Tranzistorový budič PA pro třídu QRO

Velmi často stojí radioamatér před otázkou, jak zajistit kvalitní buzení PA pro třídu QRO. Typickým uspořádáním výkonového řetězce je totiž transceiver, nebo transvertor s výkonem do 20 až 50 W, který má vnitřní výkonový zesilovač osazený bipolárními tranzistory, nebo bipolárním hybridním zesilovačem, oba s napájením 13.8 V. Takový vnitřní zesilovač se vyznačuje prakticky bez výjimky velmi špatnými vlastnostmi, zejména vysokým intermodulačním zkreslením. Pokud tedy chceme vybudit "koncový zesilovač" s elektronkami s uzemněnou mřížkou (například populární GS 35b), která výkon 750 W požaduje buzení cca 70 - 80 W, v souladu s informacemi uvedenými zde nezbývá, než mezi tranzistor zařadit výkonový budič. Zisk tohoto budiče by měl být takový, aby transceiver, či transvertor mohl pracovat v lineární části charakteristiky svého zesilovače napájeného z 13.8 V, tedy při výkonu omezeném asi na 1/2 maximálního výkonu a zároveň je zapotřebí, aby také tento budič koncového PA pracoval hluboko v lineární části své charakteristiky, aby se předešlo vzniku nežádoucích intermodulačních produktů. Z toho vyplývá zadání:

- Budicí zesilovač by měl být optimalizovaný z hlediska intermodulačního zkreslení, neměl by tedy obsahovat bipolární tranzistor a jeho napájecí napětí by mělo být co možná nejvyšší - v žádném případě 13.8 V DC !

- Budicí zesilovač musí být schopen dávat výstupní VF výkon alespoň 100 W při kompresi max. 0.5 dB

- Budicí zesilovač musí mít zisk alespoň 10 dB

Takový zesilovač samozřejmě lze zhotovit různými způsoby, jako jedno z možných a elegantních řešení se nabízí malý zesilovač s elektronkou (např. GI7b), provozovaný při relativně malém anodovém napětí. Vhodná konstrukce je uvedena například tady. Tento zesilovač se pro uvedený způsob použití hodí velmi dobře a pro požadovaný výkon je možno elektronku napájet již z VN zdroje asi 1,3 kV, což zajišťuje její velmi dobrou spolehlivost (nejméně 10 let).

Protože však vyrobit takový malý elektronkový budič dá dost mechanické práce, na kterou není každý dobře vybaven, je možno se ohlédnout po něčem mechanicky méně náročném a zároveň také modernějším, než jsou elektronky - a tímto řešením jsou výkonové tranzistory řízené elektrickým polem (LDMOS).

Takové tranzistory dnes vyrábí (či donedávna vyráběla) řada renomovaných výrobců. Přehled vhodných typů těchto tranzistorů můžete nalézt například zde.

Stejnou cestou jsme se vydali také my v klubu OK2KKW. Zvolili jsme tranzistor MRF 141 od Motoroly, který se dal před časem koupit v Německu za poměrně příznivou cenu.

Bohužel, Motorola přestala mezitím tento tranzistor vyrábět - resp. nikoli pouze tento tranzistor, ale celou řadu těchto VHF LDMOSů, a to nikoli z důvodů jejich nedostatků, ale protože se celý telekomunikační sektor dostal do finančních problémů a další výroba těchto tranzistorů nebyla u Motoroly rentabilní. Naštěstí tyto tranzistory mají své zaměnitelné analogy u jiných výrobců, především u Philipsu, a proto nebude pravděpodobně kritické vhodný tranzistor sehnat. Navíc se také tranzistory Motorola, i přes ukončení jejich výroby, dají stále ještě sehnat u prodejců doma i v zahraničí, například tady, tady a tady.

Další klíčovou součástí výkonového zesilovače jsou slídové stiskací trimry, které z důvodu vysokých jalových proudů, tekoucích trimrem, nelze nahradit žádnými trimry s pohyblivým rotorem. Počet výrobců těchto trimrů je na celém světě velmi omezen, vhodné výrobky nabízí například firma ARCO, nebo SPRAGUE, či RSR. Také v případě těchto trimrů je naštěstí jejich nákup dosažitelný jak doma (heslo MICA), tak i ve světě (i formou objednávky přes internet), například zde, zde, zde a zde.

