Un amplificator HF de mică putere experimental, cu celebrele tranzistoare 2N3632, ce poate livra aprox. 6W de la 3...20MHz. Un design diferit față de clasicele abordări în clasă AB, pentru această confgurație.

ROWPA-01EXP

O aplicație experimentală de amplificator HF liniar de aprox. 10W, 3…20MHz a fost propusă de W7ZOI în una din revistele americane (ARRL cel mai probabil, din păcate nu am reușit să identific referința). După această schemă am construit și eu și experimentat pe proiectul de față, implementând și mici modificări pentru a obține o liniaritate mai bună și un câștig mai mare.

1. Funcții, detalii și explicații din schemă

Este vorba de o configurație push-pull clasă AB, aplicația este destul de veche și rudimentară dar prezintă interes în modul de implementare a transformatoarelor de bandă largă și adaptoare de impedanță de intrare – ieșire, T1 & T2. Explicațiile legate de execuția acestor două (2) transformatoare (fazarea corectă a înfășurărilor, tipurile de materiale folosite pentru inelele de ferită și chiar și execuția șocurilor RFC1/2/3) se găsesc direct pe imaginea originală a schemei electronice.

Un atenuator cu rețea de compensare în frecvență (RFC1 / 68Ω / 150pF) se găsește la intrarea amplificatorului. Transformatorul defazor T1 (2:1) asigură cele 2 semnale sinusoidale pentru amplificare în bazele Q1 / Q2, polarizate prin RFC2 la aprox. 0.7V prin dioda 1N4719, direct de la 28Vdc. Un prim dezavantaj legat de abordarea acestei scheme ar fi tensiunea mare de alimentare (între 20….30Vdc/2A) dar chiar și așa am obținut rezultate pozitive și încurajatoare. Rezistoarele de “degenerare” de emitor de 1.2Ω x 3 sunt necesare pentru echilibrarea curentului consumat “pe braț” de fiecare transistor. O măsurătoare prealabilă a factorului de amplificare a tranzistoarelor ar fi utilă. Un transformator Bal-Un (balanced-to-unbalanced) asigură din nou însumarea celor 2 semnale de colector de la Q1/Q2 în semnalul de ieșire, la impedanța de 50Ω, conform ratei de transformare prevăzută în schema originală. Mai jos, design-ul original preluat din baza de date de scheme VA3IUL.

Fig.1 – Schema de amplificator HF de 10W propus în baza de date VA3IUL

2. Calcule, realizarea și detalii practice

Execuția a fost realizată pe un circuit imprimat industrial, proiectat de mine. Nu am dorit să încerc această schemă pe circuit de test, de data aceasta (uzual fac asta). Conectorii de intrare-ieșire sunt de tip SMA-mamă, la 90 de grade. Oricum, dacă nu se lipesc, se pot folosi găurile de dimensiuni mari din amprentă, pentru lipirea coaxialelor de intrare-ieșire. Capacitorul C3 din schema din Fig.4 este de tip silver-mică conform recomandărilor autorului [1]. Detaliile originale de execuție a transformatoarelor de ferită și șocurile de RF, extrase din schema originală:

Pentru re-proiectare a fost necesară evident re-desenarea schemei electronice, în formatul Eagle Audodesk în care lucrăm:

Fig.2 – Schema de amplificator HF după modificări YO6TJJ și re-desenare

Pentru schema de mai sus, noile valori și referințe de construcție sunt detaliate în tabelul de mai jos:

Cod schemă (referință)	Valoare / mărime	Detalii execuție
RFC1	15µH	poate fi un șoc RF prefabricat (indicat) sau se poate construi pe o bară mică de ferită cu Z ~ 10Ω @ 100KHz (1.2Ω @ 1KHz)
RFC2	3µH	8 spire CuEm Ø 0.4mm, FT37-61 FairRite
RFC3	3µH	7 spire CuEm Ø 0.6…0.7mm, FT50-61 FairRite
T1 (TR1)	n/a	transformator convențional de bandă largă, rata de transf. 2:1 PRI: 14 spire CuEm 0.35mm SEC: 10 spire CuEm 0.35mm, bobinat peste PRI ansamblul T1 (TR1) compus din 2 X FT50-61, suprapuse
T2 (TR2)	n/a	transformator convențional de bandă largă, rata de transf. 1.2:1:1, bifilar + single sau trifilar, pe 2 x FT50-61 1-3: 18 spire CuEm 0.5mm, înfășurare singulară 2-4-5: 15 spire bifilar (~8 spire/inch), CuEm 0.5mm

Alimentarea generală a acestui amplificator HF se realizează printr-un conector de cablaj de tip AK-500, pentru curent continuu, cu fixarea firelor de legătură prin înșurubare.

Fig.3 – Amplasarea componentelor de amplificator HF, după modificări YO6TJJ și re-desenare

Abordarea de implementare a fost cu componente THT, tranzistorii T1 & T2 sunt de tip 2N3632 / 2N3375, capsula TO-60. Fixarea lor și răcirea s-a realizat pe 2 elemente complet separate a unui radiator, pentru ușurința realizării testelor și a fixării mecanice. Un mic eșantion de 5 tranzistori a fost măsurat pentru acest proiect, cu multitesterul TC-1 (unul similar a fost prezentat în Nr.2 al revistei).

