Усилитель рассчитан на 100 ватт выходной мощности при использовании транзистора MRF317, блок питания находится в том же корпусе, где и усилитель.
рис.1 Внешний вид усилителя в авторском варианте
Механическая конструкция:
рис.2 Расположение платы усилителя - cлева вход.
Усилитель встроен в металлическую коробку размерами 240x160x160 мм. Пространство в нем главным образом занято 28 V / 7A блоком питания. На тыльной стороне коробки усилитель установлен напротив большого теплоотвода. Усилитель непосредственно собран на куске стеклотекстолита с двусторонней металлизацией размером 140x100 мм. Нет никакого чертежа, поскольку я просто вырезал квадратные островки для пайки основания транзистора, коллектора и выводы подстроечных конденсаторов. Это быстрый и эффективный путь изготовления и оставляет большую часть металлизации платы в качестве земли, являющейся противовесом для высокочастотных токов. Остальная часть монтажа монтируется свободно так как выглядит на фотографии.
Электрическая конструкция:
Этот усилитель прост, как показывает рисунок. Цепи ввода и вывода рассчитаны на основе базовой информации по MRF317 из технического описания, однако поскольку данные технического описания рассчитаны на режим класса C, а усилитель смещен в АС классе, входной контур был должен быть оптимизирован экспериментально. Важно, что C3 расположен близко к транзистору для блокировки высокочастотных токов.
рис.3 Рисунок и конструкция
Цепь смещения:
Смещение на базе транзистора должно находиться в пределах 0.6 - 0.7 вольт. Ток базы должен составлять от 1/40 до 1/20 от максимального тока коллектора в рабочем режиме транзистора. В моем опыте точное значение этого тока некритично для работы усилителя.
|
|
В данной конструкции для создания цепи смещения используется диод. Изменяя ток через диод путем подбора сопротивления резистора R1 или изменяя напряжение смещения на R1 можно подобрать напряжение смещения и ток базы. Это очень простая цепь смещения, но тем не менее она работает. Важно выбрать диод, используемый в цепи смещения. По моему эмпирическому правилу необходимо взять диод рассчитанный на ток, равный половине тока коллектора транзистора в рабочем режиме. В моем случае я выбрал 3А диод. Одновременно осуществляется управление усилителем через цепь смещения. При подаче напряжения +28 Vна R1 усилитель работает в классе АС, при снятии напряжения – в классе С и выходная мощность падает. Возможно постоянное смещение в цепи базы в холостом режиме.
Испытание цепи смещения.
Оно очень просто. В холостом режиме усилителя измеряют напряжение смещения на базе транзистора. Оно составляет к примеру 0.65 v, затем подают напряжение возбуждения на усилитель и наблюдают снижение напряжение смещения и увеличение тока базы. Если снижение напряжения на базе менее 50 mv, то это очень хороший показатель, снижение на 100 mv допустимо. Если вы используете для измерения цифровой вольтметр, то возможна индикация большего снижения напряжения на базе вплоть до отрицательных значений из-за ВЧ наводок на прибор, а потому используйте аналоговый измерительный прибор. Если не достигается необходимая стабильность напряжения смещения попробуйте поставить диод с большим допустимым током или параллельно второй аналогичный, как вы можете видеть на моем рисунке.
|
|
рис.4 Цепи входа
рис.5 Цепи выхода
Заключение.
При подаче на усилитель 10 ватт мощности возбуждения и 26 V напряжения питания, я имею на выходе 90 Ватт. Транзистор разработан для 28 V и даст больше чем 100 Вт, но мне пришлось довольствоваться меньшим. Причина по видимому в том, что мой блок питания был недостаточно мощный, при работе усилителя наблюдалась некоторая просадка коллекторного тока.
Усилители с полным использованием возможностей транзистора.
Усилители на КТ930А – КТ971А предназначены для работы с трансивером, имеющим Рвых от 10вт до 20вт соответственно при уровнях выходной мощности: на КТ930А 144 – 70вт, на КТ930А 432 – 60вт, на КТ931А 144мгц - 120вт, на КТ970А 432мгц - 130вт и на КТ971А 144мгц – 145вт.
