Антенны. МРБ выпуск № 637. «Энергия», Москва 1967 г. 7. И. Гончаренко, DL2KQ. Расчет П-контура. 8. Гинкин Г. Г. Справочник по радиотехнике (издание четвертое, переработанное).


Чтобы посмотреть этот PDF файл с форматированием и разметкой, скачайте его и откройте на своем компьютере.
П
роектирование
и расчет
ВКС
двухтактного выходного каскада
передатчика

диапазона 200 м (1449

1620 кГц)
для мощности
100
Вт.

для тех, кому интересно понимать,
откуда что взялось и как он
о работает

Сергей Комаров


При использовании в качестве возбудителя с
интезатора С9
-
1449
-
1800
-
4

с мощным 4
-
х
фазным
драйвером МФИ
-
4
[1]
, специально разработанн
ого
для
двухтактно
-
двухфазных
ламповых
выходных каскадов
на металлокерамических тетродах
(Рис. 1)
, работающих
в инверсном режиме
класса
F

[2]
и имеющего фиксированную
скважность выходных прямоугольных импульсов на
каждом выхо
де половинной частоты равную 5,
333
а также учитывая неидеальные фронты
импульсов анодного тока радиоламп 6П37Н
-
В, имеющие длительность 2
0


25 нс,
коэффициенты
разложения
«плоского» импульса

[
3
]

со
ставят:
α
1
= 0,
587
; α
0
= 0,3
77
.

Расчет будет справедлив
для

ламп
6П44С
, а также для
режимов
B
и
C
при соответствующих значениях
α
1
и
α
0
.




Энергетический расчет.

При использовании
силового анодного
трансформатор
а

ТА
238
-
127/220
-
50
(
мощность 1
70
Вт
)
,
сумм
а напряжений обмоток
4 х 28 + 4 х 56 + 2 х 12 = 360 В.
Выпрямленное напряжение будет в 1,24 раза выше: 360 х 1,24 = 446,4 В.

При среднем токе
обмоток 0,4
67
А, ток анодной цепи после выпрямителя не должен превышать 0,
467
/ 1,24 = 0,
376

А.
После
двух
анодных
дросселей: фильтра выпрямителя Д
2
67
В (
1
,
2
генри при
параллельном
включении обмоток
и допустимом токе 0,56 А

с
R
др =
20
,
1
Ω),
и модуляционного Д2
74
В (4,8
генри при
последовательном включении обмоток и
допустимом токе 0,
4
А с
R
др =
42
,4 Ω) [4]
напряжение на
анодах ламп составит: 446,4

(
2
0
,
1
+
42
,4) х 0,
376
= 4
23
вольт
а
.

Падение напряжения на открытой радиолампе при максимальном импульсе анодного тока
можно определить по характеристикам
[
5
]


около 40 вольт.
Примем для удобства 43 вольта.

Тогда:
Ua
1
=
Ea



e
amin
=
4
2
3


4
3
=
38
0
В.

Положив КПД выходной колебательной системы 90% и выходную мощность одного плеча
двухтактной схемы 50 Вт, необходимая мощность, отдаваемая
двумя
ламп
ами одного плеча
в
колебательную систему составит
P
1
=
P
вых
/
η

=
50 / 0,9 = 55 Вт
(лампы в плече работают по
очереди, каждая со скважностью 5,333, при этом, для ВКС это эквивалентно работе одной лампы)
.

Амплитуда тока первой гармоники:
Ia
1
= 2
x

P
1
/
Ua
1
= 2 х
55
/
38
0
= 0,
2
89

A
;

Амплитуда импульса анодного тока:
i
amax
=
Ia
1
/ α
1
= 0,
2
89
/ 0,587
= 0,
4
93

A
;

Постоянная составляющая тока анода:
Ia
0
=
i
amax
х
α
0
= 0,
4
93
х 0,377 = 0,
1
8
6
А;

Мощность, потребляемая от анодного
трансформатора:
P
0
= 360 х 1,24 х 2 х 0,186 = 166 Вт.

Мощность, рассеиваемая на модуляционных дросселях:
P
др = 3 х 27,5
х 0,186 = 15,4 Вт.

Мощность, рассеиваемая на анод
ах ламп
:
Pa
=
P
0

-
2
P
1



P
др
=
166

2 х 55


15,4
=
40,
6 Вт.

Поскольку ламп 4, мощность, на
аноде
каждой:
Pa
1
=
Pa
/ 4 =
40,
6 / 4 = 1
0,15 Вт.
(Ра
max
= 15 Вт)

П
ередатчик радиовещательный, и будет
непрерывн
о работать
длительное время,

поэтому
снабдим
аноды ламп радиаторами для
снижения температуры баллона и
увеличения ресурса
(Рис. 2)
.




Сопротивление анодной нагрузки в граничном режиме:
Ra
а
гр
=

2

Ua
1
/
Ia
1
=
2
х
38
0
/ 0,
2
89
=
2
630
Ω.

Для заведомо стабильн
ой работы передатчика необходимо обезопаситься от возможного
кратковременного перехода в недонапряженный режим, где невозможна анодно
-
экранная
модуляция (будут искажения), поэтому, перейдя в слегка перенапряженный режим и взяв запас в
2
-
3
%, сопротивление а
нодной нагрузки составит:
R
а
a
=
R
а
a
гр
х 1,025
=
2
630
х 1,025 =
2
700
Ω.


Расчет элементов
анодного
колебательн
ого контура
.

Д
ля д
ал
ьнейшего расчета
нам
потребуется принципиальная схема ВКС. Поскольку выходно
й

двухтактно
-
двухфазны
й
каскад
работает в ключевом
режиме с прямоугольными импульсами анодного тока
, применим
для
лучшей фильтрации
двухконтурную схему ВКС с критической связью между контурами
. Первый
контур

симметричный для работы с двухтактным каскадом, затем, индуктивная связь со вторым
контуром, кот
орый для улучшения фильтрации высших гармоник выполнен по П
-
схеме (Рис.
3
).




