Wzmacniacz na 4 lampach GU50
advertisement
Wzmacniacz na 4 lampach GU50 Marek SP9XUH [email protected] www.sp9xuh.pl 17-06-2013 Do budowy wzmacniacza w.cz. na pasma KF przymierzałem się już dawno temu, ale skończyło się to jedynie na kupieniu lamp. Któregoś dnia, mając je po raz kolejny w rękach (czytaj, wycierając kolejną warstwę kurzu), stwierdziłem, że trzeba coś z nimi zrobić; albo wyrzucić, albo zbudować wzmacniacz. Ostatecznie powstał mój pierwszy lampowy wzmacniacz KF i mogę powiedzieć, że jestem z tej konstrukcji zadowolony. Moc na poziomie 400 – 450 W na dolnych pasmach i 180 - 200 W na 28 MHz (sterowanie 40 W) uzyskiwana z tego wzmacniacza, wydaje mi się adekwatna do zastosowanych lamp. Doświadczenia jakie zebrałem podczas konstruowania i uruchamiania, na pewno przydadzą się przy budowie wzmacniacza na bardziej ambitnej lampie, może lampach. UWAGA!. W URZĄDZENIU WYSOKIE NAPIĘCIE. Należy zachować szczególną ostrożność podczas prac przy budowie i uruchamianiu układów wzmacniacza, w których panuje wysokie napięcie. Dotknięcie elementów będących pod napięciem, grozi śmiercią. Pamiętaj, że nie ponoszę żadnej odpowiedzialności za ewentualne szkody wynikłe z użycia zawartych tu wiadomości opisanych rozwiązań technicznych, układów, podzespołów i oprogramowania (wykorzystujesz je na własną odpowiedzialność)! \ 1 1. Założenia konstrukcyjne 1.1 Ogólne - - praca na wszystkich pasmach KF; 160m - 10m, sterowanie w katodzie mocą 40-50 W, napięcie zasilania anody 1100V, siatka sterująca S1 - odbiór, napięcie blokowania lamp -100V - nadawanie, napięcie regulowane w zakresie od – 3 V do – 65 V. Możliwość ustawienia dwóch prądów spoczynkowych, dla CW i SSB. Przełączanie CW/SSB przyciskiem z panelu przedniego, siatka przyspieszająca S2 - napięcie +280V, układ sterowania i zabezpieczeń oparty na mikrokontrolerze Atmega, wizualizacja parametrów na wyświetlaczu LCD 4x20 znaków. 1.2 Parametry mierzone przez mikrokontroler - napięcie anody Ua, prąd anody Ia, prąd siatki przyspieszającej Is2, moc padająca i odbita oraz współczynnik SWR podczas pracy QRO/QRP, moc sterująca - dodatkowy mostek pomiarowy, temperatura w bloku lamp. 1.3 Układ zabezpieczeń - - przekroczenie maksymalnego napięcia anody, zaniżenie napięcia anody, przekroczenie maksymalnego prądu anody, przekroczenie maksymalnego prądu anody w trybie odbiorczym, przekroczenie maksymalnego prądu siatki 2, przekroczenie maksymalnego SWR 3:1, działania układu miękkiego startu transformatora WN, kontrola napięć - siatki 1 – blokowanie lamp –100 V, - siatki 1 – napięcia polaryzacji: od -3 V do –65 V, - siatki 2 +280 V, - żarzenia AC 12,6 V, termiczne. 1.4 Sterownik - załączanie i wyłączanie wzmacniacza, z zachowaniem odpowiednich procedur, przeliczanie i wyświetlanie mierzonych parametrów, kontrola nad prawidłowym przełączaniem nadawanie/odbiór, nadzór nad układem zabezpieczeń i odpowiednia reakcja na usterki, wbudowane menu: - ustawień – ustalanie wartości napięć, prądów, mocy, temperatur dla układu zabezpieczeń, - informacji o awariach – źródło awarii, - czasu pracy wzmacniacza: załączony, nadawanie, - informacji o maksymalnych wartościach napięć, prądów, mocy, temperatur występujących podczas pracy wzmacniacza. 2 2. Pentoda GU50 GU50 – pentoda przeznaczona do generatorów i wzmacniaczy mocy pracujących na metrowych długościach fali. Dlaczego ta lampa?. Parametrów nie ma może fantastycznych (stosunkowo nieduża moc, dodatkowo zmniejszająca się na wyższych częstotliwościach KF), ale jest tania. Jest to mój pierwszy lampowy wzmacniacz jaki buduję, a co za tym idzie nie mam zbyt wielu doświadczeń z tego typu konstrukcjami. Ewentualne zniszczenie takich lamp podczas uruchamiania nie będzie tak dotkliwą stratą, jak np. GU74 czy innych, wartych kilkaset, a nawet i więcej złotych. Parametry elektryczne Wartości maksymalne 12,6 Napięcie żarzenia, V .......... Prąd żarzenia, A ................ 0,6-0,85 Nachylenie charakterystyki nap. anody - 800V, nap. siatki 2 - 250 V, nap. siatki 1 - minus 5V prąd anody - 50 mA), mA/V 3-5,5 Napięcie polaryzacji w punkcie pracy, V ............. 25-55 Pojemność międzyelek., pF wejściowa, najwyżej 13-15 wyjściowa, najwyżej 10,3 Moc wyjściowa, W max. dla nap. anody - 800V nap. siatki 2 - 250 V, nap. siatki 1 - minus 100V prąd anody - 150 mA 55 po 1750 godz. Pracy 40 Napięcie żarzenia, V ...... Napięcie anody dla długości fali, V 6,5 m i dłuższych ........... 6,5 - 4,5 m ...................... 4,5 - 3,5 m ...................... 3,5 - 2,5 m ................... Nap. siatki 2, V ............... Nap. katoda-żarzenie, V Moc strat, W Anoda .......................... siatka 2 ........................ siatka 1 ........................ Emperatura ................. 11,3-13,9 1000 800 700 600 250 200 40 5 1 200 3. Schematy Jak widać na schemacie blokowym, konstrukcja wzmacniacza jest modułowa. Poszczególne bloki zmontowane są na osobnych płytkach. Podział na moduły, wydaje mi się dobrym rozwiązaniem do eksperymentowania przy uruchamianiu, a także możliwość wykorzystania modułów w innej konstrukcji. 3.1 Schemat blokowy – schemat 1 A – załączanie wzmacniacza, „miękki” start transformatora WN, zasilacz napięcia żarzenia 12,6V oraz jego kontrola, „miękki” start żarzenia, B – zasilacz WN: +1100V, +280V, pomiar Ua, Ia, Is2, kontrola Us2, C – blok lamp, przełącznik napięcia siatki 1: blokowanie lamp/prąd spoczynkowy, D – interfejsy wejść/wyjść, zasilacz napięć siatki 1 (-100V, -3 do –65V), zasilacze napięć pomocniczych +5V, +12V, +24V, sterowanie wentylatorem i przełączaniem RX/TX, E – moduł sterujący – mikrokontroler, F – wejściowe filtry LPF (opcja), G – pomiar SWR i mocy wyjściowej, H – załączanie i sygnalizacja stanu pracy wzmacniacza, I – bezpieczniki. 3.2 Blok lamp – C – schemat 2 Patrząc na schemat to nic nowego; znany i stosowany od wielu lat układ 4 lamp GU50 sterowanych w katodzie. W większości konstrukcji które widziałem siatki były uziemione. Ja zastosowałem inne rozwiązanie, w którym na siatkę sterującą i przyspieszającą podawane są napięcia, a siatka ekranująca jest uziemiona. Napięcie z zasilacza wysokiego napięcia, poprzez dławik anodowy L8 i antyparazyty L1-R1 do L4-R4, podawane jest na anody poszczególnych lamp,. Kondensator 3 blokujący C2 poza odpowiednią wytrzymałością napięciową, powinien mieć dużą wytrzymałość prądową w.cz. Indukcyjność dławika anodowego nie jest zbyt dużą (140 uH), co na najniższych pasmach powoduje powstawanie bardzo dużych prądów w.cz. Zastosowałem kondensator o pojemności 4,7nF. Dla zapewnienia lepszej ochrony kondensatorów elektrolitycznych w zasilaczu anody, a zwłaszcza żeby napięcie w.cz. na nich nie przekraczało 10V rms, pojemność kondensatora blokującego możemy zwiększyć. Napięcie w.cz. nie jest zbyt zdrowe dla elektrolitów. Powoduje dodatkowe nagrzewanie kondensatorów, a ich trwałość drastycznie zależy od temperatury. Napięcie anody. Próby uruchamiania wzmacniacza rozpocząłem z napięciem anodowym 1250V, a siatki przyspieszającej 300V. Widziałem na kilku schematach tak wysokie napięcie anody dla tych lamp i chciałem to przetestować. Przy napięciach większych od 1150V, mimo zastosowania oryginalnych rosyjskich lamp, występowały problemy. Odetkanie lamp na prąd spoczynkowy, nawet bez sterowania mocą z TRX, powodowało gwałtowny wzrost prądu anody (przypadkowo), zadziałanie zabezpieczenia nadprądowego lub nawet przepalenie bezpiecznika na zasilaniu anody. Najczęściej działo się to, na górnych pasmach KF – 24 i 28 MHz. Katalogowe, maksymalne napięcie anody to 1000V i do tego zmniejszające się wraz ze wzrostem częstotliwości. Wnioskuję, że przy zbyt dużym napięciu anody następuje w lampie przewodnictwo samoistne i gwałtowny wzrost prądu. Ostatecznie zaniżyłem napięcie anody do 1100V (przy napięciu sieci 230V) i siatki przyspieszające do 280V. Na siatki sterujące poprzez dławiki DL2 – DL5 podawane są napięcia ujemne. Podczas odbioru – 100 V blokujące lampy, a po przejściu na nadawania napięcie ustalające prąd spoczynkowy (CW - 60 mA, SSB – 80 mA). Przełączanie napięcia nadawanie/odbiór, realizuje przekaźnik zamontowany na płytce pod lampami. Kondensatory blokujące C3, C7-C9, przylutowane są bezpośrednio do nóżek cokołów lamp, Do nich doprowadzone jest, wprost z zasilacza WN, napięcie +280V. Na schemacie nie uwzględniono ośmiu kondensatorów blokujących napięcie żarzenia AC 12,6V (z bloku A poprzez dławik żarzenia DL1), które przylutowane są od nóżek 4 i 8 cokołu lampy (żarzenie) do masy. Sygnał sterujący z TRX podawany jest na katody lamp (i dławik katodowy L7), poprzez przekaźnik przełączania nadawanie/odbiór i kondensator C1. Na wejściu pracuje typowy przekaźnik RM84, a na wyjściu szklany przekaźnik