webdonsk.ruП контур своими руками
Добавил пользователь Владимир З. Обновлено: 10.09.2024
Данная заметка написана в дополнение к материалу КВ-УМ на ГУ-50 стенд для экспериментов. Споры на тему правильной настройки П-контура возникают время от времени между радиолюбителями в эфире. Я решил изложить в блоге своё видение данного процесса. Если вы с ним не согласны - оставляйте комментарии.
Размышления о настройке П-контура.
Как всем известно, П-контур выполняет несколько важных функций: трансформацию сопротивлений (относительно высокое эквивалентное сопротивление лампы R 0e в сопротивление нагрузки/антенны), фильтрацию гармоник основного сигнала (начиная со второй), достраивание части положительного полупериода синусоиды импульсного сигнала, приходящего с лампы на вход П-контура. Последняя из перечисленных функций определяется добротностью П-контура (Q) и чем добротность выше - тем точнее описывается синусоидальный сигнал, тем выше линейность сигнала и ниже уровень гармоник, при этом, ниже КПД П-контура и выше тепловые потери на элементах П-контура.
От уровня подавления гармоник зависит, в частности, уровень IMD3 (главным образом, от второй гармоники) и при низком подавлении второй гармоники (менее 30дБ) никогда не получишь достаточного значения линейности сигнала (34дБ при испытании двумя тонами относительно уровня любого из двух тонов). Настройка П-контура - это поиск компромисса между КПД/выходной мощностью и линейностью сигнала. Причём, эти параметры находятся в противоречии друг с другом: увеличивая КПД/мощность - мы теряем в линейности, повышая линейность (увеличивая добротность Q всего П-контура) - теряем в мощности и больше ВЧ-энергии рассеивается в тепло.
Настраивая П-контур на эквивалент, мы можем получить резонанс при различных положениях холодной ёмкости (подстраивая при этом резонанс горячей ёмкостью) при неизменном значении индуктивности катушки П-контура заданного диапазона. Однако, разница будет в том, что в одном случае мы получим недонапряжённый режим (высокую линейность, низкую выходную мощность при повышенном выделении тепла на аноде лампы), в другом - перенапряжённый (низкая линейность, повышенный уровень гармоник, но высокий КПД и совокупную выходную мощность) либо критический/граничный режим - оптимальный баланс между КПД/выходной мощностью и линейностью сигнала.
Попробую описать три обозначенных случая на воображаемом П-контуре. Представьте себе холодную ёмкость и верхнюю половину циферблата от 9 часов до 3 часов в направлении по часовой стрелке вокруг ротора. Выкрутив ротор по часовой стрелке на максимальное значение в положение 3, мы имеем максимальную ёмкость холодного конденсатора (допустим, она выше расчётной при заданной добротности). Ротор горячего конденсатора с аналогичной шкалой устанавливаем в положение 12, тем самым, расстраивая П-контур (предполагаем, что резонанс будет находиться в области между отметками 1 и 2). Кратковременно подав на вход усилителя исходный сигнал, запоминаем значение анодного тока. Допустим, получили 500мА. Известно, что провал анодного тока в резонансе должен составлять не более 15% (я предпочитаю не более 10%). Таким образом, при настройке П-контура в резонанс горячей ёмкостью (положение холодного конденсатора пока не меняем), мы должны получить ток 450мА (для величины провала 10%). Если в нашем примере с положением холодного конденсатора на 3 мы получим провал, скажем, 20мА (ток анода 480мА) - лампа работает в недонапряжённом режиме. В этом случае, мощность у нас будет минимальной, по сравнению со следующими двумя экспериментами, которые мы проведём дальше.
Изменяем положение холодного конденсатора на 2, т.е. выкручиваем его против часовой стрелки на одно деление по циферблату. Не изменяя уровня входного сигнала, снова подстраиваем горячей ёмкостью П-контур в резонанс, смотрим значение анодного тока. Если оно составило 450мА (провал - 50мА, т.е. 10%) - мы достигли критического/граничного режима настройки П-контура. В этом случае, выходная мощность у нас будет заметно больше, КПД - выше.