Положим нагруженную добротность обоих контуров
Q
н = 10.
В этом случае при собственной
добротности контурных катушек
Q
хх = 200 можно получить КПД каждого контура 95%, а КПД
всей
колебательной системы 90%.

Далее, рассчитаем
реактивное сопротивление катушки
L
1
:

X
L
1
=
R
аа /
Q
н = 2
70
0 / 10 = 2
70
Ω.

Средняя частота 200
-
метрового диапазона
f
ср
=
√ (
f
н

x

f
в
) =
√ (1449
x
1620) = 1532 КГц.

Д
лин
ы
в
олн
: λ
ср
= 300000 / 1532 = 195,8 м
; λ
mi
n
= 300000 / 1620 = 185,2 м;
λ
max
= 207 м.

И
ндуктивность катушки
L
1
=
X
L
1
/ (2
π

f
ср
) =
2
70
/ (2
π
1,532)
=
28
мкГ.


Теперь посчитаем номиналы конденсаторов С2

С5
(Рис.
3
)
. Они представляют разделенную
на две части емкость анодного колебательного контура
. Определим С
к
из приведенной формулы.

С
к
=
C
1
= 531
x
λ
ср
/
X
L
1
= 531
x
195,8 / 2
70
= 3
85
пФ. Поскольку емкость контура образована
двумя ветвями конденсаторов, включенных последовательно, то емкость каждой ветви будет в 2
раза больше


770
пФ
(
X
C
= 135 Ω)
.

П
о диапазону
ее надо будет п
ерестраивать
в пределах
:

(
f
в
/
f
ср
)
2
= (1620 / 1532)
2
= 1,118 или на 11,8% в каждую сторону. С запасом на неточность
индуктивност
и
и емкость монтажа, примем диапазон перестройки на 10%
больше
, что составит
11,8 х 1,1 = 13%.
Таким образом, диапазон перестройки емкости
2
C
к
составит:

О
т
Ск
min
=

770

х (1

0,13) =
6
7
0
пФ и до
Ск
max
=
770

х (1 + 0,13) =
8
70
пФ
.

Разница в номиналах составляет
870


6
7
0 =
200
пФ.

Минимальная емкость 6
7
0 пФ включает в себя емкость монтажа, емкость
анодов ламп и
минимальную емкость переменного конденсатора. Положив емкость монтажа 20 пФ (два анодных
радиатора на лампах), емкость анода (выходная
емкость лампы)

Свых = 5,5±2,5 пФ (максимум 8
пФ)
; минимальную емкость переменного конденсатора
12
пФ, пол
учим значение
40
пФ, которое
надо вычесть из минимальной емкости 6
7
0 пФ, чтобы получить максимальный номинал
добавочных конденсаторов С4 = С5 = 6
7
0


40
=
630
пФ.

Учитывая
10
% разброс, номинал конденсатора должен быть не более
630

/

1,
1
=
5
73
пФ.


Станда
ртный меньший номинал
по 10% ряду Е12


56
0 пФ
.

Для выбора типа конденсатора необходимо рассчитать его реактивную мощность.

N
С
=
U
2
a
/
X
С
, где
X
С
= 531
x
λ
min
/ С
=
531
x
185
,2
/
560

=
185,5
Ω.


Тогда
N
С
=
U
2
a
/
2
X
С
=
38
0
2
/
(
2
х
185,5
)
=
38
9
ВАр.

Однако,
не стоит забывать, что при анодной модуляции на пике сигнала реактивная мощность
будет учетверенной
: 4
N
С
= 4 х 38
9
= 15
56
ВАр
.

Выбираем конденсатор
типа К15
-
У2
-
56
0 пФ ±10%
-
2
,5
кВАр
-
2кВ
-
М1500.

Теперь посчитаем минимальное значение добавочной емкости. Она с
кладывается из тех же
составляющих, но с учетом минимальных значений допусков.

С
доб
min
=
10 + 3 + 12 +
56
0
x
0,9 =
52
9 пФ.

Тогда необходимое перекрытие переменного конденсатора составит:

Δ
С = Ск
max

-
С
доб
min
= 8
70



52
9
= 3
41
пФ, а его номинал:
12
/3
53
пФ
.

Поскольку пластины переменного конденсатора
открыты и
в процессе регулировки могут
быть случайно замкнуты (что приведет к
аварии
источника анодного напряжения), то необходимо
последовательно с переменным конденсатором установить разделительный
, с помощь
ю которого
можно одновременно подогнать стандартный номинал максимальной емкости переменного
конденсатора (например, 495 пФ) к необходимому 3
53
пФ. Емкость такого конденсатора составит:

Ср = 495 х 3
53
/(495

3
53
) = 1
231
пФ. Стандартный
больший
номинал 1
3
0
0
пФ.

Для определения типа конденсатора, надо посчитать его реактивную мощность.

Наихудший случай (максимальная мощность), когда переменный конденсатор находится в
положении максимальной емкости. Тогда емкость ветви с переменным конденсатором составляет
3
3
2
пФ. Параллельно ему установлен конденсатор
56
0 х 0,9 =
504
пФ. Таким образом, мощность

N
С
=
38
9
ВАр делится между параллельно соединенными конденсаторами пропорционально их
емкости.
N
CmaxC
р
=
38
9
х 3
53
/
870
=
1
58
ВАр.


В последовательной цепи содержаще
й переменный и разделительный конденсаторы
мощность поделится между ними обратно пропорционально их емкостям:

N
C
р
=

1
58

x
495 / 1
3
00 =
60
ВАр.

Установим в качестве разделительного два параллельно включенных конденсатора типа:

КТ
-
2
-
5
0
0 В

М700


680
пФ ±
5%
(реактивная мощность каждого 50 ВАр)
.
То, что их общая
емкость 1
36
0 пФ, а не 1
231 пФ
приведет лишь к немного большему диапазону перекрытия

переменного
конденсатора, что никак не скажется на работе ВКС.


