и регулирующее напряжение АРУ подаются на один электрод транзистора. Малошумящий входной каскад усиления ВЧ Современные КВ приемники обладают высокой чувствительностью, которая измеряется долями микровольта. Дальнейшее повышение их чувствительности ограничивается собственными шумами радиоприемника, возникающими, главным образом, во входном каскаде усилителя ВЧ. Одним из основных источников шумов является электронная лампа. Создаваемые ее шумы оцениваются с помощью специального параметра, который имеет размерность сопротивления и называется эквивалентным сопротивлением внутриламповых шумов. Например, лампа типа 6Ж1П обладает эквивалентным сопротивлением внутриламповых шумов, равным 3700 Ом; это значит, что сама лампа создает такие же шумы, как включенное на входе "нешумящего" приемника омическое сопротивление указанной величины. Как правило, пентоды имеют эквивалентные шумовые сопротивления 1...3 кОм; у триодов же этот параметр значительно лучше - 100...300 Ом. Поэтому в малошумящих входных каскадах рекомендуется применять триоды. Одна из схем такого каскада приведена на рисунке. В этом каскаде применены триоды с высокой крутизной S=19 мА/В и малым эквивалентным сопротивлением внутриламповых шумов 200 Ом. Первая лампа типа 6С3П работает в режиме катодного повторителя, вторая 6С4П - в схеме усилителя с заземленной сеткой. Цепи высокой частоты (входной и выходной контуры) показаны в упрощенном виде. Цепи катодов ламп разделены конденсатором; это позволяет подбирать необходимые смещения на управляющие сетки ламп независимо друг от друга. Для указанных ламп эти смещения подбирают такими, чтобы анодный ток каждой лампы был равен 15...16 мА. Описываемый каскад был вмонтирован в связной КВ приемник взамен первого каскада УВЧ. Чувствительность приемника увеличилась, а уровень собственных шумов значительно снизился. Подстраивать контуры (для компенсации расстройки за счет изменения ламповых емкостей, присоединенных параллельно контурам) не потребовалось, так как полоса пропускания первых контуров приемника на КВ достаточно широка. В малошумящем каскаде могут быть использованы не только указанные выше триоды, но и другие, например, 6Н3П с Rш=700 Ом и т.п. В случае применения двойных триодов с общим катодом схема с ХАРАКТЕРИСТИКИ ПОДОБРАННЫХ ЛАМП. Лампы могут отбираться разными способами. Основные параметры, по которым производится отбор: 1. Ток покоя Любой ламповый усилитель в режиме А или АВ, имеющий сигнальные, драйверные и выходные лампы, имеет определенные токи Покоя, которые определены анодным напряжением, напряжением смещения и характеристиками самих ламп. Позже мы увидим на конкретных примерах возможность идентификации тока покоя, любой пары ламп, находящихся в одинаковых условиях. 2. Крутизна характеристики. Крутизна определена, как gm = изменение анодного тока/изменение напряжения сетки & данной рабочей точке и является основным критерием усиления в тетродах и пентодах. Крутизна обычно изменяется при разных анодных токах и анодных напряжениях, поэтому заявленная в паспорте крутизна характеристики верна лишь в том случае, когда приводится рабочая точка для данной крутизны. Крутизна падает при старении лампы. Правильно подобранные лампы будут иметь одинаковую крутизну, но лампы с одним значением крутизны не обязательно окажутся, одинаковы по другим параметрам, так что крутизна сама по себе не является полным показателем хорошего подбора. 3. Усиление Определяется изменением напряжения на аноде к изменению напряжения сетки в данной рабочей точке и является показателем коэффициента усиления в триодах. Усиление, в основном, не меняется в различных режимах и с возрастом лампы, кроме случая, когда лампа выходит из строя или теряет эмиссию. Усиление также само по себе не является показателем хорошего подбора. 4. Выходная мощность В усилителях мощности можно обнаружить, что с одних ламп можно выжать большую максимальную мощность, чем с других (подобных). Как правило, это вызвано различными характеристиками, когда рабочая точка отдельной лампы сдвигается в область максимальной мощности. Иногда выходная мощность может быть ограничена недостаточностью эмиссии катода. 5.