Журнал "Радиомир КВ и УКВ" № 10, 11 за 2016 г.

Блок питания для конструкций на стержневых радиолампах.

Сергей КОМАРОВ (UA3ALW), www.radiostation.ru

В середине 50-х годов Валентин Николаевич Авдеев предложил принципиально новую конструкцию батарейной прямонакальной лампы, не имевшей навитых сеток - стержневую лампу. В ней электроды выполнены в виде стержней и образуют электростатические линзы на пути электронного потока. К стержневым радиолампам относятся: 1Ж17Б, 1Ж18Б, 1Ж24Б, 1Ж26А, 1Ж29Б, 1Ж30Б, 1Ж36Б, 1Ж37Б, 1Ж42А, 1К12Б, 1П5Б, 1П22Б, 1П24Б, 1П32Б, 2П5Б. Были и другие разработки стержневых радиоламп, которые изготавливались, опытно применялись, но не успели получить свое серийное название, до того, как транзисторы уже «подросли», «окрепли» и стали способны «перенять эстафету» у радиоламп в связной аппаратуре. Стержневые радиолампы в конце 50-х годов прошлого века совершили почти «транзисторную революцию» в связной военной и космической радиоаппаратуре, резко сократив ее габариты и потребление, и предоставили отечественной полупроводниковой промышленности необходимое время для становления.
В настоящее время аппаратура, для которой стержневые лампы изготавливались миллионными тиражами, уже не используется ни в армии, ни в космосе, а огромные залежи радиоламп остались на складах и доступны в свободной продаже. Данный факт открывает возможность радиолюбителям не только насладиться работой этого отечественного электронного произведения искусства, но и создавать аппаратуру связи с оптимальным использованием положительных свойств как современной полупроводниковой, так и ламповой элементной базы 60-и летней давности. Право, стержневые радиолампы достойны своего второго рождения в радиолюбительских конструкциях XXI века.

Преобразователь напряжений для питания конструкций на стержневых радиолампах питается от одного кислотного аккумулятора 12В, 7А-ч, которые широко используются в компьютерных блоках бесперебойного питания или от стабилизированного выпрямителя с максимальным током нагрузки 1,5 – 2А. Номинальное напряжение питания блока 12,6 вольта. Это напряжение 6-и банок кислотных свинцовых или 10-и банок щелочных кадмиево-никелевых аккумуляторов.

Схема. За основу предлагаемой конструкции взята схема преобразователя напряжения от радиостанции Р-809М2. Подробное описание работы схемы приведено в первоисточнике [1] и здесь не рассматривается. Исходная схема была пересчитана на транзисторы 1Т403Б (Рис. 1).

В новой конструкции применены радиодетали как современные, так и 50-и летней давности. Принципиальным является использование низкочастотных германиевых транзисторов 1Т403, разработанных специально для преобразователей напряжения и, в отличие от современных кремниевых транзисторов, не дающих ВЧ импульсных радиопомех. Таким образом, этот преобразователь пригоден для питания радиоприемников с использованием прямонакальных стержневых радиоламп и других помехочувствительных схем.

Во входных и выходных цепях преобразователя установлены ВЧ фильтры, защищающие ламповую конструкцию от импульсных помех. С этой же целью, сам блок следует поместить в медный или жестяной экранирующий корпус с отверстиями для прохода конвекционного потока воздуха, охлаждающего радиаторы. В новой конструкции был пересчитан и трансформатор на более доступный в настоящее время кольцевой сердечник К32х16х12 из феррита марки М1500НМ3 (Таблица 1).

Таблица 1. Намоточные данные трансформатора

В случае намотки трансформатора по варианту 2, анодное напряжение составит 90 вольт при токе потребления не более 100 мА, а напряжение питания экранных цепей 45 вольт при токе потребления не более 14 мА (одновременном с анодной цепью). При использовании лишь одного источника экранного напряжения (45 В) без подключения нагрузки по анодному напряжению, ток потребления может быть до 210 мА (при замене дросселя в экранной цепи на ДМ-0,2-200).

Если потребуются другие напряжения, число витков анодно-экранной обмотки надо линейно пересчитать. Поскольку обмотки III и IV обеспечивают напряжение для работы стабилизатора напряжения накала, изменять их число витков не следует. Стабилизатор напряжения накала выполнен по последовательной компенсационной схеме [1] и обеспечивает напряжение + 2,4 вольта при токе нагрузки 340 мА. Перегрузка его по току до 500 мА, не приводит к хоть сколько-нибудь заметной просадке стабилизированного напряжения, разумеется, при отсутствии общей перегрузки преобразователя.