Расчет элементов второго колебательного контура.
Д
ля этого
надо
сначала
определиться с
сопротивлениями подключаемых антенн
-

R
н. Из практики известно [
6
], что сопротивления
рационально сконструированных проволочных антенн
средневолнового диапазона
редко
превышает 300
Ω (
слишком большое напряжение в питающ
ей антенну линии и велики потери на
поверхностные токи утечки в пыльных и влажных или покрытых снегом изоляторах) и так же
редко бывает ниже 18
Ω (
слишком большой ток в линии, велики потери на сопротивлении
проводов и требуется большое сечение провода для
антенны).

Выберем для расчета второго контура
максимальное
сопротивление нагрузки
R
н = 300
Ω,
а
остальные значения получим, выполнив выходной конденсатор П
-
контура в виде
переключаемого
емкостного делителя напряжения.

Полагая КПД каждого контура 95%, мощн
ость снимаемая с катушки
L
2
на второй контур
должна быть
P
B
= 2
P
1

x

η
1
= 2
x
55 х 0,95 = 105 Вт. Поскольку
R
1
-
2
= 2
70
Ω
есть коэффициент
пропорциональности между током и напряжением в точке В на схеме, то эффективное значение
тока составит:
I
B
=
√(
P
B
/
R
1
-
2
) =
√( 105 / 2
70
) = 0,
62
4
А. Соответственно, эффективное значение
напряжения на входе П
-
контура:
U
B
=
P
B
/
I
B
= 105 / 0,
624
= 1
68
В.

Расчет второго контура ВКС выполним по программе расчета П
-
контуров [
7
].
О
на свободно
размещена в интернете по адресу:

http://dl2kq.de/soft/6
-
5.htm


Исходные данные: Собственная добротность катушки
Q
хх
= 200;
Q
нагр
=
Q
2
= 10;
R
1 = 2
70
Ω;
R
2 = 300 Ω;
P
= 105 Вт. Программа дает следующие данные
(Рис.
5
)
:




L
=
L
3
= 11,
1
мкГ;
I
L
= 3,
1
А; КПД = 95%;
P
вых = 99,8 Вт; С
1
= 189
5 пФ;
С
2
= 1850
пФ.


Теперь посчитаем распределение емкости между конденсаторами С
6
и С
7
. Как было показано
выше, при постоянной индуктивности емкость конденсатора колебательного контура для
перекрытия диапазон
а частот 1449

1620 кГц необходимо перестраивать на 1
1,8
% в плюс и минус
относительно среднего значения, рассчитанного в программе (С
1
= 1
89
5 пФ). Максимальное
и
минимальное
значение емкости:

С
min
= 1
895

х 0,8
82
= 1
6
71
пФ. С
max
=
1895 х 1,1
18
=
21
19
пФ.

П
ерекрытие по емкости
Δ
С = Ск
max

-
С
доб
min
=
21
19


1
6
71
= 4
48
пФ.

Стандартный номинал переменного конденсатора КПВ
-
2

12/495, Δ
С = 495

12 = 483
пФ
.

То есть, он обеспечивает перекрытие по емкости ±12,7
4
%.
Поскольку на конденсаторе не
действует постоянн
ое напряжение питания (как
в
случае с переменными конденсаторами в
анодном контуре), то разделительный конденсатор ставить не будем. Разницу в перекрытии 483


448 = 35 пФ разделим пополам, по 17 пФ, чтобы диапазон перестройки ручки конденсатора имел
бы од
инаковый запас на регулировку в минимуме и в максимуме емкости. Положим емкость
монтажа 10 пФ. Тогда:

Сдоб = 1
6
71


(10 + 12 + 1
7
) = 1
6
32
пФ.
Xc = 531 x
λ
min
/ C =
531 x 185,2
/
1632
=
6
0
,
2

Ω
.

Для определения типа конденсатора рассчитаем его реактивную мощ
ность.

N
С
=
U
2
B
/
X
С
= 1
68
2
/
6
0
,
2
= 4
69
ВАр. На пике модуляции
:

4
N
С
= 4 х 4
69
= 1
875
ВАр.

Такую мо
щность могут обеспечить конденсаторы КТ
-
3 при параллельном соединении или
конденсаторы К15У
-
2.

Например:
3
х КТ
-
3
-
750 В
-
М700
-
47
0
пФ ± 5% плюс КТ
-
3
-
500 В
-
М7
5
0
-
2
2
0 пФ ± 5%

При этом, номинал конденсатора
2
2
0 пФ необходимо подобрать для компенсации разброса
емкости ± (
3 х 24
+
1
1
=
8
3
). Подборный номинал должен быть от
2
22



8
3
=
1
39
пФ до
2
22
+
8
3
=
305
пФ. Учитывая стандартные номиналы
и их точность в
5
%,
диа
пазон подбора емкости должен
быть от
1
3
0
до
3
3
0 пФ.
Подбор ведется на работающем передатчике при укладке диапазона.


Конструктивный расчет
катуш
ек индуктивности
.

Катушка
L
1
.

Входное сопротивление контура, со стороны
Ra
, при резонансе чисто активно.
Это озн
ачает, что реактивная часть тока, протекающего через катушку
L
1

(Рис.
3
)
в точности равна
(и противоположна по направлению) току
I
с
2+4

= 0,707
Ua
1
/
X
с
2+4
= 0,707 х
38
0 / 1
35
= 1,9
9
А.

А
ктивная часть тока катушки
L
1
равна эффективному значению составляющей
первой
гармоники анодного тока
Ia
1
= 0,2
89
х 0,707 = 0,
20
4
А. И полный ток, протекающий через
катушку, составит:
I
L
1
=
√ (
I
2
a
1
+
I
2
с
1
) =
√ (0
,
20
4
2
+ 1,
9
9
2
) =
2
,
0
А.