Разброс от партии к партии при производстве Даже если две лампы абсолютно подобраны, но при этом они из разных партий или имеют разный ресурс до подбора, они могут со временем "развалится" по характеристикам. Это, особенно, важно для слабосигнального усиления и в усилителях постоянного тока, где критичен дрейф постоянного напряжения. Чем больше различий в параметрах подбираемой пары, тем меньше шансов, что в дальнейшем она этой парой и останется. НЕОБХОДИМОСТЬ ПОДБОРА ЛАМП Не все схемы требуют подобранных ламп, но есть такие, которые требуют только конкретно подобранных параметров. ПАРАЛЛЕЛЬНОЕ ВКЛЮЧЕНИЕ ЛАМП Лампы включают параллельно для достижения более высокой выходной мощности или для получения более низкого выходного сопротивления. Передаточная характеристика (зависимость анодного тока от отрицательного смещения на сетке) является суммарной характеристикой каждой лампы. Если подбора по крутизне не было вовсе, то передаточная кривая будет иметь изломы. Тем не менее, при параллельном включении большого количества ламп незначительные несовпадения уравниваются. Одинаковость по анодному току здесь менее критична. ДВУХТАКТНЫЕ ВЫХОДНЫЕ КАСКАДЫ Существуют две причины необходимости подбора ламп в выходных каскадах: для уменьшения несбалансированного постоянного тока через выходной трансформатор и для компенсации четных гармоник. Разбаланс токов по плечам может вызвать насыщение сердечника, что в результате приведет к снижению индуктивности и росту искажений. Насыщения возможно избежать. На примере НЧ-технологии, прим. RW3AY. Для снятия проблемы с насыщением сердечника, делается воздушный зазор в сердечнике, как это делается в SE выходных трансформаторах, за счет снижения индуктивности. В свою очередь снижение индуктивности должно быть скомпенсировано увеличением количества витков, что усугубляет высокочастотные проблемы. Вот, поэтому большинство производителей НЧ трансформаторов предпочитают доводить воздушный зазор до минимума, для того, чтобы схема работала с минимальным разбалансом по постоянному току. Что касается тороидальных трансформаторов, так они вообще не имеют воздушного зазора! Как быть? Кроме этого, точная балансировка пушпульной схемы позволяет исключить любые четные (2, 4, б и т. д.) гармоники, появившиеся в ее усилительных элементах (но это не касается подавления четных гармоник, присутствующих во входном сигнале!). Отсутствие разбаланса по плечам особенно важно для усилителей в режиме АВ и В, где лампы выключаются на часть периода. Поэтому в тщательно сбалансированной схеме суммарные искажения будут снижены путем подавления четных гармоник. Таким образом, пытаясь абсолютно сбалансировать лампы, можно, уменьшить суммарные искажения, особенно, на малых уровнях сигнала. Подбор на больших уровнях сигнала также необходим для предотвращения эффекта "выпрямления", когда лампы несбалансированны. Такой эффект создает условие для протекания несбалансированного тока, пропорционального уровню сигнала. Степень требуемого подбора выходных ламп зависит от цепей смещения и схемы драйвера. Если применяется нерегулируемое фиксированное смещение (как в большинстве дешевых усилителей), или единая регулировка смещения на оба плеча одного канала в более серьезных "машинах", то необходим полный отбор ламп по анодному току. Любой разбаланс по плечам ведет к потерям в выходном трансформаторе. Если же имеется регулировка смещения отдельно для каждой лампы или регулировка баланса смещения (иногда, называемая DC-коромысло), то одинаковость самих ламп по анодным токам менее важна и достаточно лишь сходства характеристик. Когда обеспечен баланс по переменному току, то требование абсолютной одинаковости выходных ламп на предельных токах еще менее критично. К сожалению, процедура балансировки по переменному току без соответствующих приборов затруднительна. ТЕХНОЛОГИИ ПОДБОРА При исследованиях использовалось большое количество ламп EL34 и 6BQ5 и при поиске лучшего способа подбора их в пары, были разработаны следующие технологии подбора; ПРОГРЕВ Собственные параметры многих ламп изменяются после первых часов работы. В прошлом лампы для чувствительных усилителей постоянного тока перед установкой стояли на прогреве 48 часов. Обнаружилось, что в мощных лампах (китайских EL34 и югославских 6BQ5) значение анодного тока в основном стабилизируется за несколько часов прогрева при нормальном отборе тока; 12 часов тренировки — это хороший компромисс между стабильностью и достоверностью данных в наших тестовых экспериментах. Хотя