Идём дальше. Устанавливаем холодный конденсатор на отметку 1. Настраиваем резонанс и получаем провал анодного тока - 100мА (показание анодного миллиамперметра - 400мА). Это значение составляет 20%, как не трудно посчитать. В этом случае, КПД и выходная мощность у нас получатся максимальными (по отношению к двум примерам, описанным ранее), но если мы посмотрим линейность усилителя методом испытания думая тонами, то вдруг окажется, что в сигнале у нас присутствует большое кол-во внеполосных излучений с достаточно высокими уровнями, а показания нашего индикатора настройки/мощемера, который не является селективным вольтметром, способным измерить только уровень полезной (первой) гармоники, мы ошибочно приняли за рост выходной мощности.
Зависимости. Увеличивая ёмкость холодного конденсатора - уменьшаем связь усилителя с нагрузкой/антенной, т.к. больше ВЧ-энергии шунтируется через холодную ёмкость на РЧ-землю. В некоторой степени улучшается линейность сигнала, т.к. возрастает добротность всего П-контура (индуктивность контурной катушки, конструктивно, остаётся той же). Уменьшая ёмкость холодного конденсатора - увеличиваем связь усилителя с нагрузкой/антенной, т.е. больше ВЧ-энергии поступает в нагрузку/антенну. В некоторой степени ухудшается линейность сигнала, но до определённых пределов увеличивается его мощность.
Предлагаю вам проделать данный эксперимент самостоятельно и убедиться в том, о чём я написал выше. Помните, что при расстройке П-контура, основная часть подводимой мощности рассеивается на анодах ламп. Поэтому, измерения нужно производить максимально быстро. Что касается желаемой линейности сигнала (уровня IMD3/5/7 и т.д.), то каждый может самостоятельно определиться, при какой настройке П-контура он получает желаемую линейность. В то же время, в порядке убывания, предпочтение лучше отдавать критическому/граничному режиму или недонапряжённому.
Опыт многочисленных контактов и общения с пользователями транзисторной техники, говорит о том, что редко какой радиолюбитель, не занимающийся постоянно конструированием, делает попытки разобраться в вопросах согласования трансивера с нагрузкой. Мысли о согласовании в таких головах начинают возникать только после случившейся аварии в аппаратуре.
Изготовители мощных ВЧ транзисторов проверяют надёжность произведённого продукта таким способом — берётся ВЧ резонансный усилитель, после того, как на выходе устанавливаются оптимальный режим и номинальная мощность, вместо нагрузки подключают испытательное устройство. Элементы настройки позволяют менять активную и реактивную составляющие нагрузки. Если в оптимальном режиме нагрузка связана с испытуемым транзистором через линию с волновым сопротивлением 75Ом, то обычно в рассматриваемом устройстве отрезок линии замыкается резистором сопротивлением 2,5 или 2250 Ом.
При этом КСВ будет равен 30:1.
Такое значение КСВ не позволяет получить условия от полного обрыва до полного короткого замыкания нагрузки, но реально обеспечиваемый диапазон изменений достаточно близок к этим условиям.
Для того чтобы избежать этих проблем, существует довольно дешёвый и простой способ — применение дополнительного внешнего согласующего устройства. Вся промышленная приёмо-передающая аппаратура (и ламповая в том числе) комплектуется не только фильтрующими, но и дополнительно, согласующими блоками. Возьмите к примеру ламповые радиостанции Р140, Р118, Р130 — у них согласующие устройства занимают не менее четверти объёма станции. А транзисторная широкополосная передающая техника вся, без исключения, комплектуется такими согласователями.
Изготовители идут даже на увеличение себестоимости этой техники — комплектуют автоматическими СУ (тюнерами). Но эта автоматика призвана для того, чтобы обезопасить радиоаппаратуру от бестолкового пользователя, который смутно себе представляет — чего он должен крутить и зачем.