Таким образом, эффективное сечение провода катушки
L
1
при рекомендованной для меди
плотнос
ти тока
j
=
3
А/мм
2
составит:
S
1
=
I
L
1
/ 3

=
2
,
0
/ 3
= 0,
6
6
7
мм
2
.

Поскольку на частотах диапазона средних волн сильно выражен
поверхностный
эффект, то
реализовать эффективное сечение 0,

6
6
7
мм
2
, максимально близкое к сечению медного провода на
постоянном
токе, возможно лишь с применением литцендрата.
Эффективную толщину скин
-
слоя
можно определить по формуле:
δ = 66,2 / √
f

, где частота
f
задается в МГц, а толщина скин
-
слоя
δ
получается в микронах [8] (Рис. 6).




Для нашего случая
δ = 66
,2

/


1,532 =
53,5
μ
или 0,053
5
мм. Считая это значение радиусом
одной жилки литцендрата (при полном использовании сечения для протекания ВЧ тока), ее
диаметр должен быть не более 0,10
7
мм.

Применим в качестве провода для катушки
L
1
литцендрат ЛЭШО
49
х 0,1 мм, имеющий

сечение по меди 0,
385
мм
2
, сложенный и перевитый в
двое
. В этом случае сечение
провода

составит 0,
77
мм
2
, а плотность тока
-

2
/ 0,
77
= 2,
6
А/мм
2
, что еще более уменьшит потери в меди
на нагревание
катушки
. Этот запас потребуется для работы катушки на пика
х модуляции.

Внешний диаметр

литцен
драта ЛЭШО 49 х 0,1 по изоляции 1,1 мм
. Сложенный вдвое, он
может быть намотан с шагом не менее 2,2 мм.

Для каркаса КР55х67 (Рис.
7
) [
9
] при диаметре 57,5 мм и длине намотки 64 мм число витков
составит:
n
1
=
√ [(
l
/
D
+ 0,4
4)
x

L
1
/ (0,01
x

D
)] =
√ [(6,4/5,75 + 0,44)
x
28 / (0,01
x
5,75)] =
27,5 витка
.




Шаг намотки:
h
=
l
/
n
1
= 64 / 27
,5 = 2,3 мм. Провод помещается. Но
при плотной намотке шаг
будет 2,2 мм и длина намотки

60,5 мм.
При этом индуктивность катушки состави
т 29,14 мкГ.

Важное замечание.
Поскольку катушка в передатчике располагается не в свободном
пространстве, а в окружении других деталей и металлоконструкций, то ее индуктивность будет
меньше расчетной. Даже хорошо, что у нас получилась индуктивность больше.
Мало того,
полвитка мотать неудобно, и намотаем до ровного счета 28 витков. Длина намотки составит 61,6
мм. А индуктивность 29,83 мкГ. В случае чего (при окончательной регулировке передатчика),
примененный каркас позволит намотать и 30 витков при длине на
мотки 66 мм и индуктивности
32,6 мкГ. Будем иметь ввиду, что у нас есть такой конструктивный запас.

Длина провода:
n
π
D
= 2
8
π 5,85 =
5
,
15
м, плюс длина
2
х 50 мм на заделку выводов. Итого
5,
2
5
метра. Поскольку литцендрат сложен вдвое, то потребуется 10,
5
метра ЛЭШО 49 х 0,1.

Расчет катушки
L
2
и связи между контурами.
Для обеспечения критической связи между
контурами [
10
], коэффициент связи должен быть: К
кр
= 1/
√(
Q
1
Q
2
) = 1/
√(10
x
10) = 0,1.

Поскольку этот коэффициент связывает между собой величину вносим
ых сопротивлений
(
потери не учитываем и
:
Q
=
Raa
/
R
вн), то коэффициент трансформации напряжений будет

N
=
√(
К
кр
) =
√(0,1) = 0,316

Стало быть, число витков в катушке связи
L
2
должно быть:
n
2
=
n
1
N
= 2
8
х 0,316 =
9
вит.

Такой расчет справедлив при условии
, что все силовые линии магнитного поля катушки
L
1
пронизывают витки катушки
L
2
. Для обеспечения этого, витки катушки
L
2
наматываются
непосредственно поверх витков катушки
L
1
, причем, на каждые полтора витка
L
1
приходится один
виток
L
2
. Если это условие со
блюсти сложно, то число витков катушки
L
2
надо домножить на
число, обратное части силовых линий катушки
L
1
, пронизывающих катушку
L
2
. В нашем случае
подробный расчет [
11
] коэффициента взаимоиндукции составляет 0,94, поэтому число витков
катушки
L
2
станет
1
0
. Разбивая катушку связи на две, намотанные встречно [
12
], для обеспечения
симметрии колебательного контура,
и соединенные параллельно,
будем иметь две ветви по
10

витков. Средний вывод ветвей катушки будет выходом на второй контур (точка
B
), а крайние
б
удут заземлены (Рис. 4). В этом случае емкостная связь между катушками
станет
минимальной.
Импеданс в точке соединения контуров
B
составит:
R
1
-
2
=
Raa
К
кр
= 2700
x
0,1 = 270 Ω.

Ч
ерез
катушку

L
2
передается мощность 105 Вт при эффективном напряжении 1
68
воль
т и
токе 0,
624
А. Через каждую ветвь течет ток 0,
312
А. Ток небольшой, поэтому в качестве провода
катушки
L
2
возьмем
не литцендрат, а
МС
-
0,2 с посеребр
я
ными жилами и литой фторопластовой
изоляцией.
Заодно, прочная изоляция провода обеспечит надежн
ую
раз
вяз
ку
по постоянному току
второго контура и цепи антенны от высокого анодного питающего напряжения.
Впрочем, здесь с
таким же успехом можно использовать и МГТФ
-
0,2.