это происходило не со всеми лампами, поэтому лампы, подобранные сходу, без длительного прогрева, пришлось подбирать заново после недолгого использования. - ИЗМЕРИТЕЛИ ХАРАКТЕРИСТИК ЛАМП Для большинства пользователей измеритель ламповых характеристик является единственным прибором, который дает полное представление о параметрах лампы. Но так ли это? Как только появляется "лампомер", сразу становится очевидным следующее. Например, два триода с одинаковым т, но с разными анодными характеристиками имеют заметно разные анодные токи, в тоже время два разных триода с одинаковой крутизной S, также обладают разными анодными токами. Поскольку большинство "ламномеров" измеряют крутизну без контроля анодного тока, совершенно ясно, что такие приборы для подбора ламп не совсем Пригодны, так как потребуется дополнительный контроль токов. ИЗМЕРЕНИЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА В СТАТИЧЕСКОМ РЕЖИМЕ Лучший способ подбирать лампы в пару по анодному току. Для этого их надо установить их в тестовый прибор, который задает условия, идентичные рабочему усилителю, выставить смещение для требуемого тока и отметить его. Одинаковость на максимальных режимах проверяется на больших напряжениях и токах для уверенности, что подобранные лампы имеют одинаковые характеристики в разных рабочих точках. Будьте осторожны, не превышайте мощность рассеяния анодом или экранной сеткой слишком долго, пока проводите эти испытания! ДИНАМИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ В КАСКАДЕ Одним из методов подбора парных ламп является проверка их в живой усилителе. Например, в НЧ усилителях баланс по постоянному току может быть проведен на частоте насыщения сердечника. Это делается путем подачи на вход синусоидального сигнала, дающего полную мощность на эквивалент нагрузки, и понижения частоты до тех пор, пока сигнал не станет отчетливо искажаться на экране осциллографа. Для хороших трансформаторов это частота сигнала от 40 Гц и ниже. Критерием подбора ламп в динамическом режиме является наличие минимальной второй гармоники. Отбор ламп в каскаде так, как описано выше, дает хорошие результаты только в том случае, если подобранные в пару лампы отбирались на усилителе, где они будут использованы в дальнейшем. Тем не менее, из-за возможных разбалансов в тестовом усилителе специальные приборы все равно требуются, так как лампы могут не подойти для использования в другом усилителе. Довольно трудно таким способом подобрать более чем одну пару ламп. ХАРАКТЕРИОГРАФ Самым быстрым способом подбора ламп в Пару, согласно их рабочим характеристикам во всем диапазоне, является использование лампового характериографа, наподобие Tektronix 570. Кривые характеристик двух ламп могут быть ясно сравнимы на экране электроннолучевой трубки. Если кривые совпадают, то лампы можно считать парными. Численные значения токов и напряжений с экрана получить несколько сложнее, поэтому хорошим способом подбора является использование характериографа с предварительным измерением по постоянному току в статическом режиме, методом, описанным выше. Затем пары с одинаковым значением смещения могут быть измерены на характериографе. Как правило, они будут совпадать в этой точке. Если нет, выберите другую пару с похожей величиной смещения. Очевидно, таким способом можно сделать подбор если не всех, то большинства ламп. Характериограф четко показывает кривые характеристик двух разных по устройству Ламп КТ66 с одинаковым током в определенной рабочей точке (смотреть нужно по центру экрана), но с разными характеристиками на крайних точках. Например, характеристики старейшей КТ66, сделанной в Англии (с, серым графитовым покрытием внутренней стороны баллона), и характеристики 7581/КТ66 General Electric более позднего производства (примерно середины 70-х). На обоих экранах шаг развертки по сеточному напряжению 5 вольт. По абсциссе - 50 вольт на клетку. По оси ординат 20 мА на клетку. Хотя в центральной части экрана лампы выглядят очень похожими, при крайних значениях токов они заметно разнятся друг от друга. НЕКОТОРЫЕ ТОНКОСТИ ПРИ РАБОТЕ С ХАРАКТЕРИОГРАФОМ При подборе пар либо одновременно включайте накалы обеих ламп, либо дайте лампам прогреться несколько минут, чтобы температура катодов стабилизировалась. В том случае, когда лампы будут использоваться только в триодном включении (для тетродов и пентодов), будет разумно проверить их на характериограф именно в триодном включении. Если в обычном или ультралинейном - установите напряжение питания для второй сетки несколько ниже предельного анодного. Если кривые имеют непривычно изломанный вид или изображение на экране слегка размыто, возможно, лампа влетела в паразитную генерацию. Попытайтесь подвигать соединительные провода относительно друг друга и убедитесь, чтобы антипаразитные резисторы в сетках (управляющей и экранной) были припаяны непосредственно к лепесткам панелек с минимальной длиной выводов. Если эти манипуляции не дадут нужного результата, попробуйте подключить конденсатор малой емкости (0,001 мкФ) с анода и/ или второй сетки на катод, естественно, непосредственно на выводах панельки. ЧТО ТАКОЕ "ПОДОБРАННЫЕ ПАРЫ" В ПРОДАЖЕ Эта статья не вызвана желанием дать оценку лампам, продаваемым как подобранные пары, но призвана заострить внимание на тех моментах, которые необходимо знать при их покупке. Опыт приобретения парных ламп у продавцов ранее уже обсуждался на встречах "огнепоклонников" в Сан-Франциско. Обычно на вопрос о применяемых технологиях подбора продавцы либо не знали, как это делалось, либо мололи чепуху, говоря, что это их частные (секретные) методики. Некоторые покупатели отмечали, что купленные ими лампы оказались абсолютной парой, Другие наоборот, что характеристики заметно разошлись при проверке ламп на характериографе. Вот несколько вопросов, которые уместно задать продавцу при покупке парных ламп: 1. Подвергались ли лампы термотренировке? Как долго? Происходило ли это с токоотбором, либо грелись только нити накалов? (Прогрев только накалов, без токоотбора, ничего не даст для стабилизации ламп.) 2. При каких анодных и сеточных напряжениях проводился отбор? (В идеальном случае они должны быть близки условиям работы в вашем усилителе.) 3. Происходил ли подбор по одному-единственному значению, либо в нескольких точках? (Компьютеризованные тестеры или аналоговые характериографы обычно проводят измерения в широком диапазоне характеристик.) 4. Насколько точен подбор? (5% или точнее,) По каким параметрам велся отбор?. (Смещение на сетке для получения данного анодного тока - наиболее приемлемый ответ. Не решайтесь на покупку, если отбор велся только по крутизне.) Часто методики подбора пар держат в секрете под видом ноу-хау, однако нет нужды скрывать их и покупатель, отдавая деньги, должен знать, за что он их отдает. ПОДВЕДЕМ ИТОГ Подбор ламп по парам не является магией, но так ли уж нужны пары в любом случае? Однако если придерживаться следующих советов, вы наверняка добьетесь лучших результатов за те деньги, которые потратили. Лампы для усиления слабых сигналов редко требуют подбора, исключением являются усилители постоянного тока (что в настоящее время мало актуально) и полностью балансные схемы. Строго подобранные пары нужны только в усилителях, где отсутствует балансировка плеч по анодному току (как ни смешно, это касается как раз дешевых усилителей). Убедитесь, что подбор Ламп производился после тренировки, а критерием их подобия является равенство анодных токов при едином напряжении смещения на управляющей сетке. Не приобретайте ламп, парность которых гарантирована только ламповым измерителем. 6. Внешний вид Хотя, этот момент более психологический, нежели практический, покупатель, найдя внешние различия при взгляде на пару подобранных ламп, может решить, что это вовсе не пара и качество работы из-за этого может пострадать. СЛАБОСИГНАЛЬНЫЕ УСИЛИТЕЛИ И УСИЛИТЕЛИ ПОСТОЯННОГО ТОКА Подобранные лампы или одинаковые половинки ламп (в двойных триодах) обычно используются в усилителях постоянного тока с тем, чтобы свести до минимума разность параметров, связанных со старением и непостоянством тока накала. В звуковых и измерительных схемах для компенсации помех входных сигналов используются дифференциальные усилители. В этих схемах помехоустойчивость максимально зависит от подбора. Элементы управления балансом по постоянному току помогают минимизировать разброс ламп не только в момент включения подобранной пары, но и при старении ламп. Для дифференциальных усилителей типовой подбор ламп необходим почти по всем параметрам: анодному току, крутизне партии производства. Дифференциальные усилители также используются как фазоинверторы, но здесь