próżniowy Jennings RBID - 26N300. Wzmacniacz nie pracuje w QSK, tak że czasy przełączania tych przekaźników są wystarczające. Podczas nadawania, drugi zestyk przekaźnika RM84, zwiera do masy przewód koncentryczny łączący przekaźniki podczas odbioru. Filtr antenowy zbudowany został na 6 kondensatorach Ca i rezystorze Ra. Cały tor - przekaźniki, kable koncentryczne, filtr, gniazda – wykazuje SWR bliski jedności na 1,8 MHz i 1,1 na 28 MHz. W skład pi-filtra wchodzą: cewka L6 (pasma 1,8 – 7 MHz), L5 (pasma 10 – 28 MHz), anodowy kondensator strojeniowy C11 , antenowy kondensator strojeniowy C13, dodatkowe kondensatory pasma 160 m - C12, C14 oraz przełącznik PR1. PR1 to 4-ro sekcyjny, 11-to pozycyjny przełącznik kalitowy o średnicy 40 mm L1, R1 – L2,R2 – L3, R3 – L4, R4 – dławiki antyparazytowe L7 – dławik katodowy L8 – dławik anodowy Dl1 – dławik żarzenia C11 – kondensator anodowy – dzielony: 6/64 pF, 15/180 pF C12 - kondensator anodowy pasma 160m C13 – kondensator antenowy – dzielony 40/1200 pF, 25/770 pF C14 – kondensator antenowy pasma 160m L5 – cewka pasm 30m – 10m L6 – cewka pasm 160m – 40m PR1 – przełącznik kalitowy pasm 3.3 Wejście TRX – schemat 3 Patrząc na poprzedni schemat (blok lamp), widzimy, że jedynym elementem separującym wyjście transceivera od katody jest kondensator C1. Amatorzy w swoich konstrukcjach często stosują tak proste, ale jednak niezbyt bezpieczne dla TRX, rozwiązanie. Chcąc zmniejszyć ryzyko uszkodzenia transceivera, dobudowałem układ, którego schemat przedstawiony jest powyżej. Poprawia on 4 jednocześnie dopasowanie impedancji lamp do wyjścia TRX, a co za tym idzie SWR obwodu wejściowego. SWR widziany przez transceiver nie przekracza wartości 1,5. Cewki: drut DNE fi 1,25 mm L1in – L4in – 5 zwoi na średnicy 7,5 mm, L1in – L4in – 5 zwoi na średnicy 8 mm. 3.4 Układ załączania wzmacniacza, żarzenie, napięcia pomocnicze - A, D – schemat 4 Napięcie sieciowe 230V poprzez wyłącznik główny (SW1), bezpieczniki (B1, B2), filtr sieciowy (DL6, C14 – C16), podawane jest na główny przekaźnik załączania wzmacniacza PK1 oraz transformator TR3. Transformator TR3 o mocy 20 W dostarcza trzy napięcia: 7,5V, 13V i 22V. Transformator WN TR1, to toroid o sporej mocy 1100VA. Aby złagodzić „szarpnięcie” prądu w momencie jego załączenia, w szereg z uzwojeniem pierwotnym wpięte są rezystory R6 – R9 (4,7 Ohma / 5W). Po czasie określonym w programie (2s), rezystory są zwierane przez styk PK2, a transformator zasilany jest pełnym napięciem sieci. Drugi zestyk tego przekaźnika dostarcza informacji dla procesora, o prawidłowym zasilaniu transformatora – stan „0” PSOK. Transformator żarzenia lamp TR2 ma moc 50W, dostarcza napięcia 12,6 V i prądu 4 A. Tutaj, tak jak dla transformatora WN, zastosowałem układ opóźniający podanie pełnego napięcia na żarniki lamp. Zrealizowane jest to przez wpięcie na określony czas w szereg z uzwojeniem pierwotnym dwóch rezystorów – R11, R12. Czas, po którym styki przekaźnika PK3 zewrą rezystory R11, R12 i na transformator podane zostanie pełne napięcie sieci, odliczany jest przez „czasówkę” zbudowaną na NE555 (U1). Przy tych wartościach elementów: R15 (100k), C21 (100uF), C22 (1000uF) czas ten wynosi około 12 – 14 sek. Zasilacze napięć pomocniczych : +5V – procesor, interfejs I/O, pomiary prądów, miernik SWR/PWR, +12V – chłodzenie, +24V – przełączanie RX/TX i filtrów pasmowych, zbudowane są na typowych stabilizatorach napięcia 7805T (U3), 7812 (U4) i 7824 (U5). Ich obciążalność prądowa i moc (sumaryczna 50W) jest znacznie większa, niż zapotrzebowanie elektroniki i przekaźników, które wynosi: 800mA/5V, 300mA/12V, 200mA/24V. Podczas uruchamiania, nasunął się wniosek na przyszłość, żeby procesor zasilać z osobnego układu stabilizacji z własnym transformatorem. Pozwoliło by to w stanie czuwania, nie trzymać pod napięciem pozostałej elektroniki. 3.5 Zasilacz napięcia anodowego – B – schemat 5 W mostku prostowniczym zastosowałem diody BY255 (1300V, 3A). W każdej gałęzi mostka, są dwie takie diody połączone szeregowo. Do każdej równolegle dołączony jest rezystor w celu wyrównania napięcia i kondensator odkłócający. Przy dostarczaniu z transformatora napięcia AC 820V, na wyjściu zasilacza otrzymujemy napięcie stałe o wartości, około 1100V. W filtrze są cztery kondensatory 470uF na 450V połączone szeregowo, co daje maksymalne napięcie 1800V, a więc spory zapas. Pomiar napięcia anodowego odbywa się na dzielniku rezystancyjnym. Jest on dobrany tak, aby przy napięciu 1500V, na rezystorach R40, R41 odkładało się napięcie 2,5V (równe referencyjnemu przetworników A/C). Dioda Zenera (DZ2), zabezpiecza wejście przetwornika A/C procesora przed przekroczeniem bezpiecznego napięcia 5V, np. przy rozwarciu rezystorów R40, R41. Pomiar prądu Na rezystorach R43, R44, R45 odkłada się napięcie proporcionalne do prądu przez nich przepływającego. Napięcie to (ujemne) podawane jest na wejście odwracające wzmacniacza LM358 (U6). Napięcie po wzmocnieniu (około 2 krotne) dostarczane jest do przetwornika A/C mikrokontrolera i przetwarzane na wartość prądu. Podkówką P1 możemy regulować wzmocnienie wzmacniacza i dokładnie ustawić wartość prądu wskazywaną na wyświetlaczu. 5 3.6 Zasilacz napięcia siatki pierwszej – D – schemat 6 Zasilacz dostarcza dwóch napięć: o stałej wartości -100V i regulowanego –3 V do –65 V. Napięcie –100V budowane jest na bardzo prostym układzie, gdzie elementem zapewniającym stabilne napięcie jest dioda Zenera DZ3, sterująca bezpośrednio bazę tranzystora BUX85 (T2). Informację o istnieniu napięcia uzyskujemy z transoptora U7. Kiedy złącze tranzystora jest oświetlone, na jego kolektorze występuje niski potencjał, który przekazywany jest do układu logiki, informującej procesor o jego istnieniu. Lepszym rozwiązaniem byłby pomiar faktycznej wartości napięcia. Jednak, ze względu na brak wolnego wejścia przetwornika A/C w zastosowanym procesorze, zrezygnowałem z tego. Takie rozwiązanie z transoptorem, niestety, ma wady. Gdy napięcie –100V zostanie zaniżone, ale nie osiągnie wartości zera lub bliskiej zeru, to procesor nadal będzie otrzymywał informację, że jest ono prawidłowe. Po drugie, na rezystorach R56, R57 napięcie obniżane jest do wartości 1,3 V (na anodzie diody transoptora), a co za tym idzie wytracana jest na nich, niepotrzebnie, dość spora moc. Patrząc na schemat, rozwiązanie układu zasilacza napięcia regulowanego –3V do –65V może wydawać się niekonwencjonalne. Muszę przyznać, że wynikło to z błędnych założeń podczas projektowania. Opierając się na charakterystykach katalogowych GU50, wyszło mi, że wystarczy jeden regulator o napięciu maks. – 35, -40V. Nie wziąłem pod uwagę, że zwiększając napięcie anody do 1100V i siatki przyspieszającej do 280V, będę potrzebował znacznie większego napięcia ujemnego, aby uzyskać prawidłową wartość prądu spoczynkowego lamp. Nie chcąc zbytnio ingerować w gotową już płytkę, zwiększyłem to napięcie w prosty sposób. Zrobiłem drugi, taki sam układ zasilacza na stabilizatorze LM337. Łącząc je szeregowo, uzyskałem potrzebne mi napięcie dla siatki pierwszej. Napięcia od –1,5V do -30V, dostarcza nam układ U8. Natomiast napięcie –1,5V do – 35V, uzyskiwane jest ze stabilizatora U1us. Aby uzyskać prąd spoczynkowy lamp na poziomie 60 – 100 mA (przy napięciu anody 1100V i siatki drugiej 280V), potrzebne jest napięcie siatki pierwszej, około –45 do -55 V. Wynika z tego, że nie ma potrzeby regulacji napięcia wyjściowego dwoma stabilizatorami naraz. Podkówkę P1us ustawiłem tak, aby zasilacz z układem U1us, dawał napięcie 32V. Natomiast podkówkami P2, P3 w zasilaczu na układzie U8, ustawiamy potrzebną wartość napięcia na siatce pierwszej. Przewidziałem możliwość ustawiania prądu spoczynkowego lamp, osobno, dla pracy emisją SSB i CW. Podkówką P2 ustawiamy prąd dla emisji CW, a P3 dla SSB. W zależności od wybranego trybu pracy (SSB/CW – przycisk MODE na panelu przednim), przekaźnik PK4 dopina do wejścia regulacji ADJ stabilizatora U8 odpowiednią podkówkę. Druga para zestyków przekaźnika PK4, wykorzystana jest do sygnalizacji trybu pracy CW. Natomiast wybranie trybu SSB, sygnalizowane jest przez diodę LED sterowaną z wyjścia PWM, PB4 (OC1B) mikrokontrolera. Elementy umieszczone na schemacie w obszarze „blok lamp”, zamontowane są na płytce pod lampami. Przekaźnik PK5 podczas odbioru podaje na siatkę pierwszą lamp napięcie –100V. Powoduje to, zatkanie lamp i chroni przed nanoszeniem się niepożądanych zakłóceń na odbierany sygnał. Podczas nadawania (i ustawionej pracy QRO), na siatce panuje potencjał zależny od wybranego trybu; SSB lub CW. 3.7 Zasilacz napięcia siatki drugiej – B – schemat 7 i 8 Do zasilania siatek drugich lamp, potrzeba źródła o napięciu +280 V i prądzie maksymalnym 50 – 70 mA. Powstały dwie wersje zasilacza: w pierwszej elementem wykonawczym jest tranzystor bipolarny, a w drugiej unipolarny. 