ЭКСПЕРИМЕНТ с 300 Вт 144 МГц РА с применением MRFE6S9160
Назад-
Здравствуйте. Приведу некоторую информацию по эксперименту с усилителем на диапазон 144 МГц с применением транзистора MRFE6S9160. Честно говоря, идея такого эксперимента сидела у меня в голове года три. Да, транзистор предназначен для работы на частоте 900 МГц и имеет внутреннюю согласующее-трансформирующую цепь по крайней мере по входу. Но, применяя внешнюя СТЦ, можно добиться успешного применения этого транзистора на диапазоне 1296 МГц. А 2400 МГц транзистор MRF-286 работает на частоте 1296 МГц. DF9IC применил MRFE6S9160 в РА на 432 МГц. Я практически свернул программу экспериментов с применением этого транзистора на частоте 1296 МГц, так как перешёл на другие, более мощные транзисторы. У меня осталось с десяток оригинальных таких транзисторов. Предлагать их на продажу не стал из-за их высокой закупочной цены в Израиле и по это причине решил истратить транзисторы на эксперименты по изготовлению РА на частоты 144 МГц и 432 МГц. Если эксперимент в конечном итоге окажется удачным, то можно будет изготовить очень дешевый РА, применяя самодельные платы с металлизацией заклёпками и самодельный кабель для трансформаторов. При этом себестоимость модуля по транзисторам будет ориентировочно равна 1500 рублям. Остальное стоит копейки… Независимо от исхода этого эксперимента проведу эксперимент с одиночным MRFE6S9160 на частоте 432 МГц с применением платы, изготовленной из FR-4, а так же применю пару транзисторов с применением топологии W6PQL для этого диапазона.
Для изготовления РА на 144 МГц применил модернизированный вариант дизайна W6PQL. На стартовом этапе для изготовления трансформаторов использовал кабель UT- 0.141-25 с волновым сопротивлением в 25 Ом. Если в конечном итоге всё заработает, то заменю этот кабель на самодельный. При этом получится очень простой в изготовлении РА на 300 Ватт. Но… Если всё получится!!! Задача эксперимента – изготовить максимально дешевый РА из подножного корма… Мне самому, честно говоря, этот усилитель не нужен, так как я использую иной дизайн и иные транзисторы, но поработать с железками люблю, вот и взялся за это дело.
Рисунок платы я разработал самостоятельно. Плату с заводской металлизацией из 1.5 мм FR-4 изготовил Павел US4ICI за что ему отдельное спасибо. Она предназначалась изначально немного для другого варианта эксперимента, но, пока плата изготовлялась и ехала, идея эксперимента немного изменилась и я доработал плату при помощи бормашины.
Принципиальная схема РА приведена на рисунке. Могут быть небольшие ошибки, но нарисовал всё с макета достаточно правильно. Схемы на начальном этапе просто не было. Имея опыт работы с подобными РА, я нарисовал печатку «из головы». Теперь разрисовал и схему.
Для тестирования модулей этих двух программ изготовил специальный небольшой радиатор с размещённой на нём цепью смещения. Платы и транзисторы припаяны на медную пластину от какого-то старого эксперимента. Сначала распаял входную плату и протестировал КСВ на 144 МГц. Если смотреть панораму КСВ по входу у РА на 1296 МГц, то продвинутые конструкторы могли увидеть два минимума КСВ. Один минимум КСВ расположен на частоте 900 МГц и обусловлен внутренней СТЦ. Второй минимум КСВ наблюдается на частоте 1296 МГц и обусловлен применением внешней СТЦ. Фото прилагается.
При измерении КСВ РА на 144 МГц я не увидел минимума КСВ на частоте 900 МГц. Это показалось странным. Входной трансформатор имеет коэффициент трансформации 1:9. Он изготовлен из медной трубки с внутренним диаметром 3 мм. Такая трубка продаётся на аукционе. Подобная латунная трубка есть в магазине Касторама и других магазинах. Можно применить внешнюю трубку от жёсткого кабеля. Её наружный диаметр равен 3.6 мм. Материала море…Сначала я пробовал минимизировать КСВ просто подстройкой конденсатора на входе. Всё работает, но минимальное значение КСВ было 2.4 Минимум КСВ был на частоте ниже 137 МГц. Скорее всего нужно было применить более короткие трубки во входном трансформаторе. Что бы не перепахивать плату, решил применить на входе Г-образную дополнительную цепь. КСВ уменьшилось до 1.5 Решил всё оставить пока в таком виде.