всегда имеется присущий данному типу схемы некоторый разбаланс, который делает тщательный подбор менее необходимым, чём в полностью балансном дифференциальном усилителе. В звуковых усилителях балансные схемы, требующие подбора ламп, как правило, не используются. Однако исключением являются полностью балансные схемы, которые применяются в современных усилителях с балансным входом. От редактора. Внимательный читатель понимает, что большинство приведенных примеров и экспериментальных данных приводится при подборе ламп для высококачественных низкочастотных усилителей мощности. Но, на мой Взгляд, большую часть сказанного можно использовать и при предварительном отборе ламп для ВЧ усилителей мощности, там, где предстоит устанавливать две и более ламп. Транзисторно-ламповый выходной каскад усилителя мощности Использование транзисторных схем при разработке передающей аппаратуры привлекло внимание конструкторов к выходным каскадам усилителей мощности, собранным по так называемым "гибридным схемам" — транзистор-лампа [1, 2, 3]. Однако гальваническая связь транзистора с лампой требует применения транзисторов с повышенной электрической прочностью. В случае пробоя используемой в выходном каскаде лампы (лампа "стреляет") необходимо принять специальные меры по защите транзистора. Существенным недостатком таких гибридных усилителей мощности является наличие конечного сопротивления р-п-перехода транзистора (или канал палевого транзистора), включенного в цепь катода лампы. Это приводит к тому, что падение напряжения на транзисторе не позволяет полностью открыть лампу, а иногда даже не дает возможности использования в схеме отдельных типов мощных ламп (например, ламп с "правой" характеристикой). Применение в усилителе мощности двух и более ламп, работающих параллельно, создает трудности по эффективному использованию каждой лампы, так как необходим предварительный подбор ламп с близкими характеристиками. Исключить указанные недостатки позволяет транзисторно-ламповый выходной каскад усилителя мощности, принципиальная схема которого приведена на рис.1. Здесь транзистор не связан гальванически с лампами, что дает возможность применять транзисторы средней мощности. Для работы выходного каскада требуется напряжение ВЧ 7-9 В эфф. На транзисторе VT1 собран широкополосный усилитель мощности. В цепь истока включена корректирующая цепь (R5; R6; С4). Изменяя емкость С4, добиваются нужного подъема АЧХ на ВЧ участке диапазона. Кроме того, введена частотозависимая обратная связь через цепь R4, С3. В цепь стока включен широкополосный трансформатор Т1, конструкция которого подробно описана в [4]. Первичная обмотка трансформатора — это две медных трубки с припаянной к ним с одной стороны горизонтальной модной перемычкой. При изготовлении трансформатора длина столбиков, набранных из ферритовых колец марки 600 НН должна быть 32-36 мм (обычно используются кольца диаметром 8—12 мм). Если в наличии не окажется ферритовых колец требуемой марки (600 НН), то вместе с кольцами, например, 1000 НН, нужно поместить 1 — 2 кольца 50 ВЧ (симметрично на каждое плечо трансформатора). Вторичная обмотка содержит два витка медного посеребренного провода диаметром 0,7 — 1 мм , на которые надеваются тонкие фторопластовые трубки. Концы выводов вторичной обмотки надо делать как можно короче. Необходимо строго соблюдать фазу включения обмоток трансформатора:конец вторичной обмотки, выходящий из медной трубки первичной обмотки, соединенной со стоком транзистора (горячий вывод), обязательно должен быть соединен с источником напряжения смещения (холодный конец вторичной обмотки). При использовании в выходном каскаде двух ламп делают две вторичные обмотки. При этом провода слегка скручивают: 1 — 2 скрутки на сантиметр. На управляющую сетку каждой лампы подается со своего делителя нужное напряжение смещения. Такое решение позволяет применять лампы без их предварительного подбора. При настройке транзисторного каскада устанавливают начальный ток покоя транзистора в пределах 0,135 — 0,145 А. Вначале настраивают усилитель мощности в диапазоне 28 МГц, добиваясь подъема АЧХ изменением емкости конденсатора С4. На низкочастотных диапазонах, изменяя величину резисторов R7, R8, "заваливают" АЧХ каскада (обычно величина резистора лежит в пределах 110 — 240 Ом). Резисторы R7, R8 должны быть одинаковой