3.7.1 Wersja pierwsza. Źródłem odniesienia dla układu stabilizacji, są 2 diody Zenera 140V (połączone szeregowo), sterujące bazę tranzystora T3. Na początku zastosowałem tranzystory BUT11. o dość małym wzmocnieniu – około 10. Mimo zastosowania 5 watowych diod Zenera, płynący przez nie prąd, powodował ich mocne nagrzewanie. Powodowało to zmianę napięcia na bazie T3, a co za tym idzie „płynięcie” napięcia wyjściowego. W zależności od obciążenia, wzrastało nawet o 20 V. Podmieniłem tranzystor T3, na o większym wzmocnieniu (hfe=40) BUX85 i napięcie było bardziej stabilne. Tranzystory T3 i T4 mogą być innego typu, o mocy rzędu 40 – 50 W, na napięcie min. 400V. Podczas pracy, na tranzystorach wydziela się sporo ciepła i aby nie uległy uszkodzenia, trzeba zamontować je na małym 6 radiatorze. Ja dodatkowo zamontowałem, mały 40 x 40 mm wentylator, schładzający elektronikę zasilacza anody i siatki drugiej. 3.7.2 Druga wersja. W tym rozwiązaniu przeszedłem z tranzystorów bipolarnych, na jeden tranzystor unipolarny (wykonawczy). Źródłem napięcia odniesienia, podobnie jak w poprzednim rozwiązaniu, jest dioda Zenara 280 V (diody Zenera). Tranzystor T4 wraz z diodą DZ5, dodatkowo stabilizuje napięcie na bazie tranzystora T3 i jednocześnie zabezpiecza go przed uszkodzeniem w momencie załączenia zasilacza. W porównaniu do poprzedniej wersji zasilacza, to rozwiązanie charakteryzuje się zdecydowanie większą stabilnością napięcia wyjściowego. Kontrola napięcia i przekazywanie informacji do procesora, jest rozwiązane identycznie jak w zasilaczu siatki pierwszej. Rezystory R70 – R72. obniżają napięcie do wartości ok. 1,3V – na anodzie diody transoptora. Przy oświetlonym tranzystorze, na jego kolektorze panuje napięcie bliskie zeru, co dla układu kontroli oznacza prawidłową pracę zasilacza. Na rezystorach wydziela się znaczna ilość ciepła i muszą one być odpowiedniej mocy. Na schemacie są trzy rezystory 10k/5W, natomiast fizycznie (bez zmiany na płytce) zamontowałem dwa, 22k/5W. Pomiar prądu Napięcie, które odłoży się na rezystorach R76 i R77 (proporcionalne do przepływającego przez nie prądu), podawane jest ja wejście odwracające wzmacniacza U10A. Po odwróceniu (praktycznie bez wzmocnienia), sygnał z wyjścia tego wzmacniacza dostarczony jest do przetwornika A/C procesora, gdzie zostaje przeliczony na odpowiadającą mu wartość prądu siatki. Potencjometrem P4 możemy zmieniać wzmocnienie wzmacniacza, co pozwoli nam ustawić wskazania wyświetlacza tak, aby były zgodne z faktycznie pobieranym prądem. Warystor VR1, zabezpiecza tranzystory w przypadku, gdyby w lampie nastąpiło wyładowanie. Rezystory R146-R149, stanowią obciążenie dla układu stabilizacji. Oczywiście, prąd prze nie pobierany nie wpływa na wskazania , gdyż jest on odejmowany w programie, a na wyświetlaczu ukazuje się faktyczna wartość prądu siatek drugich lamp. 3.8 Sterownik mikroprocesorowy – E – schemat 9 Sterownik zbudowany jest na mikrokontrolerze Atmega firmy Atmel, Na początku pracowała Atmega 32. Po zmianach w programie, ostatecznie założyłem, prawie 100% zamiennik, Atmega644. Procesor taktowany jest zegarem o częstotliwości 16 MHz. Bojąc się o stabilność pracy procesora w silnym polu w.cz. zastanawiałem się nad sposobem jego zasilania. Brałem pod uwagę zasilanie z liniowego stabilizatora lub przetwornicy DC\DC. Ostatecznie zastosowałem pierwsze rozwiązanie i okazało się ono wystarczające. Bardzo ważne jest odfiltrowanie i zablokowanie napięcia zasilania. Oprócz typowego układu z elementami L42, C143, L40, C145 – C147, dolutowałem bezpośrednio do nóżek 10 i 30 a masę (jak najbliżej), kondensatory 100nF. Układ resetu (R125, SW7) okazał się niezastąpiony w procesie testowania oprogramowania. Napięcia referencyjnego +2,5V dla przetworników A/C dostarcza TL431 (U25). Wszystkie przyciski sterujące, S2 – S6, podłączone są bezpośrednio do procesora, którego wejścia dodatkowo (wewnętrzny pull-up), przez rezystory 4,7 kohm podciągnięte są do +5V. Wszystkie elementy wykonawcze, niezależnie czy pobierają mało (LED) czy więcej (przekaźniki) prądu, sterowane są z procesora poprzez tranzystory lub bufory (4050, 4069). Dioda LED D45 (OPERATE) sterowana z linii PB4 (OPRBYPASSON), poprzez bufor U22F, sygnalizuje; czy pracujemy ze wzmacniaczem (świeci), czy na samym radiu (zgaszona). Sygnał z wyjście PB4 (OPRBYPASSON) przełącza także, poprzez U20C i T13, przekaźnik PK8 (opis przy schemacie „Interfejs – D”). Stan załączenia wzmacniacza sygnalizowany jest przez dwukolorową diodę LED (D48), sterowaną z linii PB7. Przy stanie linii ONOFFLED: „0” - na wyjściu bufora U23A jest „1” i dioda świeci na czerwono (czuwanie); przy „1” – na wyjściu U22A jest „1”, a dioda świeci na zielono (załączony). We wzmacniaczu mamy dwa układy pomiaru temperatury. Jednym z nich jest scalony czujnik DS18B20 (U26), zamocowany w komorze lamp. Podłączony jest on do portu PB5, który skonfigurowany jest jako szyna 1-wire. Rezystor podciągający R150 jest niezbędny, gdyż wydajność prądowa linii samego procesora jest zbyt mała, aby komunikacja DS18B20 – procesor przebiegała prawidłowo. Linie PD6 7 (FANON) i PD0 (FANSPEED), poprzez bufory U20D, U20E sterują przekaźnikami: PK7- załączenie wentylatora, PK6 - szybkie obroty wentylatora. Zdarzenia zarejestrowane przez procesor, a zwłaszcza te które wskazują na niepoprawną pracę wzmacniacza, sygnalizowane są sygnałami dźwiękowymi, wydobywającymi się z aktywnego generatora piezzo (5 V). Jest on sterowany z portu PC0 (BUZZER) procesora. Wyświetlacz zastosowany do wizualizacji pracy wzmacniacza, to wyświetlacz LCD 4x20 znaków typu LCD-AC-2004H-FIW K/W-E6 C PBF. Sterowanie odbywa się w najczęściej spotykany sposób, czyli przy użyciu 6 linii mikrokontrolera (PC2 – PC7); transmisja bez potwierdzenia odbioru. Aby zwiększyć komfort odczytu znaków, można regulować jasność podświetlania. Odbywa się to poprzez tranzystor T16, który jest sterowany z portu PD5 (BRIGHTNEST) w trybie PWM. Regulacja kontrastu znaków, miała odbywać się tak samo jak jasności. Podczas uruchamiania okazało się, że zakres regulacji kontrastu dla tego wyświetlacza jest tak mały, iż nie ma sensu stosowania PWM (3–4 kroki). Za pomocą podkówki P6, jednorazowo ustawiamy interesujący nas poziom kontrastu. Tranzystor T15, sterowany z portu PD4 (CONTRAST/SSBLED) wykorzystałem do załączania diody LED sygnalizującą pracę SSB. Rezystory oznaczone na schemacie Rpod (4,7 k), zostały dołożone podczas uruchamiania. Nie modyfikowałem płytki, tylko dolutowałem rezystory od nóżek układów scalonych do masy. Ich zadaniem jest utrzymanie niskiego potencjału „0” na wejściach bramek w momencie, od załączenia wzmacniacza do wystartowania procesora. Zapobiega to pojawianiu się stanów nieustalonych i np. „klapaniu” przekaźników. 3.9 Interfejs - D, E – schemat 10 Załączenie wzmacniacza, a dokładniej podanie napięcia sieci na transformatory T1 i T2, następuje w momencie wysterowania przez linię portu PD2 (POWERON) tranzystora T10, a co za tym idzie przekaźnika PK1. Rezystory „miękkiego” startu transformatora T1 zwierane są w momencie zadziałania przekaźnika PK2. Jest on załączany tranzystorem T11 (poprzez driver U15D) z portu PD1 (PSOFF). Czas pomiędzy załączeniem się przekaźnika PK2 a PK1 ustawiany jest w programie - 2s. Ze względu na ograniczoną liczbę linii portów Atmega644, informacja o stanie pewnych układów wzmacniacza, przekazywana jest do procesora w postaci jednego sygnału NAPPOMOK – port PA7. Stan logiczny NAPPOMOK jest iloczynem stanów: PSOK – „miękki” start wyłączony, UzOK – napięcie żarzenia, Us2OK – napięcie siatki 2 i Us1OK – napięcie siatki 1. Stan niski ( 0 ) na wejściu PA7, informuje procesor o prawidłowej pracy kontrolowanych układów. Opisując wcześniej zasilacz napięcia siatki 1, wspomniałem o możliwości przełączania napięć, dla ustalania prądu spoczynkowego lamp przy pracy SSB i CW. Realizuje to przekaźnik PK4, załączany tranzystorem T14 z portu PD3; stan niski ( 0 ) – SSB, stan wysoki ( 1 ) – CW. Uwaga: zmiany dla SSB opisałem przy zasilaczu siatki 1. Dwa sygnały: KEYIN i POWQRO odpowiadają za przejście w stan nadawania. Stan niski ( 0 ) na wejściu PD7 (KEYIN) jest informacją dla procesora, że transceiver przeszedł na nadawanie. W tym momencie, jeżeli wszystkie warunki pracy wzmacniacza są poprawne, wyjście PC1 (POWQRO) przyjmuje stan wysoki ( 1 ) i poprzez bufor U20A wysterowane zostają pozostałe układy przełączające (patrz „Interfejs – D”). Aby dopasować napięcia z układów pomiarowych SWR/PWR do wartości potrzebnych dla przetworników A\C, zastosowałem dzielniki napięcia. Dla pomiaru wejścia – R107 i R108 oraz R109 i R110 dające podział 1:4, dla wyjścia - R103 i R104 oraz R105 i R106 z podziałem 1:2. Wejścia przetworników A\C – PA0 (UHV), PA1 (IHV) i PA6 (IS2), zabezpieczone są diodami Zenera 4,7V – DZ4, DZ6, DZ7. Elementy oznaczone na schemacie gwiazdką (*) tworzą zdublowane układy płytki procesora i zamontowane są na płycie interfejsów i zasilaczy NN. Ich funkcja jest taka sama i do poprawnej pracy. wystarczy zamontować elementy na płycie procesora lub interfejsów. 