Усилители предназначены для круглосуточной работы и имеют хороший запас «прочности», особенно на КТ970А и КТ971А. При таких уровнях Рвых усилители имеют максимальные КПД и Ку. КПД усилителей в зависимости от варианта - от 57% до 65%. Коэффициент усиления – от 8 до 9. В усилителях применяется обдув вентилятором от БП ПК, расположенным в 30мм над транзистором. Он хорошо охлаждает корпус транзистора и внутреннюю сторону радиатора. Внешнюю сторону охлаждать бесполезно.
От усилителей, построенных по предлагаемой схеме, были получены следуюшие уровни мощностей: КТ930А 144 – 80вт, КТ930А 432 – 65вт, КТ931А 144 – 130вт, КТ970А 432 – 160вт, КТ971А 144 – 180вт (дальше не позволял источник). На этих уровнях Рвых требуется дополнительная подстройка огласующих цепей. Усилители с большой мощностью желательно снабдить системой контроля и защиты.
|
|
Входные и выходные цепи предназначены только для указанных типов транзисторов и мощностей усилителей. Во время работы усилителя с ростом коллекторного тока значения его проводимостей изменяется по величине, а то и по знаку. Соответственно каждому уровню выходной мощности соответствует своя согласующая цепь. На выходной цепи, оптимальной для 60вт, не возможно получить 100вт, не смотря на то, что Ik продолжает рости. Ток покоя влияет на динамику изменениний проводимостей, значит менять ток покоя после настройки нельзя.
Рабочая точка транзистора на векторной диаграме располагается внизу и в стороне от оси активных сопротивлений. У Zвх и Zвых реактивные составляющие в 2-5 раза больше активных. Эти значения порядка Z = (1-3) +\\- J(3-15)ом. Задачу согласования выполняют три внешних звена (чем больше, тем точнее), каждое из которых не является законченным трансформатором сопротивлений, что подразумевает резонансы, а лишь уменьшая превращает чисто активные 50(75)ом нагрузки в какое то Z c меньшим R, но с большим Jx, то есть звенья работают на частотах, отличных от резонансной. Три звена - это один преобразователь импедансов. Резонанс дальше - меньшие токи пртекают по элементам системы. Не нужен толстый провод для L и мощные подстроечники.Через кристалл транзистора так же не текут резонансные токи, что снижает его нагрев. Всё это позволяет увеличить подводимую и выходную мощности.
Особенности монтажа РА 144 мгц:
- отклонение от выбранного способа монтажа может привести к паразитной генерации, а применение конденсаторов другого типа – к снижению выходной мощности.
В усилителях используются многослойные керамические конденсаторы МЧ0805 (чип) или
подобные им более старые, с отпаяными радиальными выводами и МО10,11 с выводами.
На 144 базовая цепь применена старого (привычного) типа – здесь ещё можно.
- плата – односторонний СФ 1.5мм размером 55мм х 110мм с отверстием под транзистор
по оси платы. Плата и транзистор (с пастой) крепятся к радиатору размером 110 х 120мм (лучше игольчатый).
- коллекторная полоска – двусторонний СФ 1.5мм размером 5.5мм х 50мм. У транзистора фольга сохраняется на расстоянии 6мм от керамики. Далее с промежутками идут только 6мм площадки. Полоску размечать так, что бы поместились остальные детали. Фольга в промежутках между площадками удаляется хорошо нагретым паяльником.
- базовая полоска – двусторонний СФ 1.5мм размером 5.5мм х 45мм. У транзистора фольга
сохраняется на расстоянии 11мм от керамики. Далее идут только 6мм площадки.
- обе полоски отстоят от края платы на 20мм.
- низ полосок и место их расположения на плате облудить, положить на место и с боков провести по плате паяльником 90вт.
