Меню

Ток накала гу 74б

Ток накала гу 74б

Это статья является результатом анализа профессиональных работ по вакуумной технике, большая часть которых является относительно современными (во всяком случае они 21 века, а не полувековой давности, т.е. отражают нынешний уровень понимания проблемы). Из них взяты выводы, общие рекомендации, методики расчета и исходные данные. Я же сделал расчеты и выжимку существенного применительно к единственному случаю: мощному ламповому РА, работающему на КВ или УКВ.

Делал это потому, что условия эксплуатации лампы в РА радиолюбителями и в промышленном передатчике инженерами (для которых и пишутся профессиональные книги) отличаются существенно.

РА работает на передачу относительно редко, много времени находится в дежурном режиме, а еще больше выключен вообще (средняя наработка лампы в любительском РА

500 часов в год [5]). Контроль состояния лампы обычно никакой («как-то мощность отдает, не стреляет и ладно»). Часто используются старые лампы с истекшим сроком хранения, ухудшенным вакуумом и сниженной эмиссией.

В промышленных передатчиках лампа, как правило, работает непрерывно, нарабатывая несколько тысяч часов в год и выключаясь редко. Но зато лампы там относительно новые, с гарантией производителя и регулярным техническим контролем.

Здесь и далее речь идет только о работе и долговечности ламп в радиолюбительском КВ или УКВ PA. Имеется в виду выполнение всех четырех следующих условий:

выходная мощность от несколько сотен ватт до единиц кВт.

Реализована корректная последовательность подачи питающих напряжений: сначала только накал несколько минут (зависит от типа лампы), затем (или одновременно с накалом) смещение первой сетки, потом анодное напряжение и, если есть вторая сетка, последним подается ее смещение.

Соотношение времени прием/передача не меньше 1, типично 3 … 10, но может быть и значительно больше (например, при «взятии» DXpedition на нужном диапазоне, когда время передачи за всю ночь может быть всего несколько минут).

Анодное напряжение не снимается в режиме «Обход», когда РА не используется, но включен. Ведь DX в кластере может появиться в любой момент и РА должен быть готов к работе практически сразу после выключения режима «Обход». А отключение анодного напряжения (если не применять дорогое высоковольтное реле) можно только отключением высоковольтного БП от сети, что и сложно (требуется реле на большой ток), и занимает время при включении ( для сглаживания броска тока при заряде конденсатора выпрямителя), и, как мы увидим дальше, не дает каких-либо преимуществ.

Описание процессов в лампе предельно упрощено (но без искажения сути). Иначе пришлось бы закопаться в сложную взаимосвязь множества разных процессов. А цель этой статьи – минимально необходимое понимание влияния на долговечность условий эксплуатации и предпринимаемых нами действий.

Таблица паспортных и расчетных долговечностей

Все оценки любой долговечности носят статистический характер. Но статистика (как и вся теория вероятности) корректно работает только на большом числе событий. А в конкретном единичном случае все может быть совсем не так, как в среднем.

Например, цифра 2000 часов расчетной долговечности по критерию надежности 90%, означает, что при эксплуатации в равных условиях ста ламп примерно 10 из них (хотя не исключено что

15) выйдут из строя через 2000 часов. Или что вероятность выхода из строя 10%. Но теория вероятности ничего не говорит о конкретно вашей лампе. Она может выйти из строя намного раньше, или намного позже: как повезет. Возможно любое индивидуальное отклонение от ожидаемых средних вероятностей. Правда, чем больше величины этих отклонений, тем реже это случается

Ниже приведена таблица долговечностей для распространенных в любительских РА типов старых генераторных ламп. Данные для первых двух столбцов таблицы собраны из справочника [1], этикеток и ТУ на лампы (если у вас есть ТУ на лампу, отсутствующую в этом списке, присылайте мне данные в формате: тип лампы, минимальная наработка и срок сохраняемости). Методики расчета долговечности и данные для них взяты из [1] и [2].

Паспортная долговечность (включая дежурный режим при 100% накале), по критерию снижения выходной мощности на 25%, не менее, тысяч часов 1

Паспортный срок сохраняемости (при соблюдении условий хранения и жестчения при вводе в строй) по критерию снижения выходной мощности на 25%, не менее, лет 2

Расчетная долговечность по надежности 90% (критерии отказа: КЗ, внезапный выход из строя, постепенное снижение мощности >25%), тысяч часов 3

Расчетный срок, в течение которого вероятность КЗ в лампе или её внезапного выхода из строя не превышает 10%, тысяч часов 4

Расчетная долговечность по надежности 50% (критерии отказа: КЗ, внезапный выход из строя, постепенное значительное снижение мощности), тысяч часов 5

Примечания к таблице

Паспортная долговечность (она же — минимальная наработка): срок эксплуатации, в течение которого новая (с завода, без срока хранения) лампа при соблюдении паспортных режимов не выйдет из строя и не снизит входную мощность больше, чем на 20 … 25% (у разных ламп заданы разные пороги).

Срок хранения, в течение которого лампа не выйдет из строя и не снизит входную мощность больше, чем на 20…25%.

Расчетная долговечность по уровню 90% означает, что в течение этого срока эксплуатации вероятность выхода лампы из строя (КЗ, внезапный отказ, снижение мощности больше, чем на 25%) не превышает 10%.

В течение этого срока эксплуатации 90% ламп не откажут полностью ( не случится КЗ, обрыв или пробой), а будут работать дальше, но плавное снижение мощности может быть больше 25% от исходного уровня.

В течение этого срока эксплуатации половина ламп выйдет из строя (КЗ, внезапный отказ, постепенное значительное снижение мощности). Но вторая половина останется в работе.

Долговечности рассчитаны для температуры окружающей среды не выше 30 0 С (не баллона или анода лампы, а именно окружающей среды).

При температуре окружающей среды выше 40 0 С расчетные долговечности снижаются в 1,3 раза и продолжают падать с ростом температуры.

После истечения срока сохраняемости каждые следующие 10 лет хранения в комнатных условиях для ламп ГУ и ГС соответствуют по износу

0,35 тыс. часов работы, а для ГИ

0,7 тыс часов. Если хранение было в неотапливаемом помещении, то

и 0,9 тыс. часов соответственно.

Примеры пользования таблицей

Нам предлагают купить лампу ГИ7Б 1988 г, новую с хранения. Посмотрим, что можно от нее ждать.

Свой гарантийный срок сохраняемости она вылежала в 2000 г (12 лет, третий столбец таблицы), это соответствует наработке 0,35 тыс. часов. С тех пор прошло два раза по 10 лет (я пишу эту статью в 2020 г.).

Если лампа хранилась в тепле, то это два раза по 0,7 тыс. рабочих часов (см. примечание 8 к таблице). Итого, состояние «новой» лампы соответствует 1,75 (0,35 + 0,7 + 0,7) тыс. часов работы. Четвертый столбец таблицы говорит, что с вероятностью выше 10% лампа неисправна полностью (внезапный отказ, включая необратимую потерю вакуума) или частично (эмиссия ухудшена более, чем на 25%). А вот вероятность того, что неприятности с лампой ограничены только потерей четверти мощности, составляет менее 10% (пятый столбец, вероятность достигнет 10% при 2 тыс. часов).