3.10 Interfejs – D – schemat 11 Wpięcie wzmacniacza do pracy ze sterowaniem z transceivera, odbywa się poprzez przekaźnik PK8. Przełączenie na nadawanie, następuje w momencie pojawienia się stanu niskiego ( 0 ) na wejściu PD7. Aby umożliwić załączanie wysokim lub niskim stanem sygnału (KEYin) z transceivera, zastosowałem prosty układ logiki zbudowany na dwóch bramkach U13A i U13B. W przypadku gdy TRX (w momencie przejścia na nadawanie) zwiera sygnał KEYin do masy ustawiamy zworki w pozycji H/L. Natomiast kiedy podciąga do plusa zasilania, w pozycji L/H. Wysoki stan ( 1 ) portu PC1 załącza dwa układy: potwierdzenia przejścia na nadawanie i przełączania przekaźników – wejściowego, wyjściowego, zatkania / prądu spoczynkowego lamp. Pierwszy z nich zbudowany jest na buforze U27C i tranzystorze 8 T7. Otwarcie T7 i zwarcie przez niego sygnału KEYout do masy jest informacją dla transceivera, że procesor przełączył wzmacniacz na pracę QRO i można kontynuować nadawanie. Odpowiednią kolejność przełączania przekaźników, realizuje układ oparty na 4 bramkach; U14A, C, D, F. Rezystory R92, R93 i kondensator C101 wpięte w obwód z bramkami U14D i U14F, określają czas opóźnienia załączania przekaźnika antenowego (RBID-26N300). Natomiast R95, R96 i C102 wraz z bramkami U14A i U14C określają czas opóźnienia dla przekaźnika wejściowego (RM84) i blokowania / prądu spoczynkowego lamp – siatka 1 (PK5). Czas przełączania: przekaźnik antenowy Ton=26mS, Toff=40mS, przekaźnik wejściowy / siatka 1 Ton=50mS, Toff=12mS. 3.11 Interfejs – zmiany – schemat 12 Elementy z powyższego schematu, pełnią taka sama rolę jak odpowiadające im -takie same numery - elementy ze schematu Interfejs D, E. Zostały zdublowane, tylko dlatego, aby obie płytki: sterownika i interfejsów, mogły być wykorzystane jako samodzielne moduły. Miejsce dla elementów ze schematu, znajduje się na płytce interfejsów. Wystarczy zamontować jeden komplet buforów, albo na płytce sterownika, albo interfejsów. 3.12 Chłodzenie lamp – D – schemat 13 Lampy schładzane są strumieniem powietrza, wytwarzanym przez wentylatorem o wymiarach 92mm x 92mm i wydajności 80 m3/h. Założyłem, że wystarczy jeżeli wentylator będzie miał tylko dwie prędkości obrotów. Wentylator sterowany jest w dwojaki sposób: podstawowy, z procesora i awaryjny, z dodatkowego układu zabezpieczenia. W pierwszym przypadku, załączanie i zmiana prędkości obrotowej, następuje na podstawie odczytanej wartości temperatury z czujnika DS18B20. Załączenie wentylatora następuje w momencie wystawienia stanu wysokiego na linię PD6 i zadziałania przekaźnika PK7. Wentylator kręci się na wolnych obrotach, gdyż zasilany jest napięciem pomniejszonym o spadek na rezystorach R83 i R83-1. Pełne obroty wentylator uzyskuje wtedy, kiedy zestyki przekaźnika PK6 zewrą rezystory R83 - R83-1 i silnik zasilany jest napięciem znamionowym 24V. Przekaźnik PK6 sterowany jest z portu PD0, poprzez bufor U20*E. Wartości temperatur przy których nastąpi załączenie wentylatora lub zmiana jego obrotów, ustawiane są w programie. Układ awaryjnego załączenia wentylatora zbudowałem na kostce NE555 (U11), pracującej jako regulator temperatury. Czujnikiem temperatury jest termistor TH1 (22kohm), zamontowany tak jak i DS18B20, w komorze lamp. Podkówką P5 (100k) ustawiamy próg zadziałania regulatora. Zakres regulacji wynosi od 60 do 100 stopni Celsjusza. Po osiągnięciu ustawionej temperatury, na wyjściu OUT U11, pojawia się potencjał zasilania powodujący otwarcie tranzystorów T5, T6 i załączenie wentylatora na pełne obroty. 3.13 Pomiar mocy wyjściowej i SWR – G – schemat 14 Transformator wykonany jest na rdzeniu Amidon FT50-43. Uzwojenie pierwotne, to kawałek kabla koncentrycznego H-155, przepuszczonego przez środek rdzenia, którego „gorąca” żyła przylutowana jest do gniazd UC-1. Ekran (wraz z zewnętrzną izolacją, na której trzyma się transformator – średnica H-155 pasuje dokładnie do transformatora) pozostawiony jest na długości ok. 1 cm i przylutowany tylko z jednej strony, do masy. Uzwojenie wtórne, to 33 zwoje drutu w emalii o średnicy 0,3 – 0,4 mm. Potencjometrami P9, P10, P11 kalibrujemy mostek. Nie będę opisywał tutaj sposobu strojenia mostka, gdyż temat ten poruszany był w internecie wiele razy. Z dławików L60 – L63, wlutowujemy tylko nam potrzebne; L60 – L63 lub L61 – L62. Współpraca mostka z oprogramowaniem. Założyłem, że maksymalna moc uzyskiwana ze wzmacniacza, nawet chwilowo, nie przekroczy 500 W. Napięcie referencyjne przetworników A/C to 2,5 V. Dlatego podanie na wejście np. FWDPWROUT procesora – moc wyjściowa, napięcia 2,5 V, będzie skutkować wyświetleniem maksymalnej do odczytu mocy 524 W: P = 1024 (przetwornik A/C) * 1024 / 2000 (dzielnik rezystancyjny). Np. podając moc 100 W z TRX, ustawiamy napięcie na wyjściu FWDPWRON mostka 2,18V, co po podzieleniu przez 2, da na wejściu przetwornika 1,09 V, odpowiadające wskazaniom 9 wyświetlacza 100 W. Robiąc to samo dla mocy odbitej (zamieniając wejście z wyjściem), możemy w prosty sposób skalibrować mostek. Moc odbita przeliczana jest według tego samego wzoru. Potencjometrem P10, zmieniamy napięcie bazowe dla obu mierzonych napięć - mocy padającej i odbitej. Możemy nim dokładnie ustawić wskazywaną moc, nie zaburzając jednocześnie poprawności wskazań SWR. 3.14 Zabezpieczenia i filtr antenowy - I, J – schemat 15 Wszystkie uzwojenia napięć wtórnych transformatora zostały zabezpieczone przed uszkodzeniem, bezpiecznikami szklanymi 5x20. Bezpieczniki B5 – B8 zamontowane są, w oprawach bezpiecznikowych PCB na dodatkowej płytce. Rezystory Rtr1 w tym momencie nie są zamontowane i zostały zastąpione zworkami. Potrzebne były do obniżenia napięcia siatki drugiej, zanim przewinąłem transformator. Uzwojenia wtórne transformatora: SEC I – 820 V dla napięcia anody około 1100V, 860 V dla napięcia anody około 1150 V, SEC II, SEC VII – napięcia dla zasilacza siatki drugiej. Napięcie 230 V uzwojenia SEC II, wystarcza w przypadku pierwszej wersji zasilacza na tranzystorach bipolarnych. Dla prawidłowej pracy zasilacza na tranzystorze unipolarnym (druga wersja) potrzebne jest wyższe napięcie wejściowe. Nie chcąc ponownie rozbierać i przezwajać transformator, dowinąłem dodatkowe uzwojenie SEC VII. Łączą go szeregowo z SEC II, uzyskujemy potrzebne napięcie 250 V. SEC III – napięcie dla zasilacza siatki pierwszej - blokowanie lamp, SEC IV – nie używane, SEC V – pierwszy regulator napięcia siatki pierwszej – prąd spoczynkowy, SEC VI – drugi regulator napięcia siatki pierwszej – prąd spoczynkowy. Sześć kondensatorów 10 nF/1kV (Ca) wraz z rezystorem 1M/1W (Ra), stanowią prosty filtr antenowy. Elementy filtra, zamontowane są na małej płytce przytwierdzonej wprost do gniazda antenowego. 3.15 Wejściowe filtry LPF – F – schemat 16 Podczas projektowania wzmacniacza, pomyślałem o zwiększeniu tłumienia niepożądanych harmonicznych i chciałem zamontować na wejściu, zespół filtrów dolnoprzepustowych LPF z pomiarem mocy i SWR. Niestety, dla tego wzmacniacza, skończyło się to tylko na pomyśle. Wykorzystałem wszystkie cztery sekcje przełącznika do obsługi pi-filtra i nie mam czym przełączać przekaźników filtrów LPF. Projekt filtrów LPF, nie skończył się tylko na papierze. Wykonałem z pewnymi zmianami, a dokładnie bez pomiaru mocy i SWR, wersję do nowej konstrukcji wzmacniacza na GU74B. Dolnoprzepustowe filtry pasmowe, opisane zostały w artykul_LPF_filtr.pdf. 10 Schemat blokowy – schemat 1 11 Blok lamp – C – schemat 2 12 Wejście TRX – schemat 3 13 Układ załączania wzmacniacza, żarzenie, napięcia pomocnicze - A, D – schemat 4 14 Zasilacz napięcia anodowego – B – schemat 5 15 Zasilacz napięcia siatki pierwszej – D – schemat 6 16 Zasilacz napięcia siatki drugiej; wersja I – B – schemat 7 17 Zasilacz napięcia siatki drugiej; wersja II – B – schemat 8 18 Sterownik mikroprocesorowy – E – schemat 9 19 Interfejs - D, E – schemat 10 20 Interfejs – D – schemat 11 21 Interfejs – zmiany – schemat 12 22 Chłodzenie lamp – D – schemat 13 23 Pomiar mocy wyjściowej i SWR – G – schemat 14 24 Zabezpieczenia i filtr antenowy - I, J – schemat 15 25 Wejściowe filtry LPF – F – schemat 16 26 4. Elementy 4.1 Blok lamp 4.1.1 Płyta mocowania lamp 4.1.2 Dławik antyparazytowy Wykonujemy go nawijając 4 –5 zwoi drutu srebrzonego fi 1,2 - 1,5 mm na średnicy 12 mm. Skok uzwojenia 4 - 5 mm. Wewnątrz tak wykonanej cewki umieszczamy rezystor, np. MŁT-2 – 2W o rezystancji 51 - 82 Ohm i do niego dolutowujemy cewkę. Jeden koniec rezystora przylutowujemy do wyprowadzenia anody w podstawce lampy, a drugi do dławika anodowego. 