- выводы транзистора обрезаются вровень с 5мм длиной коллектора и базы, плоскость его корпуса совпадает с нижней плоскостью платы, эмиттеры подгибаются и паяются на верх платы. Коллектор и база паяются на начало своих полосок, которые касаются керамики корпуса.
- полоска питания отстоит от одного из краёв платы на 5мм для пайки маленких чипов.
- у конденсаторов КТ4-23 (в пластмассе) выводы по 2мм. Один полностью ложится на полоску.
Величины и конструктивные данные элементов Ра 144 мгц (Рис.1):
- базовый дроссель (D1) – феррит с 6 отверстиями (от старых ПК). Сквозь них продет провод 0.35мм. Можно применять дроссели ДМ с толстым проводом и малой идуктивностью.
Место пайки – 7мм от керамики транзистора. ПЭВ, CU чуть хуже, чем ПСР.
.- коллекторный дроссель (D2) – ПСР(ПЭВ, СU) O 0.7мм 5вит на оправке O 3мм, шаг – 1.5мм
Место пайки – 3мм от керамики транзистора, рядом с L2.
- второй коллекторный дроссель (D3) - ПЭВ O 0.4 - 20вит на оправке O 3мм, намотка сплошная. Собственные резонансные частоты D1 и D2 далеко разнесены.
- L1 – провод ПСР(ПЭВ, CU) O 0.7мм – 3 витка с шагом 1мм на оправке O 4мм.
Место пайки – 8мм от керамики транзистора, после D1.
- L2(КТ930 - 971) – провод длиной 16мм ПСР(ПЭВ, CU) O 1.4-1.6мм загнутый скобкой высотой 4мм.
- L3(КТ930,931) – 2 витка ПСР(ПЭВ, CU) O 1.4-1.6мм на оправке O 6мм с шагом 2мм
(КТ971 – 1 вит).
- L4(КТ930,931) – 1виток ПСР(ПЭВ, CU) O 1.4-1.6мм на оправке O 6мм (КТ971 – 2 вит).
С1,2,9 – КТ4-23 = 4-20 pf. С11,13,15, 17 – К10 (чип) 0.5 – 1.0?f 50в. С12,14,16 – К10 -1n 50в.
C7,10 –МЧ0805 – 47pf 250в. Для КТ971А С10 – МЧ0805 27pf 250в.
Для КТ971А С9 - МЧ0805 20pf 250в + КТ2-19 = 1.5–15pf (лежит на боку).
С8 – МЧ0805 – 110pf 250в.
С3-6 – 4 х 100pf 50в, МО10, выводы – 1мм. Паять в 5-6мм от керамики транзистора.
R1 - 10ом МЛТ 2 вт. R2-3 – 2 х 360ом МЛТ 2вт – подбор для Ik0 = 60ма.
R4 – 10-15ом МЛТ 0.5вт
- Т1 – КТ930А/КТ 931А/971А. В том же порядке указаны их токи.
- Т2 - КТ818Б – стабилизатор тока базы крепится к радиатору рядом с платой.
- вентилятор от блока питания ПК крепится над керамикой транзистора на высоте 25-30мм.
- D1 – Д223Б - защита от бросков тока обратной полярности.
- R6 – 1ком 2вт – нагрузка для наводок во время коммутации при включённом РА и снятой нагрузке при не санкционированном переключении TRSV на передачу компьютером при его загрузке – опрос портов.
- R5 – 510ом 2вт - некоторая компенсация излишней мощности TRSV(по необходимости).
После сборки и установки Iк0 = 60ма подключить стандартную нагрузку и измерительную систему. ТХ перевести в режим CW - точки100 lpm, подать на вход 30% мощность и подстроить С1,С2,С9 (144) или С1, С4, С9 (432) по максимуму Рвых. То же сделать плавно увеличивая Рвх до 60% и 100% (Рвх указана ориентировочно). На каждом уровне Рвых подстраивать вход. Приборы будут показывать около 75% от уровней Ikmax и Рmax (в режиме несущей). Ikmax при работе на согласованную нагрузку при Рmax должен быть около 4а - КТ930А, 7а – КТ931А, 8а – КТ971А.
