谈业余用途的短波电子管功放

谈业余用途的短波电子管功放谈业余用途的短波电子管功放 此文将不定期修改 补充 完善 此文将不定期修改 补充 完善 前言 本文是依据早已淘汰的中档国产 74 发射机的功放 部分和 2 区某爱好者的单件双 FU 81 800 瓦短波功放 DIY 成功作品 用成品机改造而成 为蓝本 针对一些资料已公开 的国内外业余短波功放的一些特点 抛砖引玉 发表一点粗 浅的看法 目的是在技术上探讨电子管功放应当在具备哪些 功能 业余条件下能够达到什么样的水平 需要向哪个方面 努力才能达到满足无线电发射设备强制性规范要求 因理论 水平和接触的设备有限肯定存在不少谬误 为使中国火腿的 DIY 作品朝着实用 尽可能的高性能发展 敬请朋友们提供 素材 把国内套件的花钱不多但能够提高品质的细节提供上 来进行补充完善 本文不针对任何特定型号的商品型功放 同样更不用说会针对受到元器件采购难 加工手段匮乏 时 间拖不起等诸多原因爱好者个人自制后自用的功放 敬请因 此文的揭露而利益可能会受到影响的商家及其追捧者们勿 自行对号入座后狂加批判 攻其一点不计其余 电子管因抗瞬时过载能力很强 做成的短波段的射频功放 电路简单 单位功率的制造成本低且体积小和重量轻 如果保 护做到位了比上世纪 90 年代退役的全固态机耐操多了 正 因为以上优势 深受业余无线电爱好者喜爱 合格的成品胆 功放价格不是便宜的 至少要一到两美元每瓦 其实在国内 3500 人民币你也不可能买到合格的 真正的线性的 允许使 用大量二手或者积压 10 年以上电子元件批量生产出来的 400 瓦以上商品胆功放 自己找零件 DIY 也许会便宜点 但 少部分零件不好找且价格不菲 建议找一台报废的 便宜的 74 76 等电子管发射机拆零件来 DIY 恐怕更划得来 但是你 如果是买来纯粹使用 建议买贵的 同时在买之前询问一下 该功放的细节处理 胆功放技术几十年前就做到位了 原理也很简单 而且 当今的元器件质量要优于那个年代还便宜很多 HAM 用的胆 PA 不会放到潮湿的坑道或者航行在大海的舰艇上使 用因而无须为抗腐蚀使用贵金属也无须为振动加固其结构 设计大幅度降低成本 使用大功率 PA 的 HAM 的天线驻 波一般小于 3 于是槽路工作环境很好 很多电容用不着选用 高耐压和高功率的 HAM 使用的频率很窄 用不着使用昂 贵的滚桶电感 真空可变电容 联动 的大范围连续可调的同 步调谐机构 槽路电感线圈的 Q 值可以做得更高 单片机 技术和传感器技术突飞猛进 现在完全可以利用现代科技将 电子管的优势发挥到极限 综上所述 所理所当然要在战略 上藐视电子管功放 然而细节决定成败 在实际 DIY 套件设 计制造中可千万别瞧不起它的技术含量 我个人以为 业余无线电爱好者 DIY 套件市场不应当成 为法律的真空地带 更不应当成为粗制滥造的伪劣商品的集 散地 大家应当认真学习并理解 中国无线电运动协会章程 的内容 作为商品出售的套件或者整机最起码应当贯彻执行 中华人民共和国产品质量法 和 中华人民共和国广告法 以业余无线电爱好者的身份开发并作为商品再销售给爱好 者 更应当带头做好在杂散发射和安全性 人的生命只有一 次 满足国家强制性标准 在耐用性方面尽全力满足所有器件 的基本工作条件 把关键元件的实际使用寿命做到该元件设 计寿命 千万不要因为绝大多数爱好者并不十分了解胆功放 的技术精髓 且他们手中的功放每年发射时间实际上不到 100 小时而抱着 管子提前完蛋是你的 省下材料是我的 机 器卖得太 廉价 