by Andrei – YO6TJJ | last updated: 2nd of Feb. 2024

ROWPA-04EXP este un amplificator de medie putere experimental, cu tranzistori MOSFET de tip IRF510, ce poate livra aprox. 22...25W de la 160-17m și aprox. 12...18W de la 10 la 15m, la o tensiune continuă de alimentare de 13.8Vdc/3.5A. Câștigul acestui amplificator este în medie de 33dB.

Amplificator HF 25W experimental PY2OHH

Suprimarea superioară a armonicelor și eficiența totală ridicată fac încă din clasa AB încă o alegere potrivită pentru etaje finale de ordinul câtorva wați până la kW. Cu 2 (două) tranzistoare de tip HEXFET IRF510, precum și cu 2 tranzistori bipolari NPN, unul de mică și altul de medie putere dar și cu un efort relativ mediu se pot obține 12W…26W de la 160-10m…

1. Funcții, detalii și explicații din schemă

Am implementat câteva mici modificări în schema originală preluată din baza de date VA3IUL. Este o aplicație experimentală pe care am construit-o pentru a-mi îmbunătăți aptitudinile practice și a experimenta cu tranzistoar seria IRF5xx, printre alte amplificatoare QRP la putere medie cu care am început să experimentez și să învăț. Designul de referință este prezentat mai jos în Fig. 2, o configurație clasică AB push-pull cu 2 x IRF530 și ca pre-driver 2N3904. Pentru driverul etajului final este utilizat un tranzistor BJT NPN de putere medie (Ic~1Adc). Mai multe variante au fost prezentate de Miguel PY2OHH [1], eu am folosit o altă versiune în designul meu, respectiv 2N3866.

Fig. 1 – Schema electronică originală a amplificatorului HF © PY2OHH

Specificațiile acestui amplificator sunt prezentate mai jos, din experimentele mele, cu mai multe modificări și îmbunătățiri:

26W max. în banda de 80m
un câștig mediu de aprox. 33dB, de la 160-10m
13,8Vdc/3,5 A max. pentru livrarea puterii maxime documentate

Prima etaj este construit în jurul grupului Q1/Q1′ și are un câștig de aprox. 12.5dB, cu doi tranzistori bipolari, montați în paralel. Etajul în sine este polarizat la 45mAdc părtinitoare și oricare doi tranzistori din seria BC54x (cu același factor de amplificare și aceeași terminație) ar trebui să funcționeze corect aici. Alegerea mea a fost pentru 2 x BC549A. Un singur BC549A va funcționa, dar câștigul total la banda de 10m va fi mai mic (se alege cu atenție un tranzistor cu factorul de amplificare / beta – măsurat cât mai mare). Sarcina acestui grup este un transformator bifilar cu 4 spire CuEm 0,3…0,4 mm diam.) pe un singur inel de ferită FT37-43. Priza mediană a acestui transformator este livrat următorului etaj cu Q4, un bipolar NPN de putere medie. Opțiunile aici ar fi 2N2219A / 2N4427 / 2N3866 chiar și 2SC1971. După teste, cel mai eficient pentru mine, din măsurători, a fost un 2N3866 cu un câștig total demonstrat al etajului de aprox.10dB. Factorul de amplificare hFE pentru Q4 trebuie să fie mai mare de 120…130. Cel selectat de mine a avut hFE=138. Acest etaj a fost polarizat pentru aprox. 185mAdc @ 13,8Vdc consum. Pentru teste am utilizat și 2N4427, 2N2219 și 2SC1971.. Nivelul de atac al acestei etaj pentru cei 2 finali ar trebui să fie în mod normal de la aprox. 1…1,1W, 160-10 m.

Fig. 2 – Stadiu inițial de dezvoltare, cu 2N2219 ca pre-drive, cu radiator

Fig. 3 – Stadiu ai avansat de dezvoltare cu tarnzistorii finali monta’i pe radiator

Sarcina acestui etaj este de asemenea un transformator trifilar construit pe un singur inel de ferită FT37-43, având 4 spire CuEm 0,3…0,4mm. După cum puteți vedea în Fig. 3 de mai sus, aceste două etaje au fost testate separat de varianta cu partea de tranzistori finali montați (cu 2 x IRF510). După transformatorul de defazare L2, semnalul RF este distribuit defazat etajului final. Am experimentat atât cu IRF530, cât și cu IRF510. Câștigul total al amplificatorului este strâns legat de parametrul: capacității totală a grilei (Ciss) iar un tabel de mai jos face puțină lumină în acest subiect. După cum puteți observa, ambele terminale de grilă sunt polarizate separat, cu semireglabile de 10kΩ, printr-un regulator de 100mAdc/8Vdc. Cele două semnale de ieșire defazate sunt apoi combinate cu un transformator Bal-Un 1:1 (construit în jurul a 2 x binoculare BN43-202, așezate în serie) pentru a forma semnalul de ieșire de nivel mai mare.