Включать одно и тоже напряжение смещения на оба транзистора не решился. Транзисторы в общем случает разные. Для организации смещения разрезал полоски, соединяющие выходы трансформатора с затворами, и впаял по три разделительных конденсатора типоразмера 1206 номиналом в 1000 пФ. Напряжение смещения подал отдельно на каждый затвор от отдельного многооборотного потенциометра номиналом в 510 Ом.
На этом заканчиваю первую часть информационного блока. За раз всё не описать. Затрачивается очень много времени. Продолжение следует. Юрий.
РА 144 МГц RZ4HD
РА 144 МГц RZ4HD
РА 144 МГц RZ4HD
РА 144 МГц RZ4HD
Панорама КСВ.jpg
-
Привожу второй информационный блок. Для того, что бы обезопасить стартовые процедуры при настройке я подал питание + 28 вольт через проволочный резистор номиналом в 2 Ома и токоограничитель на 5 Ампер. Естественно, вход и выход были нагружены на 50-ти Омные резисторы с хорошим КСВ. Резисторы регулировки напряжения смещения были выкручены в положение минимального напряжения смещения. Далее пошли интересные вещи…Выставил ток покоя одного транзистора на значение в 1200 мА. Полёт нормальный. При установке тока покоя второго транзистора при достижении некоторого напряжения на затворе и практически нулевом токе смещения происходил резкий скачок общего потребляемого тока до значения в 5 Ампер. Было два предположения: возбуждение или выход из строя транзистора. Но транзисторы были новыми и оригинальными и всё делалось по заранее проверенному пути. Выключил питание и уменьшил напряжение смещения. Снова включил питание и увидел, что ток потребления равен току покоя одного из транзисторов. Начал увеличивать смещение. Снова резкий скачок тока. Токоограничитель и резистор хорошо делали свою функцию по защите. Транзисторы оказывались целыми. RC цепочки в затворах от самовозбуждения на высоких частотах не спасали. Напомню, что ни о какой подаче возбуждения речь не шла. Я соединил два стока петлёй из провода диаметром 1 мм и длиной в 40 мм. Усилитель успокоился и я выставил токи покоя у обоих транзисторов по 1200 мА.
Далее начал подавать возбуждение на вход РА от трансивера ICOM-706MKII через измеритель мощности и КСВ. Мощность трансивера была выставлении минимальной. Частота 144 000 кГц. Выход модуля был соединён с нагрузкой через измеритель КСВ и мощности. Напряжение питания установил 28 Вольт.
При подаче минимальной мощности на выходе РА было около 80 Ватт при потребляемом токе около 5 Ампер. При этом дальнейшее увеличение мощности на входе не вызывало увеличения тока. Думал о двух вариантах: самовозбуждение (особенно на 400-900 МГц) или «перекачка» (насыщение). Проверил спектр сигнала. Понял, что он соответствует спектру стандартного РА без ФНЧ и частоты кратны 144 МГц. Хотя могло быть и управляемое возбуждение при подаче сигнала. Уж слишком было хорошим усиление.