Катушка
L
3.
Ток через нее согласно расчету по программе
[7]
составляет
:

I
L
3
= 3,
1
А. По
аналог
ии с катушкой
L
1

намотку выполним
литцендрат
ом
ЛЭШО 49 х 0,1
, но уже
перевиты
м

втрое
. П
лощадь сечения провода составит 0,385 х 3 = 1,155 мм
2
и плотность тока в проводе
катушки: 3,
1
/ 1,155 = 2,6
8
А/мм
2
.
Шаг плотной намотки таким тройным проводом будет 2,37
мм.
Используем каркас КР45х52 (Рис. 8) с ребрами, установленными под диаметр намотки 47 мм.




При длине намотки 4
4
мм число витков
катушки
составит:

n
3
=
√ [(
l
/
D
+ 0,44)
x

L
3
/ (0,01
x

D
)] =
√ [(4,4/4,7 + 0,44)
x
11,
1
/ (0,01
x
4,7)] =
18
вит.

Шаг нам
отки:
h
=
l
/
n
1
= 44 / 18

= 2,
44
мм.
Провод помещается. Однако, при плотной намотке
шаг будет 2,37 мм и длина намотки


42,7
мм.
Индуктивность составит
11,3 мкГ. Длина каркаса 52
мм дает большой запас для увеличения числа витков при подгонке точного знач
ения
индуктивности катушки.

Длина провода:
π
n

D
= π
18
х 4,85 = 2,
75
м, плюс длина
2 х 50 мм
на заделку выводов.
Но
поскольку ЛЭШО 49 х 0,1 сложен втрое, то его потребуется 2,85 х 3 = 8,55 м.


Емкостной делитель напряжения.

В эквивалентной схеме
второго к
онтура
П
-
типа

(
Рис.
6
)
емкостной делитель напряжения это

выходная
емкость С
2
=
18
50
пФ. Реактивное сопротивление

X
2
=
5
6
,
15
Ω
на средней частоте 1532
кГц;
Реактивная мощность:
N
С
2
=
5
33
ВАр.

Выходное эффективное напряжение на сопротивлении
R
н = 300
Ω
при
мощности
P
н = 10
0
Вт
составит:
U
н
300
=
√ (
P
н х
R
н) =
√ (10
0
х 300) = 17
3
,
2
В.

Ток через емкостной делитель составит:
I
с
3
=
U
н
300
/
X
2
= 17
3
,
2
/ 5
6
,
15
= 3,
1
А.

Задавшись максимальным рассогласованием по активному сопротивлению в пределах 1,5 …
1,66 можно п
остроить следующий ряд
сопротивлений нагрузки передатчика
: 18, 30, 50, 75, 125,
200, 300.
П
одстройку
в рабочем диапазоне частот
нам обеспечит дополнительный переменный
конденсатор
Сп
(Рис.
9
)
.

При переключении нагрузочных сопротивлений делителя реактивный
емкостной ток
I
с
2
=
3
,
1

А и активный ток нагрузки
(как будто
на 300
-
омном эквиваленте

I
н = 0,
57
7
А
)
не должны
изменяться.

Полный ток делителя имеет емкостную и активную составляющие и его модуль
составит:

I
д =
√ (
I
2
с
2
+
I
2
н) =
√ (
3
,
1
2
+ 0,
57
7
2
) =
3
,
15

A
.

При работе на нагрузку

20
0
Ω
и меньше
,

э
тот ток протекает через «верхний» конденсатор
делителя
Сд
и далее делится на активный ток
I
н
переключаемого сопротивления нагрузки и
ток
I
с
ш

шунтирующей емкости
С
ш
«нижнего» конденсатора делителя. Поскольку, модуль
тока
I
д
представляет собой «гипотенузу», а токи
I
н и
Ic
ш


«катеты» прямоугольного треугольника на
векторной диаграмме, то зная ток нагрузки

I
н
(через выходную мощность) и заданные
сопротивления нагрузки можно определить напряжения и далее значения емкосте
й делителя.




Составим таблицу расчетных значений при выходной мощности
P
1
= 100 Вт и
I
д = 3,15
A
.
Нулевой строчкой запишем минимально возможное сопротивление нагрузки
,
на котором можно
получить выходную мощность 100 Вт при ее последовательном включении
непоср
едственно в
контур к выводу 18
Ω,
отсоединив шунтирующий конденсатор С
ш
. Здесь наблюдается интересный
эффект. Если конденсатор
С
ш

не отключать, а подключ
и
ть к нижнему выводу емкостного
делителя
нагрузочное сопротивление меньше
18 Ω,
то при его уменьш
ении выходная мощность
остается почти без изменения
до тех пор, пока требуемый ток нагрузки для обеспечения
номинальной мощности не станет равным
I
д
. Это происходит за счет двух

противодействующих


факторов:
уменьшения
R
н и, напротив,
уменьшения потерь в к
онтуре
,
возрастания нагруженной
добротности, что в свою очередь приводит к увеличению контурного тока и, соответственно, тока
через нагрузку.
Но поскольку контурный ток протекает через катушку
L
3
, сечение ее провода
должно
выдерживать
такое
увеличение
.
Сеч
ение литцендрата 1,155 мм
2
при плотности тока 3
,18

А/мм
2
обеспечит ток 3,
673
А. Этот ток обеспечит выходную мощность 100 Вт на нагрузке
7
,
5
Ω.
Таким образом, емкостной делитель, рассчитанный на минимальное сопротивление нагрузки 18
Ω,
может
обеспечи
ть
тран
сформацию сопротивлений до 8
Ω.
Такой режим можно использовать при
работе на случайные
короткие
антенны (во вр
емя радиовещательной экспедиции,
автопробега
или
на выставках
), что ценно.
Аналогичное свойство делителя, правда в меньшей степени, проявляется
и
на
других
в
ы
ходах
.
Можно считать, что данная дискретно переключаемая цепь обеспечивает,
плавное согласование с нагрузкой при изменении ее сопротивления от 8 до
300
Ω
.