При питании от преобразователя стержневых радиоламп с напряжением накала 1,2 вольта, следует последовательно с нитью накала каждой радиолампы установить гасящий резистор, номинал которого рассчитывается по закону Ома для участка цепи: Rгас = 1,2 / Iн, где Iн – ток накала соответствующей радиолампы. К примеру, для радиолампы 1Ж24Б при токе накала 13 мА, гасящий резистор должен быть 1,2 / 13 = 0,0923 кΩ. Если последовательно с нитью накала радиолампы установить резистор МЛТ-0,125-91Ω ±5% и подобрать на цифровом приборе его сопротивление точно 92,3 Ω, то радиолампа будет работать в штатном режиме. Мало того, при включении напряжения накала, благодаря гасящему резистору, лампа будет избавлена от броска тока, что благотворно скажется на ее долговечности. Обращаю внимание, что к питанию стержне-вых радиоламп по цепи накала надо относиться очень бережно [5]: малейший перекал или недокал в процессе их работы существенно снижает ресурс радиоламп. Они, конечно, допускают циклическую работу от одной банки щелочного аккумулятора (1,2 В) при разряде от 1,4 до 1,0 вольта, но в этом случае об их рекордном гарантированном ресурсе в 5000 часов следует забыть.

Конструкция. Блок питания собран на односторонней печатной плате из стеклотекстолита толщиной 1,5 мм и размером 120 х 90 мм. Расположение деталей и печать показаны на рис. 2 и 3.

Трансформатор закреплен на плате капроновыми нитками (зеленые на чертеже) с помощью трех крепежных отверстий, расположенных под углом в 120° и одного центрального отверстия. Красными линиями показаны выводы трансформатора, дросселей и перемычки на плате. Перемычки выполняются голым луженым проводом ∅ 0,8 мм, одетым во фторопластовую трубку.

При разработке печатной платы для уменьшения радиопомех и гальванической развязки были разделены «земли». Земля входного источника питания 12,6 вольта (черная) имеет отдельный вывод, не соединенный с землями вторичных цепей. Также отдельные выводы, не соединенные между собой, имеет земля анодного и экранного напряжения (красная на схеме) и земля для напряжения накала и отрицательного смещения (синяя).

Транзисторы 1Т403Б установлены на самодельных радиаторах, выточенных из дюраля Д16 на токарном станке (например, ТВ-4, который должен быть в каждой школе в кабинете труда). Перед установкой коническая часть корпуса транзисторов смазывается термопастой BB-1000 или КПТ-8. Радиаторы прижимают транзисторы к плате, и крепятся винтами М3 х 8. Дроссели Д3 и Д67 крепятся к плате винтами М2,5 х 6. Диоды 2Д212Б запаяны в плату одним выводом. Ко второму выводу припаяны выводы трансформатора. Все остальное видно из рисунка 2 и фотографии.

Собранная плата блока питания выглядит так:

Детали. Светодиод 3Л102Б, который слегка поднагружает цепь смещения на 5,5 мА, и заодно сигнализирует о нормальной работе блока питания, можно заменить на современный светодиод любого цвета, диаметром не более 5 мм. Резисторы в схеме МЛТ или С2-23, Конденсаторы К78-2, К10-28, К10-47, КМ5а или импортные пленочные на соответствующие емкости и напряжения. Электролитические конденсаторы фирмы Jamicon или отечественные К50-35. Стабилитроны Д814А можно заменить на Д808 или на КС182. Транзисторы МП25Б можно заменить на МП26Б. Обращаю внимание еще раз, что современные кремниевые транзисторы в этой схеме применять нельзя принципиально. Из-за своей высокой граничной частоты, преобразователь мощностью 15 Вт станет настолько мощным источником радиопомех, что никакая экранировка и фильтрация не помогут. А у транзистора 1Т403Б граничная частота составляет всего 8 кГц и он принципиально не способен создать радиопомехи.

Регулировка. Готовый блок питания нуждается в подборе резистора номиналом 51Ω*, установленного в цепи базы правого-нижнего по схеме транзистора МП25Б, последовательно с резистором 180 Ω. С его помощью устанавливается точное значение напряжения накала 2,4 В. Устанавливать это напряжение надо при нагрузке цепи накала на проволочный резистор 7,5 - 10 Ω, мощностью не менее 1 Вт. При необходимости выставить напряжение, отличное от 2,4 вольт, например, 2,1 или 2,2 вольта, необходимо подобрать общее сопротивление резисторов цепочки 180 + 51 Ω. Увеличение номинала сопротивления приводит к увеличению выходного напряжения.

Мощности блока питания в 15 Вт обычно вполне достаточно для экспериментов со схемами на стержневых лампах, даже если запитывать от него радиопередатчик с двухтактным выходом. Если же требуется источник питания большей мощности, то вместо транзисторов 1Т403Б следует использовать германиевые и низкочастотные (что принципиально) транзисторы П215, П217А или даже совсем старинные П203Э и П4БЭ. При этом для трансформатора надо применить сердечник большего размера и, пропорционально, изменить число витков во всех обмотках (Таблица 2). В этом случае потребуется самостоятельно развести печатную плату, поскольку трансформатор и более мощные транзисторы с радиаторами в прежнюю уже не поместятся. Диаметры проводов обмоток трансформатора рассчитываются по формуле: d_[мм] = 0,02 √I_[мА].