Перед РА поставил аттенюатор на 30 dB. Увидел, что возбуждения нет, РА усиливает сигнал и реагирует на изменение входной мощности. Поставил аттенюатор на 10 dB. Всё вроде работает как у стандартного РА. Я боялся самовозбуждения. Убрал ограничение тока на 5 Ампер и поставил резистор в питании стоков в 1 Ом. Мощность возросла. Поставил резистор на 0.5 Ома. Снова мощность увеличилась. В конечном итоге убрал резистор совсем и на стоки были поданы все 28 Вольт. Перед этим я ещё добавил две RC цепочки отрицательной обратной связи со стоков на затвор. Резистор имеет номинал в 470 Ом. Конденсатор АТС-100В имеет номинал в 620 пФ. Таким образом РА имел три антивозбудные цепи, указанные на фотографии красным, синим и зелёным цветами. Напомню, что трансформирующая цепь была выполнена согласно вышеприведенной принципиальной схеме. Изменял выходную мощность трансивера от минимума до того значения, когда ещё не наступало сильное насыщение транзистора. При токе в 6.8 Ампера усилитель отдавал 140 Ватт мощности от входной мощности в 300 мВт. Усиление получилось порядка чуть более 26 dB и КПД в 73.5%. Это очень хороший показатель, что меня настораживало. Но… Далее РА не качался. По своим параметрам этот модуль напоминал РА с применением двух модулей RA60H1317. Но он дешевле и нет узлов деления и сложения мощности.
Не будет секретом для тех, кто серьёзно возился с транзисторными РА на полевиках, что выходную трансформирующую цепь можно настроить или на максимум коэффициента усиления или на максимальную отдаваемую РА мощность. И это будет две абсолютно разные настройки. Естественно, возможно и средняя компромиссная настройка. Так например, многими забытый транзистор MRF-286 в грамотной топологии выходной цепи!!! (не в топологии W6PQL) и правильной настройке!!! может отдать реально 140 Ватт, но иметь Ку при этом в 9 раз. И иметь Ку в 40 раз при выходной мощности в 35 Ватт.
Я решил попробовать изменить трансформацию импеданса. В данной топологии РА наиболее лёгким технологическим решением изменения общей трансформации выходной цепи была технология запайки конденсаторов. Я напаял в двух местах по паре медных пластинок для припаивания групп конденсаторов АТС-100В в различных местах при подборе трансформации. Красный конденсатор ухудшал отдачу мощности и не позволял раскачивать сильнее РА. Зелёный конденсатор так же ухудшал отдачу, но давал возможность сильнее раскачать РА. Я поставил три конденсатора по 11 пФ в качестве зелёного конденсатора (суммарная ёмкость 33 пФ) и 11 пФ в качестве красного. Усилитель стал «раскачиваться» до 15 Ампер, но отдаваемая мощность при этом была 160 Ватт, КПД 39% и Ку=32 Попросту говоря, труды по изменению трансформации успеха не имели и лишь ухудшили параметры РА. Как ни крути, при напряжении питания в 28 Вольт всё крутиться вокруг выходной мощности в 150 Ватт. Подобное было у меня много лет назад с BLF-278. Я применял различные дизайны РА, но при напряжении в 48 Вольт выходная мощность всегда была ограничена значением в 300 Ватт. Здесь всё повторилось.
Я временно замораживаю этот эксперимент и перехожу на диапазон 432 МГц с применением MRFE6S9160. Хочу изготовить РА на одиночном транзисторе и с применением двух транзисторов. Будет открыта новая тема. Макет пока разбирать не буду. Транзисторы для дальнейших экспериментов есть. Если у кого-то есть идеи и мысли по доработке РА или каким-либо изменениям РА в пределах разумного, то я готов что-то проверить. К сожалению, я не буду в этом модуле применять самодельный кабель, так как считаю, что мне не стоит терять время на получение 160 Ватт с применением самодельного кабеля. Если бы все было на уровне выходной мощности хотя бы в 250 Ватт, то я изготовил бы и применил в этом модуле и самодельный кабель. Юрий.
РА 144 МГц RZ4HD
РА 144 МГц RZ4HD
-
TO RZ4HD Юра с интересом смотрю за твоими лабораторными работами. Спасибо тебе за это, не так много наших коллег так подробно рассказывают.
-
всё крутиться вокруг выходной мощности в 150 Ватт.
При 1 дб компрессии? -
Здравствуйте. Я точно не измерял при какой компрессии получается мощность в 150 Ватт. Смысла нет терять на это время, если не видишь хотя бы 250 Ватт и дальнейшее увеличение мощности. Хотелось иметь порядка 300 Ватт. Ток стоков растёт и до значений более 15 Ампер, но заметно слабее и я дальше раскачку просто не увеличивал. Я не довожу раскачку до того момента, когда ток уже перестаёт рости. Завтра попробую заменить кабель трансформаторов на 50-ти Омный и посмотрю, что получится и нужно проверять РА на 432 МГц. А этот эксперимент буду заканчивать скорее всего. Юрий.