27 4.1.3 Dławik katodowy Korpus dławika wykonany jest z teflonu o średnicy 20 mm, który w miejscu gdzie nawinięto uzwojenie został stoczony do średnicy 18 mm.. Na nim, na długości 65 mm nawinięte jest 110 zwoi drutu DNE 0,55 – 0,6 mm. Indukcyjność tak wykonanego dławika wynosi ok. 60 uH. Wyprowadzenia wykonałem z kawałków drutu srebrzonego, uformowanego tak, aby pasował do rozstawu otworów w płytce montażowej. 4.1.4 Dławik anodowy Przy budowie wzmacniacza powstały dwie wersje dławika anodowego. Pierwszy jaki wykonałem ma indukcyjność 560 uH, Pomiary analizatorem pokazały kilka mocnych rezonansów, a zwłaszcza jeden między pasmami 30 i 20 m. Pomimo oddalenia częstotliwości rezonansu od pasma 20m, jedna z prób, właśnie na 14 MHz, zakończyła się burzą trzasków i iskier na kondensatorze blokującym napięcie zasilania anody. Nie przerabiałem dławika (ładnie wygląda), tylko wykonałem drugą wersję dławika o znacznie mniejszej indukcyjności 140 uH. Z nim nie było już żadnych problemów i na wszystkich pasmach pracuje poprawnie. I wersja Uzwojenie nawinięte jest drutem w emalii o średnicy 0,5 mm. Dla indukcyjności 560 uH potrzebne jest go około 16m. Karkas dławika wykonany jest z teflonu według zamieszczonego poniżej rysunku. 15 zwoi od strony dławików antyparazytowych, nawiniętych jest ze skokiem 3 mm. Nawinięcie koszyczka ułatwiło mi przygotowanie paska papieru z zaznaczonymi punktami. Po przyklejeniu do karkasu, nawierciłem otworki o takiej średnicy, aby weszły w nie drewniane wykałaczki. Teraz bez problemu można było ułożyć uzwojenie. Po nawinięciu zaimpregnowałem całość uzwojenia lakierem wysokonapięciowym. 28 pasek montażowy koszyka II wersja Uzwojenie dławika anodowego składa z 149 zwoi drutu o średnicy 0,4 mm, nawiniętych w trzech sekcjach. Pierwsza, od strony anod lamp, ma 17 zwoi. Drut ułożony jest w rowkach gwintu M24. Gwint można wytoczyć, lub wykonać jeszcze prościej nakręcając nakrętkę M24. Teflon jest dość miękkim materiałem i bez problemu uda nam się wykonać gwint stalową nakrętką. Napięcie międzyzwojowe powstające na uzwojeniu od strony anod lamp jest duże. Zachowanie odległości ok. 2 mm pomiędzy sąsiednimi zwojami, zapobiegnie ewentualnemu przebiciu izolacji i uszkodzeniu dławika. Druga sekcja składa się z 42 zwoi, nawiniętych ściśle na średnicy 20 mm. Ostatnia, trzecia część uzwojenia, to 90 zwoi nawiniętych, także ściśle, na średnicy 26 mm. Całkowita indukcyjność tak nawiniętego dławika wynosi ok. 140 uH. Anoda w lampie GU50 wyprowadzona jest tak jak pozostałe elektrody, na cokół lampy. Utrudnia to podłączenie dławika anodowego do dławików antyparazytowych. Dlatego w korpusie dławika wywierciłem otwór przez który przepuszczona jest srebrzanka przylutowana do początku uzwojenia. Do drugiego końca drutu (już pod lampami) przylutowana jest miedziana blaszka, a do niej cztery dławiki antyparazytowe (zdjęcie dławików antyparazytowych). Dławik mocowany jest do płyty montażowej lamp za pomocą nakrętki M16. 29 4.1.5 Dławik żarzenia Rdzeń, to pierścień ferrytowy o przenikalności 400 – 2000. Ja zastosowałem pierścionek wymontowany z przetwornicy zasilacza komputerowego. Ma on moc ok. 300 W i średnicę ok. 4 cm. Może być mniejszy, ale przy większej średnicy łatwiej nam jest go nawinąć. Uzwojenie ma 9 zwoi i wykonane jest z dwóch przewodów położonych równolegle obok siebie. Może to być, tak jak u mnie, typowy przewód o przekroju 1,5 mm2 stosowany w instalacjach elektrycznych. Ilość zwoi jak i przekrój drutu nie jest krytyczny. Przy dobieraniu drutu należy tylko pamiętać, że cztery GU50 potrzebują ok. 3A prądu. 4.2 Filtr PI Filtr typu PI, to chyba najtrudniejszy )przynajmniej dla mnie) do wykonania element wzmacniacza. Nie tyle pod względem mechanicznym, co elektrycznym, Wstępne wyliczenia indukcyjności i pojemności wchodzących w skład PI-filtra, wykonałem z pomocą kalkulatora stworzonego przez krótkofalowca F1FRV Przedstawione w poniższej tabeli wyniki, zostały wyliczone przy założeniu napięcia anody 1100 V i prądu anody 0,5 A. W procesie strojenia, dobierania odczepów dokonałem pewnych zmian. Cewka pasm 30m – 10m, ilością zwoi i wymiarami pozostała bez zmian, natomiast odczepy zmieniły swoje położenie w stosunku do wyliczonych (opis cewki L5). Cewka pasm 160m – 20m została przerobiona. Powodem była niemożność prawidłowego zestrojenia w paśmie 160m. Indukcyjność całej cewki wynosi teraz 27 uH (33 zwoje) – ostatecznie dla pasma 160m, skrócona do 25 zwoi (21 uH). 30 4.2.1 Cewka L5 – pasma 30m – 10m Cewka wykonana jest z miedzianego drutu o średnicy 4 mm. Średnica wewnętrzna – 56 mm (pomiędzy środkami zwoi 60 mm), ilość zwoi – 6 i 3/4, odstęp pomiędzy zwojami 3 mm (środkami zwoi 7 mm), indukcyjność 2 uH. Cewka może być wykonana jako samonośna. Przy takiej średnicy drutu jej sztywność jest dobra i nie trzeba się obawiać o zmianę odległości pomiędzy zwojami. Ja dla ułatwienia montażu, wykonałem płytkę z tarnamidu, w której nawiercone są otwory o średnicy drutu. W nie „wkręcone” jest uzwojenie. co dodatkowo zapewnia zachowanie stałych odległości pomiędzy zwojami. Drut na początku cewki nagwintowałem, nakręciłem redukcję M5 na M4, a na nią kondensator blokujący napięcie stałe anody. Odczepy wykonałem z drutu miedzianego o średnicy 1,8 mm. Nie są one przylutowane bezpośrednio do cewki, tylko do miedzianych, skręcanych śrubą objemek. Można je swobodnie przesuwać po uzwojeniu, co okazało się bardzo pomocne w procesie zestrajania pi-filtra. Pasmo 10 m 12 m 15 m 17 m 20 m 30 m Odczep - zwój 0,95 1,5 2 2,55 3,2 4,8 31 4.2.2 Cewka L6 – pasma 160m – 40m Cewka Korpus cewki zrobiony jest z teflonu. Aby, zmniejszyć masę cewki, środek został wybrany, a pozostawione ścianki i dno mają grubość 8 mm. Uzwojenie, wykonane miedzianym drutem w emalii o średnicy 1,25 mm, ułożone jest w wytoczonych rowkach. Ułatwia to nawijanie, a co najważniejsze rowki nie pozwalają na zmianę odległości pomiędzy zwojami podczas eksploatacji. Średnica wewnętrzna cewki - 48 mm (pomiędzy środkami zwoi ok. 49,3mm), ilość zwoi – 33, długość nawinięcia 80 mm, odstęp pomiędzy zwojami 1,2 mm (środkami zwoi 2,45 mm). Odczepy, w postaci koluszek, znajdują się: dla pasma 20 m na 2 – 4 zwoju, dla pasma 80 m – 11do14 i dla pasma 160 m 25 do 33.L6 - pasma 160m - 40m Pasmo 40 m 80 m 160 m Odczep - zwój 4 13 25 4.2.3 Kondensatory Kondensatory filtra typu PI, anodowy i antenowy, wykonałem w warunkach domowych, a do ich budowy wykorzystałem materiały, które miałem w warsztacie. Dlatego niektóre elementy są troszkę „przesadzone”, np. gruba 2 mm blacha na płytki rotora i statora kondensatora anodowego. Ale wydaje mi się, że ostateczny efekt, nie jest najgorszy, a przy okazji zebrałem sporo doświadczeń w pracach mechanicznych. Płytki rotorów wykonane zostały metodą tradycyjną, tzn. obtoczone na wymiar i wyfrezowane, a nie jak dziś się to najczęściej robi, wycięte laserem czy strumieniem wody. Prawidłowe odległości pomiędzy płytkami statorów jak i rotorów, zachowane są dzięki tulejkom dystansowym. Sygnał z rotora zbierany jest przez ślizgacz wykonany z mosiężnej sprężynującej blaszki. „Obudowy” kondensatorów zrobione są t dobrego izolatora, jakim jest teflon. Cztery duraluminiowe szpilki utrzymują konstrukcję w całości, a na dwóch z nich zamontowane są płytki statora. Dla kondensatora anodowego nie robiłem dodatkowego hamulca, zapobiegającego samoistnemu obracaniu się rotora pod wpływem jego ciężaru. Wystarczyło dobre skręcenie śrubami i wykonanie dokładnie dopasowanych mosiężnych tulejek, w których obraca się oś rotora. W przypadku kondensatora antenowego nie obyło się bez dodatkowego hamulca. Masa rotora i jego bezwładność powodowały obracanie się rotora, zmianę pojemności, no i efekt wiadomy, rozstrojenie pi-filtra. Na zdjęciu widać pierwszą wersję hamulca, która niestety się nie sprawdziła i został on przerobiony. Teraz hamulec wykonany jest z dwóch półkoli, skręcanych dwoma śrubami. Pozwala to dokładne ustawić siłę hamowania i zapobiega jego rozregulowaniu. Kondensatory wykonane były jako jednosekcyjne. Podczas uruchamiania okazało się, że wartości pojemności początkowych są zbyt duże i nie pozwalają na prawidłowe zestrojenie filtra w górnych pasmach. Podzieliłem kondensatory na sekcję, usuwając po jednej płytce statora i montując w jego miejsce tulejki izolacyjne. Tak na marginesie, przekonałem się co potrafi w.cz. i jak ważna jest precyzja i staranność przy wykonywaniu elementów. Najprawdopodobniej w jednej z tulejek izolacyjnych kondensatora anodowego, pozostała niewyczyszczona odrobina oleju po gwintowaniu. Podczas jednej z prób strojenia na większej mocy nastąpił przestrzał i tulejkę rozerwało. 32 Kondensator anodowy sekcja I: 6 –64 pF; ilość płytek: rotor – 5, stator - 4 sekcja II: 15 –160 pF; ilość płytek: rotor – 11, stator - 10 grubość płytek rotora i statora – 2 mm szczelina rotor/stator – 2,5 mm Kondensator antenowy sekcja I: 40 –1200 pF; ilość płytek: rotor – 18, stator - 17 sekcja II: 25 –770 pF; ilość płytek: rotor – 12, stator - 11 grubość płytek rotora i statora – 1 mm szczelina rotor/stator – 2 mm 33 4.2.4 Transformator wysokiego napięcia Projektując wzmacniacz i dobierając transformator, myślałem o ewentualnej zmianie lamp na mocniejsze. Dlatego zastosowałem rdzeń o mocy 1100VA. Dla czterech GU50 przy normalnej mocy (realnej, nie 1 kW !!!) uzyskiwanej z tych lamp, wystarczy transformator 600 – 800 VA. Moc: 1100 VA Uzwojenie pierwotne¨230V, 4A Uzwojenia wtórne: I II III IV V VI VII 860V, 1,2A, odczep 820V – anoda 232V, 0,3A, odczep 218V – siatka druga 90V, 0,3 A – siatka pierwsza –100V 37V, 0,3 A - niewykorzystane 25V, 0,3 A - siatka pierwsza, napięcie polaryzacji 29V, 0,3 A - siatka pierwsza, napięcie polaryzacji 20 V, 0,3 A - siatka druga, uzwojenie dodatkowe 34 5 Obsługa, oprogramowanie 5.1 Klawiatura i sygnalizacja stanu pracy 5.1.1 Przyciski Na czołówce urządzenia zamontowane są cztery wskaźniki LED oraz pięć przycisków . Przycisk POWER, jak sama nazwa wskazuje, służy do załączania i wyłączania wzmacniacza. Natomiast, za pomocą przycisków OPER, PREV, NEXT, MODE, możemy poruszać się po funkcjach programu, zmieniać ekrany, programować MENU. Główne funkcje przycisków: OPER PREV NEXT MODE - przełączanie wzmacniacza w tryb pracy QRO (QRP), - poprzedni ekran, - następny ekran, - wybór trybu pracy SSB lub CW. W zależności od tego w którym miejscu programu się znajdujemy, znaczenie przycisku może być inne – opisane dalej. 5.1.2 Wskaźniki LED POWER OPER SSB CW świeci na czerwono – wzmacniacz wyłączony, świeci na zielono – wzmacniacz załączony, na zmianę świeci na czerwono i zielono (1 Hz) - wyłączanie wzmacniacza. sygnalizuje załączenie/wyłączenie pracy ze sterowaniem z transceivera świeci - załączona, zgaszona - wyłączona. praca SSB praca CW 5.2 Załączanie wzmacniacza 5.2.1 Podgrzewanie lamp Po naciśnięciu przycisku POWER, ukazuje się ekran powitalny, 35 a następnie ekran grzania lamp. Ua Ia Is2 T - napięcie anody - prąd anody - prąd siatki przyspieszającej - temperatura w bloku lamp Po słowie PODGRZEWANIE, widzimy czas jaki pozostał do końca grzania lamo. Czas ten możemy ustawić w MENU I – domyślnie dwie i pół minuty. Podczas procesu podgrzewania, nie możemy przełączyć wzmacniacza do pracy ze sterowaniem z TRX (QRO) - przycisk OPER nie jest aktywny. Natomiast po jednoczesnym naciśnięciu przycisków PREV i NEXT, wchodzimy do ekranu z którego możemy zmienić jasność podświetlania wyświetlacza, odczytać czasy pracy wzmacniacza czy aktualne parametry - MENU II. Po zakończeniu procesu podgrzewania (powrocie z MENU II po odliczeniu czasu grzania), ukazuje się ekran strojenia. Uwaga!. Potrójny sygnał dźwiękowy. Jeżeli parametr BL_ZAB w MENU I został ustawiony (1 - zablokowano), to usłyszymy trzy krótkie sygnały: - podczas załączania wzmacniacza przyciskiem POWER, - po wciśnięciu przycisku OPER, w celu przejścia z trybu QRP na QRO lub odwrotnie. Należy pamiętać, że w tym momencie procesor nie ma kontroli nad prawidłowym działaniem zasilacza anody, siatki pierwszej i drugiej, żarzenia oraz właściwego zadziałania układu powolnego startu transformatora wysokiego napięcia. 5.3 Strojenie Ekran strojenia MOC Ia Is2 WFS - moc wyjściowa - prąd anody - prąd siatki przyspieszającej współczynnik fali stojącej SWR Dwie pierwsze linijki wyświetlacza to bar graph, na którym graficznie pokazywana jest moc wyjściowa i prąd anody. Maksymalne wskazania linijek graficznych: 500W – krok 25 W, 800 mA – krok 40 mA. Nie będę się tu rozpisywał, bo na pewno każdy kto budował wzmacniacz lampowy lub go użytkował, wie jak to się robi. U mnie wygląda to tak: 1. Ustawiam przełącznik pasm na odpowiedniej pozycji. 2. Wstępnie ustawiam kondensator anodowy i antenowy na pozycjach określonych (dla danego pasma) podczas zestrajania pi-filtra. Nie podaję tu konkretnych położeń (widełek), gdyż w powielonym filtrze PI mogą się różnić od moich, np. ze względu na inne wartości kondensatorów. 36 3. Podaję tom strojenia z transceivera i kręcąc kondensatorem anodowym, ustawiam jak najmniejszy prąd anody przy jednoczesnym wzroście mocy wyjściowej. 4. Następnie kondensatorem antenowym ustawiam jak największą moc, zwracając jednocześnie uwagę na prąd siatki drugiej. Wpływ kondensatora antenowego na prąd siatki przyspieszającej jest duży i przy nierozsądnym jego ustawieniu, może nawet zadziałać zabezpieczenie przekroczenia prądu siatki. Aktualnie miernik mocy i współczynnika SWR (WFS), wpięty jest w główny tor nadawczo/odbiorczy. Umożliwia to pomiar mocy TRX-a, kiedy pracujemy z pominięciem wzmacniacza. Projektując, przewidywałem równoczesny pomiar mocy wejściowej i wyjściowej podczas pracy QRO. Jednak ze względu na to, że mostek pomiaru mocy wejściowej miał być na płytce filtrów LPF z których zrezygnowałem, opcja ta nie jest dostępna. 5.4 Ekrany Oprócz ekranu strojenia, są jeszcze dwa ekrany główne. Do przechodzenia pomiędzy nimi używamy przycisków PREV i NEXT. Przyciskiem PREW wywołujemy poprzedni ekran, a NEXT następny (w kółko). Będąc na jednym z tych ekranów i naciskając jednocześnie przyciski PREV i NEXT, możemy wywołać MENU II. Jest to możliwe tylko wtedy, kiedy wyłączona jest praca QRO (zgaszona dioda OPER). W przeciwnym wypadku, nie będzie żadnej reakcji. 5.4.1 Ekran mocy PAD ODB WFS MOC - moc padająca - moc odbita - współczynnik fali stojącej (SWR) moc wyjściowa Na górnej linijce graficznej pokazywana jest moc padająca, a na dolnej moc odbita. Maksymalne wskazania linijek graficznych: moc padająca 500 W – krok 25 W, moc odbita 80W - krok 4 W. 5.4.2 Ekran wszystkie parametry Ua Ia Is2 T PAD ODB WFS MOC - napięcie anody - prąd anody - prąd siatki przyspieszającej - temperatura w bloku lamp - moc padająca - moc odbita - współczynnik fali stojącej -moc wyjściowa 37 5.5 Wyłączanie wzmacniacza Gdy wzmacniacz jest załączony, naciśnięcie przycisku POWER, powoduje jego wyłączenie. Sytuacja, kiedy próbujemy wyłączać wzmacniacz podczas nadawania, jest raczej mało prawdopodobna, ale na wszelki wypadek zabezpieczyłem się przed taką ewentualnością. Czas wyłączania, a dokładnie schładzania lamp uzależniony jest od tego, czy wzmacniacz pracował na nadawaniu, czy nie. Jeżeli wzmacniacza nie sterowaliśmy z TRX, czas ten wynosi 1 minutę. Natomiast, jeżeli była praca QRO, to czas schładzania wynosi 5 minut. Po tym czasie wzmacniacz przechodzi na STANDBY, co wcale nie musi oznaczać, że proces chłodzenia został zakończony. Układ pomiaru temperatury i sterowania wentylatorem działa także podczas czuwania. Jeśli temperatura w bloku lampowym, jest nadal większa od wartości ustawionej w parametrze Tsby, to wentylator będzie kontynuował chłodzenie lamp. Podczas wyłączania wzmacniacza wentylator pracuje na pełnych obrotach. 5.5.1 Szybki start Podczas procesu wyłączania, możemy ponownie załączyć wzmacniacz, naciskając przycisk POWER na czas dłuższy od 2 sekund. W tym momencie ponownie przechodzimy do podgrzewania lamp. Teraz, czas grzania lamp uzależniony jest od czasu jaki upłynął od rozpoczęcia wyłączania wzmacniacza. Jeżeli jest on mniejszy niż 1 minuta, czas podgrzewania wynosi 1 minutę. Jeżeli dłuższy od 1 minuty, to lampy będą grzane przez czas określony w ustawieniach MENU I 5.5.2 Awaria, zadziałanie zabezpieczenia Podczas normalnej eksploatacji, może nastąpić automatyczne wyłączenie wzmacniacza, spowodowane uszkodzeniem któregoś z układów elektronicznych lun niewłaściwa eksploatacją urządzenia. Przyczyny wyłączenia: - przekroczenie napięcia anody, - przekroczenie prądu anody, - przekroczenie prądu siatki przyspieszającej, - przekroczenie maksymalnej temperatury w bloku lamp, - przekroczenie maksymalnej mocy odbitej, - zanik napięcia siatki pierwszej lub drugiej, - zanik napięcia żarzenia, - uszkodzenie układu powolnego startu transformatora wysokiego napięcia, - uszkodzenie czujnika temperatury. Przy każdej z wymienionych awarii, pojawia się ekran z informacją jaka awaria zaistniała i podejmowana jest odpowiednia procedura wyłączania. Jednocześnie w pamięci procesora zapisywana jest informacja o tej awarii. Poniżej przedstawiłem przykładowe zdjęcie z awarii, spowodowanej przekroczeniem maksymalnego prądu anody. 