无法满足那么多标准的规定之类的说词 玩起以低价销售为诱饵 为保障足够的利润 牺牲产品使用 及维修者的人身财产安全 危害其他频率用户的正常工作 牺牲产品的耐用性 把很多应当具备的东西给省略了 事实 上是生产销售伪劣商品的勾当 在广告宣传方面则应当实事 求是 以法律为准绳 不做虚假宣传 少数产品以低成本 低价格 功能花哨为卖点 但质量却 没法和国际接轨 以下我就针对图纸资料已经在网络公开 的业余胆功放 把一些不需要花多少钱就能够把机器做得像 模像样 但因各种原因生产商有可能没去做而可能造成性能 差或者基本功能不具备的部分列出来 说明 我只列出了基 本电性能和安全要求 未涉及结构和环境实验等方面 而且 大部分生产商还是或多或少已经做到位了的 供大家参考 不正确之处请批评指正 1 灯丝恒流和整机程控软启动在灯丝电源来自高压变压 器的情况下 因变压器的外特性 未发射时灯丝电压可能会 超过额定值 满负荷输出时灯丝电压会降低较多 欠压下还 要发射大量电子则严重影响阴极寿命 灯丝加个恒流电路不 超过 25 元吧 起码也要使用一只单独的灯丝变压器吧 另 外电源开关合上的瞬间由于对高压滤波电容充电 次级绕组 相当于短路 220v 供电电流会很大 加个程控软启动 一则 减少冲击电流 二则可以在灯丝达到额定温度后才有高压 对整个系统都有好处 此部分不超过 20 元吧 技术早已成 熟 为什么就不加呢 电子管虽说便宜 但早已停产 坏一 个就少一个 以后越来越难买 延长其使用寿命起码是对用 户付出的钞票给予足够的尊重 如果做得更好一点 用现代 廉价的单片机完全可以按照专业大功率电子管发射机的开 机程序设计自动化开机系统 电源接通 灯丝和特强负栅压 加电 延时 3 分钟后高压软启动 再延时 5 秒钟软启动结束 此时高压滤波电容已充电完毕 短路高压软启动限流电阻 并加正帘栅电压 关闭时则保持特强负栅压的自放电时间长 于屏极高压的自放电时间即可 当然也可以像电视机一样 关机瞬间让屏极滤波电容的电量迅速通过电子管释放 以利 于检修安全 2 高压电源须加开盖后立刻关闭的装置 保障使用者生 命安全 电源滤波 包峰 800 瓦平均 600W 级 PA 2500V 高压 采 用两只 40W 日光灯电感镇流器 严格来说电感量远远不够 但作为业余机别要求太高 串联加三个高压电容组成五节低 通滤波 因电感镇流器电感量低而采用五节低通滤波器 似 乎也只会提高 150 元成本吧 为什么就不加呢 而且采用 N 只铝电解电容器直接串联又未加足够的保护电路的滤波 很 不安全 方式滤波效果显然不怎么样 杂散低些大家平时玩 起来相互干扰小些 频率上也干净一点 3 关于输出槽路的电容 电感线圈及滤波器 业余用途 的功放就那么几个频段 每段的带宽不超过 2 5 但因槽 路中无功功率大 高压隔直电容和槽路固定电容应当使用射 频大功率电容而不应使用小信号电路用的普通云母电容 电 感线圈如果用不小于直径 4mm 的铜材 用磷铜焊 机械强度 考虑 抽头解决调谐问题 成本增加不超过 40 元 有些朋友 如 BG7JAA 和北京 TNA 做完后整体电镀一层很厚的银再搞 有机和无机钝化 甚至还搞半天以上的通电老练 值得称赞 这种做法 其槽路电感的空载 Q 值远比军用的 74 发射机或 者 76 发射机的镀银弹性合金带的滚筒电感要来的高吧 没 有必要为自己做不好而找借口 很多业余爱好者 DIY 的胆射 频功放采用 型滤波器 高次谐波的抑制不达标 如果再加 个电感线圈做成 L 型 成本并不会提高多少 但高次谐波 