Několik praktických poznámek z 28.9.2020

a) kW polovodičový PA s tranzistorem MRFE6VP61K25H  - ochrana proti statické elektřině

Tato konstrukční poznámka se týká PA, založeného na populárním výkonovém modulu Italab s jedním dvojitým tranzistorem (např. PA Tajfun z OM), ale netýká se zdaleka jen PA Italab, ale obecně spousty 2m PA s obdobným dvojitým tranzistorem  pro 2m (BLF578XR, BLF978XR, MRF1k50, MRF1K80, atd, atd)

Pokud jste již také takový tranzistor ztratili - většinou se to týká průrazu hradla (nebo obou hradel) na zem, mohlo jít o zpětné působení statické elektřiny, která se dostala do PA od neuzemněné antény (neuzemněného dipólu). Protože nás taková nepozornost také stála několik tisíc Kč, možná bude užitečné uvést, že porucha PA je v takovém případě zcela logická. Stačí, když se podíváte na zapojení výkonového zesilovače. Ve zpětném směru od anténního konektoru k PA modulu je v cestě statické elektřině jen anténní relé, které je v TX režimu galvanicky propojeno, dále směrová odbočnice a dolní propust - oba moduly jsou galvanicky průchozí. Nu a potom - z hlediska statické elektřiny - jsou v cestě jen vazební kondenzátory a tranzistor. Ten je pochopitelně špičkou statické elektřiny - zejména pokud někde blízko dojde k úderu blesku, zničen.

Jak tomu zabránit? Samozřejmě mít svoje anténní instalace řádně uzemněné. A potom do PA přidat nějaký element, který zkratuje statickou elektřinu, ale nechá projít plný VF výkon na kmitočtu 2m. Může to být nějaký pásmový filtr, nebo prostá tlumivka, která má zanedbatelnou parazitní kapacitu. Já jsem na výstup PA (na vstup dolní propusti) zapojil paralelně čtvrtvlnný pahýl koaxu - na konci zkratovaný. Pokud použijete teflonový koax, v mém případě RG178-50, který má zkracovací činitel 0,7, potom lambda/4 vedení vyjde na 36cm (mezi konci stínění). Zapojení a umístění tohoto vedení v PA Tajfun, pahýl zároveň dodatečně potlačuje druhou harmonickou, je vidět na následujících obrázcích (pro zvětšení na obrázky klikni):

 

b) tekutý kov - slitina galium + indium namísto silikonové pasty pod VF výkonové tranzistory - jak na to

V prodejnách s technikou pro počítačový HW (např. i ta prodejna, co má ve znaku toho zeleného magora, nebo i jiní), mají skladem v několika gramovém balení tekutý kov na bázi slitiny uvedených dvou kovů - s výrazně vyšší (zhruba 10x) teplotní vodivostí, než nejlepší silikonové pasty. Navíc je tato slitina vodivá, což je pro použití s tranzistory ideální. Přímo se tak nabízí tuto slitinu použít při montáži výkonového LDMOS tranzistoru na chladič - ovšem POZOR! Tuto slitinu je možno aplikovat pouze mezi zlacenou dosedací plochu tranzistoru a měděný chladič. Pokud byste je aplikovali na hliníkový chladič, vyžere tekutý kov ten hliník jako kyselina a neuchladíte nic. A jak se takový tekutý kov aplikuje? Pokud ho vytlačíte z tubičky, udělá vám stříbrné kuličky, podobně jako jedovatá rtuť. Pokuste se kuličku dostat na místo použití třeba pomocí nerezové pinzety. Dbejte, aby místo bylo zcela čisté. Potom si na sirku namotejte kousek bavlněné vaty (takový nástroj koupíte i v lékárně na čištění uší) a trpělivě kuličku roztírejte po obou plochách, které budou v dotyku. Chvíli to trvá, potom se ale slitina mírně "vcucne" do vatičky na sirce a roztírání po celé dotykové ploše jde úplně hladce. Samozřejmě - čím na obě zcela rovné a čisté (a zaleštěné) dosedací plochy aplikujete vodivého kovu méně, tím bude přechod tepla lepší. Ale nezapomeňte - tento tekutý kov nesmí přijít do styku s hliníkem! Viz zde, zde. Můžete si zapnout i automatické anglické titulky a v nastavení videa si najít jejich překlad do češtiny.
 

c) ani směrová vazba nevydrží všechno

V uplynulých letech si radioamatéři (nejen v OK) zvykli na to, že s výjimkou speciálních mikrovlnných zařízení na všechno stačí obyčejný laminát FR4. Není tomu tak, byť i já jsem této představě nějaký čas podléhal. Viz "druhý dodatek" tohoto článku. Přesto jsem se však rozhodl vyrobit mikropáskovou směrovou odbočnici pro měření výkonu až do 500MHz a 750W a dát ji radioamatérům k dispozici. Byla to chyba. Laminát FR4 neznámé provenience po několika letech provozu v silném elektromagnetickém poli degraduje a mění své parametry. Než vyrobím novou směrovou vazbu pro reflektometrickou ochranu (a samozřejmě ji popíšu), už bez použití levného laminátu neznámého výrobce, zapájel jsem po délce pásku měděný drát o průřezu 4mm2 , který z mikropásku odvádí teplo, a do krytu vyvrtal otvory pro chlazení. Naštěstí u reflektometrické ochrany nezáleží tak moc na přesnosti, takže ochrana je nadále funkční a pásek snad ještě nějakou dobu vydrží... Ale poučení je jasné - na výkony 500W a více (v mém případě 700 W PEP na 70cm) se použití FR4 vyhněte!  Viz obrázek - degradace laminátu FR4 (o tlouštce 3mm) ve směrové vazbě:


degradovaný 3mm laminát FR4 ve směrové vazbě


mikropásek s měděným drátem pro odvod tepla

 

d) vratné pojistky

Určitě se vám už někdy taková nepříjemnost stala - ani jste se nenadáli, jak někde došlo ke zkratu (třeba zapomenutý drátek opletení koaxiálního kabelu, sklouznutý krokodýlek měřicího hrotu...) a z vašeho opečovávaného zařízení se vyvalí smrad a kouř. Dnešní spínané zdroje u polovodičových PA jsou schopny dávat desítky ampér proudu a s pokračující miniaturizací součástek se stále miniaturizují i plošné spoje a šířka jejich pásků, takže stačí chvilka nepozornosti a plošný spoj zafunguje jako pojistka a vyhoří. Náprava stojí čas a ten je někdy (třeba v závodě) velice drahý. Osvědčilo se mi proto na vhodná místa zapojení obvodů vkládat vratné PTC pojistky, byť nejsou tak rychlé, jako třeba nadproudová ochrana u obvodů 78xx. Zejména to platí pro obvody sekvenceru, ze kterého se ovládá anténní relé a napájí LNA na stožáru. Tím, že se zamění původně použité PNP darlingtonovy tranzistory TIP125 za P kanálové FETy (například IRFU9024 - s tím ovšem souvisí nutnost doplnění odporu mezi hradlo a source tranzistoru), má to paradoxně za následek zvýšené nebezpečí vypálení spoje na desce, protože FETy mají menší odpor v sepnutém stavu... Zde na obrázku je vidět umístění 2A pojistky namísto drátové propojky a doplněné odpory zespodu plošného spoje.

73 de OK1VPZ


vratné pojistky 2A jsou v sekvencerech označeny červenou šipkou


doplněné rezistory (5k6) při použití P FETu namísto TIP 125


Jiný obvod PA, který používá vratné pojistky PTC