Этот же эффект
позволяет
не выдерживать с высокой точностью
номиналы конденсаторов Сд.


Т
аблица 1.
Расчет емкостного делителя напряжения (Рис
9
и
10
).



R
н,
Ω

U
н, В

I
н, А

I
сш, А

Xc
ш,
Ω

Xc
д,
Ω

Xc
д


C
д, пФ

N
,
ВАр

Номинал

КСО

0

10,
1

3
1
,
75

3,
1
5

-

-

-

-

-

-

-


1

18

42,43

2,357

2
,
090

2
0
,
30

2
0
,
3
+ 0,
97


С
ш
= 4
884

2
11

1
1
00 х 4

8

2

30

54,77

1,826

2,
567

2
1
,
3
4

1
,
04

0

-

-

-


3

50

70,71

1,414

2,
815

2
5
,
12

3,7
8

3,85

26984

38

2
7
000

8

4

75

86,6

1,155

2,931

29,55

4,43

4,43

23451

4
4

24000

8

5

125

111,8

0,894

3,020

37,01

7,46

7,46

13926

7
4

6800 х 2

8

6

200

141,4

0,707

3,070

46,06

9,05

9,05

11479

90

5600 х 2

8

7

300

173,2

0,577

3,097

55,93

9,87

9,87

10526

9
8

5100 х 2

8


Где:
R
н


заданный ряд сопротивлений антенны;

U
н
=
√ (
P
1
х
R
н);
I
н
=
U
н /
R
н;

I
сш
=
√ (
I
2
д


I
2
н);
Xc
ш
=
U
н /
I
сш;
Xc
д
=
Xc
ш
n



Xc
ш
n
-
1
;

C
д
= 531 х
λ
ср
/
Xc
д;

N
=
I
2
д
x

Xc
д.
Ном
инал


выбранный номинал конденсатора.

КСО
-
8


тип конденсатора.

Получившееся при расчете значение
Xc
д2
=
1
,
04
Ω
наглядно подтверждает описанный выше
эффект. Учитывая его
малое значение
, этот конденсатор
можно
смело заменить КЗ перемычкой и,
соответственно
, в окончательной схеме подключение нагрузки 30
Ω
, 18 Ω
и менее будет
производит
ь
ся на один и тот же
вывод
емкостного делителя.
А сопротивление
1,04 Ω
раскидаем на
два соседних конденсатора
приблизительно пропорционально их сопротивлениям и так, чтобы в
де
лителе напряжения получились бы удобные для реализации номиналы емкостей конденсаторов:


X
c
ш1
= 2
0
,
3
+ 0,
097
=
2
1
,
27
Ω
и
X
c
д3
= 3,7
8
+ 0,
07
=
3
,
85
Ω.

Схема стала проще
(Рис.
10
)
.
К тому
же, чтобы не насиловать переключатель большими токами антенны, нижний

антенный
вывод
емкостного делителя рационально вывести на отдельную клемму, предназначенную для
подключения низкоомных антенн
(Рис.
1
2
)
.


Конденсаторы

+ Сп
.

Их
емкость
влияет на работу всего делителя.

Эти
конденсатор
ы

совместно с первым конденсатором П
-
контура
настраивает
его
в резонанс.

Поэтому
Сп
надо
перестраивать
относительно средней частоты
синхронно с
перв
ой
секци
ей, перестраивающей
первый конденсатор П
-
контура, то есть на ±
12,74
%.
При номинале 4
884
пФ двойная перестройка
составит:
Δ
C
= 4
884
х 2 х
0,
1
274
=
1
2
45
пФ. Это может бы
ть реализовано с помощью второй,

третьей
и четвертой

секци
й
КПВ
-
4
-
12/495 пФ,
соединенных параллельно
.
М
аксимальная
перестройка трех секций составляет 3(495

12) = 1449 пФ, что
больше, чем требуемые 1270 пФ.

Поэтому последоват
ельно с каждой секцией необходимо включить растягивающий конденсатор с
емкостью 1449 х 1245 / (1449

1245) = 2948 пФ.
Выберем КСО
-
5
-
500
-
Г
-
3000±5%

Поскольку средняя емкость
трех
секций
КПВ
-
4

с растягивающими конденсаторами
составляет
655
пФ, то номинал доб
авочного
конденсатора
должен быть 4
884



655
= 4
229
пФ
. Его наб
ираем

из четырех параллельно соединенных
КСО
-
8
-
Г
-
2500
-
1
0
00 п
Ф ±5% с общей мощностью 200 ВАр,
плюс
подборный конденсатор КСО
-
6
-
Г
-
10
00
-
22
0
пФ ±5%
с мощностью 25 ВАр
.

Сопряжение
зависимости
перест
ройки емкостей
по
диапазон
у
здесь не требуется, поскольку
он
а
будет лишь незначительно влиять на изменение трансформации сопротивлений, что, как
показали расчеты для П
-
контура с емкостным делителем на выходе, в точности не нуждается.


Расчет зазора в разря
днике
и резистора утечки статических зарядов
.


Поскольку ВКС работает на протяженную проволочную антенную систему, подверженную
как наводкам статического электричества, так и импульсам, возникающим при грозовых разрядах,
необходима защита от перенапряжений
. Эту задачу на выходе ВКС выполняет искровой
разрядник Ир
1
. В простейшем случае он представляет собой два скрещенных толстых проводника.
В домашних условиях можно использовать автомобильную свечу зажигания с установленным
расчетным зазором или, для надежн
ой защиты транзисторных передатчиков,

сложную
многоискровую конструкцию [1
3
].

Напряжение пробоя разрядника должно быть больше, чем максимальное ВЧ напряжение на
выходе передатчика, но меньше, чем рабочее напряжение конденсаторов емкостного делителя, т.
е. 500 вольт. Но поскольку работа передатчика Индивидуального радиовещания во время грозы
случается не часто (себе дороже), а у конденсаторов КСО испытательное напряжение в 2 раза
больше рабочего, то напряжение пробоя разрядника может иметь разброс от 500
до 1000 вольт
(лучше

меньше).