Антенные тюнеры в виде отдельных устройств фирмы изготавливают чаще по схеме, Рис.3
его преимущество — не нужно изолировать конденсаторы от корпуса, недостаток — при большой выходной мощности трудно найти переменные конденсаторы с требуемым зазором. По СУ Рис.3 есть информация в [1] стр.237. Во всех фирменных СУ в этой схеме есть дополнительная катушка L2, она бескаркасная, провод диаметром 1,2-1,5 мм, 3 витка, оправка диаметром 25 мм, длина намотки 38 мм. При применении на станции более-менее диапазонных антенн и если не предполагается работа на 160м, индуктивность катушки может не превышать 10-20мкГн. Очень важен момент получения индуктивностей малых значений, до 1-3 мкГн.
Катушки бескаркасные, намотаны на оправке диаметром 20 мм, провод диаметром 0,9-1,2 мм (в зависимости от предполагаемой мощности), по 35 витков. Затем катушки сворачиваются в кольцо и своими отводами припаиваются на выводы обычных керамических переключателей на 11 положений. Отводы у одной катушки следует сделать от чётных витков, у другой от нечётных, например — от 1, 3, 5, 7, 9, 11, 15, 19, 23, 27-го витков и от 2, 4, 6, 8, 10, 14, 18, 22, 28, 30-го витков.
Зазоры между пластинами в КПЕ должны выдерживать предполагаемое напряжение. Если применяются низкоомные нагрузки, можно обойтись КПЕ от старых типов РПУ, при выходной мощности до 200-300Вт. Если высокоомные — придётся подобрать КПЕ от радиостанций с требуемыми зазорами. Расчёт простой — 1 мм выдерживает 1000В, предполагаемое напряжение можно найти из формулы Р=U`(в квадрате) /R, где Р — мощность, R — сопротивление нагрузки, U — напряжение. Обязательно на радиостанции должен быть переключатель, при помощи которого трансивер отключается от антенны в случае грозы или нерабочем состоянии, т.к. более 50% случаев выхода из строя транзисторов связаны с наводкой статического электричества. Его можно ввести или в щиток переключение антенн или в СУ.
Описание согласующего устройства
В СУ применены КПЕ от ламповых приёмников с воздушным зазором 0,3 мм, обе секции включены параллельно. В качестве индуктивности применена катушка с отводами, переключаемыми керамическим галетным переключателем. Катушка бескаркасная 35 витков провода 0,9-1,1 мм намотана на оправке диаметром 21-22 мм, свёрнута в кольцо и своими короткими отводами припаяна к выводам галетного переключателя. Отводы сделаны от 2,4,7,10,14,18,22, 26,31 витков. КСВ-метр изготовлен на ферритовом кольце. Для КВ решающего значения проницаемость кольца в общем-то не имеет – применено кольцо К10 проницаемостью 1000НН. Оно обмотано тонкой лакотканью и на неё намотано 14 витков в два провода без скрутки ПЭЛ 0,3, начало одной обмотки, соединённое с концом второй образуют средний вывод.
Согласующее устройство, далее СУ, обеспечивает согласование
выходного сопротивления передатчика, с сопротивлением антенны и
дополнительно обеспечивает фильтрацию гармоник, особенно
транзисторных выходных каскадов, а так же имеет свойства преселектора
входной части трансивера. Ламповые выходные каскады,
имеют на выходе перестраиваемый П-контур, и больший диапазон
в согласовании с антенной. Но в любом случае, откалиброванный
П-контур лампового УМ на 50 или 75 ом и подключенный через СУ,
будет иметь гораздо меньше гармоник на выходе. Его использование
как фильтра, желательно, особенно в густо населенном районе.
При наличии хорошо настроенных антенн и УМ, нет необходимости
использовать СУ. Но когда антенна одна, на несколько диапазонов,
и нет возможности, по разным причинам использовать другие
антенны, СУ дает хорошие результаты. С помощью СУ можно согласовать
любой кусок провода, доведя КСВ=1, но это не значит, что Ваша
антенна будет работать эффективно. Но даже в случае настроенных
антенн, применение СУ оправдано. Взять хотя бы разные времена года,
когда изменение атмосферных факторов (дождь, снег, жара, мороз и пр.)