38 Prawie wszystkie awaryjne wyłączenia (oprócz uszkodzenia czujnika temperatury) przebiegają tak samo. Odliczane jest 5 minut, w czasie którego wentylator pracuje na pełnych obrotach. Po tym czasie ukazuje ekran (mruga), jak na poniższym obrazku. W tym momencie, żaden z przycisków nie jest obsługiwany. Możemy tylko wyłączyć wzmacniacz wyłącznikiem sieciowym. Wartości parametrów, dla poszczególnych zabezpieczeń, ustawiamy w MENU I. 5.6 Chłodzenie – wentylator Pomiar (odczyt z układu DS18B20) temperatury w bloku lamp odbywa się cały czas, jak tylko wzmacniacz został załączony wyłącznikiem sieciowym – także na STANDBY Co 5 sekund procesor odpytuje czujnik, żądając podania temperatury. Odczytana wartość porównywana jest z parametrami: Tsby, Tfast, TMAX, które możemy ustawić w MENU I – Parametry i w zależności od wyniku następuje odpowiednia reakcja układu sterowania wentylatora lub zabezpieczeń. Tsby – parametr ten decyduje, przy jakiej temperaturze nastąpi załączenie wentylatora w stanie czuwania. W stanie STANDBY, wentylator będzie się kręcił tylko na wolnych obrotach. Parametr ten wprowadziłem, ze względu na sposób wyłączania wzmacniacza. Jak wcześniej pisałem, czas wyłączania i jednocześnie czas schładzania lamp, po pracy QRO, wynosi 5 minut. Po tym czasie wzmacniacz przechodzi na STANDBY, co wcale nie znaczy, że lampy zostały schłodzone. Ustawiając odpowiednio ten parametr, umożliwiamy schłodzenie bloku lampowego, do interesującej nas temperatury. Uwaga: wyłączenie wentylatora następuje przy temperaturze o 3 stopnie niższej, niż w parametrze Tsby. Należy wpisać rozsądną wartość do tego parametru, bo może się okazać, że wentylator nigdy się nie wyłączy, np. w ciepłe, letnie dni. Tfast – po zrównaniu się temperatury w bloku lamp, z wartością temperatury wpisaną w ten parametr, nastąpi załączenie wentylatora na pełne obroty. Parametr ten jest brany pod uwagę tylko wtedy, kiedy załączyliśmy wzmacniacz przyciskiem POWER. Wentylator powróci na wolne obroty, gdy temperatura będzie niższa o 3 stopnie niż w tym parametrze i nie nadajemy. Bez względu na temperaturę, każde wysterowanie z transceivera, powoduje automatyczne załączenie pełnych obrotów wentylatora. Gdy wzmacniacz jest załączony (przyciskiem POWER), wentylator zawsze się kręci – przynajmniej na wolnych obrotach TMAX – maksymalna temperatura w bloku lamp. Po przekroczeniu tej temperatury, nastąpi natychmiastowe wyłączenie wzmacniacza. Dodatkowym zabezpieczeniem, jest drugi układ kontrolujący temperaturę lamp. Termistor, umieszczony obok cyfrowego czujnika DS18B20, daje informację o temperaturze do dodatkowego układu załączania wentylatora. Możemy ustawić temperaturę załączania/wyłączania w zakresie od 60 do 100 stopni Celsjusza. Brakuje mi kontroli pracy wentylatora, ale to może w następnej konstrukcji wzmacniacza. 39 5.6.1 Uszkodzenie czujnika temperatury Jak pisałem wcześniej, mikrokontroler nawiązuje komunikację z czujnikiem DS18B20, co 5 sekund. Jeżeli 5 kolejnych prób odczytu temperatury będzie nieudanych, to nastąpi zgłoszenie awarii. Poprawne odczytanie, np. przy 3 czy 4 próbie, kasuje licznik nieudanych pobrań temperatury. - na czuwaniu W tym przypadku, nie są podejmowane żadne działania. Wyświetlany jest tylko komunikat, jak na poniższym obrazku. Żaden przycisk nie działa, możemy tylko wyłączyć wzmacniacz wyłącznikiem sieciowym. - po załączeniu przyciskiem POWER Maksymalny czas wyłączania wynosi 10 minut i składa się z dwóch etapów. Przez pierwsze 5 minut, mamy możliwość dokończenia łączności, ale tylko w sytuacji, jeżeli ustawiona była praca QRO – w tym momencie przycisk OPER nie jest obsługiwany. W dowolnej chwili, naciskając przycisk POWER, możemy przejść do drugiego etapu, którym jest awaryjne wyłączenie opisane w Wyłączanie wzmacniacza - awaria, zadziałanie zabezpieczenia. Wygląd ekranu podczas pierwszego etapu wyłączania. 5.7 Kontrola WFS i mocy odbitej Mikrokontroler może nadzorować, wartość współczynnika fali stojącej oraz mocy odbitej. Służą temu cztery parametry: WFSMAX, ODBMAX, BL_WFS, BL_ODB, których wartość ustawiamy w MENU . 5.7.1 WFS W parametr WFSMAX wpisujemy wartość współczynnika SWR. Podczas nadawania wartość ta porównywana jest z aktualnie zmierzonym WFS. Jeżeli zmierzony WFS, jest równy lub większy od wpisanego w parametr WFSMAX, to generowane są sygnały dźwiękowe. Nie podejmowane są inne działania. Jest to tylko informacja, że np. antena nie jest zestrojona dla tej częstotliwości. Możemy zablokować generowanie dźwięku wpisując w parametr BL_WFS wartość 1. 5.7.2 Moc odbita Parametr ODBMAX, zawiera wartość maksymalnej mocy odbitej, przy której może nastąpić wyłączenie nadawania. Napisałem może, bo jeżeli w parametr BL_ODB wpiszemy 1, to funkcja ta zostanie zablokowana. Przy BL_ODB = 0, mierzona moc odbita porównywana jest z wartością 40 parametru ODBMAX. Jeżeli jest ona większa lub równa, następuje przerwanie nadawania. Wzmacniacz nie jest wyłączany, tylko przechodzi na pracę QRP – odłączane jest wejście KEY-IN sterowania z transceivera. W tym momencie pojawia się ekran jak na poniższym obrazku Wciskając przycisk MODE, powracamy do ekranu na którym nastąpiło przekroczenie mocy odbitej. Każdy amator wie, że duży współczynnik WFS, a co za tym idzie powstawanie mocy odbitej, jest niebezpieczne dla lampy. Dlatego blokowanie tego zabezpieczenia nie jest wskazane. Należy także pamiętać, o ustawieniu właściwej wartości mocy odbitej – domyślnie 60 W. 5.8 MENU 5.8.1 MENU I Kiedy wzmacniacz jest w stanie czuwania, jednoczesne naciśnięcie przycisków PREV i NEXT wywołuje MENU I. Na czuwaniu wyłączona jest programowa obsługa zabezpieczeń (oprócz zabezpieczenia termicznego) i możemy dokonać potrzebnych zmian w ustawieniach. MENU I składa się z dwóch ekranów: PARAMETRY – zawiera dane dla układu zabezpieczeń i sterowania pracą wzmacniacza oraz AWARIE – zawiera historię awarii jakie wystąpiły podczas pracy wzmacniacza. 5.8.1.1 Parametry Po naciśnięciu przycisku PREV ukazuje się nam poniższy ekran. Przedstawiłem go jako przykład. Pozostałe ekrany ustawień wyglądają podobnie, zmienia się tylko opis parametru. Zmianę wartości parametru, dokonujemy przyciskami; PREV – zmniejszanie, NEXT – zwiększanie. Po naciśnięciu przycisku OPER, przechodzimy do zmiany następnego parametru. Nie ma możliwości przerwania tej operacji w dowolnym momencie. Musimy, naciskając OPER, dojść do ekranu jak poniżej. 41 Teraz naciskając przycisk OPER, zapisujemy dokonane zmiany, co sygnalizowane jest sygnałem dźwiękowym, ekran gaśnie, a wzmacniacz pozostaje na STANDBY. Jeżeli chcemy zrezygnować z dokonanych zmian i wyjść bez ich zapisu, naciskamy przycisk MODE. Możemy także, naciskając przycisk PREV, powrócić do dokonywania zmian parametrów. Jeżeli podczas wykonywania zmian w ustawieniach, wyłączymy wzmacniacz wyłącznikiem sieciowym, dokonane zmiany nie zostaną zapamiętane. Parametr UaMAX UaMIN IaMAX IaRX Is2MAX Is2kor Tsby Opis maksymalne napięcie anody minimalne napięcie anody maksymalny prąd anody maksymalny prąd anody – praca QRP maksymalny prąd siatki przyspieszającej wartość korekty prądu siatki przyspieszającej temperatura załączania/wyłączania wentylatora - na czuwaniu szybkie obroty wentylatora temperatura awaryjnego wyłączenia wzmacniacza minuty czasu podgrzewania lamp Tfast TMAX Grzanie minuty Grzanie sekundy czasu podgrzewania lamp sekundy WFSMAX maksymalny WFS ODBMAX maksymalna moc odbita zablokowanie/odblokowanie zabezpieczeń: UaMAX, UaMIN, BL_ZAB napięć siatki pierwszej i drugiej, napięcia żarzenia oraz kontrolę powolnego startu BL_WFS zablokowanie/odblokowanie zabezpieczenia max. WFS zablokowanie/odblokowanie zabezpieczenia max. mocy BL_ODB odbitej Wartość (domyślna) 400 - 1400 (1150) 1 - 1200 (900) 1 - 999 (600) 1 - 250 (150) 1 - 250 (50) 0 - 50 (0) 20 - 50 (28) 20 - 70 (35) 20 - 100 (70) 0 - 10 (2) 0 - 59 (30) 1 - 10 (3) 0 - 200 (60) 0, 1 (0) 0, 1 (0) 0, 1 (0) IaRX – w parametrze tym, ustawiamy wartość prądu anody przy którym nastąpi awaryjne wyłączenie wzmacniacza, ale tylko wtedy, kiedy nie nadajemy – brak sterowania z TRX (lampy zablokowane). Jak wspominałem, przy opisie zasilacza napięcia blokującego –100V siatki pierwszej, kontrola tego napięcia jest uproszczona. Może zaistnieć sytuacja awaryjna, że wartość tego napięcia ulegnie znacznemu obniżeniu (mniejsze napięcie ujemne), ale nie aż tak bardzo, aby zostało to wychwycone przez układ zabezpieczeń. W tej sytuacji, przy prawidłowym napięciu anody i siatki przyspieszającej, zaczyna płynąc duży prąd anody, co w dłuższym czasie może doprowadzić do zniszczenia