Считая электрическую прочность воздуха 3000 В/мм, можно определить ширину зазора:

s
min
= 500 / 3000 = 0,167 мм;
s
max
= 1000 / 3000 = 0,333 мм. Толщина 2
-
х листов писчей бумаги.

Резистор утечки
R
1

Для стекания статических за
рядов с коротких антенн в землю

следует
зашунтировать выход А
3
резистором большого сопротивления и мощностью не менее 2 Вт, на
котором не теряется сколько
-
нибудь значительная мощность передатчика. Его
номинал
можно
выбирать достаточно свободно, однако при
случайном замыкани
и
антенны на электросеть 220
вольт, резистор не должен сгореть. Поэтому, сопротивление
R
ш должно быть не менее 47 к
Ω.


Расчет
конструкции
анодного дросселя
Др
1
и
емкости блокировочного конденсатора С
1
.

Дроссель Др
1
в данной схеме служит д
ля
авто
симметри
рования
колебательного контура.
Поскольку при
сборке
передатчика
весьма
сложно сделать монтаж двухтактного выходного
каскада и его колебательной системы идеально симметричными, то точка нулевого потенциала в
катушке
L
1
может быть смещена отн
осительно геометрического центра. Чтобы блокировочный
конденсатор С
1
не шунтировал бы ВЧ ток несимметрии контура, между ним и центральным
отводом катушки устанавливаю
т дроссель. Положив
для наихудшего случая
максимальную
несимметрию
одного плеча относитель
но другого
в 15%
(с учетом разброса параметров ламп и
монтажа), будем считать, что эквивалентное сопротивление
несимметрии
в средней точке
составит
:

R
нс =
0,15
R
аа = 0,15 х 2
70
0 = 4
05
Ω.

Взяв превышение
k
= 5
для мощности 100 Вт [
1
4
],

X
др =
k

R
нс = 5 х 4
0
5
= 2
0
25 Ω.

На средней частоте диапазона индуктивность дросселя составит:

L
Др
=
X
др / (2
π
f
ср) = 2
0
25 / (2 π 1,532) = 2
10
мкГ.

Ток, протекающий через дроссель, складывается из тока несимметрии и удвоенной
постоянной составляющей анодного тока каждого плеч
а:
I
Др
=
√(
I
2
нс
+ 4
I
2
a
0
). Поскольку ток
I
нс
мал
по сравнению с
Ia
0
, то им пренебрегаем и считаем, что
I
Др
= 2
Ia
0
= 2 х 0,1
8
6 = 0,3
7
2
А.
Мотаем
дроссель проводом ПЭЛШО диаметром:
d
= 0,02

I
Др
= 0,02 х
√ 3
7
2 = 0,3
8
мм.

Для намотки дросселя используем кар
кас ВЧД13х50
[1
5
]
. Мотаем
«Универсалью»
пять
одинаковых секций шириной 5 мм с расстоянием между секциями
3
мм.




Подбор
ом
на программном калькуляторе

Inductors
[16] определяем число витков в каждой
секции
n
1
= 42 витка (Рис. 11).

Скачать
Induc
tors
можн
о
тут
:
http://www.cqf.su/technics/Setup.msi



Блокировочный конденсатор С
1
.
Образует вместе с дросселем фильтр нижних частот для
ВЧ сигнала.
При этом он
не должен шунтировать верхние модулирующие частот
ы при АЭМ.

По Таблице 4, столбец 9, для случая работы четырех ламп 6П37Н
-
В [
1
7
] определяем
максимальное значение шунтирующего конденсатора
C
б
8
=
8293 пФ. Поскольку у нас схема
двухтактная
с индуктивной связью
и разделительного конденсатора нет, то для опре
деления
значения емкости блокировочного конденсатора необходимо вычесть из этого значения сумму
емкостей всех конденсаторов первого контура. Тогда Сб
max
=
C
б
8


Ск = 8293


2 х
7
70
=
6753
пФ.

Применим

конденсатор КСО
-
8
-
Г
-
1000 В
-
6
8
00 пФ ± 10%.


Окончательна
я схема ВКС
будет иметь вид (Рис.
1
2
):




Таблица 2
.

Спецификация к схеме (Рис.
1
2
)
.

Поз.

Номинал

Наименование, т
ип

Кол.

Примечание

R1

47 к
Ω

Резистор МЛТ
-
2
-
47 к
Ω ±5%

1




Конденсаторы



С1

6
7
5
0 пФ

КСО
-
8
-
1
6
00
-
Г
-
6
8
00 пФ ±10%.