А если лампа хранилась в неотапливаемом гараже, то 20 лет хранения равны 2 • 0,9 = 1,8 тыс. часов работы (примечание 8). И состояние лампы соответствует 1,8 + 0,35 = 2,15 тыс. часов. И вероятность того, что лампа отдаст мощность заметно меньше, чем 0,75 паспортной, составляет более 10% (пятый столбец, 10% было бы при 2 тыс. часов). Но существует 50% вероятность, что такую лампу можно будет еще эксплуатировать 850 часов (3 тыс. из последнего столбца минус 2,15 тыс. текущего состояния лампы), но мощности она отдаст меньше 75% от своего паспорта.

Мы хотим узнать, ориентировочно сколько лет проработает в РА лампа ГУ43Б 1982 г выпуска с теплого хранения.

Свой срок сохраняемости она вылежала в 1990 г (8 лет, третий столбец), что равно 1 тыс. часов работы. С тех пор прошло три раза по 10 лет. Согласно примечанию 8 это добавляет еще 3 раза по 0,35 тыс. часов, т.е.

Итого, состояние лампы соответствует 2 тыс. часам работы. Четвертый столбец говорит, что лампа окажется полностью исправной (и без снижения мощности больше, чем на 25%) с 90% вероятностью. А последний столбец показывает, что у этой лампы есть еще 6 тыс. рабочих часов, после которых она окажется исправной (но уже со сниженной мощностью) с вероятностью 50% (8 тыс. часов последнего столбца минус 2 тыс. часов текущего состояния). Имея в виду среднегодовую наработку любительского РА в 500 часов [5], это значит, что лампа проработает

Точнее говоря, т.к. мы имеем дело с вероятностями, это означает, что если у вас сотня таких ламп — hi, то

50 из них проработают не менее 12 лет без аварий и сильного падения мощности. А остальные 50 лап в течение этого срока либо полностью выйдут из строя, либо потеряют эмиссию до неприемлемых величин. А вот из какой половины окажется ваша единственная лампа – этого увы, не знает никто.

Полный выход лампы из строя

Это случается из-за:

  • внутренних замыканий,
  • обрывов,
  • пробоев,
  • необратимой потери вакуума (т.е. геттер лампы уж не может поглотить того, что налетело в лампу).

Для снижения вероятности этих безобразий в наших силах сделать следующее:

не перегревать лампу выше допустимой температуры (т.е. иметь нормальный обдув, а лучше с запасом: от простуды не умерла еще ни одна лампа, а вот от перегрева это случается).

Не выходить за пределы ее паспортных электрических режимов, как бы это не было соблазнительно. Хотя лампы, в отличие от транзисторов, допускают заметную перегрузку по выходной мощности делать этого не надо. Особенно учитывая тот факт, что максимальная мощность лампы плавно снижается со временем (см. следующий параграф) и перегрузка по мощности новой лампы, например в 1,25 раза выше допустимой может стать уже полуторной когда эта же лампа поработает пару лет и двукратной когда она постареет (т.к. допустимая мощность, отдаваемая лампой снижается пропорционально эмиссии катода, которая со временем падает см. следующий раздел).

Отсюда же следует, что если вы хотите обеспечить долговечность лампы, то максимальный постоянный ток анода РА должен быть не больше 0,7 от паспортного допустимого (после многих лет работы такой ток как раз и окажется максимально допустимым).

  • Не использовать лампу в нерабочем положении. А лампы с проволочными сетками не ставить горизонтально, даже если ее ТУ это допускают. Минимальную наработку такая лампа обеспечит. А вот дальнейшая ее жизнь может стать более короткой (чем могла бы быть в вертикальном положении) из-за провисания сеток и последующего их замыкания на катод (в некоторых мощных лампах с высокой крутизной расстояние между первой сеткой и катодом составляет 0,2 мм).
  • Предполагается, что все это уже есть (а если нет, то срочно сделайте). Больше от нас тут ничего не зависит.

    Постепенное снижение мощности

    Оно почти исключительно определяется деградацией катода. Именно катод отвечает за эмиссию (т.е. ток катода и выходную мощность) и ее снижение от времени.

    В мощных генераторных лампах катоды либо оксидные (тонкая пленка окиси бария) с косвенным накалом, либо вольфрамовые катоды прямого с покрытием нити торием. Большинство мощных ламп имеют оксидные катоды (в вышеприведенной таблице все, кроме ГУ-81, у которой катод вольфрамовый). Поэтому ниже все цифры температур относятся к оксидным катодам. У вольфрамовых катодов физика процессов аналогична, но температуры выше примерно в 1,6 раза.

    Чтобы разобраться с падением эмиссии нужно понять два процесса: отравление катода и испарение его активного слоя.

    Отравление – изменение химической структуры активного слоя нагретого катода под действием газов или паров (проникающих извне или выделяющихся из конструктивных элементов внутри лампы). Оно снижает эмиссию катода (следовательно, максимальный ток катода и мощность лампы). Под названием «отравление катода» скрывается несколько одновременных разнонаправленных физических процессов, зависящих от давления, количества и состава примесей, температуры и тока катода. Поэтому простое описание физики отравления дать нельзя.

    Отравление начинается при температуре около 600K (обычно это соответствует напряжению накала

    25% от номинала, зависит от конструкции лампы) и уменьшается с ростом температуры, падая почти до нуля T >950…1000K.

    Отравление бывает обратимым (после него можно восстановить эмиссию полностью) и необратимым (тут, что ни делай – эмиссия теряется безвозвратно).

    В условиях HAM PA обратимое отравление может быть только в одном случае: лампа с нормальным вакуумом стоит с недокаленым катодом (его температура ниже

    900K, т.е. понижено напряжение накала) без тока катода (лампа заперта). В этом случае недокаленый катод действует как геттер, поглощая газы и пары из баллона. Но при нормальном вакууме в лампе необратимых повреждений катода не будет. После восстановления нормального напряжения накала, разогретый катод выбросит все поглощенные газы\пары и через несколько минут прогрева восстановит нормальную эмиссию (а выброшенные газы поглотит геттер, температура которого ниже и оптимальна для этого).

    Необратимое отравление катода в HAM РА происходит при следующих факторах (хватит одного из них):

    ухудшение вакуума (давление >0,001 мм рт. ст.). С повышением давления активность отравляющих катод веществ (прежде всего – кислорода) резко возрастает.

    работа в режиме номинальной мощности РА при недокаленом катоде (его T Стабилизировать напряжение накала с точностью не хуже +1%. При стоимости ламп в десятки … сотни евро очень неразумно питать их накал просто обмоткой трансформатора от нестабилизированной сети. Это прямой путь к снижению долговечности, т.к. напряжение сети гуляет куда больше, чем +1%. Даже если ваша сеть идеальна на вводе в дом (допустим так повезло), то измерьте в розетке рядом с РА просадку напряжения при передаче и удивитесь.

    Читайте также:  График опасности электрического тока

    Если лампа допускает накал постоянным током (все с катодом косвенного подогрева), то можно использовать стабилизированный импульсный блок питания на постоянное напряжение 12 … 13 В, аналогичный тем, что применяются для питания трансиверов и LED лент. Похожие блоки есть и на 5 В, и на 24 . 27 В (AliExpress вам в помощь), т.е. для любого напряжения и тока накала можно подобрать что-то готовое. Как правило, они имеют регулировку выходного напряжения +15% подстроечным резистором (если смотреть фото БП со стороны выходных клемм он виден справа от них).