Jak vypadá celý zesilovač:

a jak vypadá jeho principiální schema, převzaté z doporučeného zapojení:

a takové jsou celkové výsledky naměřené na dokončeném zesilovači:

Výkon [Pout]
[W]

Napájení [Ucc]
[V]

Nap.proud [Ic]
[A]

Účinnost
[ % ]

Zisk [Gp]
[dB]

120 25.9 11.15 44 10.5
100 26.1 9.5 44 11
80 26.3 8.0 42 11
60 26.4 7.25 35 11

Klidový proud : 0.9 A (včetně větráků, vinutí relé a zdroje předpětí)

Vstupní PSV : útlum odrazu lepší, než 22 dB ( PSV cca 1,15)

Izolace anténního relé TX / RX: > 43 dB

Potlačení harmonických kmitočtů: 288 MHz : - 60 dB , 432 MHz : - 48 dB

 

Konstrukční informace:

C1 a C2 : postačují stiskací slídové trimry ARCO 424 (menší typ)
(kapacita C1 je nastavena cca na 70pF, C2 na cca 140 pF)

C8 by měl být trimr ARCO 463 až 466 (větší typ)
(kapacita C8 je nastavena cca na 130 pF)

C9 by měl být trimr ARCO 462, nebo 463 (větší typ)
(kapacita C9 je nastavena cca na 60 pF)

Trimry C8 a C9 by měly být při provozu chlazeny aktivním prouděním vzduchu (malý ventilátor)

L1 : postříbřený Cu drát o průměru 1 mm o celkové délce 22 mm zformovaný do tvaru "vlásenky"
(1/2 závitu o průměru 8 mm) tak, aby byl na koncích připájen za konce o délce cca 1 mm

L2 : mikropásek na plošném spoji o rozměrech 5 x 12,5 mm

L3 : postříbřený Cu drát o průměru 1,3 mm o celkové délce 24 mm zformovaný do tvaru "vlásenky"
(1/2 závitu o průměru 8 mm) tak, aby byl na koncích připájen za konce o délce cca 1 mm

L4 : 2 závity postříbřeného Cu drátu o průměru 1,3 mm vinutého na průměru 8 mm

L7: 1 závit Cu drátu o průměru 1,3 mm vinutého na průměru 6 mm

(Nemáte-li postříbřené dráty, použijte smaltované vodiče - jsou lepší, než holá měď, která, když zoxiduje, má horší vf vlastnosti, než smaltovaný vodič. Průměry vodičů je třeba zachovat s tolerancí ± 0,1 mm)

C6 je složen ze dvou paralelních keramických kondenzátorů Tesla TK 754 12 pF . C10 je složen z více paralelně zapojených kondenzátorů s malým ztrátovým úhlem - například slídové kondenzátory, nebo TK 754 Tesla. Výsledná kapacita není kritická, ale měla by být celkem alespoň 10 nF.

(Převodní tabulku amerických průměrů vodičů na mm najdete zde.)

Podrobnější schema celého zesilovače je zde.

Obrazovou dokumentaci zesilovače najdete tady.

Pokud nemáte k dispozici tranzistor MRF 141, který jsme použili my, můžete použít i jiné tranzistory LDMOS uvedené v přehledu výše. Při použití tranzistoru pro napájení 50 V musíte použít jen jiný zdroj a jinak napěťově dimenzovat kondenzátory. Při použití 50 V tranzistoru MRF 150, který má na skladě GES, musíte (oproti MRF 151) počítat jen s trochu menším výkonovým ziskem (asi o 2 dB). Stejně dobře jsou použitelné tranzistory Philips na 28 V (BLF 147) i na 50 V (BLF 177). Na zapojení a hodnotách součástí se při použití jiného tranzistoru prakticky nic nemění.

OK1VPZ

10 / 2002