1


С2
, С3

56
0 пФ

К15
-
У2
-
56
0 пФ ±10%
-
2 кВАр
-
2кВ
-
М1500

2


С4

1
3
6
0 пФ

КТ
-
2
-
500 В
-
М700
-
68
0 пФ ±5%

2

Параллельно

С5

1
3
6
0 пФ

КТ
-
2
-
500 В
-
М700
-
68
0 пФ ±5%

2

Параллельно

С6, С7

2х12/495 пФ

КПВ
-
2
-
12/495 пФ

1


С8

1
632
пФ

КТ
-
3
-
750 В
-
М700
-
470
пФ ±5%

КТ
-
3
-
500 В
-
М750
-
22
0 пФ ±5% *

1
30

30
0

3

1

Параллельно
,

* подбор

С9, С1
6
,

С1
8
, С
20

4
х12/495 пФ

КПВ
-
4
-
12/495 пФ

1

Замена на два

КПВ
-
2
-
12/495

С10

10
500
пФ

КСО
-
8
-
1
6
00
-
Г
-
5100 пФ ±5%

2

Параллельно

С11

11
50
0 пФ

КСО
-
8
-
1
6
00
-
Г
-
5600 пФ ±5%

2

Параллельно

С12

13
9
00
пФ

КСО
-
8
-
1
6
00
-
Г
-
6800 пФ ±5%

2

Параллельн
о

С13

23
5
00 пФ

КСО
-
8
-
500
-
Г
-
24000 пФ ±5%

1


С14

2
70
00 пФ

КСО
-
8
-
500
-
Г
-
27000 пФ ±5%

1


С15, С17, С19

2950 пФ

КСО
-
5
-
500
-
Г
-
3000 пФ ±5%

3


С
21

4
141
пФ

КСО
-
8
-
2500
-
Г
-
1
0
00 пФ ±5%

КСО
-
6
-
1000
-
Г
-
15
0 пФ ±5% *
от 0
до
470 пФ

4

1

Параллельно

* подбор



Намоточные и
зделия



L1

28
мкГ

2
7
витк
ов
2 х ЛЭШО 49 х 0,1 каркас КР55х67

1

Виток к витку

L2

-

2 х
9
витк
ов
МС
-
0,2
в
две секции,
поверх
L
1,

мотать зеркально, от центра в разные стороны.

1

Шаг намотки

3 мм

L3

11,
1
мкГ

18
витков 3 х ЛЭШО 49 х 0,1 каркас КР45х52

1

Вит
ок к витку

Др1

2
10
мкГ

5 х 4
2
витк
а,
ПЭЛШО 0,38,

ширин
а секций по


5 мм, на расстоянии 3 мм, каркас ВЧД13х50

1

«Универсаль»


При использования этой схемы в передатчиках, которые
буд
ут работать на полноразмерные
антенны, с высотой
, до
оптимальных
0,53λ
(1
10 метров)
, следует
рассчитать П
-
контур на
сопротивление нагрузки 450
Ω,
добавить в
емкостной делитель

еще конденсатор (как на Рис.
9
),
и в
переключатель П
1



шестое положение
.
При этом амплитуда ВЧ напряжения на выходе
А
1

1

в
положении 6)
в режиме нес
ущей
составит
300 вольт, а на пиках модуляции будет подниматься
до 600,
и
это надо будет учитывать при выборе типов конденсаторов
и при расчете зазора в
защитном разряднике
.


Поскольку наша промышленность перестала выпускать
даже
конденсаторы К31У
-

-
5Г и
так
и не освоила выпуск К31У
-

-
8Г, К31У
-

-
11Г, К31У
-

-
12Г и К31У
-

-
13Г, то
радиолюбителям
придется искать по кладовкам
еще не уничтоженных
мощных
КВ
-
СВ
передающих радиоцентров
и
запасливых снабженцев предприятий (не сдавших
советские

радиодетали
на
цве
т
металлы)
старые
и добрые КСО
-
8, КСО
-
11, КСО
-
12 и КСО
-
13.

При уровнях мощности передатчиков более 100 Вт
придется использовать К15
-
У2
(вариант «Г»)
и весьма крупногабаритные
«блинчики»
К15
-
У1.
Но,
увы, новые конденсаторы К15 имеют точность ±10% и
даже
±20%
. Пятипроцентная точность
старых КСО
-
шек им и не снилась. К сожалению, «новое», в наше время, не означает, «хорошее».



Литература:


1.
С. Комаров, А. Тертышникова
. Разработка и исследование многофазных синтезаторов радиочастот с
мощным выходом, «T
-
Comm


Телекоммуникации и транспорт» № 9, 2013, стр. 97

99.

2.
С. Комаров, А. Морозова
. Исследование усилителя мощности радиочастотных колебаний с
многофазным возбуждением, «T
-
Comm

Телекоммуникации и транспорт» Том 8, № 10
-
2014, стр. 33

38.

3.
Б. С.

Агафоно
в.
Теория и расчёт радиотелефонных режимов генераторных ламп.

Москва, «Советское
радио», 1955;

4.
С. Комаров.
Параллельный анодно
-
экранный модулятор. Радио 2015 № 4, стр. 30

33.

5.
Б. В. Кацнельсон, А. С. Ларионов
. Отечественные приемно
-
усилительные ла
мпы и их зарубежные
аналоги (справочник) Изд. Второе. «Энергия», Москва 1974.

6.
К. Ротхаммель.
Антенны. МРБ выпуск № 637. «Энергия», Москва 1967 г.

7.
И. Гончаренко, DL2KQ
. Расчет П
-
контура.

8.
Гинкин Г. Г.
Справочник по радиотехнике (издание четвертое, п
ереработанное). Государственное
энергетическое издательство. Москва

Ленинград 1948 г.

9.
С. Комаров
. Самодельные ребристые каркасы для катушек передатчика.
-
Радио, 2015, № 5, с. 33.

10.
В. И. Сифоров.
Усилители высокой частоты. Государственное издательс
тво оборонной
промышленности. Москва
-
Ленинград 1939.

11.
Справочник по радиотехнике
. Под ред. инженера Б. А. Смиренина. Госэнергоиздат 1950.

12.
Д. Стародуб.
Симметрирование выходного каскада передатчика. «Радио» 1959, № 1, с. 32.

13.
С. Комаров.
Защитный
разрядник на выходе маломощного средневолнового радиовещательного АМ
передатчика.

14.
С. Комаров.
Анодный дроссель выходного каскада маломощного радиовещательного АМ передатчика.

15.
С. Комаров.
Каркасы для анодных дросселей маломощных радиопередатчиков ди
апазона длинных и
средних волн под намотку «Универсаль».

16.
Д. Харб.
Расчет индуктивности многосекционных катушек и дросселей.

17.
С. Комаров.
О блокировочном и разделительном конденсаторах в анодной цепи радиопередатчика с
АЭМ.


Приложенные файлы

  • pdf 7850148
    Размер файла: 454 kB Загрузок: 0

Добавить комментарий