    Помех приему от этих блоков бояться не следует. Человечество уже давно научилось делать хорошие импульсные источники, почти не сорящие помехами. Во всяком случае, большинство радиолюбителей давно применяют такие устройства для питания своих трансиверов.

    Исключить бросок тока при включении накала. Или замыкаемый после задержки на первичны разогрев токоограничивающий резистор, или блок питания со стабилизацией тока на уровне чуть выше номинального тока накала лампы.

    Последнее сделать в готовом импульсном БП может оказаться сложно. Хотя большинство импульсных БП имеют защиту по току, но, увы, не совсем нам подходящую. При перегрузке такой БП отключается, ожидая снятия перегрузки или требуя для перезапуска полного выключения и повторного включения. Что без сложной доработки токовой защиты или внешнего токоограничивающего резистора с реле для накала не годится.

    Снижать напряжение накала в дежурном режиме «Обход» до 85 … 90% от номинального. И обязательно стабилизировать его, т.к. от 80% и ниже может появиться отравление катода (что при плохом вакууме может быть необратимым), а выше 90% выигрыш ресурса от снижения испарения будет уменьшаться. Я использую середину рекомендованного диапазона: 87,5%, т.е. например для лампы со штатным накалом 12,6 В в дежурном режиме снижаю до 11 В. При этом скорость испарения катода должна уменьшаться примерно вчетверо, по сравнению со 100% накалом.

    Удобно делать это в стабилизированном блоке питания накала, переключая в режиме «Обход» подстроечные резисторы цепи установки выходного напряжения блока питания. Обязательно убедитесь, что при переключениях этих резисторов нет коммутационного прыжка напряжения вверх. А также в том, что подстроечные резисторы имеют очень надежный контакт ползунка (т.е. накальное напряжение не изменится со временем). Если в последнем есть сомнения, лучше после точной установки напряжений рабочего и дежурного режима выпаять подстроечные резисторы, точно измерить их величину и заменить каждый двумя. тремя постоянными последовательно включенными (так проще подобрать измеренное значение сопротивления).

    В рабочий режим такой РА входит за несколько секунд (зависит от степени снижения напряжения накала в дежурном режиме и типа лампы). Поэтому желательно сделать соответствующую задержку перед подачей ВЧ возбуждения после выхода из дежурного режима. Проще всего это сделать так: при переключении из дежурного режима «Обход» в режим «Работа» сразу поднимать напряжение накала до 100%. А питающее напряжение на узел коммутации RX/TX усилителя (реле и цепи управления сетками) подавать с задержкой несколько секунд.

    Проделав все это, можно умножать долговечности вышеприведенной таблицы как минимум вдвое (и еще больше при длительном нахождении в дежурном режиме «Обход», т.е. при ожидании и поиске DX и, соответственно, нечастой работе на передачу).Т.е. фактически лампа получает еще одну жизнь.

    Это не точный результат (сколь-нибудь надежных данных по НАМ РА нет), а мое мнение, основанное на анализе физики процессов в лампе, специфики работы HAM РА и данных фирмы CPI/Einmac по промышленным передатчикам. Для них CPI/Eimac дает рост долговечности до двух раз при соблюдении жестких требований к напряжению накала [3]. В любительских условиях, где время длительного приема (т.е. дежурного режима при сниженном накале) обычно заметно больше времени передачи, увеличение долговечности лампы РА должно быть еще больше.

    Стоимость стабилизированного блока питания накала, простейшей автоматики переключения его напряжения в дежурном режиме и узла ограничения пускового тока кратно ниже стоимости даже одной сэкономленной мощной генераторной лампы.

    Литература и линки

    1. Справочник «Надежность ЭРИ», Прытков С.Ф. и др. 2002

    2. Power Vacuum Tubes Handbook, Jerry Whitaker, CRC Press, 2012

    3. CPI/Eimac. July 2018. Extending transmitter tube life. Eimac/CPI Application Bulletin 18

    4. CPI/Eimac/Econco. nd. Tube Maintenance. Tube Topics: Section 2.

    Источник

    

    DataSheet

    Техническая документация к электронным компонентам на русском языке.

    Лампа ГУ-74Б (генераторный тетрод)

    Описание

    Генераторный тетрод для работы в неперестраиваемых однополюсных радиопередающих устройствах и усиления однополосного сигнала на частотах до 60 МГц. Оформление — металлокерамическое. Охлаждение — воздушное, принудительное 35 м 3 /ч. Масса 550 г.

    Основные данные при Uн = 12,6 В; Ua = 1 кВ; Uc2 = 300 В; Ia = 600 мА

    Параметр Условия ГУ-74Б Ед. изм.
    Аналог
    Ток накала 3,6±0,3 А
    Ток анода при Ua = 250 В; Uc1 = 0 ≥1400 мА
    Ток второй сетки при Ua = 250 В; Uc = 0 ≤360 мА
    ≤20
    Ток первой сетки обратный ≤50 мкА
    Напряжение смещения первой сетки -24±6 В
    Крутизна характеристики 32±6 мА/В
    Коэффициент усиления первой сетки относительно второй сетки 6,5±2
    Колебательная мощность в режиме класса АВ1 при Ua = 2 кВ; Ic2 = 50 мА на частоте 100 кГц при Uн = 12,6 В ≥550 Вт
    в режиме класса АВ1 при Ua = 2 кВ; Ic2 = 50 мА на частоте 100 кГц при Uн = 11,3 В ≥440
    Время готовности ≤2,5 мин
    Межэлектродные емкости входная 51±5 пФ
    выходная 11±2
    проходная 0,09
    Наработка ≥1000 ч
    Предельные эксплуатационные данные

    Параметр Условия ГУ-74Б Ед. изм.
    Ток катода эффективное значение 1,5 А
    Ток анода 0,5 А
    Напряжение накала 11,9-13,3 В
    Напряжение анода постоянное 2 кВ
    пиковое значение 4
    Напряжение второй сетки 300 В
    Напряжение первой сетки -150 В
    Мощность, рассеиваемая анодом 600 Вт
    Мощность, рассеиваемая второй сеткой 15 Вт
    Мощность, рассеиваемая первой сеткой 2 Вт
    Рабочая частота 60 МГц
    Температура оболочки 200 °С

    Анодные характеристики лампы ГУ-74БАнодные характеристики лампы ГУ-74Б Анодно-сеточные характеристики лампы ГУ-74БАнодно-сеточные характеристики лампы ГУ-74Б

    Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

    Источник

    Ток накала гу 74б

    Усилитель на лампе ГУ74Б.

