Стабилизатор смещения каскада с общей сеткой

Конструируя мощный усилитель с общей сеткой, радиолюбители обычно применяют автоматическое смещение. Если используются внешние устройства коммутации, то к смещению никаких особых требований не предъявляется. Хотя есть момент, который требует особого внимания. 

При отсутствии внешнего секвенсора или его неверной работе, «несанкционированное» преждевременное появление напряжения возбуждения на катоде лампы, вызывает реакцию анодной цепи, если включение стабилизатора смещения запаздывает. Лампа «как бы» закрыта, постоянного тока нет, но возникает переходный процесс с явно выраженным броском напряжения. На рис. 1 показан пример, когда возбуждение подаётся на лампу с отключенным катодом по постоянному току.

(Замечу, что с workbench-евским, триодом не очень удобно работать на частоте 144 мГц. Если потренироваться на более низких частотах, можно заметить, что бросок напряжения может превышать амплитуду возбуждения в несколько раз.)  

Рис. 1

Чтобы не допустить этот неуправляемый процесс можно применить дополнительное автономное смещение. Так как входное сопротивление триода с общей сеткой низкое, то необходим и мощный низкоомный источник смещения. Для корректной коммутации коаксиальных реле, будет достаточно поддерживать напряжение на катоде при помощи накопительного конденсатора, который будет «запирать» напряжение возбуждения до момента включения стабилизатора смещения.

Сделаю описание алгоритма коммутации для схемы автоматики опубликованной на странице http://www.vhfdx.ru/content/view/393/42/ :
Переходим на «передачу» в режиме несущей. Поступает команда ТХ, коаксиальные реле «отпускаются» (их время отпадания порядка 10 мс), параллельно отрабатывается задержка на включение цепи смещения, а напряжение возбуждения появится на катоде только тогда, когда нормально замкнутые контакты реле соприкасаются. В этот момент, если поддерживается запирающий потенциал, тока и передачи мощности в анодную цепь не будет. Время переключения реальных реле будут различаться, и потребуется ещё дополнительная задержка для гарантированного надёжного срабатывания (точнее «отпускания») анодного и входного реле, предотвращения дребезга контактов и дугообразования.  

Рис. 2

Предположим, что входное сопротивление лампы с заземлённой сеткой 100 Ом, подводимая мощность 100 Ватт, очевидно, что действующее напряжение будет равно 100 Вольт. Максимальное напряжение соответственно в 1,4 раза больше, - 140 Вольт. График на рис. 2 иллюстрирует благоприятный переходный процесс: разряд накопительного конденсатора, начиная с уровня 250 Вольт, приближение напряжения возбуждения с амплитудным значением 140 Вольт к зоне отсечки. Участок, где отрицательный полупериод пересекает линию с уровнем 30 Вольт, означает появление анодного тока.

Величина сопротивления 100 Ом взята для наглядности расчётов. График на рис. 2 идеализирован, не учтён несколько перенапряжённый режим возбуждения, так как лампа закрыта и входное сопротивление велико. Следует применять широкополосные, низкодобротные схемы согласования. В этом случае, запас по напряжению автономного смещения 250 Вольт будет достаточным.

К сожалению, трудно подобрать мощный транзистор прямой проводимости с таким высоким напряжением для стабилизатора. Между тем схему, предложенную И. Гончаренко http://www.dl2kq.de/pa/1-5.htm легко модифицировать (рис. 3), поменяв проводимость транзисторов.  

  Стабилитрон VD4 создаёт отрицательную обратную связь по току, что способствует устойчивой работе схемы. В случае неисправности или при аварийной ситуации он так же ограничит ток катода. Стабилитрон не оказывает влияния на величину напряжения смещения, если его отключить изменений не произойдёт. Значение напряжения стабилизации определяется только соотношением сопротивлений в базовой цепи VT2, которое сравнивается с эталонным на VD3.
Исследования переходных процессов в «workbench» не выявили негативного влияния накопительного конденсатора С1 на работу стабилизатора смещения.  

На первый взгляд постоянная времени R9 C4 =100 мс кажется завышенной. Настройка элементов этой интегрирующей цепочки сводится к подбору элементов таким образом, что бы транзистор стабилизатора VT1 через 10 - 12 мс был бы закрыт, а затем открывался в максимально короткое время.

Не страшно если процесс разряда С1 затянется при малых уровнях возбуждения. Переходный процесс будет определяться только элементами базовой цепи VT3. Отработает задержка и включающийся стабилизатор смещения быстренько (но не скачком) «проглотит» лишнее напряжение.

В качестве VT1 можно использовать высоковольтные транзисторы мощностью 50-100 Ватт, подойдёт отечественный КТ872, или импортные: 2SC2898, 2SC2928, 2SC4296, 2SD1710 и.т.д., перечень большой, очень удобны высоковольтные транзисторы строчной развёртки с изолированным корпусом. Вместо указанного VT2 можно применить: КТ505А, , 2SA1381.

Рис. 3

Настройку и проверку схемы стабилизатора необходимо выполнять от отдельного регулируемого источника. Напряжение стабилизации нужно выставить заранее на уровне 32-33 Вольта и только после этого подключить к усилителю.
Хочу подчеркнуть, что в предлагаемом схемном решении мы не ожидаем, когда закончатся переходные процессы, мы ими активно управляем. Открывание ключа VT3 и появление тока катода происходят не «ступенькой», а по экспоненциальной кривой.  
Предлагаемая схема позволяет: обеспечить работу стабилизатора с более высоким уровнем автономного смещения, организовать корректную коммутацию коаксиальных реле во всех режимах, предотвратить самовозбуждение каскада в момент включения и при тщательной настройке минимизировать время включения усилителя.
Меня ещё привлекает то, что в наш «цифровой век» аналоговые схемы по-прежнему позволяют сделать всё очень просто: вот так выглядит «конструкция выходного дня» (рис. 4), плата автоматики управления металлокерамическим триодом ГС-35Б.

Рис. 4

Если кто-то решится повторить схему целиком или отдельным фрагментом, буду, признателен, если поделитесь своими результатами.
Владимир Демидов /RA3GES/