PA на 1296 МГц на лампе ГИ7Б

После более или менее удачной попытки сделать  усилитель на ГС34 захотелось вернуться к старой доброй ГИ7Б. Конечно, это куда более распространенная и соответственно более дешевая лампа. Свой первый усилитель на этой лампе я сделал более 40 лет назад и использовал для проведения связей с отражением от метеоров летом 1965 года. Естественно это был диапазон 144 МГц.

На 1296 МГц я использовал эту лампу в 1998, когда провел свои первые на этом диапазоне связи через Луну. Усилитель был сделан на скорую руку из подручных материалов. При выходной мощности 250…270 Вт имел довольно низкую температурную стабильность. Приходилось все время следить за настройкой анодного резонатора.

Итак, новая попытка. Для начала попросил сделать углубление в аноде лампы, для того, чтобы повысить эффективность водяного охлаждения.

Работа была сделана на токарном станке. Лампа была зажата за край анода с помощью изготовленного для этого разрезного кольца. На рисунке видно, что край у анода довольно слабый (дальше идет тонкостенный чехол, обеспечивающий переход на керамику). Поэтому надо зажимать лампу с большой осторожностью. Далее надо просверлить отверстие диаметром 2,5…3 мм на нужную глубину. После этого надо понемногу увеличивая диаметр сверла довести отверстие до нужного диаметра. Главное не прикладывать больших усилий, чтобы не деформировать анод. Далее попросил выточить новую сеточную цангу и латунный стаканчик водяного охлаждения. Как известно сеточный цилиндр ГИ7Б имеет кольцевой выступ посередине. В старых лампах сеточную цангу можно надеть со стороны анода. В лампах с пузатой керамикой это уже невозможно. Пришлось увеличить внутренний диаметр цанги до диаметра выступа и надеть цангу со стороны катода. С одной стороны это хорошо, т.к. острый выступ обеспечивает хороший контакт при умеренной затяжке хомута. Недостаток заключается в том, что выступ это сварной шов и его диаметр меняется от лампы к лампе. Это были первые грабли, на которые я наступил. Пришлось вручную выцарапывать лишние десятые доли миллиметра, чтобы надеть цангу на лампу. За первыми граблями последовали вторые. Оказалось, что латунный стаканчик изготовлен из сплава, который невозможно припаять. При нагреве он быстро чернел. Не помогал даже активный флюс. В общем, были большие планы на выходные дни и вдруг такой сюрприз. Надо было как то выкручиваться. Тут я вспомнил, что у меня есть кусок медной водопроводной трубки диаметром 12 х 1 мм. В свое время я использовал ее как волновод для диапазона 24 ГГц. Отрезал кусок длиной 60 мм и слегка сплющил один конец. В результате туда легко вошли две трубки диаметром 6 мм. Одну трубку вставил на 10 мм, а вторую пропустил насквозь и выпустил на 6…7 мм с другого конца. Далее аккуратно обжал конец 12 мм трубки вокруг 6 миллиметровых и пропаял место соединения. После этого вставил 12 мм трубку в отверстие в аноде и и тоже пропаял. При этом центральная 6 мм трубка должна 2…3 мм не доставать до дна. Т.е. надо вставить трубку до упора и затем вытянуть на 2…3 мм. Все это удалось сделать без особого труда, т.к. водопроводные трубки сделаны из отожженной меди. Все пайки делал обычным припоем с помощью технического фена. После пайки давал лампе медленно остыть.
Забегая вперед скажу, что через несколько дней купил кусок трубы диаметром 18 мм (стенка 1 мм) и повторил все то же самое еще для одной ГИ7Б и для ГС34. В случае с ГС34 просто припаял 18 мм трубку встык к аноду. Правда пришлось дополнительно заткнуть два 3мм отверстия в аноде медными пробочками. Результаты испытаний полностью совпали с полученными ранее.
Итак, ГИ7Б была готова к испытаниям. После этого разобрал усилитель на ГС34 и вставил ГИ7Б в анодный резонатор. Оказалось, что сеточная цанга должна заходить в трубу на 3…4 мм. При этом связь с антенной и элемент настройки попадают в нужное место. Перемещением торцевой стенки легко настроил анодный резонатор на 1296 МГц. Катодную часть взял от своего старого усилителя на 2400 МГц, собранного на лампе ГС9Б. Конечно, потребовались некоторые переделки, но это было проще, чем делать все с нуля.
Окончательный вариант усилителя показан на рисунке (анодная линия из 18 мм трубы).