    Выбор на эту лампу пал по соображениям получения выходной мощности до 1 кВт при небольших габаритах. Лампа включена по схеме с заземленными сетками, поэтому не используется ее высокая крутизна. Это связано с тем, что усилитель проектировался под трансивер с транзисторным выходным каскадом мощностью 100. 120 Вт. В типовом варианте включения с общим катодом используется режим АВ, выходная мощность составляет 600 Вт. Этот режим можно рекомендовать, если выходная мощность трансивера составляет 25. 30 Вт. КПД такого усилителя невысок (ток покоя — до 300 мА), что связано с обеспечением линейного режима усиления. Недостатки этого варианта, помимо низкого КПД — необходимость жестко стабилизировать напряжения экранной и управляющей сеток. Если используется трансивер с выходной мощностью не менее 70. 80 Вт, целесообразно включить лампу по схеме с общими сетками. В такой схеме вносимые каскадом искажения мало зависят от выбора рабочей точки на характеристике лампы. Это позволяет уменьшить ток покоя при том же уровне искажений. Лампа при этом работает почти в режиме В, нагрев анода в паузах значительно уменьшается, и можно получить большие мощности и КПД. Прибавьте сюда отсутствие необходимости стабилизации напряжений управляющей и экранной сеток — преимущества налицо. Единственный недостаток такого усилителя небольшой коэффициент усиления (10. 15 дБ) и соответственно большая, нежели в усилителях с общим катодом, мощность возбуждения, но почти вся эта мощность нигде не теряется, а поступает в нагрузку. Принципиальная схема усилителя показана на рис.1.

    Основные технические характеристики усилителя:

    входное сопротивление в зависимости от рабочей частоты — 47. 140 Ом;

    эквивалентное сопротивление анодного П-контура — 2000 Ом;

    напряжение анода — 2100. 2400 В;

    КПД на различных диапазонах — 62%. 70%;

    мощность, отдаваемая в нагрузку — до 1000 Вт;

    мощность возбуждения — не более 100 Вт (при правильном согласовании трансивер-усилитель — обычно 60. 80 Вт).

    Ток покоя лампы очень мал, он слабо изменяется в зависимости от анодного напряжения и экземпляра лампы, обычно не превышает 30. 50 мА. В экспериментальных целях была получена выходная мощность 1400 Вт (Uа=2200 В, Iа=1,0 А). Конечно, это кратковременный пиковый режим. После 5 лет эксплуатации практически при ежедневной работе в эфире по 1. 2 часа заметной потери эмиссии лампы не наблюдалось. Главное преимущество такого усилителя, на мой взгляд, заключает-ся в его простоте. Источник питания (рис.2) упрощен до минимума. Требуется лишь анодное напряжение и напряжение накала. Для питания автоматики используется выпрямленное накальное напряжение.

    Усилитель выполнен в металлическом ящике размером 450х380х230 мм, разделенном поперечной перегородкой на два отсека. В одном отсеке располагается силовой трансформатор с высоковольтным выпрямителем. В этом же отсеке на передней панели расположены измерительные приборы и переключатели сети, вентилятора и приборов. Во втором отсеке, разделенном диэлектрической перегородкой, расположены лампа, анодный дроссель и детали П-контура. Переменные конденсаторы и галетный переключатель крепятся к передней панели. Бескаркасные катушки П-контура удерживаются шинами на галетном переключателе, конденсаторах и анодном дросселе. Отсек с лампой сверху закрывается диэлектрической крышкой. Вентилятор расположен на задней стенке в отсеке лампы, откуда он выкачивает воздух. Воздух поступает через отверстия в нижней крышке напротив лампы, проходит через панельку и ребра анода лампы. Лампа установлена вертикально в трубе, выклеенной из стеклоткани на эпоксидной смоле, направляющей воздух через ребра радиатора. Так как все сетки лампы непосредственно соединяются с корпусом усилителя, появляется возможность применения самодельной панельки, которая может служить, помимо анода, дополнительным теплоотводом. Лампа обжимается вокруг вывода экранной сетки мощным хомутом из бронзы, или меди, и хомут плотно прикручивается к шасси. Через этот хомут дополнительно на шасси отводится тепло. На выводы лампы надевается керамическая панелька от старых ламп, например 12Ж1Л или 2Ж27Л. Лампу можно располагать как вертикально, так и горизонтально. Конечно, не исключается применение и «фирменной» панели для ГУ74Б. Очень важно обеспечить эффективный отвод тепла от лампы. Ребра в аноде расположены довольно плотно, поэтому требуется обеспечить достаточное давление воздуха, для того чтобы «протянуть» через анод не менее 30 м\ч. Наиболее эффективны для этих целей вентиляторы типа «турбинка». Но они довольно редко встречаются, и сложно подобрать подходящий вариант по мощности и размерам. С успехом можно применять плоские вентиляторы от старых ЭВМ. Ориентироваться следует на варианты с напряжением питания 220 В и, желательно, металлическими лопастями. В описываемом усилителе применен плоский вентилятор французского производства с пластмассовыми лопастями производительностью 60 м’/ч. В номинальном режиме он используется при пониженном напряжении питания — 160. 170 В. В режимах, когда усилитель очень долго используется на передачу, на вентилятор подаётся полное напряжение — 220 В. Плоские вентиляторы плохо работают на подачу воздуха, рациональнее их использовать на «выкачку». Конечно, это не лучший вариант, т.к. горячий воздух проходит через лопасти и нагревает сам вентилятор. Поэтому лучше использовать полностью металлический вентилятор, который проектируют именно для таких тяжелых условий работы. Хотя можно использовать любой с некоторым запасом по производительности, в описываемом усилителе уже пять лет работает вентилятор, бывший до этого в эксплуатации, да еще и с пластмассовыми лопастями.

    Др1 — накальный дроссель на ферритовом стержне (кольце) проницаемостью 1000. 2000, стержень — диаметром 8. 12 мм. Намотан одновременно двумя проводами ПЭЛ диаметром 1,5. 1,8 мм. Количество витков — 10. 15.

    Др2 — катодный дроссель. Каркас — диаметром 20. 25 мм, диэлектрическая трубка. Намотка — виток к витку, провод — ПЭЛ диаметром 0,52. 0,62 мм, 100 витков.

    Др3 — анодный дроссель. Керамическая трубка диаметром 35 мм. Ближние к аноду витки намотаны с шагом 1 мм — 20 витков, затем 170 витков — виток к витку. Провод — ПЭЛ диаметром 0,52. 0,62 мм.

    Др4 — высокочастотный дроссель любого типа, выдерживающий напряжение 300 В. Индуктивность -2,5. 3 мГн.

    L1 —бескаркасная катушка П-контура. Медная трубка диаметром 6 мм, 9 витков, диаметр оправки — 47 мм. Отводы от 4, 5, 6, 8 витков.

    L2 — бескаркасная катушка, провод — ПЭЛ диаметром 2,4 мм, диаметр, оправки — 47 мм, 14 витков, отвод от 6 витка.

    L3 — катушка-диапазона 1,8 МГц. Керамический ребристый каркас диаметром 60 мм. Провод — ПЭЛ диаметром 1,5 мм, 17 витков.

    Катушки L1 и L2 намотаны с шагом, равным половине диаметра применяемого провода.

    VD1 — стабилитрон Д817А. Г.

    VD2 — высокочастотный кремниевый диод.

    VD3, VD4 — любые кремниевые диоды.

    VТ1, VТ2 — КТ815 или любые кремниевые транзисторы, выдерживающие рабочий ток К1 и К2.

    С1 — керамический, Uр > 300 В.

    С2, С3, С4 — блокировочные конденсаторы, Uр > 300 В.