Nr. tranzistor	hFE	Vbe [V] @ hFE	Comentariu
1	20	0.58	–
2	43	0.59	ales
3	27	0.63	–
4	43	0.62	ales
5	22	0.65	–

Tranzistorii 2 & 4 au fost aleși pentru acest design. Curentul total de mers în gol pentru amplificator este reglat la aprox. 250mAdc / tranzistor, mai exact 518mAdc în total.

căderea de tensiune măsurată pe cei 3 rezistori R3||R4||R5 = 110mV @ 30Vdc alimentare
căderea de tensiune măsurată pe cei 3 rezistori R6||R7||R8 = 90mV @ 30Vdc alimentare

R8 a fost îndepărtat pentru a crește căderea de tensiune pe grupul R6/R7, de la 90mV la 113mV. Noile valori de curent pentru cele 2 “brațe” / emitoare ale tranzistorilor sunt:

Rtot. (R3||R4||R5)= 0.4Ω și I=U/R= 0.11V / 0.4Ω = 0.275Adc pentru tranzistorul T1
Rtot. (R6||R7)= 0.7Ω și I=U/R= 0.113V / 0.7Ω = 0.161Adc pentru tranzistorul T2

Transformatorul T2 original din Fig.2 a fost re-bobinat pentru că parametrii de ieșire erau complet nesatisfăcători. Astfel:

Fig.4 – Primele măsurători cu prima variantă de transformator de ieșire pentru amplificatorul HF

Am ales o nouă configurație cu de tip CT- center-tapped (cu priză mediană) pe înfășurarea secundară. Am testat mai multe configurații și rapoarte de transformatoare pentru transformatorul T2. Impedanța de intrare în transformatorul T2 este de aprox. 93Ω (adică impedanța aprox. de ieșire a colectoarelor tranzistorilor finali).

Zp (imped. primar) = 93Ω
Zs (imped. secundar) = 50Ω
N=sqrt(Zp/Zs) rezultând un raport de transformare de aprox. 1.36.
N=1.36
np (nr. spire primar) = 15sp.
ns (nr. spire secundar) = 15/1.36= aprox. 11 spire.

Configurația rezultantă ar fi 1.4:1.4:1. Totuși, un nr. de spire prea mare în înfășurarea secundară ar degrada prea mult performanța la frecvențele mari.

3. Reglare, testare și rezultate

O nouă configurație și cea mai bună din experimentele mele a fost testată cu 1.2:1.2:1. Cu 18 spire monofilar în înfășurarea primară se pot obține cu ușurință aprox. 10W de la 160…20m, cu 1…1.5W la intrare.

Banda [m]	Frecvența [MHz]	Pin [W]*	Pin [dBm]	Pieș [W]	Pieș [dBm]	Icc [A]	Câștig	Vcc [V]
160	1.91	1.1	30.4	11.5	40.61	0.545	10.21	30
80	3.69	1.1	30.4	9.94	39.9	0.57	9.5	30
40	7.09	1.1	30.4	11.52	40.6	0.617	10.2	30
30	10.116	1.3	31.1	8.24	39.1	0.662	8	30
20	14.285	1.2	30.8	8.16	39.1	0.654	8.3	30
17	18.13	1.2	30.8	5.12	37	0.593	6.2	30
15	21.285	1.3	31.1	3.53	35.5	0.565	4.4	30
12	24.95	1.4	31.5	3.38	35.3	0.506	3.8	30
10	28.365	1.3	31.1	3	34.5	0.394	3.4	30

Montajul nu presupune reglaje speciale, este necesar să ne asigurăm de “echilibrarea / împerecherea” tranzistorilor T & T2 prin măsurarea rezistoarelor de emitor și adăugarea / îndepărtarea lor pentru obținerea curenților cât mai apropiați pe respectivii tranzistori. O atenție deosebită trebuie totuși acordată celor 2 transformatoare TR1 & TR2 și conectarea corectă a înfășurărilor lor.

Un mic plot cu nivelul de ieșire vs. bandă este reprezentat mai sus, pentrua cest amplifcator HF.

4. Concluzii și perspective

Evident amplificatorul necesită un filtru de tip low-pass la ieșire (trece-jos), sau un bloc de filtre comutabile. Este un amplificator experimental sau poate fi folosit cu succes ca un amplificator QRP într-un mic emițător sau transceiver, dacă tensiunea de alimentare mare nu este un impediment.

Pentru cei interesați, există posibilitatea de a mai produce PCB-uri pentru anumite proiecte, inclusiv pentru acest amplificator HF, la cerere și în cantități de min. 5 buc. dintr-un proiect. Ne puteți scrie pe adresa de email de contact și vă vom da mai multe detalii.

73 de Andrei – YO6TJJ (Sibiu, Ian. 2024)

5. Bibliografie

[1] website VA3IUL / YO3DAC, PA Amplifier Schematics: https://www.qsl.net/va3iul/Homebrew_RF_Circuit_Design_Ideas/HF_15W_Linear_PA_W7ZOI.gif

Amplificator HF de 3-30MHz, 3-10W | ROWPA-01EXP