прилично влияют на параметры антенны. Буржуйские трансивера, имеют
внутренние тюнера, позволяющие согласовывать выход трансивера 50 ом,
с антенной, как правило, в небольших пределах от 15 - 150 ом, в зависимости
от модели трансивера. Для согласования в больших пределах, используются
внешние тюнера. В недорогих буржуйских трансиверах тюнера нет, поэтому,
чтобы не вышел из строя выходной каскад, необходимо иметь хорошо
настроенные антенны или СУ. Наиболее распространенные Г- образные и
Т-образные, в виде П-контура, симетричные, не симетричные СУ.
Право выбора за Вами, я остановился на хорошо зарекомендовавшей
себя схеме Т-образного тюнера, из статьи W1FB, опубликованной на СКР UN7GM,
выдержку, из которой, привожу ниже:
Для просмотра схемы в реальном размере, кликните по схеме левой кнопкой мыши.
Исходя из соображений, сделать на века, для приличной мощности и на все
случаи жизни, я приобрел КПЕ, переключатели и катушку с переменной индуктивностью
от радиостанций Р-130, "Микрон", РСБ-5, Вч-разъемы СР-50, эквивалент 50ом 20вт
(внутренний) и наружный (для настройки УМ и пр.) 50ом 1квт, прибор 100 мка.
Все это разместил на шасси, размерами 380х330х170, дополнив СУ коммутатором антенн
и индикатором выхода ВЧ. Шасси выполнено из дюралюминия толщиной 3мм,
корпус П-образный, из металла толщиной 1мм. Монтаж выполнять короткими
проводниками, для "земли" использовать шину по всему шасси, начиная от входа СУ
и всеми элементами схемы, заканчивая антенными разъемами. Шасси можно
сделать гораздо меньше, исходя из Вашей комплектующей. Если нет катушки
с переменной индуктивностью, можно использовать вариометр, с приемлемой
индуктивностью, или галетный переключатель с катушкой. Катушку расположить
как можно ближе к переключателю, чтобы отводы от катушки были как можно короче.
Дополнить СУ можно устройством "Искусственная земля".
При использовании случайных антенн, плохого заземления, это устройство доводит до
резонанса систему заземления радиостанции. Параметры земли входят в параметры антенны,
поэтому, чем лучше заземление, тем лучше работает антенна. Так же можно
дополнить СУ защитой от статических зарядов, установив на антенном разъеме
резистор 50-100 ком 2вт на массу.
Радиолюбители - народ творческий, поэтому обмен опытом всегда полезен.
Я буду рад, если помог, кому нибудь определиться в выборе СУ на наглядном
примере. И еще раз хочу напомнить, что СУ это компромисс, при очень низком
КПД антенно-фидерного устройства, оно превращается в нагревательный
прибор. Друзья - стройте нормальные антенны, чего бы Вам это не стоило!
Иван Е. Калашников (UX7MX)
Добавочные Тороидальные катушки для основных Пи-контуров обычно мотают только для диапазонов 160 метров.
Для такого ко-ва витков, как на фото, однозначно можно сделать, что каркасом служит ДИЭЛЕКТРИК.
(У меня в РА на 3*ГУ50 намотан такойже на обычной пластмассе и кол-во витков выше 100)
Как правило каркасом служит фторопласт или проверенная в микроволновке пластмасса.
Кто-нибудь в живую видел такой феррит, как указано в статье Иностранца по расчету Пи-контуров?
То.RZ9CJ Сергей ты РА собираешь? Или просто плодишь темы?
Тема про феррит в ПА - абсолютно пустая и не нужная никому.
Тогда кол-во витков на тороиде будет не более 20, а может и еще меньше.
Имейте ввиду то, что если ВЧ феррит работает в Трансформаторах, то не значит, что он будет тработать в Пи-контуре или простом контуре.