Таблица 2. Параметры для расчета умощненного блока питания.

Примечания: Мощность трансформатора пропорциональна изменению произведения Sc x So. Коэффициент изменения числа витков в обмотках пропорционален изменению Sc. Коэффициент изменения диаметра провода (при постоянных напряжениях обмоток) пропорционален корню квадратному из изменения мощности.

И еще одна тонкость. При намотке трансформаторов мощностью 30 и 48 Вт не следует использовать для коллекторной I и накальной II обмоток толстые провода. Для мощности 30 Вт следует мотать I и II обмотки сложенными вдвое проводами 0,69 и 0,49 мм, соответственно. Для мощности 48 ватт эти же провода следует сложить втрое и мотать как бы плоской лентой. При такой намотке улучшается плотность намотки, сокращается длина провода и индуктивность рассеяния, а также падают потери за счет скин-эффекта. Остальных обмоток это не касается.

Несколько важных замечаний, уже не по блоку питания, а по макетированию радиосхем. Поскольку управление электронным потоком в стержневых радиолампах происходит с помощью электростатических полей между стержневыми электродами, и электроны на сами электроды не попадают, то ток экранной сетки (который у обычных радиоламп с навитыми сетками составляет от 20 до 30% анодного тока) здесь крайне мал и не стабилен. Поэтому в схемах на стержневых радиолампах в цепи экранной сетки необходимо использовать либо отдельный источник питания (что и предусмотрено в нашей схеме), либо делитель напряжения от анодного источника. Питание же экранной сетки через гасящий резистор, принятое в схемах на обычных радиолампах, здесь работать не будет. Теперь, по управляющей сетке. В силу конструкции стержневых радиоламп [2], недопустимо подавать на управляющую сетку положительные напряжения. Поэтому в нашем блоке питания предусмотрен источник отрицательного смещения. Единственное применение, где напряжение на управляющей сетке может быть не отрицательным, а нулевым, это каскады УВЧ, в которых происходит усиление микровольтовых сигналов. И еще по накалу. При питании ламп, имеющих нить накала со средней точкой, от напряжения 2,4 вольта (1Ж29Б, 1П22Б, 1П24Б, 2П5Б), необходимо отводить на «землю» половину тока анода со средней точки нити накала через дополнительный резистор. Его номинал можно рассчитать по закону Ома для участка цепи:

Rдоп = 2,4 / Iа. Например, для радиолампы 1Ж29Б при токе анода 5 мА необходимо со средней точки нити накала установить на землю резистор Rдоп = 2,4 / Iа = 2,4 / 5 = 0,48 кΩ = 480 Ω. Из-за того, что ток анода между половинками нити накала распределяется не одинаково, из-за разницы потенциалов каждой половинки катода относительно земли, значение резистора Rдоп необходимо подобрать по равенству напряжений 1,2В на половинках нити накала, желательно, с точностью до 1%, что обеспечит длительный ресурс работы радиоламп.

При работе с преобразователем его три «земли» можно соединить вместе, или присоединить отдельными проводами к различным точкам схемы макетируемого устройства. Поскольку первичная земля (черная) и вторичные (красная и синяя) между собой не связаны, блок питания может обеспечить гальваническую развязку макетируемого устройства от стабилизированного выпрямителя или от аккумуляторной батареи. Иногда это бывает нужно. Гальваническая развязка анодного и экранного напряжений от накального и напряжения смещения позволяет исключить из схемы цепи общего протекания токов, что может пригодиться при минимизации помех при работе с высокочувствительными схемами. Для этого преобразователя можно заказать печатные платы промышленного изготовления [7].

В заключение, настоятельно рекомендую прочесть статьи [2, 3, 4] и разобраться с принципом работы стержневых радиоламп. Потраченное время вознаградит Вас истинным удовольствием от изящества и красоты этого инженерного решения.

Экспериментируйте!

Литература и ссылки.

1. Техническое описание и инструкция по эксплуатации радиостанции Р-809М2.
2. В. Суханов, А. Киреев. Стержневые радиолампы. Принцип работы и конструкция. «Радио» 1960 № 7, стр. 34-38.
3. А. Азатьян, Н. Пароль. Параметры стержневых ламп. «Радио» 1960 № 7, стр. 38 и третья страница обложки.
4. Суханов, А. Киреев. Стержневые радиолампы. Особенности применения. «Радио» 1960, № 10, стр. 49-52.
5. Руководство по применению приемно-усилительных ламп. Комитет по электронной технике СССР, 1964 г. http://www.radiostation.ru/home/lampbook/00.html
6. С. Комаров. Малогабаритные низкочастотные дроссели серии Д. «Радио» № 5 за 2011 г. http://www.radiostation.ru/tantnd/drossels-d.rtf
7. Фирма МЭЛТ, www.melt.com.ru, телефон: +7 495 662 4414, E-mail: sales@melt.com.ru (сказать, что Вы от Комарова, и заказать платы PW-TX-1ZH29B-1P24B).

<<< Вернуться