抑制就非常高 完全可以达到国家标准 在 Q 值为 10 时 L 型滤波器网络能够衰减二次谐波 52dB 三次谐波 65dB 四次谐波 75dB 4 功率电子管及旁边的空气可变电容器 槽路电感和扼 流电感因环境温度较高切有可能会出现高频高压电晕放电 最好用高频陶瓷的 采用玻璃纤维增强的聚四氟乙烯之类耐 温较高的温度阻燃材料也可以 要杜绝尼龙等热变形温度 低的材料做空气可变电容器的零件 槽路电感的骨架或扼流 圈骨架 成本差价不会大于 30 元 千万不能为节省这一丁 点成本而去偷工减料 较高温度和高压环境下工作的东西应 当安全第一 5 电子管及槽路系统与变压器和控制电路的隔离 电子 管温度高 为避免红外辐射造成其他不耐热的电路可靠性降 低 最好隔开 另外槽路系统的辐射很大 为避免此空间辐 射的信号干扰低电平工作的其他部分 同样需要隔离 绝大 多数设计制作比较负责的功放都做到了 6 电源变压器余量 众所周知变压器可以短时间过载使 用 所以某些胆 PA 未给足余量 我发现有些专业用途 PA 的 高压变压器采用环氧树脂灌封 很到位 但某些业余 PA 没 有设置温控冷却的风扇 20 元 也没有发现设计的冷却风道 经过了变压器 这未免也太 节约 了吧 7 如果一个胆功放在 30MHz 附近的输出功率要比 7MHz 小很多 其设计师应当重温高频大功率放大器的理论 将其改善 问题出在输出槽路和高压电源的滤波电容器组的 高频通路 其实业余用途的胆功放的技术难点就在此处 在 21MHz 以上频率输出功率锐减 实际上是电子管输出阻抗 高 由于结构设计缺陷等方面的种种原因造成其屏极电容过 高 导致起输出槽路的有载 Q 值高 系统损耗大 同时也有 设计不匹配等多方面设计缺陷造成的 某商品 FU 80 胆功放 就是例子 这个地方是考核设计师技术水平和功底的关键 之处 8 快速多重保护 当天馈系统或者操作突然出现问题甚 至某个元件突然间失效时 应当有电路限制连锁反应的发生 阻止其它单元的电路受到波及 减少损失 如限制栅极 帘 栅极 屏极的功耗 确保电子管不过载使用或者烧毁 开机后 对电子管各极的加电采取自动化程序控制防止误操作损管 高压变压器加过载超温保护 玻璃管屏极红外线测温超温保 护 金属陶瓷管散热片和陶瓷金属封接处 200 测温及保护 输出端安全保护扼流电感 防止隔直电容击穿时后面的元件 不损坏或者射频输出端带高压直流电 等 这部分的元器件 成本不高于 100 元 如果省略这部分 电子管耐操的优势荡 然无存 而且还会带来安全隐患 大家还不如用廉价的塑封 机功放板自己搭接成一千瓦以内的晶体管功放 保护难以做 到位 9 电子管功放的管子型号的采选 原则上应选用世界上 普遍应用的电子管 或者提供 5000 小时使用的备份管或采 购渠道以供用户选购作备用 其实电子管是整个功放的消耗 品 买不到了整机就只能扔垃圾堆 鉴于目前全固态功放的 成本和耐用性 作为实战用途我不推荐 DIY 输出功率 800 瓦 以下的电子管功放 也不建议采用脉冲雷达专用的脉冲发射 管替代末级功放管 原因是电子管在功放投资中所占比例并 不高 而脉冲管的价格仅仅低于同等屏耗的普通发射管两倍 已经有人在宣传或者炒作了 价格有上涨的趋势 脉冲管的 特点是阴极发射储备量大 窄脉冲的管子阴极一般是氧化物 宽脉冲的管子一般是钍钨的 其致命缺陷是栅和屏的散耗功 率余量不大 无法满足 SSB SSTV 等较长时间大功率发射 的工况 但其低阻抗特性恰好是对最大持续输出功率要求并 不高的音响功放所需要的 10 