Pentru o listă completă de Materiale Magnetice de interes pentru costructori accesează:

2. Realizarea și detalii practice amplificator HF

După cum puteți observa cu ușurință, în scopuri de evaluare, am ales să construiesc întregul PA în stil „Manhattan”, folosind MoPad-uri clasice, care pot fi lipite cu ușurință pe suprafața de cupru a plăcii de circuit imprimat FR-4. Informațiile primite de pe site-ul PY2OHH pentru construirea acestui PA (de la link-ul original) nu au fost suficiente pentru mine, așa că după primele rezultate am decis să investighez mai mult, să experimentez și să-mi fac propriile modificări pentru a îmbunătăți liniaritatea și puterea maximă. Pentru început, am făcut o mică comparație a valorii totale a capacitatii de intrare de grilă Ciss, pentru cele mai comune MOSFET-uri din seria IRF5xx, în tabelul de mai jos.

Fig. 4 – Tabel comparativ pentru capacitățile de intrare V-MOS-uri HEXFET cunoscute

O alegere normală, pentru acest amplifcator HF, ar fi fie IRF610, fie tipurile IRF510, pentru această aplicație. Am decis să rămân la IRF510 pentru simplitate. PY2OHH afirmă că pentru capacități de grile de valori mai mari, rezistoarele R5/R6 ar trebui să fie reduse la 10Ω fiecare. Pentru IRF510, o valoare optimă din testele mele a fost 100Ω (R5 și R6). Din experiența mea anterioară cu transformatoare de bandă largă și de mică putere (în principal Bal-Un-uri), pe care le-am construit în mchHF de exemplu, un singur BN43-202 poate rezista 10…12W continuu, 160-10m. Am decis să evit utilizarea a 6 x FT37-43 pentru a construi un miez binocular, așa cum sugerează PY2OHH, din cauza costurilor și a posibilelor pierderi mai mari, în interiorul miezului. Soluția mea de transformator s-a dovedit a fi mai eficientă, dovedind aceasta rezultatele măsurătorilor de mai jos.

Fig. 5 – transformatorul de ieșire, vedere detaliată de realizare

Fig. 5′ – Placa de amplificator HF complet populată cu transformatorul final montat © YO6TJJ

Indicația pentru L4 din schema originală: 6 spire CuEm 0,5mm pe 3 x ferite inelare FT37-43. Am construit acest șoc RF pe un singur FT50-43, cu 6 spire CuEm 0,6 mm. Inductanța totală este de aprox. 17μH. După primele teste, am observat diferite aspecte de îmbunătățire pe care le voi enumera mai jos:

în cele din urmă, am îndepărtat 1 x tranzistor BC549A, din cauza câștigului excesiv al etajului și a supraîncărcării pre-driverului – așa că un singur BC549A a fost suficient pentru a obține min.20W de la 160-15m (12 și 15W pentru 10 / 12m).
R16 (emitorul lui Q4) ar trebui să fie crescut la 10R, pentru 2N3866 (cu 4,7Ω, am semnalat încălzirea excesivă și neliniaritatea etajului)
Q4 este 2N3866 cu hFE min.138…140, cu valori mai mici pentru acest parametru, nu este posibil să se ajungă la 5…6W pe 10m
R7 și R8 ar trebui ajustate la 50mAdc/fiecare, iar curentul total de polarizare al amplificatorului PA nu trebuie să depășească 300mAdc după cum am menționat mai sus
R5 și R6 sunt 100Ω pentru IRF510, întreaga serie IRF53x (-0, -0A, -0N) are capacități de intrare mai mari, aproape de 1nF
din designul original lipsește condensatorul de compensare a frecvenței (C14, schema nouă) care a făcut o diferență uriașă în puterea de ieșire și liniaritate (100pF, silver-mică a fost opțiunea mea).Fără acest condensator, nivelurile de putere maximă pentru 15/12/10m sunt sub 7…8W.

Fig. 6 – Vedere de ansamblu a etajului final din acest amplificator HF, cu modificările la driver și versiune finală © YO6TJJ

Desigur, a fost necesară o nouă configurație pentru schemă, am ales să inserez toate detaliile importante mai jos și evident în ultima variantă. Din pașii finali de aliniere:

Q4 (T2 în schema nouă) are nevoie de un radiator TO-39 corespunzător
ajustați R7 și R8 (R11 și R12 în schema actualizată) pentru tensiunea de grilă de 0V a tranzistorilor Q2 și Q3 (T3 și T4, schema nouă)
reglați-le pentru a obține 50 mAdc/braț (tensiunea de polarizare ar trebui să fie în jur de 4,1 Vdc)
cu un semnal de atac de 10dBm (10 mW) în domeniul 2 – 30 MHz, observați puterea de ieșire și comportamentul general al amplificatorului
mențineți toate conexiunile cât mai scurte posibil pentru a minimiza diafonia, auto-oscilația și alte probleme RF EMI

Fig. 7 – Schema electronică finală amplificator HF, actualizată de © YO6TJJ

3. Reglare, testare și rezultate (schema actualizată YO6TJJ)

Rezultatele măsurate au fost rezumate în tabelul de mai jos. După cum puteți observa cu ușurință, există o pierdere aproximativă de putere de 3dB, în banda de 160-10m, iar fiecare pierdere de 3dB este jumătate din puterea de ieșire. Cel mai mare câștig este pe 80m, observați neliniaritatea etajelor de amplificare.

Fig. 8 – Nivelele de putere pentru ultima versiune de schemă de amplificator HF PY2OHH

Pentru transmițătoare și transceivere QRP+ experimentale, acest amplificator este mai mult decât suficient. Consumul total de energie poate fi optimizat și prin reducerea curentului de polarizare. Conversia puterii și a câștigului pot fi calculate cu ușurință cu instrumente online precum calculatorul de conversie a raportului de putere la [2] sau din tabele precum [3].

Fig. 10 – Nivelul de ieșire vs. benzi pentru ROWPA-04EXP amplificator HF experimental

4. Concluzii și perspective

Rezultatele de mai sus sunt decente (din punctul meu de vedere) având în vedere numărul total de piese, dificultatea proiectului si investiția de timp. Am reușit să integrez acest mic PA în vechiul meu transceiver multi-band BITX/VU2ESE. Acest proiect de amplificator liniar HF de 25 W mai poate avea parte de o mulțime de îmbunătățiri. Câteva exemple:

PCB industrial – proiectarea în Eagle AUTODesk continuă…
integrarea corectă pe radiator și optimizarea transferului termic
MoPad-urile chiar funcționează, așa cum puteți observa cu ușurință mai sus, dar un PCB adecvat va îmbunătăți performanța totală cu cel puțin 1dB câștig, din punctul meu de vedere (estimare)
am încercat 7 valori de condensatoarelor de compensare (100/150/180/270/330/470pF), cu rezultate optime pentru condensatorul silver-mică de 100pF.O selecție mai mare de condensatoare silver-mică de calitate superioară (Cornell-Dubilier ™ USA) poate fi găsită pe site-ul nostru (rowaves.com/ro – >Componente RF – > Capacitori silver-mică) sau dând click AICI.

vy 73 de Andrei – YO6TJJ

5. Bibliografie

[1] MIUDINHO LINEAR DE HF (45 a 60W), amplificator HF multiband https://www.qsl.net/p/py2ohh//trx/miudinho/MIUDINHO.html
[2] Power Radio Conversion Calculator, Pasternack
https://www.pasternack.com/t-calculator-ratio-conv.aspx
[3] return loss Vs. VSWR, https://www.minicircuits.com/app/DG03-111.pdf

3 comentarii

Lasă un răspunsAnulează răspunsul

Cristian

03/04/2024/7:38 pm Răspunde

Frumos articol, mai ales daca-l combini cu cel de pe site-ul radioamator.ro despre uBITx. Si eu am realizat DDS-ul propus de YO6PIR pe qsl.net si BPF-ul lui G6LBQ, dar numai pentru 5 benzi. Ce ziceti de preselectorul HF tot de pe pagina lui YO6PIR de pe qsl.net ? Ar imbunatati uBITx-ul, sau un alt trcv pe HF ?
Costin

28/02/2024/8:29 pm Răspunde

Cat de stabil este amplificatorul din punct de vedere termic?
- roWaves
  
  03/04/2024/6:55 pm Răspunde
  
  Salut Costin, este foarte stabil termic, radiatorul este suficient de mare pentru aplicatie. Pentru sesiuni SSB este suficient. Nu am facut alte teste termice din pacate din lipsa de timp dar mi-am propus sa il reiau si sa fac masuratori termice pe el cu camera termica si monitorizare suplimentara. Sper sa pot face asta curand. Daca mai ai intrebari scrie oricand pe email, comentariu sau WhatsApp. 73 de yo6tjj