Генератор на металлокерамической лампе
Радио 1957 №5
Разработка Центрального радиоклуба ДОСААФ
Освоение ультракоротковолновых диапазонов представляет большой интерес для радиолюбителей. В последнее время семиметровый любительский диапазон пользуется большой популярностью. Тысячи радиолюбителей, работая в этом диапазоне, устанавливают рекордно дальние УКВ связи, участвуют в интересных соревнованиях.
Значительно меньше радиолюбителей работают на более высоких частотах. Это обстоятельство отчасти можно объяснить тем, что широко распространенные детали, особенно лампы, на высоких частотах работают плохо. Нашей промышленностью выпущены высокочастотные металлокерамические лампы, хорошо зарекомендовавшие себя на частотах порядка тысячи мегагерц. Данные наиболее распространенных металлокерамических ламп были опубликованы в журнале «Радио» № 11 за 1955 год. Металлокерамические лампы имеют несколько необычную конструкцию, приспособленную для работы с объёмными резонаторами. Выводы электродов этих ламп выполнены в виде концентрических цилиндров, вставляемых в отрезки цилиндров соответствующего диаметра, образующих собой элементы объемных контуров. Объемные контуры, обладая высокой добротностью, не нуждаются во внешней экранировке и обеспечивают хороший отвод тепла, выделяемого лампой и токами высокой частоты.
Изготовление объёмных контуров в любительской практике связано с некоторыми трудностями, вызванными токарными работами. Объёмные резонаторы в радиолюбительских конструкциях следует применять в аппаратуре на частоты 1500 и 5000 МГц. На двухметровом любительском диапазоне достаточно хорошо работают колебательные системы, состоящие из обычных катушек индуктивности и конденсаторов, а в 70-сантиметровом диапазоне - симметричные двухпроводные линии.
В публикуемой ниже статье дается подробное описание генератора на 420-425 МГц, рассчитанного на самостоятельное изготовление радиолюбителями. Это первая попытка использования металлокерамических ламп в любительских конструкциях с обычными УКВ контурами.
СХЕМА
Генератор собран по однотактной схеме (рис. 1) на металлокерамическом триоде типа ГИ-12Б, предназначенном для работы в генераторах с самовозбуждением, с посторонним возбуждением и для удвоения частоты. В генераторе могут быть использованы и металлокерамические триоды других типов.
Рис. 1.
В качестве колебательной системы генератора (рис. 2), используется контур, составленный из индуктивности, выполненной в виде «петли», и конденсатора переменной ёмкости С1. Контур подключён к сетке и аноду лампы Л1. Необходимое напряжение смещения на управляющую сетку лампы Л1 снимается с сопротивления R1, включённого в цепь сетка-катод.
Рис. 2.
Связь генератора с нагрузкой - индуктивная, осуществляется с помощью витка связи, расположенного над колебательным контуром генератора. Величина связи может меняться при перемещении витка относительно контура генератора.
Генератор смонтирован на металлическом шасси размером 150х60х25 мм, все его детали расположены сверху горизонтальной панели, в «подвале» шасси помещены только провода, подводящие напряжения питания, и выведена под шлиц ось конденсатора переменной ёмкости С1.
В связи с тем что металлокерамические лампы во время работы выделяют очень много тепла, обычно применяется принудительное охлаждение их потоком воздуха (или воды). Однако, если по условиям работы генератора не требуется большая длительность работы, а снимаемая мощность позволяет подавать на лампу неполное анодное напряжение, можно отказаться от принудительного охлаждения или использовать обычный электрический вентилятор. Следует, однако, учитывать, что нормальная эксплуатационная температура вывода анода лампы составляет порядка 200°, сеточного цилиндра - 120° и катодного цилиндра лампы-100°. Это предъявляет соответствующие требования в отношении теплостойкости ко всем деталям генератора, а в самой конструкции следует предусмотреть возможность наилучшего отвода тепла от выводов электродов лампы.
В описываемом генераторе детали контура смонтированы на стойках, выполненных на керамических основаниях от сопротивлений ВС-0,25 и ВС-0,5. Катодный цилиндр присоединен к массивной стойке, укреплённой на металлическом шасси генератора. Конденсаторы постоянной ёмкости С2, С3 и С4 применены самодельные - слюдяные.
В качестве припоя, используемого для пайки деталей, следует применять чистое олово, так как температура его плавления значительно выше, чем у третника и других сплавов.
Сборка генератора производится в следующем порядке. На планку из листовой латуни или меди (деталь 6) монтируется контур генератора. В отверстие диаметром 7 ми устанавливается и пропаивается втулка оси конденсатора С1, а в указанных точках устанавливаются четыре керамические стойки. Всего потребуется подготовить пять стоек: две опорные из сопротивлений типа ВС-0,5 и две из сопротивлений типа ВС-0,25 для контура и одну для оси конденсатора С1 из сопротивления ВС-0,25.
Латунные контактные обоймы на концах стоек следует зачистить и аккуратно облудить.
После установки стоек к их верхним концам следует припаять детали 1, 2 и 3, предварительно придав им нужную форму.
Ось конденсатора переменной ёмкости С1 (деталь 7) состоит из двух частей - латунной оси и керамической стойки, соединённых друг с другом с помощью пайки. К верхнему латунному кольцу на керамической стойке припаивается подвижная пластина конденсатора С1, после чего его ось вставляется во втулку (деталь 8), установленную на планке, и с помощью разрезной пружинящей шайбы, надетой на проточенный в оси паз, закрепляется на противоположном конце втулки.
Конденсатор С2 изготавливается следующим образом: между расположенными друг над другом концами деталей 2 и 3 прокладывается пластинка слюды толщиной 0,05 мм, после чего они стягиваются с помощью винта. Верхняя пластина должна быть изолирована от нижней, что достигается с помощью слюдяной шайбочки, проложенной между верхней пластиной и головкой винта.
Индуктивность (деталь 4), входящая в контур генератора, может быть изготовлена в виде «петли» из листовой латуни (деталь 4а) или из медного провода диаметром 3 мм (деталь 4б). В последнем случае концы петли должны быть расплющены или опилены для получения большей плоскости контакта в местах крепления петли к концам деталей 1 и 2.
Собранный контур генератора устанавливается и закрепляется на шасси. В отверстие на конце детали 1 пропускается вывод анода металлокерамической лампы и затягивается гайкой. На цилиндр сеточного вывода лампы надевается контактное кольцо (деталь 9) и стягивается винтом с гайкой, а отогнутое на нем ушко скрепляется с концом детали 3 также с помощью винта с гайкой.
Далее на цилиндр вывода катода лампы надевается контактное кольцо (деталь 10), которое стягивается винтом с гайкой, и под кольцом на шасси укрепляется угольник (деталь 11), с которым должно быть в дальнейшем скреплено контактное кольцо катода.
Контактное кольцо на цилиндр подогревателя лампы (деталь 14) изготавливается из пружинящей латуни без стяжного винта, непосредственно к нему должен быть припаян дроссель Др2. Дроссель Др1 припаивается к пластине (деталь 15), после чего она плотно притягивается винтами к шасси.
Дроссели Др1 и Др2 - бескаркасные, изготавливаются из медного посеребренного провода диаметром 1,0 мм. Они содержат по семь витков и имеют внутренний диаметр 6 мм.
Для изготовления конденсатора С3 берут одну пластину из латуни размером 25х45 мм и одну из слюды толщиной 0,05-0,07 мм, размером 27х47 мм. Слюда должна быть проложена между латунной пластиной и шасси генератора.
Для конденсатора С4 необходимо взять две пластинки из латуни (детали 16 и 17) и две слюдяные прокладки размером 12x20 мм. Конденсатор должен быть собран и установлен непосредственно под выводом цилиндра подогревателя лампы.
Сборка конденсатора С4 производится в следующем порядке. На шасси кладётся слюдяная пластинка, сверху на неё - латунная пластинка (деталь 17), у которой предварительно должны быть отогнуты в противоположные стороны под углом 90° контактные лепестки. Более длинный из них пропускается в отверстие на шасси, к нему присоединяется один из проводов питания цепи накала, второй присоединяется к шасси в точке крепления угольника. Ко второму контактному лепестку пластины (деталь 17) припаивается дроссель высокой частоты Др2, соединённый с контактным кольцом подогревателя лампы.
Петля связи, изготовленная из медной посеребренной проволоки, укрепляется на пластинке из органического стекла толщиной 6 мм.
НАЛАЖИВАНИЕ И НАСТРОЙКА ГЕНЕРАТОРА
Правильно смонтированный генератор, как правило, не нуждается почти ни в каком налаживании, однако при работе с металлокерамическими лампами следует придерживаться определённых эксплуатационных правил.
Прежде всего необходимо отметить, что при первом включении лампы на неё в течение некоторого времени подается повышенное напряжение накала (вместо 12,6 В 13,5 В в течение 10-15 минут), после чего устанавливается нормальное напряженке накала 12,6 В и включается анодное напряжение. Желательно постепенно увеличивать анодное напряжение от 50% до полного рабочего напряжения.
Такой порядок включения анодного напряжения на генератор рекомендуется соблюдать и при дальнейшей эксплуатации генератора.
Перекал, даваемый на лампу при первом включении (или при длительном перерыве в работе генератора), необходим для так называемого жестчения лампы, во время которого происходит перегрев и интенсивная работа имеющегося в лампе газопоглотителя.
При первом включении иногда наблюдаются одиночные пробои, что говорит о том, что в лампе имеется газ и её следует подвергнуть дополнительному жестчению, включив затем на неё пониженное до 50% анодное напряжение.
При наладке генератора желательно включить в анодную цепь лампы миллиамперметр постоянного тока, в этом случае срыв колебаний легко может быть обнаружен по резкому увеличению анодного тока (например, если коснуться рукой контура генератора).
В генераторе, собранном по данной схеме, было испытано три типа металлокерамических триодов: ГИ-12Б. ГИ-11Б и ГИ-7Б.
Устойчивая генерация наблюдалась уже при подаче на анод 100-150 В. При анодном напряжении 400 В на выходе были получены следующие мощности: для ГИ-7Б порядка 2,5 Вт, для ГИ-11Б - 2 Вт и для ГИ-12В - 1,8 Вт.
Величина сопротивления R1 подбирается в процессе наладки в пределах от 1 до 5 кОм, в зависимости от допустимой мощности, рассеиваемой анодом (для ламп ГИ-11Б и ГИ-12Б, работающих без принудительного охлаждения, она не должна превышать 20 Вт).
Как показали проведенные испытания, наиболее пригодным типом ламп для маломощных любительских генераторов, работающих в режиме непрерывной генерации, без принудительного охлаждения, при пониженном анодном напряжении, оказалась ГИ-12Б.
Для подгонки диапазона генератора необходимо подключить к петле связи двухпроводную измерительную линию и произвести измерение частоты, на которой работает генератор. Методика работы с двухпроводной измерительной линией неоднократно описывалась, следует только напомнить, что для большей точности измерения проводятся на второй полуволне, откладываемой на линии, так как в этом случае не приходится учитывать величины проводников, связывающих линию с генератором.
Если при измерении будет выяснено, что генератор работает на частоте меньше заданной и с помощью конденсатора С1 перекрытие желаемого диапазона не обеспечивается, следует уменьшить величину индуктивности, входящей в контур генератора. Для этого оба конца «петли» укорачиваются на равную величину, петля устанавливается на место и измерение повторяется вновь.
Подгонку диапазона можно также в известных пределах производить путём изменения ёмкости конденсатора обратной связи С2; ёмкость может быть уменьшена изменением расстояния между его пластинами, для чего вместо одной слюдяной пластинки между его обкладками зажимаются две или три и т. д. Однако эту ёмкость не следует уменьшать ниже 8-6 пф, так как тогда величина обратной связи может оказаться недостаточной, упадёт выходная мощность и снизится устойчивость работы генератора.
После подгонки диапазона генератора следует произвести подстройку дросселей высокой частоты в анодной и накальной цепях (Др1 и Др2), для этого к выходу генератора присоединяется лампочка накаливания и путём разжимания и сжимания витков дросселей добиваются наибольшей отдачи мощности на выходе, руководствуясь изменением свечения лампочки накаливания.
Наивыгоднейшая точка присоединения анодного дросселя Др1 к «петле» контура генератора определяется по силе свечения лампочки накаливания, включённой на выходе генератора.
Перенос точки присоединения дросселя Др1 следует производить постепенно и на небольшие расстояния.
После этого рекомендуется вновь произвести проверку частоты, на которой работает генератор, и в случае ухода за пределы диапазона вновь произвести необходимую подгонку параметров колебательного контура.
В качестве модуляционного устройства для подобного генератора подойдёт любой модулятор, рассчитанный на работу при анодной модуляции и обеспечивающий получение мощности порядка 1-1,5 Вт. Может быть, например, использовано модуляционное устройство от передатчика радиостанции 144-146 МГц, описанной в № 6 журнала «Радио» за 1956 год.
В случае использования генератора в качестве передатчика следует также заключить его в дополнительный внешний экран и предусмотреть улучшение условий охлаждения путём обдувания лампы воздухом.
В. Ломанович (UA3DH)