-
Ох чую я менять надо на 12омные кабели...
-
Здравствуйте. Я точно не измерял при какой компрессии получается мощность в 150 Ватт. Смысла нет терять на это время, если не видишь хотя бы 250 Ватт и дальнейшее
Юрий, добрый вечер . Судя по твоей схеме, ты применяешь трансформатор 1/4 и балун без трансформации . Выходная мощность такой схемы рассчитывается приблизительно и очень просто - нужно напряжение питания умножить на 2, так как ты применяешь двухтактную схему, потом результат умножить на 2, так как ты применяешь трансформатор 1/4. Далее, результат нужно разделить на 1.4, так как будем мерить вольтметром . Таким образом, мы получим выходное напряжение на 50 Ом . Ну, а далее все просто . Твоя схема рассчитана приблизительно на 150 ватт . Если ты применишь трансформатор 1/9, то легко, при 30 вольтах питания снимешь, с такой схемы, 300 Вт. Достаточно просто изменить схему включения трансформатора. Для этого даже не нужно переделывать печатную плату.
-
Добрый день. Ставлю Вам плюсик. Очень коротко тремя предложениями за пол минуты, тезисами, прочитали целую лекцию по расчету выходной мощности РА для тех, кто в теме. По этой причине с РА с трансформацией 1:9 при напряжении питания в 50 Вольт можно снять только 917 Ватт. Не 1000 Ватт. А при питании в 54 Вольта теоретически 1070 Ватт. Реально 1000 Ватт после ФНЧ. Эта информация интересна тем, кто хочет снять 1000 Ватт при питании в 48 Вольт с применением трансформации 1:9 без трансформирующего балуна или второй трансформирующей цепи.
Разработчики промышленных передатчиков не советуют в выходных цепях использовать реальный ШПТ с трансформацией 1:9 при большой мощности. По входу трансформатор 1:9 работает хорошо. Часто в промышленных передатчиках используют в выходной цепи двойную трансформацию. Даже простейшую. Здесь полегче все согласовать и получить хорошую мощность.
Юрий.
-
54 Вольта теоретически 1070 Ват
Доброе утро ! Я почему писал приблизительно - небольшую роль играет способ запитки постоянным напряжением . Если запитывать каждый транзистор через свой дроссель то мощность снимается процентов на 10-15 больше расчетной . -
Здравствуйте. За лет 5-7 видно, как изменился дизайн платы W6PQL в лучшую сторону. Он тоже перешёл к двум дросселям. При мощности в 260 Ватт на 1296 МГц я один и тот же сток транзистора запитываю симметрично от двух дросселей с двух сторон с отдельными группами блокировочных конденсаторов. Говорят, что это лучше. Юрий.
-
Самый худший на мой взгляд вариант - когда запитывают прям через трансформатор , но и такие схемы работают . Главное в этой истории - когда усилитель рассчитан , к примеру 1400 ват , не снимать с него меньшую мощность.
-
Разработчики промышленных передатчиков не советуют в выходных цепях использовать реальный ШПТ с трансформацией 1:9
Я вот эту фразу не до понял . Вроде ты пытаешся получит всего 300 ват - это же QRP тут вообще проблем никаких нет -
Добрый день. Я готов всё обсудить по телефону и написал личное сообщение. Клавиатура отнимает много времени... Лучше его использовать продуктивней... Юрий.
-
Подобное было у меня много лет назад с BLF-278. Я применял различные дизайны РА, но при напряжении в 48 Вольт выходная мощность всегда была ограничена значением в 300 Ватт
Может дело было в транзисторах, а не дизайне согласующих цепей? -
Главное в этой истории - когда усилитель рассчитан , к примеру 1400 ват , не снимать с него меньшую мощность.
Почему? Только из за КПД?