    С13, С14, С15, С16—блокировочные конденсаторы, Uр > 50 В.

    С5 — 1500. 2200 пФ. Высококачественный керамический, Uраб > 5 кВ. Пропускаемая мощность >1,5 кВт.

    С6 — 2200. 10000 пФ. Блокировочный высоковольтный конденсатор, Uраб > 4 кВ.

    С7 — добавочный конденсатор, подключается контактами, расположенными на С8 для 3,5 и 1,8 МГц. Высококачественный керамический, Uраб > 5 кВ, на реактивную мощность >10 кВар.

    Читайте также:  Растворы веществ пропускающие электрический ток

    С8 — 10/260 пФ. Зазор между пластинами >2,5 мм.

    С9 — зазор между пластинами > 0,3 мм.

    С10 — керамический или слюдяной. Uраб > 1000 В, на реактивную мощность > 10 кВар.

    С11 — керамический, Uраб > 500 В.

    РА1 — измерительная головка на 1мА.

    К1 — реле РЭН-33 или любое высокочастотное реле, способное пропускать мощность до 100 Вт и ток контактов > 1,5 А.

    К2 — реле РЭВ15, высокочастотное реле. Напряжение на контактах — до 300 В, ток — до 5 А.

    Напряжение срабатывания всех реле — 12. 14 В.

    S1 — высокочастотный переключатель, выдерживающий напряжение до 3 кВ и ток до 7А.

    В качестве С8 подойдет любой переменный конденсатор с зазором между пластинами не менее 2 мм и мощными пружинящими токосъемами корпуса роторных пластин. Следует обратить внимание на начальную емкость, она не должна быть больше 10 пФ. Для того чтобы перекрыть диапазон 1,8 МГц, максимальная емкость должна быть не менее 500 пф. Для диапазона 3,5 МГц достаточно 300 пФ. Применен конденсатор от радиостанции РСБ5. Для уменьшения начальной емкости выфрезерованы боковые металлические стенки. Подвижный контакт, который есть на этом конденсаторе, использован для подключения дополнительного конденсатора С7 для диапазонов 1,8. 3,5 МГц. Если предполагается работать только на низкоомную нагрузку, в качестве С9 можно применить переменный конденсатор от старых ламповых приемников с зазором не менее 0,3 мм. Для диапазона 1,8 МГц суммарная емкость С10 и С9 — не менее 3000 пФ. При выборе S1 следует обращать внимание на мощность и надежность контактов. Контакты должны быть удалены от заземленных элементов конструкции для минимизации вносимой емкости. Если не удается обеспечить общую начальную емкость П-контура менее 35 пФ, С8 можно включить не в начало L1, а отступив 0,5. 1 виток от анода. Анодный дроссель Др3 следует наматывать на каркасе с хорошей диэлектрической прочностью (керамика, фторопласт). Его можно выполнить секционированным, т.е. через некоторое количество витков делать зазоры 2. 3 мм, что также уменьшает общую емкость и вероятность паразитных резонансов.

    Автоматика и индикация.

    Контакты К1.2 при переходе на передачу закорачивают стабилитрон VD1, снимая запирающее напряжение. Для управления реле использованы транзисторные ключи на VТ1 и VТ2. Это сделано для того чтобы можно было использовать напряжение +12 В ТХ от трансивера для коммутации усилителя. При включении реле К1 применена временная задержка (R4, С12). Для чего это сделано? В качестве К2 применено мощное реле с большим зазором между контактами, время срабатывания такого реле намного больше, нежели время срабатывания небольшого реле К1. Поэтому в момент перехода с приема на передачу может возникать неустойчивое состояние усилителя, когда К1 уже подключило трансивер к усилителю, а антенна за счет инерционности К2 еще не подключена. Теперь нетрудно догадаться, что же будет происходить в усилителе, если в трансивере нет такой задержки, т.е. в момент перехода на передачу сразу на выходе ТRCVR есть ВЧ сигнал. В лучшем случае, постоянно будут подгорать контакты К2. Худших вариантов намного больше — вплоть до «простреливания» лампы. Если же вы уверены в своем трансивере и точно знаете, что ВЧ сигнал на АNТ разъеме появляется с задержкой (достаточной для срабатывания К2 в усилителе), можете упростить автоматику усилителя, например включить параллельно оба реле и использовать один ключ.

    В усилителе применен один трансформатор Т1 габаритной мощностью 1600 Вт. Накальное напряжение дополнительно используется для питания реле автоматики. Об этой обмотке хотелось бы сказать особо. Не нужно закладывать ее с запасом, т.е. использовать с заведомо большим диаметром провода, нежели это требуется для лампы (3,6 А). В момент включения, когда нить накала лампы еще холодная и имеет минимальное сопротивление, в цепи протекает очень большой ток, который может ее разрушить. Чем больший запас имеет обмотка, тем большее разрушение получает нить накала при каждом включении усилителя. Поэтому при расчете диаметра провода накальной обмотки не следует ее рассчитывать на ток более 4 А.

    Анодный выпрямитель особенностей не имеет. Он собран по схеме удвоения напряжения. Вторичная обмотка должна обеспечивать 800. 900 В при токе до 2 А. Максимальное обратное напряжение цепочки диодов должно быть не ниже 3000 В, максимальный ток — не менее 3 А. Каждый диод зашунтирован резистором для равномерного распределения обратного напряжения. Шунтирующие конденсаторы применены для устранения так называемого «белого шума», который иногда возникает, и для «поглощения» и равномерного распределения мгновенных пиков перенапряжения сети. Эти пики могут возникать вследствие переходных процессов, которые длятся сотые доли секунды, но этого достаточно для пробоя диодов. При использовании трансформатора на П-образном железе следует соблюдать некоторые правила намотки: сетевую и вторичную обмотки делят поровну и располагают на обоих стержнях. Сетевой S1 должен быть рассчитан на ток>12 А, переключатель оборотов вентилятора S2 — на ток>0,5 А. В выпрямителе автоматики VD1. VD4 можно использовать любые кремниевые диоды 25 В/1 А.

    Прибор РА1 в источнике питания (рис.2) измеряет Uа и Iа — в зависимости от положения переключателя S3. Для градуировки служат соответственно RЗ и R4.

    РА1 в усилителе (рис.1) служит для измерения высокочастотного напряжения на выходе усилителя. Конденсатор С11 служит для выравнивания АЧХ измерителя. При помощи КЗ выставляют показания РА1, нагрузив усилитель на эквивалент нагрузки.

    Режим лампы при подаче требуемых напряжений устанавливается автоматически. Настройка минимальна и сводится к подбору отводов от катушек L1 и L2 (рис.1), что лучше всего сделать при помощи измерителя частотных характеристик. При отсутствии приборов П-контур настраивают добиваясь максимальной выходной мощности, нагрузив усилитель на эквивалентное сопротивление 50. 75 Ом. При правильной настройке провал анодного тока в резонансе не превышает 15. 20% от значения при расстроенном П-контуре.

    Стыковка с трансивером

    Во многих публикациях об усилителях с подачей возбуждения в катод говорится о входном сопротивлении такого устройства около 50 Ом. К сожалению, это не совсем так. Входное сопротивление колеблется в зависимости от рабочей частоты. Это нужно учитывать при выборе схемы согласования выходного каскада трансивера со входом усилителя. Иначе, как это часто бывает, на некоторых диапазонах усилитель не будет отдавать той мощности, которую он обеспечивает на других.

