Сайт магаданских радиолюбителей
КВ и УКВ
Инфо | Экспедиции | КВ и УКВ | Космос | О нас | Наш край | Коллекция | Контакты | Форум

Усилитель мощности для экспедиций.

Часть первая: теоретическая.

Ю. Ковалевский - RW0IW

В одной из экспедиций (о. Недоразумения AS-59, 2007 год) организованной Магаданским отделением СPР, я, натер до крови плече, ручками от сумки таская ее при погрузке-разгрузке на пароход. Как Вы, наверное, догадались, в сумке находился усилитель мощности, килограмм этак под двадцать с «хвостиком».Усилитель на ГУ-74Б (фото 1, фото 2) прекрасно и добротно изготовленный Георгием Назаровым (UA0IHZ) явно немного не соответствовал требованиям - усилителя для экспедиций.


PA GU-74PA GU-74 inside

Не зря говорят: " пока гром не грянет - мужик не перекреститься". Так и я. Осознал на своей шкуре, в прямом смысле, необходимость создания специального усилителя для радио экспедиций, который бы отвечал ряду требований, а именно был:
1. Механически и электрически прочным.
2. Надежным.
3. Легким.
4. Имел высокий КПД.
5. Экономичный.
Лет этак двадцать назад совместить эти требования в одной конструкции было бы проблематично, но сейчас при наличии современной "элементной базы" мне кажется это вполне по силам.

Вначале надо определиться, а нужен - ли усилитель и если нужен, то какой мощности. Ознакомившись со статьей Н.Филенко "Размышление о мощности" [1]* и Я.С. Лаповка «Усилитель мощности для современного трансивера» [2]*, собрав стат. данные и проведя ряд "лабораторных работ" я пришел к следующим выводам. Большинство трансиверов используемых в экспедициях – «малогабаритные» (TS-480, IC-706 и т.д.) хотя и числятся 100 ватными, реально отдают в антенну 60-70 ватт. Что и подтвердили "лабораторные работы" [PS-1]*. Даже при использовании направленной антенны (RR-33) такой мощности явно маловато, не говоря уже о штырях и «прочих верёвках». Так, например - RW0IM (TS-480+CP-6), во время экспедиции в MG-04 корреспонденты неоднократно указывали на недостаток мощности.
Для сравнения прироста мощности давайте вспомним «букварь» Антенны К. Ротхаммеля: «Таким образом, передатчик мощностью 20 Вт с трехэлементной антенной «волновой канал» в точке приема, расположенной в направлении основного излучения, создает ту же напряженность поля, что и передатчик мощностью 120 Вт, подключенный к полуволновому вибратору». [3]*. Следовательно, что бы усилитель давал ощутимый эффект, его мощность должна быть 6-10 раз больше чем мощность трансивера, то есть 350-700 Вт. Дальнейшее увеличение мощности считаю нецелесообразным так, как приведет к резкому увеличению расхода потребляемой энергии, считай топлива электростанции.

Теперь давайте разберемся с требованиями, предъявляемыми к усилителю мощности для экспедиций, обозначенными во введении и которые взаимно связаны между собой.

1. Механическая и электрическая прочность. Подразумевает способность усилителя переносить всевозможные физические нагрузки при транспортировке. А просто, что бы ни «рассыпался» во время дороги и это не шутка. Вспомните эпопею с усилителем на ГУ-74Б – который прислали для RW0IM. Перенеся транспортировку – вернее не перенеся, это был уже не усилитель, а набор «запчастей» для усилителя. Электрическая прочность – возможность усилителя работать при определенной влажности, запыленности и т.д.
Добиться механической и электрической прочности возможно применяя рациональный монтаж конструкции, качественные материалы и комплектующие. Не следует применять детали на грани их электрической прочности, а монтаж уплотнять до вероятности пробоя. На пример во время экспедиции в 25-ю зону ITU 2000 года: «Как мы тщательно не упаковывали аппаратуру, усилитель на 2-х ГУ-74Б “умудрился” все-таки насосать в себя пыли так, что после включения вылетело несколько диодов в высоковольтном блоке питания» [4]*. Так вот произошло это вследствие, слишком близко расположенных диодов.

2.Надежность усилителя вытекает как из первого пункта, так и из тщательно продуманной, отработанной схемы. Я здесь придерживался бы правила: «чем проще – тем надежнее».
Например. Зачем в усилителе для экспедиций П-контур переключать релюшками. Это не экономично (с электрической, да и финансовой стороны), добротный переключатель и проще, и надежнее, да и легче. Или еще из опыта участия в экспедициях. Во время экспедиции на перевал «Жаркий» в 2006 году у нас внезапно остановилась электростанция и в результате вышла из строя ГУ-74Б (УМ – фото 1,2). Так стоит ли применять в усилителе дорогостоящие лампы, требующие обдува? С этой точи зрения стеклянные лампы вне конкуренции. Нет шума вентилятора, да и опять же - легче они. Или применить лампы, например ГИ-7Б, ГС-35Б, которые по надежности гораздо превосходят ГУ-74Б и не «вылетают» при остановке обдува. Сомневающимся, рекомендую ознакомиться с ветками на форумах CQHAM или QRZ.RU [5, 6]*.

3. Вес усилителя. Основной вес усилителя приходиться на силовой трансформатор анодного питания. Далее по мере убывания – накальный (если он отдельный), корпус и т.д.
Здесь альтернативой тяжелому силовому трансформатору может быть, только умножители сетевого напряжения, приобретающие в настоящее время большую популярность. Мной были изготовлены и испытаны умножители напряжения: на 4 (1200V), на 6 (1800V), на 10 (3000V).

DC1200VDC1800VDC3000V

На основе указанных умножителей собрано несколько усилителей. Их работоспособность и безопасность применения не вызывает сомнения.
А если в блоке питания накала и цепей коммутации применить импульсный блок питания… - ведь ни у кого не вызывает сомнения надежность блока питания применяемого в компьютере, то можно еще снизить вес усилителя. Но здесь есть свои нюансы, и эта тема требует более детальной проработки.

4.КПД усилителя зависит в первую очередь от схемного решения. Как известно наибольшим КПД обладают усилители с заземленной сеткой:
«Усилители мощности по схеме с ОС могут работать в любом из режимов, но в радиолюбительской практике используются почти исключительно в режиме линейного усиления. Преимущества такого усилителя - хорошая линейность, высокие энергетические показатели и устойчивость; недостаток – малый коэффициент усиления (5-25).» [7]* Вот эти «высокие энергетические показатели» позволяющие «качнуть мощу» и в сочетании с правильно рассчитанным П-контуром: - «При этом эквивалентная добротность контура должна быть достаточно высокой, чтобы обеспечить хорошую фильтрацию гармоник. Однако с увеличением добротности возрастает ток в контуре, что увеличивает потери и снижает КПД. Оптимальное значение добротности нагруженного на антенну контура Q=10-15.» [8]* – позволят создать усилитель с высоким КПД.

5.Высокий КПД усилителя уже подразумевает экономичность в плане энергопотребления. Основное потребление энергии не задействованное непосредственно на усиление мощности потребляется током покоя и накалом лампы. Согласитесь, что усилитель в режиме «А» не может «похвастаться» экономичным режимом. Следовательно, усилитель с ОС в режиме АВ или В предпочтительнее в виду меньшего тока покоя. А если в усилителе применить триод, то мы получим дополнительную, экономию на отсутствии сеточных источников питания. Так же для снижения энергопотребления усилителя в режиме молчания нужно подобрать лампу с небольшой мощностью накала. Например, всем известная лампа ГУ-81 потребляет по накалу 200 Вт, не далеко ушли и пара ГК-71 потребляющие 120 ВТ. В то время как две ГИ-7Б потребляют 50 Вт, а четыре ГУ-50 всего 35 Вт. [ 9]*

Изложенный в первой части материал не являются догмой, это мои размышления, наметки на постройку усилителя для радио экспедиций, применительно к «местным условиям». Так сказать мое виденье будущего усилителя, обобщенный и изложен на бумаге личный опыт и труды радиолюбительского общества.

Литература:

1.СКР Н.Филенко "Размышление о мощности"- http://www.cqham.ru/pa_39.htm

2.Я.С. Лаповка «Усилитель мощности для современного трансивера»; Радио 200?, № -10, стр

3.К. Ротхамель «Антенны» 3-е изд., доп., перевод с немецкого Т.Э. Кренкеля, Москва «Энергия» 1979, стр. 122.

4.Экспедиция в ITU-25 Омсукчанчский район - июль 2000 года

5.Форум CКР
6. Форум QRZ.RU
7. Бунин С.Г. и Яйленко Л.П. Справочник радиолюбителя коротковолновика. Издание 2-е переработанное и дополненное. Киев «Технiка», 1984. Стр. 113
8. Там - же. Стр. 119
9. Б.В. Кацельсон, А.М. Калугин, А.С. Ларионов. Электровакуумные электронные и ионные приборы. Справочник. Издание третье переработанное и дополненное. «Энергия» Москва 1976

PS-1. Вариант вмешательства в трансивер, как - то «накручивание мощи», принципиально не рассматривается. Вспомните сколько «сплетеров» выдавал в эфир «накрученный» трансивер одного Магаданского радиолюбителя. Для проведения работ по увеличению мощности трансивера нужны знания, опыт и соответствующие приборы.


73! De rw0iw@mail.ru

Юрий Ковалевский - RW0IW г.Магадан 2011 г.


RØI - http://magadan.qrz.ru