Нельзя увеличивать раскачку, если одновременно не растёт выходная мощность усилителя до указанных уровней. Сожгёте транзистор. Вы что то сделали не точно или впаяли конденсаторы другого типа, и транзисторы бывают разными. На каждом этапе настройки необходимо контролировать коллекторный ток и температуру корпуса транзистора. Она не должна превышать 50? (сразу после отключения вентилятора).
При 100% копировании конструкции, исключающем «а что, если?», и достаточном Вашем опыте настройка не должна занять более 5 минут. Применение при настройке суррогатных нагрузок, рефлектометров не допустимо. При работе на антенну желательно что бы она была настоящей, не по рекламе. Имея все детали усилитель изготавливается за 2-3 часа.
При размещении РА в корпусе, в нём должны быть отверстия для забора и выхода воздуха.
Два РА можно разместить на одном радиаторе 120мм х 180мм с промежутком 30мм. Вентилятор закрепляется по центру радиатора в 30 мм над керамикой транзисторов.
Особенности монтажа РА 432 мгц такие же как у РА 144 мгц за одним отличием:
- на базовой и коллекторной полосках фольга сохраняется на 12мм от керамики транзистора.
Величины и конструктивные данные элементов РА 432 мгц (Рис. 2):
- базовый дроссель (D1) такой же как у РА 144 мгц. Точка его пайки – 6мм от керамики КТ.
- Коллекторный дроссель (D2) такой же конструкции как у РА 144 мгц, но содержит 4 витка.
Место его пайки на полоску – 6мм от керамики КТ.
- D3 - такой же как у РА 144 мгц.
- L1,L2,L5,L6 выплоняются из провода ПСР(ПЭВ, CU) O 1.6мм.
- L1,L6 – провод длиной 34мм, согнутый дужкой на оправке O 10мм. Низ дужки чуть сжать.
- L2,L5 – провод длиной 22мм, согнутый дужкой на оправке O 6мм. --. --. --. --. --. --. --
- L3,L4 – участки фольги на полосках около транзистора длиной 12мм.
- С1 – КТ4-23 = 2-10pf.
- С2 – МЧ0805 - нет для КТ930А и 6pf 250в для КТ970А.
- С3 – МЧ0805 - 47pf 250в.
- С4 – КТ4-23 - нет для КТ930А и 4-20pf для КТ970А.
- С5 – МЧ0805 - 22pf 250в для КТ930А и 27pf 250в для КТ970А.
Место пайки центра конденсаторов С4,С5 на полоски – 9мм от керамики корпуса.
- С6 – МЧ0805 27pf 250в.
- С7 – КТ4 –23 = 4-20pf для КТ930А и МЧ0805 – 22pf 250в для КТ970А.
Место пайки центра конденсаторов С6,С7 – 9мм от керамики корпуса.
- С8 – МЧ0805 - 75pf 250в для КТ930А и 110pf 250в для КТ970А.
- С9 – КТ2-18 – 1.5-10pf (лежит на боку) или другой с удобными минимальными выводами.
- С10 – МЧ0805 – 6pf 250в для КТ930А и 15pf 250в для КТ970А.
- C15 – К10 (чип) 0.5-1? 50в.
- Остальные блокировочные пары - как у РА 144 мгц – К10 (чип)1n + 0.5 - 1?f 50в.
Порядок настройки РА 144 и РА 432 одинаков. Ikmax КТ930А = 3.5а, КТ970А = 8а.
Экономичнее питать базу от более низковольтного источника (14в или 5в). При 14в R2,3 – около 75ом. При питании базы по схеме (от 28в) ток Ik0 это разница между током потребления в рабочем режиме и током самого делителя (~ 147ма). Общий ток - ~200ма.
Применение подстроечных КТ4-23 компенсирует отсутствие необходимых номиналов емкостей. На фото конденсаторы с голубой окантовкой и отпаяными радиальными выводами –аналог МЧ0805.
Рис.1 РА 144мгц 
рис2.PA на 432мгц