    Входное сопротивление усилителя составляет: на 1,9 МГц — 98 Ом; на 3,5МГц — 77 Ом; на 7 МГц —128 Ом; на 14 МГц — 102 Ом; на 21 МГц — 54 Ом; на 28 МГц — 88 Ом. Эта проблема не возникает, если в трансивере есть антенный тюнер, или выходной каскад имеет ручную настройку П-контура на каждый диапазон. Тогда можно оптимально согласовать вход усилителя с выходом трансивера. В случае, когда в трансивере нет никаких подстроек выходного каскада на сопротивление нагрузки, отличное от 50. 75 Ом, эту процедуру следует осуществить в обратном порядке, т.е. входное сопротивление усилителя привести к 50. 75 Ом с помощью простейшего согласующего устройства. Это устройство можно установить в самом усилителе или выполнить его в отдельном корпусе и использовать как с другими усилителями, так и с антеннами, сопротивление которых отлично от 50. 75 Ом. В нашем варианте требования к такому устройству минимальные — оно должно пропускать мощность до 100 Вт и приводить входное сопротивление усилителя (47. 140 Ом) к стандартному — 50. 75 Ом.
    На рис.3 приведен один из вариантов такого устройства. Это обычный П-контур. В качестве индуктивности можно использовать вариометр или катушку с отводами, конденсаторы переменной емкости можно заменить на постоянные, предварительно подобрав их на каждый диапазон. Катушка имеет 17 витков, провод — диаметром 1,0. 1,2 мм, бескаркасная, намотана на оправке диаметром 15. 17 мм. Она свернута кольцом по диаметру галетного переключателя, для того чтобы отводы имели минимальную длину. С одного конца катушки отводы сделаны от каждого витка, последние — произвольно через 2. 3 витка. Галетный переключатель — на 11 положений. Этого шага настройки достаточно для оптимального согласования.

    Для долголетней и безотказной работы новую лампу необходимо подвергнуть тренировке. Особенно это касается ламп, которые нигде не работали, но пролежали несколько лет. Чем старше лампа — тем дольше ее нужно тренировать. В домашних условиях лампу выдерживают под напряжением накала 10. 20 часов. Если лампе больше 10 лет — несколько суток. Затем следует подать анодное напряжение и снова выдержать хотя бы 6. 10 часов. Если есть возможность, вначале лучше подать пониженное напряжение. Обдув при этом требуется небольшой, пусть лампа прогреется. После этого лучше работать в эфире несколько дней при пониженной мощности. И только после этого можно выводить усилитель на полный режим. Не нужно забывать перед отключением усилителя давать немного поработать вентилятору, чтобы понизилась температура оболочки лампы.

    Источник

    Ток накала гу 74б

    Это статья является результатом анализа профессиональных работ по вакуумной технике, большая часть которых является относительно современными (во всяком случае они 21 века, а не полувековой давности, т.е. отражают нынешний уровень понимания проблемы). Из них взяты выводы, общие рекомендации, методики расчета и исходные данные. Я же сделал расчеты и выжимку существенного применительно к единственному случаю: мощному ламповому РА, работающему на КВ или УКВ.

    Делал это потому, что условия эксплуатации лампы в РА радиолюбителями и в промышленном передатчике инженерами (для которых и пишутся профессиональные книги) отличаются существенно.

    РА работает на передачу относительно редко, много времени находится в дежурном режиме, а еще больше выключен вообще (средняя наработка лампы в любительском РА

    500 часов в год [5]). Контроль состояния лампы обычно никакой («как-то мощность отдает, не стреляет и ладно»). Часто используются старые лампы с истекшим сроком хранения, ухудшенным вакуумом и сниженной эмиссией.

    В промышленных передатчиках лампа, как правило, работает непрерывно, нарабатывая несколько тысяч часов в год и выключаясь редко. Но зато лампы там относительно новые, с гарантией производителя и регулярным техническим контролем.

    Здесь и далее речь идет только о работе и долговечности ламп в радиолюбительском КВ или УКВ PA. Имеется в виду выполнение всех четырех следующих условий:

    выходная мощность от несколько сотен ватт до единиц кВт.

    Реализована корректная последовательность подачи питающих напряжений: сначала только накал несколько минут (зависит от типа лампы), затем (или одновременно с накалом) смещение первой сетки, потом анодное напряжение и, если есть вторая сетка, последним подается ее смещение.

    Соотношение времени прием/передача не меньше 1, типично 3 … 10, но может быть и значительно больше (например, при «взятии» DXpedition на нужном диапазоне, когда время передачи за всю ночь может быть всего несколько минут).

    Анодное напряжение не снимается в режиме «Обход», когда РА не используется, но включен. Ведь DX в кластере может появиться в любой момент и РА должен быть готов к работе практически сразу после выключения режима «Обход». А отключение анодного напряжения (если не применять дорогое высоковольтное реле) можно только отключением высоковольтного БП от сети, что и сложно (требуется реле на большой ток), и занимает время при включении ( для сглаживания броска тока при заряде конденсатора выпрямителя), и, как мы увидим дальше, не дает каких-либо преимуществ.

    Описание процессов в лампе предельно упрощено (но без искажения сути). Иначе пришлось бы закопаться в сложную взаимосвязь множества разных процессов. А цель этой статьи – минимально необходимое понимание влияния на долговечность условий эксплуатации и предпринимаемых нами действий.

    Таблица паспортных и расчетных долговечностей

    Все оценки любой долговечности носят статистический характер. Но статистика (как и вся теория вероятности) корректно работает только на большом числе событий. А в конкретном единичном случае все может быть совсем не так, как в среднем.

    Например, цифра 2000 часов расчетной долговечности по критерию надежности 90%, означает, что при эксплуатации в равных условиях ста ламп примерно 10 из них (хотя не исключено что

    15) выйдут из строя через 2000 часов. Или что вероятность выхода из строя 10%. Но теория вероятности ничего не говорит о конкретно вашей лампе. Она может выйти из строя намного раньше, или намного позже: как повезет. Возможно любое индивидуальное отклонение от ожидаемых средних вероятностей. Правда, чем больше величины этих отклонений, тем реже это случается

    Ниже приведена таблица долговечностей для распространенных в любительских РА типов старых генераторных ламп. Данные для первых двух столбцов таблицы собраны из справочника [1], этикеток и ТУ на лампы (если у вас есть ТУ на лампу, отсутствующую в этом списке, присылайте мне данные в формате: тип лампы, минимальная наработка и срок сохраняемости). Методики расчета долговечности и данные для них взяты из [1] и [2].