ЗЫ. Господа писатели, попробуйте сделать кольце на 500вт простой ФНЧ (диапазонный) и только потом пробуйте ставить в Пи-контур РА.
Пи-контур является не только резонансным, но и трансформатором сопротивлений.
Александр RA9QAW Kurgan
То.RZ9CJ Сергей ты РА собираешь? Или просто плодишь темы? Тема про феррит в ПА - абсолютно пустая и не нужная никому.
Согласен. Тем более, что тут никто и не собирается делать РА.
Типа того.Вернее только собираюсь. Как мне сказали-что бы построить РА
нужно лет 5 .Четыре года-обсуждение и
один год-продуктивной работы
Хотел сказать - господа писатели RA9QAW , RA9DM . но вы ведь практики. усилки
делаете и Саша и Сергей.
Так я вобщем хотел спросить - такой вот транс потянет РА на одной 71 или нет ?
И второй вопрос - размещение комплектующих на шасси пойдет нет ?
ПС: Да и не один я тут делаю усил - Саша RX9CDR сейчас вот собирает РА на 4 ГУ50
в соседнюю тему загляните.
Олег RZ9CF тоже делает - правда не знаю на какой лампе .
PPS : У Арнольда катушка П-контура сделана на кольце из тефлона.
Теория-это опыт миллионов людей,
выраженный в сжатой форме
Сергей, я конечно извиняюсь, но твои вопросы порой настолько некорректны, что возникает вопрос, а за то ли ты взялся . ""Такой вот транс. "" Такой вот какой . Ты его мотал . Первичка какая . Вторичка . Сколько на вторичке . И делать на одной ГК-71 считаю (это сугубо моё мнение) делом не очень полезным. 500вт в максимуме. С 28МГц проблемы. Напряжение анода минимум нужно 2000кВ, а для 500вт и поболе придётся При этом только 500вт. 4хГУ-50 отдадут 400вт стопудовых, на 28МГц без особых головняков 350вт. При этом 1000в анода. И ЧЕМ ЭТИ 400вт отличаются от 500 . Начни с малого - доведи до ума свои усилки , потренируйся на готовых конструкторах.
На трансе подписаны 4 обмотки 220 В , 1000В , 43 В и 6,5 В
Транс промышленный.
ГК 71 я измерил проходную емкость - соединил все выводы и измерил
относительно анода
Получилось 15 пФ.
А насчет взялся - так не боги горшки обжигают.
Глаза боятся-руки делают.
Ты бы лучше поддержку оказал и знаниями поделился
Теория-это опыт миллионов людей,
выраженный в сжатой форме
А вообще 500вт-ным не выглядет.
Я тебе уже триста раз одно и тоже, и не только я, говорил и говорю - потренируйся на своих конструкторах, доведи до ума. Заочно на форуме такие вопрос ы не решить.
Ты приобрёл прибор, теперь наиграться с ним не можешь никак. Нахрена её мерить, если в справочниках есть всё. Это раз. Таким убогим прибором мерить малые ёмкости в таких больших конструктивах и такими длинными проводами ,мягко говоря, неправильно.
Сергей RA9DM
Один спрашивает - другой помогает если хочет.
А побудило меня взяться за паяльник то,что покупные усилки или не доделаные (недорогие)
или стоят дорого а чем покупать дорогие самоделки-лучше купить фирменный.
А фирменный еще дороже.
Вот и думай - или фирменный купить или самому вспомнить навыки обращения с паяльником.
Очень хорошо,что у меня нет опыта постройки РА.
Я буду выкладывать все вопросы ,которые у меня возникли.
Думаю многим это поможет построить собственный РА.
Информацию выложить в сжатом виде-что бы не лазить по тому же СКР и по капле в сутки
выискивать.
Размеры железа 130 х 110 х 65 примерно так.
Всего 8 выводов два с одной стороны 220 В
и колодка,закрытая кожухом , с другой стороны,
6 выводов ,подписано 1000В, 43 В и 6,5 В.
Сергей
Читайте также: