Wzmacniacz 4xGU50 - elementy » SP9XUH - Polska Radiostacja Amatorska >

<-- MENU dla stron PAGU74B -->
 QTH Loc:  JN99WX    ITU: 28    DXZone: 15    Powiat: (M)KR    Gmina: KR11      
   
 
Antena Inverted V na 40 m
Balun prądowy 1:1
Miernik częstotliwości 100 MHz
Wzmacniacz 4 x GU50
Moduł pomiarowy MP-2010 

Informacje o zawartości strony

Wpisz znak

Księga gości

Moje GG
Bez tytułu 1

Wzmacniacz 4xGU50 - elementy


- 1. Dławik antyparazytowy - 2. Dłąwik katodowy. - 3. Dławik anodowy.
- 3.1 Teoria.
- 3.2 Dławik 4 lamp GU50.
- 4. Dławik żarzenia. - 5. Filtr PI.
- 5.1 Cewka L5 - pasma 30 ÷ 10 m.
- 5.2 Cewka L6 - pasma 160 ÷ 40 m.
- 5.3 Kondensatory.
- 6. Transformator TR1 - Blok lamp, płyta montażowa GU50. - 8. Obudowa.


B ELEMENTY

1. Dłąwik antyparazytowy.
     
 
Rys. 1-1 Dławik antyparazytowy.     
 
   Na wałku o średnicy 12 mm nawijamy 4 ÷ 5 zwoi drutu srebrzonego Ø 1,2 ÷ 1,5 mm, skok uzwojenia 4 ÷ 5 mm. Wewnątrz tak wykonanej cewki umieszczamy rezystor 51 ÷ 82 Ω / 2W (np. MŁT-2) i do jego wyprowadzeń dolutowujemy cewkę. Jeden koniec rezystora przylutowujemy do wyprowadzenia anody w podstawce lampy, a drugi do blaszki dławika anodowego – zobacz fotografie w punkcie 7.


2. Dławik katodowy.
     
 
    Rys 2-1. Dławik katodowy.     
 
   Korpus dławika wykonano z teflonu o średnicy 20 mm, który w miejscu nawinięcia uzwojenia został stoczony do średnicy 18 mm. Na długości 65 mm nawijamy 110 zwoi drutu DNE 0,55 ÷ 0,6 mm. Indukcyjność dławika wynosi ok. 60 µH. Wyprowadzenia wykonujemy z kawałków srebrzanki uformowanych tak, aby pasowały do rozstawu otworów w płytce montażowej (PCB_A). 


3. Dławik anodowy.

3.1 Teoria.

Obliczanie indukcyjności dławika.
   
  – reaktancja dławika:  Xdlawika = 2 * π * Ldławika (µH) * f (MHz)

  Z powyższego wzoru wynika, że reaktancja dławika jest proporcjonalna do częstotliwości i najmniejsza na najniższym paśmie 1,8 MHz. Bierzemy pod uwagę to pasmo, gdyż minimalna reaktancja dławika powinna być przynajmniej równa impedancji wyjściowej lampy:
 

Xdlawika >= Zwyjlampy

- impedancja wyjściowa lampy:     Zwyjlampy = Uanody / (Ianody * K)
   
  gdzie:  Uanody - napięcie anody w V, 
  Ianody – prąd anody w A,
K – współczynnik; 1,3 – klasa A, 1,5 ÷ 1,7 – klasa AB, 2 – klasa C.
 
   
 

Zakładając Zwyjlampy = Xdlawika ,  minimalna indukcyjność dławika (µH) dla pasma 1,8 MHz:

Ldławika (µH) = Zwyjlampy (2 * π * 1,8) 

   

Obliczanie pojemności kondensatora blokującego napięcie w.cz.  
     
  Iw.cz. = Uanody / Zwyjlampy  - reakcyjny prąd w.cz. [A], 
  Xcblok = 10 / Iw.cz  - reaktancja pojemnościowa dla max. 10 V rms na kondensatorach zasilacza anody [Ω], 
     
  Cblok (nF) = 109 / (2 * π * f  * Xcblok)  - wartość kondensatora blokującego w nF,
f – częstotliwość w Hz.
 
 
Uwagi.

   „Medal ma dwie strony” i to można powiedzieć także o indukcyjności dławika anodowego.
   Z jednej strony odpowiednio duża indukcyjność dławika, a co za tym idzie i reaktancja (powinna być przynajmniej równa lub większa od impedancji lampy), zapewnia prawidłową ochronę zasilacza.

   Z drugiej, im większa indukcyjność dławika tym więcej pojawia się w nim pasożytniczych rezonansów. W praktyce większość stosowanych lamp mocy wymaga dławika o indukcyjności większej od 60 µH, co oznacza że dławik będzie miał przynajmniej jeden rezonans na częstotliwości poniżej 30 MHz.

   Zarówno rezonanse szeregowe jak i równoległe, które występują w każdym dławiku, są niepożądane i niebezpieczne.
   Rezonans szeregowy powoduje, że dławik traci reaktancję (impedancja szeregowego obwodu rezonansowego w rezonansie jest bliska zeru) i staje się niejako „drutem” o rezystancji jego uzwojenia. W tym momencie wyjście lampy jest dla w.cz. praktycznie zwarte do zasilacza, co może spowodować jego uszkodzenie.
   Przy rezonansie równoległym występuje jeszcze bardziej niebezpieczne zjawisko. Cechą każdego obwodu rezonansowego jest współczynnik dobroci Q. W uproszczeniu możemy powiedzieć, że Q jest współczynnikiem wzmocnienia napięciowego na równoległym obwodzie rezonansowym. Wynika z tego, że wypadkowe napięcie na dławiku w rezonansie równoległym będzie równe napięciu pracy w.cz pomnożonemu przez Q. Zakładając, że napięcie w.cz. przy prawidłowej pracy (poza rezonansem) wynosi powiedzmy 2500V, to w rezonansie może ono wzrosnąć do kilku, a nawet kilkudziesięciu kV - dobroć dławika w rezonansie może wynosić kilkanaście, nawet i 20. Zaindukowanie tak wysokiego napięcia może być przyczyną poważnych uszkodzeń elementów wokół dławika, a przy dużych mocach nawet poza obudową wzmacniacza.

   Może się zdarzyć, że będziemy zmuszeni zmniejszyć indukcyjność dławika poniżej wartości wyliczonej z teorii dla danej lampy i jej parametrów pracy, np. z powodu rezonansów lub wymiarów. W takim przypadku należy pamiętać o wyliczeniu pojemności i wytrzymałości prądowej kondensatora blokującego w.cz. dla nowej indukcyjności dławika zakładając, że napięcie na elektrolitach zasilacza anody nie powinno przekraczać 10 V rms. Przy mniejszej indukcyjności dławika, płynący duży prąd w.cz. wymaga zastosowania kondensatora o znacznie większej pojemności i wytrzymałości prądowej w.cz. Blokowanie napięcia w.cz. jest bardzo ważne, bo w zasilaczu anodowym stosujemy kondensatory elektrolityczne, a obecność w.cz. będzie je dodatkowo nagrzewać powodując ich szybsze wysychanie i utratę pojemności.
   Zbyt mała reaktancja dławika może być (ale nie musi) powodem spadku mocy wyjściowej na niższych częstotliwościach z powodu dodatkowego obciążania dławika dość dużym reakcyjnym prądem w.cz. W takim przypadku dławik musi być zaprojektowany na większy prąd niż tylko prąd anodowy lampy.

3.2 Dławik 4 lamp GU50.
 
   Wyliczona Indukcyjność dławika i pojemność kondensatora przy założeniu: Uanody = 1100 V,    Ianody = 0,4 A, K=1,7 wynoszą. 

      Ldławika = 143 µH
      Cblok = 6 nF

   Podczas budowy wzmacniacza powstały dwie wersje dławika anodowego. Pierwszy o indukcyjności 560 µH wykonany został na podstawie opracowania rosyjskiego krótkofalowca, który taki dławik zastosował w wzmacniaczu z 3 lampami GU50. Niestety, ten dławik okazał się niezbyt „udany” ponieważ pomiary analizatorem pokazały kilka mocnych rezonansów - zwłaszcza jeden na częstotliwości pomiędzy pasmem 30 a 20 m. Pomimo oddalenia częstotliwości rezonansowej od pasma 20 m jedna z prób, właśnie na 14 MHz, zakończyła się burzą trzasków i iskier na kondensatorze blokującym napięcie zasilania anody. Dławika nie przerobiono (ładnie wygląda) tylko wykonano drugą wersję o indukcyjności 140 µH, który pracuje poprawnie na wszystkich pasmach KF.

I wersja

   Karkas dławika wykonano z teflonu według zamieszczonego poniżej rysunku. Uzyskanie indukcyjności 560 µH wymaga nawinięcia 16 m drutu (w izolacji) o średnicy 0,5 mm. 15 zwoi od strony dławików antyparazytowych nawiniętych jest ze skokiem 3 mm. Kolejne 46 ściśle zwój przy zwoju. Nawinięcie koszyczka ułatwia pasek papieru (rys. 3-2), który przyklejamy na karkas, a następnie w zaznaczonych punktach wiercimy otworki (po 27 na dole i górze) w które wkładamy drewniane wykałaczki. Na tak wykonanym „jeżu” układamy po skosie uzwojenie przewijając drut od dołu patyczków dolnego rzędu, a od góry górnego, np. 1 patyczek na dole - 14 na górze, 2 na dole - 15 na górze ….. 15 na dole -    1 na górze, 16 na dole – 2 na górze …. Po nawinięciu, całe uzwojenie należy zaimpregnować lakierem wysokonapięciowym.
     
 
   Rys 3-1. Anodowy - I wersja      
   
   
  Rys. 3-2 Pasek montażu uzwojenia.
 
II wersja

   149 zwoi uzwojenia wykonanego drutem Ø 0,4 mm (w izolacji) podzielono na trzy sekcje. Pierwsza liczy 17 zwoi ułożonych w rowkach gwintu M24. Napięcie międzyzwojowe powstające na części uzwojenia od strony anod lamp jest duże. Zachowanie odległości ok. 2 mm pomiędzy sąsiednimi zwojami zapobiega przebiciu izolacji i uszkodzeniu dławika. Druga sekcja składa się z 42 zwoi nawiniętych ściśle na średnicy 20 mm. Trzecia część uzwojenia to 90 zwoi nawiniętych (także ściśle) na średnicy 26 mm. Całkowita indukcyjność tak wykonanego dławika wynosi ok. 140 µH. Elektroda anody GU50 wyprowadzona jest na cokół lampy. Utrudnia to podłączenie dławika anodowego do dławików antyparazytowych. W osi korpusu dławika wywiercono otwór (odpowiedniej długości) przez który przepuszczono odcinek srebrzanki. Do jednego końca drutu przylutowano początek uzwojenia, a do drugiego (pod blachą mocowania lamp) miedzianą blaszkę do której zamontowane są cztery dławiki antyparazytowe (zobacz zdjęcie w punkcie 7). Dławik mocowany jest do płyty montażowej lamp nakrętka M16 (teflonowa, może być metalowa).
     
 
     Rys 3-3. Dławik anodowy - II wersja      


4. Dławik żarzenia.
   Uzwojenie składające się z 9 zwoi izolowanego drutu nawinięto na rdzeniu ferrytowy o przenikalności 400 ÷ 2000 i średnicy ok.4 cm. W opisanym PA zastosowano pierścień wymontowany z 300 watowej przetwornicy zasilacza komputerowego. Rdzeń może być mniejszy, ale przy większej średnicy łatwiej jest nawinąć uzwojenie wykonane z dwóch przewodów 1,5 mm2 (typowy przewód instalacji elektrycznej) ułożonych równolegle obok siebie. Ilość zwoi jak i przekrój drutu  nie jest krytyczny, ale należy pamiętać, że cztery GU50 pobierają ok. 3 A prądu. 
       
   
       


5. Filtr PI.
     
   
     
   
 
   Filtr PI, to chyba najtrudniejszy do wykonania element wzmacniacza. Nie tyle pod względem mechanicznym, co elektrycznym,
   Indukcyjności cewek i pojemności kondensatorów wchodzących w skład filtra PI wyliczono używając kalkulatora autorstwa F1FRV. Poniższa tabela przedstawia wyniki obliczeń kalkulatora dla napięcia anody 1100 V i prądu anody 0,5 A.

   Podczas uruchamiania dokonano pewnych zmian wartości elementów w stosunku do wyliczonych. W cewce L5 pasm 30 ÷ 10 m zmianie uległy położenia odczepów przy zachowaniu całkowitej ilości zwoi (6 i 3/4) i wymiarów. Większym modyfikacjom uległa cewka L6 pasm 160 ÷ 20 m, której powodem był brak możliwości prawidłowego zestrojenia pasma 160 m. Całkowita indukcyjność cewki wynosi teraz 27 µH (33 zwoje), odczep dla pasma 160 m na 25 zwoju (21 µH).

KALKULATOR FILTRA PI
kalkulator_filtr_pi.xlsx - skoroszyt Excel 2007 i nowszy
kalkulator_filtr_pi.xls - skoroszyt Excel 97-2003 
 
 

5.1 Cewka L5 - pasma 30 ÷ 10 m.
 
   Parametry: indukcyjność - 2 µH, średnica miedzianego drutu - Ø 4 mm, ilość zwoi – 6 i 3/4, średnica wewnętrzna - 56 mm (środkami zwoi 60 mm), odstęp pomiędzy zwojami - 3 mm (środkami  zwoi  7 mm). Uzwojenie cewki zostało „wkręcone” w otwory (dopasowane do średnicy drutu) wykonane w tarnamidowej płytce. Zapewnia to utrzymanie niezmiennych odległości pomiędzy zwojami, a więc stałej indukcyjności. Drut na początku cewki nagwintowano, nakręcono redukcję M5 na M4, a na nią kondensator blokujący (C15) napięcie stałe anody. Odczepy wykonano drutem miedzianym Ø 1,8 mm. Nie są one przylutowane bezpośrednio do cewki tylko do miedzianych,  skręcanych śrubą objemek. Można je swobodnie przesuwać po uzwojeniu, co okazało się bardzo pomocne w procesie zestrajania filtra PI. 
 
 
Pasmo Odczep 
10 m  0,95 
12 m  1,5 
15 m 
17 m  2,55 
20 m  3,2 
30 m  4,8 
 
    Rys. 5-1 Mocowanie cewki L5.   
     
   
     

5.2 Cewka L6 - pasma 160 ÷ 40 m.
 
   Korpus cewki wykonano z teflonowego wałka, który dla zmniejszenia masy został wewnątrz wybrany pozostawiając ścianki i dno grubość 8 mm. Uzwojenie wykonane drutem DNE Ø 1,25 mm ułożone jest w wytoczonych rowkach. Ułatwia to nawijanie, a co najważniejsze rowki nie pozwalają na zmianę odległości pomiędzy zwojami. Średnica cewki - 48 mm wewnątrz rowków (pomiędzy środkami drutu ok. 49,4 mm), ilość zwoi – 33, długość nawinięcia 80 mm, odstęp pomiędzy środkami zwoi 2,45 mm (pomiędzy drutami 1,2 mm). Położenie odczepów (koluszek): pasmo 20 m - 2 ÷ 4 zwój, pasma 80 m – 11 ÷ 14 zwój, pasmo 160 m  - 25 ÷ 33 zwój. 
 
 
Pasmo Odczep 
40 m 
80 m  13 
160 m  25 
 
   
 
    Rys 5-2. Cewka L6 filtra PI.    


5.3 Kondensatory.
 
   Kondensatory filtra PI wykonane zostały w warunkach domowych z materiałów jakie były do dyspozycji w warsztacie. Dlatego niektóre elementy są troszkę „przesadzone”, np. gruba 2 mm blacha na płytki rotora i statora kondensatora anodowego. Mimo tego, ostateczny efekt nie jest najgorszy. Kondensatory pracują prawidłowo, a zebrane doświadczenia w pracach mechanicznych na pewno przydadzą się przy budowie innych urządzeń.
   Płytki rotora wykonane zostały, nazwijmy to, metodą tradycyjną czyli poprzez obtoczenie a następnie ofrezowanie blach duraluminiowych. Mając do dyspozycji laser czy maszynę wycinającą strumieniem wody można pokusić się o bardziej precyzyjne wykonanie płytek. Prawidłowe odległości pomiędzy płytkami statorów, rotorów, sekcji kondensatora zapewniają odpowiedniej długości i średnicy tulejki dystansowe. Sygnał z rotora zbierany jest przez ślizgacz wykonany z mosiężnej sprężynującej blaszki. Przednia i tylna ścianka kondensatora wykonane zostały z dobrego izolatora jakim jest teflon. Oś na której zamocowane są okładziny rotora (wspólna dla obu sekcji) obraca się nie bezpośrednio w otworze ścianki, ale przepuszczona jest prze tulejko-kołnierz wciśnięty w otwór ścianki kondensatora. Zapobiega to zmianie szerokości szczeliny pomiędzy rotorem a statorem w wyniku wytarcia się dość miękkiego teflonu. Ściankę przednią z tylną łączą cztery duraluminiowe szpilki utrzymującymi konstrukcję w całości. Na dwóch z nich, każda podzielona na dwie części teflonową tulejką - sekcje, zamontowane są płytki statora. Wzajemne położenie elementów statora, rotora, obudowy ustawiamy nakrętkami.
   Duże rozmiary płytek rotora kondensatora antenowego powodują, że nawet przy dobrze skręconych śrubach i dokładnie dopasowanych mosiężnych tulejko-kołnierzach oś rotora obraca się samoistnie, co powoduje niedopuszczalną zmianę pojemności. Hamulec widoczny na zdjęciu to jego pierwsza wersja, która niestety się nie sprawdziła. Przerobiony hamulec składa się z dwóch półkoli skręcanych dwoma śrubami – bębnowy, nie wrysowano go na rysunki montażowe. Pozwala on ustawić odpowiednią siłę hamowania.

   Dla zwiększenia bezpieczeństwa obsługi wzmacniacza, oprócz połączenia z masą rotora obu kondensatorów i zastosowania pokręteł z dobrego materiału izolacyjnego, pomiędzy oś rotora a pokrętło zamontowano izolacyjny element dystansowy. Wykonano go z teflonu odpowiednio dopasowanego do średnicy osi rotora i otworu w pokrętle. Taki sam dystans zamontowany jest na ośce przełącznika pasm.

5.3.1 Kondensator anodowy.
   
  sekcja I:    6 ÷ 64 pF; ilość płytek: rotor – 5, stator – 4
sekcja II:   15 ÷ 160 pF; ilość płytek: rotor – 11, stator – 10
grubość płytek rotora i statora – 2 mm
szczelina rotor/stator – 2,5 mm
 
   
       
    Rys. 5-3 I arkusz      Rys. 5-4 II arkusz  
     
   
     
   
     

5.3.2 Kondensator antenowy.
   
  sekcja I:    40 ÷ 1200 pF; ilość płytek: rotor – 18, stator – 17
sekcja II:   25 ÷ 770 pF; ilość płytek: rotor – 12, stator – 11
grubość płytek rotora i statora – 1 mm
szczelina rotor/stator – 2 mm
   
       
  Rys. 5-5 I arkusz  Rys. 5-6 II arkusz  Rys. 5-7 III arkusz 
     
   
     
     
   


6. Transformator TR1.
 
   W opisanym wzmacniaczu zamontowano transformator toroidalny o mocy 1100 VA. Z czterech lamp GU50 realnie uzyskuje się moc ok. 400 ÷ 500 W i w zupełności wystarczy transformator o mocy 650 ÷ 800 VA. Zastosowanie mocniejszego transformatora podyktowane było tylko myślą o ewentualnej wymianie lamp na mocniejsze lub wykorzystanie go w innej konstrukcji. Wartości napięć dostarczane z uzwojeń transformatora podano przy opisie schematu 7 - punkt 3.6. 
     
   


7. Blok lamp, płyta montażowa GU50.
 
   Cztery lampy GU50 zamontowane są na wspólnym chase wykonanym z duraluminiowej blachy o grubości 2 mm, która z kolei przykręcona jest do spodu obudowy czterema dystansami. Do chahe lamp od spodu, także za pomocą dystansów, zamocowana jest płytka PCB_A. Dla lepszego chłodzenia baniek lamp, można nie montować oryginalnych obudów GU50. Dławik anodowy umieszczono pomiędzy lampami, co umożliwia łatwy montaż dławików antyparazytowych do anod lamp, które w GU50 wyprowadzone są jak pozostałe elektrody na cokół. Blok lamp zamknięto w obudowie której elementami są: blacha w kształcie litery L oraz ścianki obudowy wzmacniacza. Dzięki temu strumień powietrza wtłaczany przez wentylator zamontowany na tylnej ściance obudowy schładza tylko lampy, a nie jest rozpraszany na całe wnętrze obudowy. Transformator (mocy 1100 VA) jak i pozostałe elementy układów elektronicznych nie wymagają dodatkowego chłodzenia. Jedynym wyjątkiem jest zasilacz siatki przyspieszającej, który chłodzony jest małym wentylatorem zamontowanym bezpośrednio nad nim (PCB_C). Wewnątrz obudowy bloku lampowego, na jednej z jego ścianek zamontowano płytkę PCB_K z czujnikami temperatury: termistor oraz DS18B20. 
   
 
    Rys 7-1. Blacha montażowa.    
     
   
     
   
     
   
   


8. Obudowa.
 
   Obudowę wzmacniacza wykonano z materiałów ogólnie dostępnych w sklepach z materiałami metalowymi: duraluminiowe blachy,  kwadratowe i okrągłe pręty (duraluminium, mosiądz), śruby zwykłe i ozdobne (czernione), itp. Na rysunkach (w różnej skali) przedstawiono jedynie ogólny widok przodu i tyłu obudowy oraz widziane z góry rozmieszczenie elementów. Konstrukcje amatorskie budowane są najczęściej z tego co jest aktualnie dostępne na rynku lub co się ma w domowym warsztacie, dlatego ostateczny kształt obudowy i układ elementów składowych pozostawiam w gestii wykonawcy. 
Na co zwrócić uwagę ?
   Cewki filtra PI powinny być ułożone względem siebie w różnych płaszczyznach i w miarę blisko przełącznika pasm (krótkie odczepy uzwojenia cewek). Masy: kondensatorów filtra PI (anteny anody, pasm), przełącznika pasm, blachy montażowej cokołów lamp (przewód zakończony kabeloczkiem) łączymy w jednym miejscu lub możliwie jak najbliżej siebie. Mocne pole w.cz. może powodować nieprawidłowe działanie układów elektronicznych. Aby temu zapobiec, lampy, filtr PI, wyjściowy przekaźnik RX/TX należy oddzielić ekranem od pozostałych układów. Jak widać na fotografiach ekran stanowią blachy wchodzące w skład obudowy i jej wzmocnień - działowa w kształcie litery S. Szczególną uwagę należy zwrócić na miejsce montażu i ekranowanie płytki sterownika mikroprocesorowego – w opisanym wzmacniaczu oprócz zamontowania jej „samodzielnie” na przedniej ściance działowej, została od spodu dodatkowo zaekranowana na całej powierzchni miedzianą blachą.
 
       
  Rys. 8-1 Przód  Rys. 8-2 Przód.  Rys. 8-3 Tył. 
         
       
    Rys. 8-4 Góra      Rys. 8-5 Etykieta  


Pliki do pobrania
       
  Rys. 2-1 Dławik katodowy.
  PDF GIF Rys. 3-1 Dławik anodowy - I wersja.
  PDF GIF Rys. 3-2 Pasek montażu uzwojenia dławika I wersja.
  PDF GIF Rys. 3-3 Dławik anodowy - II wersja.
  PDF GIF Rys. 5-1 Mocowanie cewki L5 filtra PI, pasm 10 - 30 m.
  PDF GIF Rys. 5-2 Cewka L6 filtra PI, pasma 40 - 160 m.
PDF GIF Rys. 5-3 Kondensator anodowy, I arkusz.
  PDF GIF Rys. 5-4 Kondensator anodowy, II arkusz.
  PDF GIF Rys. 5-5 Kondensator antenowy, I arkusz.
  PDF GIF Rys. 5-6 Kondensator antenowy, II arkusz.
  PDF GIF Rys. 5-7 Kondensator antenowy, III arkusz.
  PDF GIF Rys 7-1. Blacha montażowa lamp GU50.
  PDF GIF Rys. 8-1 Widok przodu obudowy.
  PDF GIF Rys. 8-2 Widok przodu obudowy - elementy.
PDF GIF Rys. 8-3 Widok tyłu obudowy.
  PDF GIF Rys. 8-4 Rozmieszczenie elementów w obudowie, widok z góry.
  PDF GIF Rys. 8-5 Etykieta opisowa.