Катодная линия полуволновая. Связь с входным разъемом емкостная. Думаю, что в усилителе на ГС34 тоже лучше вернуться к этой классической схеме. Там мне пришлось отказаться от такой схемы т.к. усилитель был склонен к самовозбуждению на основной частоте анодного резонатора (чуть выше 300 МГц, где резонатор имеет длину четверть лямбды). С лампой ГИ7Б поначалу были те же самые проблемы. Однако удалось найти противоядие. Достаточно поставить резистор 30…70 Ом с емкостной связью в точке с нулевым напряжением на диапазоне 1296 МГц. Резонатор имеет электрическую длину три четверти лямбда, поэтому такая точка есть и находится близко к торцу анода лампы. В результате даже на максимальной мощности резистор практически не греется. На основной частоте резистор находится близко к пучности напряжения. В результате он сильно нагружает резонатор и устраняет условия для самовозбуждения. Надо сказать, что данное самовозбуждение вещь достаточно неприятная. Его не так легко обнаружить. При больших уровнях раскачки самовозбуждение срывается. При отсутствии раскачки или при ее небольшом уровне оно возникает вновь. При работе на реальную антенну КСВ на частоте 300 МГц непредсказуемо. Т.е. анодный резонатор на этой частоте может быть почти не нагружен. В результате эквивалентное сопротивление в аноде лампы достигает очень больших величин. Даже небольшой емкости анод-катод достаточно для самовозбуждения. Мощность, генерируемая в режиме самовозбуждения невелика. Напряжение ограничено напряжением питания, а ток ограничен очень большим сопротивлением ненагруженного резонатора. Поэтому анодный ток, вызванный самовозбуждением, невелик и это тем более маскирует самовозбуждение. Напряжение на аноде при этом близко к предельно возможному для данного напряжения питания, что может спровоцировать пробой лампы. Пишу об этом так подробно потому, что сам впервые натолкнулся на такую проблему.
Первые результаты испытаний порадовали. Однако когда кпд стал приближаться к 45% стали возникать большие сомнения в точности измерений. После того, как нетривиальный источник ошибок был обнаружен, все встало на свое место (см. дополнение к предыдущей статье). Привожу пару предельных режимов, которые удалось получить с ГИ7Б.



Режимы близкие к предельным, но, тем не менее, вполне реальные. Это означает, что в этих режимах я держал усилитель по несколько минут. Все параметры стояли на месте и время было ограничено только нагревом воды в бачке. Скорость прокачки воды в этих режимах лучше иметь не менее 1,5 л/мин. Как показал опыт воду лучше подавать по внешней трубе и выводить по центральной длинной трубке.

---------------------------------------------------------------------------

------------------------------------------------------

Если ослабить связь с антенной, то коэффициент усиления и выходная мощность растут. Однако все это происходит за счет регенерации. В результате температурная стабильность резко падает. Попытки разрешить это противоречие за счет нейтрализации усилителя пока надежных результатов не дали, хотя я убил на это довольно много времени. Результаты конечно были, однако проще и надежнее оказалось просто немного пожертвовать КПД и сделать связь с антенной больше оптимальной. Температурный выбег конечно есть, но он занимает всего несколько секунд.
Была также попытка уменьшить термодрейф за счет большей выемки в аноде, однако существенного выигрыша от этого я не заметил. Может быть можно вообще не сверлить анод, но я этот вариант не проверял.

-------------------------------------------------------------------------