    Паспортная долговечность (включая дежурный режим при 100% накале), по критерию снижения выходной мощности на 25%, не менее, тысяч часов 1

    Паспортный срок сохраняемости (при соблюдении условий хранения и жестчения при вводе в строй) по критерию снижения выходной мощности на 25%, не менее, лет 2

    Расчетная долговечность по надежности 90% (критерии отказа: КЗ, внезапный выход из строя, постепенное снижение мощности >25%), тысяч часов 3

    Расчетный срок, в течение которого вероятность КЗ в лампе или её внезапного выхода из строя не превышает 10%, тысяч часов 4

    Расчетная долговечность по надежности 50% (критерии отказа: КЗ, внезапный выход из строя, постепенное значительное снижение мощности), тысяч часов 5

    Читайте также:  Техническое обслуживание двигателей переменного тока

    Примечания к таблице

    Паспортная долговечность (она же — минимальная наработка): срок эксплуатации, в течение которого новая (с завода, без срока хранения) лампа при соблюдении паспортных режимов не выйдет из строя и не снизит входную мощность больше, чем на 20 … 25% (у разных ламп заданы разные пороги).

    Срок хранения, в течение которого лампа не выйдет из строя и не снизит входную мощность больше, чем на 20…25%.

    Расчетная долговечность по уровню 90% означает, что в течение этого срока эксплуатации вероятность выхода лампы из строя (КЗ, внезапный отказ, снижение мощности больше, чем на 25%) не превышает 10%.

    В течение этого срока эксплуатации 90% ламп не откажут полностью ( не случится КЗ, обрыв или пробой), а будут работать дальше, но плавное снижение мощности может быть больше 25% от исходного уровня.

    В течение этого срока эксплуатации половина ламп выйдет из строя (КЗ, внезапный отказ, постепенное значительное снижение мощности). Но вторая половина останется в работе.

    Долговечности рассчитаны для температуры окружающей среды не выше 30 0 С (не баллона или анода лампы, а именно окружающей среды).

    При температуре окружающей среды выше 40 0 С расчетные долговечности снижаются в 1,3 раза и продолжают падать с ростом температуры.

    После истечения срока сохраняемости каждые следующие 10 лет хранения в комнатных условиях для ламп ГУ и ГС соответствуют по износу

    0,35 тыс. часов работы, а для ГИ

    0,7 тыс часов. Если хранение было в неотапливаемом помещении, то

    и 0,9 тыс. часов соответственно.

    Примеры пользования таблицей

    Нам предлагают купить лампу ГИ7Б 1988 г, новую с хранения. Посмотрим, что можно от нее ждать.

    Свой гарантийный срок сохраняемости она вылежала в 2000 г (12 лет, третий столбец таблицы), это соответствует наработке 0,35 тыс. часов. С тех пор прошло два раза по 10 лет (я пишу эту статью в 2020 г.).

    Если лампа хранилась в тепле, то это два раза по 0,7 тыс. рабочих часов (см. примечание 8 к таблице). Итого, состояние «новой» лампы соответствует 1,75 (0,35 + 0,7 + 0,7) тыс. часов работы. Четвертый столбец таблицы говорит, что с вероятностью выше 10% лампа неисправна полностью (внезапный отказ, включая необратимую потерю вакуума) или частично (эмиссия ухудшена более, чем на 25%). А вот вероятность того, что неприятности с лампой ограничены только потерей четверти мощности, составляет менее 10% (пятый столбец, вероятность достигнет 10% при 2 тыс. часов).

    А если лампа хранилась в неотапливаемом гараже, то 20 лет хранения равны 2 • 0,9 = 1,8 тыс. часов работы (примечание 8). И состояние лампы соответствует 1,8 + 0,35 = 2,15 тыс. часов. И вероятность того, что лампа отдаст мощность заметно меньше, чем 0,75 паспортной, составляет более 10% (пятый столбец, 10% было бы при 2 тыс. часов). Но существует 50% вероятность, что такую лампу можно будет еще эксплуатировать 850 часов (3 тыс. из последнего столбца минус 2,15 тыс. текущего состояния лампы), но мощности она отдаст меньше 75% от своего паспорта.

    Мы хотим узнать, ориентировочно сколько лет проработает в РА лампа ГУ43Б 1982 г выпуска с теплого хранения.

    Свой срок сохраняемости она вылежала в 1990 г (8 лет, третий столбец), что равно 1 тыс. часов работы. С тех пор прошло три раза по 10 лет. Согласно примечанию 8 это добавляет еще 3 раза по 0,35 тыс. часов, т.е.

    Итого, состояние лампы соответствует 2 тыс. часам работы. Четвертый столбец говорит, что лампа окажется полностью исправной (и без снижения мощности больше, чем на 25%) с 90% вероятностью. А последний столбец показывает, что у этой лампы есть еще 6 тыс. рабочих часов, после которых она окажется исправной (но уже со сниженной мощностью) с вероятностью 50% (8 тыс. часов последнего столбца минус 2 тыс. часов текущего состояния). Имея в виду среднегодовую наработку любительского РА в 500 часов [5], это значит, что лампа проработает

    Точнее говоря, т.к. мы имеем дело с вероятностями, это означает, что если у вас сотня таких ламп — hi, то

    50 из них проработают не менее 12 лет без аварий и сильного падения мощности. А остальные 50 лап в течение этого срока либо полностью выйдут из строя, либо потеряют эмиссию до неприемлемых величин. А вот из какой половины окажется ваша единственная лампа – этого увы, не знает никто.

    Полный выход лампы из строя

    Это случается из-за:

    • внутренних замыканий,
    • обрывов,
    • пробоев,
    • необратимой потери вакуума (т.е. геттер лампы уж не может поглотить того, что налетело в лампу).

    Для снижения вероятности этих безобразий в наших силах сделать следующее:

    не перегревать лампу выше допустимой температуры (т.е. иметь нормальный обдув, а лучше с запасом: от простуды не умерла еще ни одна лампа, а вот от перегрева это случается).

    Не выходить за пределы ее паспортных электрических режимов, как бы это не было соблазнительно. Хотя лампы, в отличие от транзисторов, допускают заметную перегрузку по выходной мощности делать этого не надо. Особенно учитывая тот факт, что максимальная мощность лампы плавно снижается со временем (см. следующий параграф) и перегрузка по мощности новой лампы, например в 1,25 раза выше допустимой может стать уже полуторной когда эта же лампа поработает пару лет и двукратной когда она постареет (т.к. допустимая мощность, отдаваемая лампой снижается пропорционально эмиссии катода, которая со временем падает см. следующий раздел).

    Отсюда же следует, что если вы хотите обеспечить долговечность лампы, то максимальный постоянный ток анода РА должен быть не больше 0,7 от паспортного допустимого (после многих лет работы такой ток как раз и окажется максимально допустимым).

  • Не использовать лампу в нерабочем положении. А лампы с проволочными сетками не ставить горизонтально, даже если ее ТУ это допускают. Минимальную наработку такая лампа обеспечит. А вот дальнейшая ее жизнь может стать более короткой (чем могла бы быть в вертикальном положении) из-за провисания сеток и последующего их замыкания на катод (в некоторых мощных лампах с высокой крутизной расстояние между первой сеткой и катодом составляет 0,2 мм).
  • Предполагается, что все это уже есть (а если нет, то срочно сделайте). Больше от нас тут ничего не зависит.

    Постепенное снижение мощности

    Оно почти исключительно определяется деградацией катода. Именно катод отвечает за эмиссию (т.е. ток катода и выходную мощность) и ее снижение от времени.

    В мощных генераторных лампах катоды либо оксидные (тонкая пленка окиси бария) с косвенным накалом, либо вольфрамовые катоды прямого с покрытием нити торием. Большинство мощных ламп имеют оксидные катоды (в вышеприведенной таблице все, кроме ГУ-81, у которой катод вольфрамовый). Поэтому ниже все цифры температур относятся к оксидным катодам. У вольфрамовых катодов физика процессов аналогична, но температуры выше примерно в 1,6 раза.

    Чтобы разобраться с падением эмиссии нужно понять два процесса: отравление катода и испарение его активного слоя.

    Отравление – изменение химической структуры активного слоя нагретого катода под действием газов или паров (проникающих извне или выделяющихся из конструктивных элементов внутри лампы). Оно снижает эмиссию катода (следовательно, максимальный ток катода и мощность лампы). Под названием «отравление катода» скрывается несколько одновременных разнонаправленных физических процессов, зависящих от давления, количества и состава примесей, температуры и тока катода. Поэтому простое описание физики отравления дать нельзя.

    Отравление начинается при температуре около 600K (обычно это соответствует напряжению накала

    25% от номинала, зависит от конструкции лампы) и уменьшается с ростом температуры, падая почти до нуля T >950…1000K.

    Отравление бывает обратимым (после него можно восстановить эмиссию полностью) и необратимым (тут, что ни делай – эмиссия теряется безвозвратно).

    В условиях HAM PA обратимое отравление может быть только в одном случае: лампа с нормальным вакуумом стоит с недокаленым катодом (его температура ниже

    900K, т.е. понижено напряжение накала) без тока катода (лампа заперта). В этом случае недокаленый катод действует как геттер, поглощая газы и пары из баллона. Но при нормальном вакууме в лампе необратимых повреждений катода не будет. После восстановления нормального напряжения накала, разогретый катод выбросит все поглощенные газы\пары и через несколько минут прогрева восстановит нормальную эмиссию (а выброшенные газы поглотит геттер, температура которого ниже и оптимальна для этого).

    Необратимое отравление катода в HAM РА происходит при следующих факторах (хватит одного из них):

    ухудшение вакуума (давление >0,001 мм рт. ст.). С повышением давления активность отравляющих катод веществ (прежде всего – кислорода) резко возрастает.

    работа в режиме номинальной мощности РА при недокаленом катоде (его T Стабилизировать напряжение накала с точностью не хуже +1%. При стоимости ламп в десятки … сотни евро очень неразумно питать их накал просто обмоткой трансформатора от нестабилизированной сети. Это прямой путь к снижению долговечности, т.к. напряжение сети гуляет куда больше, чем +1%. Даже если ваша сеть идеальна на вводе в дом (допустим так повезло), то измерьте в розетке рядом с РА просадку напряжения при передаче и удивитесь.

    Если лампа допускает накал постоянным током (все с катодом косвенного подогрева), то можно использовать стабилизированный импульсный блок питания на постоянное напряжение 12 … 13 В, аналогичный тем, что применяются для питания трансиверов и LED лент. Похожие блоки есть и на 5 В, и на 24 . 27 В (AliExpress вам в помощь), т.е. для любого напряжения и тока накала можно подобрать что-то готовое. Как правило, они имеют регулировку выходного напряжения +15% подстроечным резистором (если смотреть фото БП со стороны выходных клемм он виден справа от них).

    Помех приему от этих блоков бояться не следует. Человечество уже давно научилось делать хорошие импульсные источники, почти не сорящие помехами. Во всяком случае, большинство радиолюбителей давно применяют такие устройства для питания своих трансиверов.

    Исключить бросок тока при включении накала. Или замыкаемый после задержки на первичны разогрев токоограничивающий резистор, или блок питания со стабилизацией тока на уровне чуть выше номинального тока накала лампы.

    Последнее сделать в готовом импульсном БП может оказаться сложно. Хотя большинство импульсных БП имеют защиту по току, но, увы, не совсем нам подходящую. При перегрузке такой БП отключается, ожидая снятия перегрузки или требуя для перезапуска полного выключения и повторного включения. Что без сложной доработки токовой защиты или внешнего токоограничивающего резистора с реле для накала не годится.

    Снижать напряжение накала в дежурном режиме «Обход» до 85 … 90% от номинального. И обязательно стабилизировать его, т.к. от 80% и ниже может появиться отравление катода (что при плохом вакууме может быть необратимым), а выше 90% выигрыш ресурса от снижения испарения будет уменьшаться. Я использую середину рекомендованного диапазона: 87,5%, т.е. например для лампы со штатным накалом 12,6 В в дежурном режиме снижаю до 11 В. При этом скорость испарения катода должна уменьшаться примерно вчетверо, по сравнению со 100% накалом.

    Удобно делать это в стабилизированном блоке питания накала, переключая в режиме «Обход» подстроечные резисторы цепи установки выходного напряжения блока питания. Обязательно убедитесь, что при переключениях этих резисторов нет коммутационного прыжка напряжения вверх. А также в том, что подстроечные резисторы имеют очень надежный контакт ползунка (т.е. накальное напряжение не изменится со временем). Если в последнем есть сомнения, лучше после точной установки напряжений рабочего и дежурного режима выпаять подстроечные резисторы, точно измерить их величину и заменить каждый двумя. тремя постоянными последовательно включенными (так проще подобрать измеренное значение сопротивления).

    В рабочий режим такой РА входит за несколько секунд (зависит от степени снижения напряжения накала в дежурном режиме и типа лампы). Поэтому желательно сделать соответствующую задержку перед подачей ВЧ возбуждения после выхода из дежурного режима. Проще всего это сделать так: при переключении из дежурного режима «Обход» в режим «Работа» сразу поднимать напряжение накала до 100%. А питающее напряжение на узел коммутации RX/TX усилителя (реле и цепи управления сетками) подавать с задержкой несколько секунд.

    Проделав все это, можно умножать долговечности вышеприведенной таблицы как минимум вдвое (и еще больше при длительном нахождении в дежурном режиме «Обход», т.е. при ожидании и поиске DX и, соответственно, нечастой работе на передачу).Т.е. фактически лампа получает еще одну жизнь.

    Это не точный результат (сколь-нибудь надежных данных по НАМ РА нет), а мое мнение, основанное на анализе физики процессов в лампе, специфики работы HAM РА и данных фирмы CPI/Einmac по промышленным передатчикам. Для них CPI/Eimac дает рост долговечности до двух раз при соблюдении жестких требований к напряжению накала [3]. В любительских условиях, где время длительного приема (т.е. дежурного режима при сниженном накале) обычно заметно больше времени передачи, увеличение долговечности лампы РА должно быть еще больше.

    Стоимость стабилизированного блока питания накала, простейшей автоматики переключения его напряжения в дежурном режиме и узла ограничения пускового тока кратно ниже стоимости даже одной сэкономленной мощной генераторной лампы.

    Литература и линки

    1. Справочник «Надежность ЭРИ», Прытков С.Ф. и др. 2002

    2. Power Vacuum Tubes Handbook, Jerry Whitaker, CRC Press, 2012

    3. CPI/Eimac. July 2018. Extending transmitter tube life. Eimac/CPI Application Bulletin 18

    4. CPI/Eimac/Econco. nd. Tube Maintenance. Tube Topics: Section 2.

    Источник