lamp. Parametr Is2kor, pozwala nam dokonać korekty wskazań prądu siatki drugiej. Wyjście zasilacza siatki przyspieszającej obciążone jest rezystorami, które pobierają pewien prąd. Podczas uruchamiania zmieniałem wersję zasilaczy i ich napięcia, zatem prąd pobierany przez te rezystory był różny i wprowadzał błąd we wskazaniach. Żeby za każdym razem nie wgrywać programu z nową korektą, dołożyłem właśnie ten parametr. Ustawiając jego wartość na 0, możemy odczytać prąd jaki pobiera sam zasilacz. Następnie wpisujemy odczytana wartość do tego parametru. Teraz na wyświetlaczu widzimy faktyczny prąd pobierany przez siatki drugie lamp. 42 Parametr BL_ZAB pozwala nam zablokować zgłaszanie awarii i wyłączanie wzmacniacza, od wymienionych przy jego opisie układów. Jest to pomocne przy uruchamianiu, np. kiedy nie chcemy mieć załączonego wysokiego napięcia, a potrzebujemy, żeby reszta elektroniki pracowała. Jeżeli parametr BL_ZAB jest ustawiony (1 – zablokowany),to generowane są trzy krótkie sygnały: -po załączeniu przyciskiem POWER, - przy każdym przejściu do pracy QRO lub QRP – przycisk OPER. 5.8.1.2 Awarie Po naciśnięciu przycisku PREV (na ekranie MENU I), pojawia się pierwszy ekran z zarejestrowanymi awariami. W pamięci rejestrowanych jest osiem ostatnich awarii, wyświetlanych na dwóch ekranach. Przejścia pomiędzy ekranami; awaria 1–4, awaria 5-8, dokonujemy przyciskami PREV – poprzedni ekran, NEXT – następny ekran. Ostatnia zaistniała awaria zapisywana jest na pierwszej pozycji, a pozostałe przesuwane są o jedną w dół. Po zaistnieniu 9, 10 i kolejnych awarii, ostatnia (z ósmej pozycji) usuwana jest z listy (pamięci). Awaria Nap. anody > UaMAX Nap. anody < UaMIN Prad anody > IaMAX Prad anody > Ia_RX Prad Is2 > Is2MAX Temp. > T_MAX Uszk. czujnik temp Brak nap. pomocn ---------- Opis Za wysokie napięcie anody za niskie napięcie anody za duży prąd anody za duży prąd anody w trybie odbioru za duży prąd siatki przyspieszającej za wysoka temperatura awaria czujnika temperatury DS18B20 zanik napięcia: siatki pierwszej, siatki drugiej, żarzenia, lub awaria powolnego startu Wolne 43 5.8.2 MENU II MENU II dostępne jest, kiedy wzmacniacz został załączony przyciskiem POWER i wyłączona jest praca ze sterowaniem z trannsceivera - nie świeci dioda OPER. Menu to możemy wywołać z ekranu grzania lamp jak i z ekranów: strojenia, mocy oraz wszystkich parametrów. Po jednoczesnym naciśnięciu przycisków PREV i NEXT, ukazuje się nam ekran jak poniżej. Teraz przyciskami OPER, PREV i NEXT, wybieramy interesującą nas pozycję. Naciśnięcie przycisku MODE, powoduje powrót do ekranu z którego zostało wywołane MENU II. 5.8.2.1 Jasność wyświetlacza Podświetlanie wyświetlacza sterowane jest generatorem PWM, w który wyposażona jest Atmega. Pozwala nam to, na płynną regulację jego jasności. Zmianę wartości jasności dokonujemy przyciskami: PREV – zmniejszenie jasności, NEXT – zwiększenie jasności. Powrót do menu głównego, z automatycznym zapisem wartości jasności, następuje po przyciśnięciu przycisku MODE. 5.8.2.2 Czas pracy Przyciskiem PREV z menu głównego, wywołujemy ekran „Czas pracy”, którego wygląd widzimy na poniższym obrazku. Pozycja ON, informuje nas o czasie załączenia wzmacniacza, tzn. sunie czasów pomiędzy załączeniem wzmacniacza przyciskiem POWER, a jego wyłączeniem. Natomiast z pozycji QRO dowiadujemy się, przez jaki czas lampy były załączone na nadawanie. Czas aktualnej sesji załączony/nadawanie - doliczany i zapamiętywany jest dopiero w momencie wyłączenia wzmacniacza przyciskiem POWER. Wyłączenie wyłącznikiem sieciowym (zanik napięcia), spowoduje, że zliczony czas ostatniej sesji nie zostanie zapamiętany. W dowolnym momencie, możemy wyzerować wartości czasów. Naciskamy OPER i ukazuje się nam poniższy ekran. Następnie PREV + NEXT i czasy zostają skasowane. 44 5.8.2.3 Parametry Ekran „Parametry”, tak naprawdę składa się z trzech ekranów, pomiędzy którymi możemy poruszać się za pomocą przycisków: PREV – ekran poprzedni, NEXT – ekran następny. Na pierwszym widzimy wartości zabezpieczeń dla: napięcia anody oraz prądu anody i siatki przyspieszającej, jakie ustawiliśmy w MENU I. Drugi ekran zawiera informację o wartościach temperatur dla sterowania wentylatorem i zabezpieczeniem termicznym. Z trzeciego ekranu, możemy odczytać maksymalne szczytowe wartości: napięcia anody, prądu anody i siatki przyśpieszającej, temperatury oraz mocy. Wartości maksymalnych odczytów zapamiętywane są, dopiero w momencie wyłączenia wzmacniacz przyciskiem POWER. Wyłączenie wyłącznikiem sieciowym spowoduje, że odczyty te nie zostaną zapamiętane. Patrząc na poniższy ekran maksymalnych odczytów, może zdziwić fakt wyświetlania mocy, bez wskazań napięć i prądów. Sytuacja taka może wystąpić, np. po wyzerowaniu maksymalnych odczytów. Wartości :napięcia, prądów i temperatury, zostaną zaktualizowane po wyłączeniu i ponownym załączeniu wzmacniacza. Natomiast moc wyjściowa, porównywana jest na bieżąco z wartością mocy maksymalnej zapisanej w pamięci i wyświetlana. Kasowania maksymalnych odczytów, dokonujemy identycznie jak czasów pracy. Naciskamy przycisk OPER, a następnie PREV + NEXT. 5.9 Oprogramowanie Układ sterownika oparty został na mikrokontrolerze Atmega644 firmy Atmel. Taktowany jest on zegarem kwarcowym, o częstotliwości 16 MHz. wzm4xGU50_atmega644.hex – wsad do mikrokontrolera Nie zamieszczam na stronie źródła programu, ale i nie jest on tajny. Jeżeli komuś będzie on potrzebny w celu modyfikacji, wykorzystania w całości lub jego fragmentów, to proszę o e-mail. Parę informacji - odczyt przetworników A/C odbywa się 22 razy na sekundę, odczyt temperatury po szynie 1-wire, co 5 sekund, wejście KEY-IN – sterowanie z transceivera – sprawdzane jest co 4 ms, kontrola napięć, prądów, mocy (porównywanie odczytów z parametrami) - co 500 ms, zgłaszanie awarii po czterech kolejnych przekroczeniach, odświeżanie wyświetlacza: bar graph – 22 razy na sekundę, wskazań cyfrowych (oprócz temperatury)– co 500 ms, temperatura – co 5 sekund, ewentualna poprawa napisów (komunikacja z wyświetlaczem bez potwierdzenia) – co 5 sekund. 45 5.9.1 Programowanie mikrokontrolera Na płytce sterownika, zamontowane jest 10-pinowe gniazdo, zgodne ze standardem ISP firmy Atmel. Na rynku dostępnych jest wiele programatorów wyposażonych w tego typu gniazdo. tak, że nie powinno być problemu z zaprogramowaniem mikrokontrolera. Można użyć i tego programatora AVR. Przełącznik DS1, umieszczony na płytce sterownika pozwala nam odłączyć wejścia programujące od układów sterowanych z lini 4 - 7 portu PB. Może się okazać, że podczas programowania i weryfikacji zapisywanego kodu, sygnalizowane będą błędy spowodowane zakłóceniem transmisji. W takim przypadku odłączenie linii programujących (przełącznikiem DS1), pozwoli nam poprawnie zaprogramować procesor. Na poniższym obrazku, przedstawiłem ustawienia Fusebit w programie BASCOM. Zwracam na nie uwagę, bo każdy kto ustawiał bity konfiguracyjne w mikrokontrolerach Atmel, wie jakie to ma znaczenie. A zwłaszcza ich błędne ustawienie. Np. niewłaściwa zmiana bitu SPIEN, może być powodem poszukiwania programatora równoległego, bo szeregowym do procesora już się nie dostaniemy. W przypadku programowania z innego programu, należy sprawdzić w jaki sposób jest w nich interpretowane ustawienie danego bitu. Np. w PonyProg zaznaczenie danego bitu, powoduje wpisanie do niego wartości 0, a w innych 0 - to jest zero lub niezaznaczony. 46 6 Płytki drukowane Płytki drukowane zaprojektowałem w programie Protel99. Wykonałem je technologią termotransferu, a dokładnie amatorską „metodą żelazkową”. Są jednostronne, co znacznie ułatwia wykonanie ich w warunkach amatorskich, ale jednocześnie nie obyło się bez kilkudziesięciu zworek. Znajdujące się poniżej wydruki płytek, są w skali 1:1. Każda z nich przedstawiona jest jako (w takiej kolejności): - widok od strony elementów - termotransfer, widok od strony druku – negatyw, - rozmieszczenie elementów 1-3 4-6 7-9 10 – 12 13 – 15 16 – 18 19 - 21 22 – 24 25 – 27 28 – 30 31 – 33 34 35 Płytka pod lampami Zasilacz napięcia anodowego i siatki drugiej - wersja I Zasilacz napięcia anodowego i siatki drugiej - wersja II Interfejsy. Zasilacze: napięcia siatki pierwszej, napięć pomocniczych +5V, +12V, +24V Sterownik mikroprocesorowy Sterownik mikroprocesorowy – płytki: klawiatury, załaczania, wyświetlacza Załączanie: transformatora WN, żarzenia Mostek SWR/PWR Płytki: bezpieczników. załączania wzmacniacza, czujników temperatury, dodatkowego apięcia siatki pierwszej – wer. testowa, przełaczania RX/TX – wer. testowa Płytki nowych zasilaczy siatki pierwszej i drugiej Wejście TRX Płyta mocowania lamp Mocowanie cewki L5 - pasma 30m - 10m 47