величины. Ламповая часть усилителя мощности настраивается по известным методикам. Монтаж транзисторной части каскада навесной. Все соединительные провода надо выполнять как можно короче. Усилитель мощности В последние годы радиолюбительские трансиверы, как правило, делают маломощными - от 3 да 5 Вт. В связи с этим при проектировании усилителя мощности возникает вопрос, какую из известных схем применить, чтобы при вышеуказанных параметрах получить на выходе усилителя однополосный и телеграфный сигналы, отвечающие всем техническим требованиям, предъявляемым в настоящее время к радиолюбительским станциям 1 категории. Классические схемы усилителей с "заземленной сеткой" и "заземленным катодом" не подходят, так как напряжение возбуждения трансивера с выходной мощностью 3-5 Вт явно недостаточно (например, при мощности 3,5 Вт на сопротивлении 50 Ом имеется 15 Вольт). Существует так называемая гибридная схема усилителя мощности, которая в последнее время часто применяется радиолюбителями. Но эта схема является ухудшенным вариантом усилителя с "заземленной сеткой". Мощность, получаемая в этой схеме от радиолампы, в лучшем случае может достичь 70% от гарантированной на данную радиолампу, так как транзистор, стоящий в катоде лампы, является ограничителем тока. За счет плохого согласования между радиолампой и транзистором возникают отраженные волны, что угрожает пробоем транзистора и ухудшает формы сигнала на выходе усилителя. Не полностью используется крутизна характеристики радиолампы. Автор попытался создать усилитель, лишенный недостатков вышеизложенных схем. В какой мере это ему удалось - судить радиолюбителям. Основные параметры усилителя на лампе ГУ-74Б: диапазон усиливаемых частот -3.5...30МГц. мощность, подаваемая на усилитель, - 3 Вт (12,5В эффективного напряжения на сопротивление 50 Ом), анодное напряжение-1200В, ток покоя - 70 мА, максимальный ток - 600 мА, КПД радиолампы - 60 %, коэффициент усиления гибридного каскада - 130 раз, подавление интермодуляционных составляющих - 40 дБ. Схема усилителя приведена на рисунке. В усилителе использованы транзистор КП904Б и радиолампа ГУ-74Б (возможно использование и других современных металлокерамических и металло-стеклянных радиоламп). Схема работает следующим образом. Напряжение возбуждения через согласующий трансформатор с соотношением сопротивлений 4:1 (50 -12,5) подается на затвор транзистора Т1. Выделяясь в строковой нагрузке на трансформаторе Тр2 (1:4 - 40 -160), напряжение возбуждения подводится к управляющей сетке лампы. В аноде лампы включена колебательная система. Питание каскада осуществляется через дроссель ДР. Как видно из рисунка, для питания транзистора по постоянному току используется его включение в катая радиолампы. В то же время катод ради-олампы заземлен по высокой частоте через емкости С1-С4 (4 шт. по 10Н). Для создания тока через каскад лампа - транзистор на транзистор подается положительное смещение с делителя R3 - R2. Ток покоя лампы определяется соотношением этих резисторов. Его изменяют величиной резистора R3. Отладка схемы сводится к подбору тока покоя в пределах 70.. .80 мА. Небольшая, величина начального тока, на первый взгляд, недопустима для усиления однополосного сигнала, но так как схема имеет двойную ООС как по катоду, так и по сетке уровень всех побочных и нелинейных искажений при данном токе незначителен. Необходимо обратить внимание на правильность включения обмоток трансформаторов ТР1 и ТР2. ТР1 изготовлен на основе медной трубки с внешним диаметром 3 мм, изогнутой в виде буквы U. На каждую половинку надето по 4 ферритовых кольца с внутренним диаметром 3мм, внешним - 9 мм, и толщиной 10 мм. ТР2 изготовлен на основе медной трубки с внешним диаметром 5 мм. На каждую половинку надето по 6 ферритовых колец М2000 с внутренним диаметром 5 мм, внешним - 12 мм, и толщиной 10 мм. Внутрь трубок продето по 2 витка провода из параллельно соединенных проводов типа МГТФ-0,15. Необходимо учитывать, что чем плотнее внутри медной трубки расположена обмотка, тем широкополосное трансформатор. Для защиты транзистора от случайно возникающих перенапряжений на стоке включена цепочка Д1, Д2, Д3. Конструкция усилителя обычная, анодные цепи экранированы от сеточных, сеточные - от входных. По всем вопросам, связанным с постройкой и наладкой усилителя, прошу обращаться в эфире.