空气可变电容器的细节 因使用温度和抗电晕放电等 原因 陶瓷支架必不可少 另外槽路用空气可变必须有大电 流接触方式的构造 原因很简单 输出槽路的有载 Q 一般 12 由于屏极电容 分布电容和空气可变电容器的最小容量 的限制 在 24MHz 以上 有载 Q 更大 在槽路里边的总功率 远不止输出功率那一个瓩左右了 至于总电流 自己算吧 11 普通云母电容或者云母银电容功率相对较小 不适宜 用在存在高压大电流通过的电子管屏极输出隔直电容器 输 出滤波槽路的固定电容器上 这一点很有争议 但我在国产 的二十年以前开发设计的 150 瓦以上的军用电子管发射机 的功放屏极隔离 输出 LC 槽路 天线调谐中均未发现过被 采用过 我不想研究 评论或者解释其原因 但我相信我们个 把业余爱好者或者几个组成人的团队的技术水平无法与我 国 116 62 74 76 等电子管发射机的设计团队相提并论 同时我在二手交易论坛上看到的船用电子管发生机的相应 部位的图片中也未曾发现过采用普通云母电容或者云母银 电容的 12 相对音频互调产物电平 这一点特别是针对那些做功 放的商家 你们做 500 瓦以上的 SSB 功放时的其指标控制值 最好小于 33dB 由于短波业余段很窄 如果功放的这项指 标控制得不理想 使用该功放的人一出来 临近的几个信道 就会受到干扰 这一点 半径 2 公里内有 3 部以上业余短波 电台的爱好者最清楚 国内某资深火腿曾经提到 FCC 允许 国外 爱好者不经过批准使用这类设备 除非有第三方投诉 正因为这样 那里 国外 的爱好者也很自觉 力求把自己的 设备各类指标搞清楚 这才是类似那边 国外 爱好者自己做 延伸的测量手段的根源之一 包括在乎功率的合法性 高次 杂散 带内互调等 但据我了解 我国北京和广东的爱好者 做的电子管功放这项指标也做得很到位 2 区那位爱好者自 做自用后来转让到我们这儿的那台做得也非常到位 忍不住 要在这技术性文章中赞扬这些作品的总设计师一句 他们的 高尚的品德引领着中国大陆电子管功放 DIY 的道德风尚 13 宣传时不要搞指标浮夸 依照 中华人民共和国广告 法 第十条 广告使用数据 统计资料 调查结果 文摘 引用 语 应当真实 准确 并表明出处 线性电子管功放的最大功 率的标注应当是该功率下输出的射频信号符合国家有关杂 散发射技术要求方面的强制性规范的要求并留有因电子管 老化而造成指标下降的余量 而不应当是较低频率下的新管 在 C 类甚至 D 类的等幅报模式下最大功率 如果采取 FM 模式 在 MHz MHz 最大功率 瓦 在 MHz MHz 最大功 率 瓦 CW 模式 在 MHz MHz 最大功率 瓦 在 MHz MHz 最大功率 瓦 SSB 模式下相对音频 互调产物电平 30dB 时峰包功率 在 MHz MHz 最大功率 瓦 在 MHz MHz 最大功率 瓦 分段分模式标示最 大功率不就可以了 又不需要在硬件上投入一分钱 只不过 是依法让用户在购买前知道商品的真实技术指标 以上十三个问题至少有八个是现代作为商品销售电子管 功放机所必须具有的基本要求 在技术层面的难度和增加的 成本都不大 可少数短波射频胆 PA 套件就是不去做 个人 以为连这基本要求都不去做到 让那些了解电台的电气性能 但不了解电子管功放的电气性能的爱好者买个具有严重缺 陷的功放显然是不负责任的 请不要说别人的胆 PA 没有做 到位 所以我也同样可以 简化 其实所谓的什么精品 并非 是拿用户的钱去挥霍 而是在相对来说比较宽裕的成本下 是 否方便使用者的操作习惯