Друзья, привет!
Мой трансивер, разработкой и изготовлением которого я занимаюсь последние несколько месяцев уже готов. Сейчас конструкция упаковывается в подходящий алюминиевый корпус. Вскоре я расскажу о нем подробнее. А сегодня будет небольшая и последняя исследовательская статья, посвященная разработке усилителя мощности передатчика. Последняя, поскольку я уже рассказывал про свои исследования диапазонного фильтра, телеграфного фильтра и выходного фильтра передатчика.
Усилитель мощности в этом ряду фильтров стоит особняком. Немудрено! У меня, считай, вообще не было никакого опыта в создании сколь-нибудь значимых передатчиков. Маячки для "охоты на лис" не в счет... Поэтому я с особым трепетом приступил к изучению темы.
Вообще, прототип трансивера ((ссылка ведет на ветку с обсуждением синтезатора, трансивер с 24-й страницы), который я взял за основу, естественно уже содержал усилитель мощности. Я приводил его схему в статье про выходной фильтр. Напомню, как она выглядит.
Как видно, все очень просто. Автор прототипа утверждал, что подобный выходной каскад обеспечит мощность в нагрузке около 3 Вт при раскачке непосредственно с синтезатора SI5351. Очень заманчиво! Мощность отличная, для маломощного QRP-трансивера, естественно, а схемотехника довольно простая. Транзисторы КТ646, несмотря на то, что они уже не выпускаются, можно спокойно и недорого купить в известном по всей стране радиомагазине. В общем, именно эту схемотехнику я заложил в свой проект изначально. Однако, на практике все оказалось не так просто.
В первых экспериментах с этой схемой я получил максимум 0,8 Ватта. Разумеется я пересчитал номиналы элементов на диапазон своего трансивера (14 МГц). Но более 0,8 Ватта не получилось. После этого наступил длительный период экспериментов. Я менял номиналы входного согласующего контура, входного и нагрузочного дросселей и, наконец параметры выходного фильтра. Пересчитывал схему несколько раз по разным оценкам параметров транзистора. Максимум, который мне удалось получить при раскачке от SI5351 - 1.2 Ватта. Пользуясь случаем, хотел бы выразить признательность всем, участникам форума QRP.RU, которые меня поддерживали.
Раскачка от внешнего генератора позволяла, конечно, приблизится к 2-м Ваттам. Но это означало, что подобный каскад требует предварительного усиления. Терялась сама идея простой схемы...
Я оказался на распутье. Что делать? Удовольствоваться одним Ваттом выходной мощности, но сохранить простоту схемы или слегка усложнить схему ради большей мощности? Во мне боролись технарь и романтик. Технарь говорил - добавить дополнительный каскад - не проблема, зато мощность можно довести и до 5 Ватт. А романтик говорил - ты что, чем меньше мощность, тем больше удовольствия от проведенной связи! Так они и боролись несколько дней, пока прагматик их не помирил. Он указал, что мои навыки в телеграфии пока не позволят мне насладиться романтикой малых мощностей. Желательно, чтобы меня хотя бы слышно было хорошо. Поэтому пусть будет 5 Ватт. Это верхний уровень мощности, при котором связь все еще можно считать маломощной.
Значит нужна предварительная раскачка. Но все же схема должна оставаться достаточно простой.
Я перелопатил довольно много различных схемотехнических решений. Наиболее простым мне показался вариант, использованный в трансиверах uSDX. Три транзистора BS170 включенные параллельно, управляются цифровой микросхемой 74ACT00.
Хорош этот усилитель и своей простотой и экономичностью, поскольку работает в режиме E, когда транзистор открывается при минимальном токе, текущем через него. Но, из обсуждений на форумах я узнал о невысокой надежности такой схемы при сколь-нибудь значительном рассогласовании выходных цепей с антенной. Горят эти 170-е транзисторы. Да и схемотехника при которой транзисторы включаются параллельно без какого-либо согласования требует инженерного привыкания!
Есть и альтернативное решение. В тех же uSDX, которые китайцы поставляют на наш рынок используются транзисторы IRF510. Один транзистор вместо 3-х BS170. IRF510 - мощный MOSFET, который способен выдерживать мощность до 50 Вт, будучи установленным на радиатор (китайцы просто крепят его к алюминиевому корпусу). Такому рассогласования не страшны.
Правда, в этом случае возникает другая проблема - повышенное энергопотребление. Дело в том, что быстродействия IRF510 не хватает для работы в режиме E. Через него идет больший ток. Поэтому энергопотребление вырастает примерно в 1,3...1,5 раза. Я посчитал это разумной платой за надежность и доступность 510-го транзистора. Можно конечно посмотреть в сторону других транзисторов. Например, RD15 или RD16. Но такие решения слишком дороги для простого трансивера.
Итак, используем транзистор IRF510. Но если в чистом режиме E его использовать не удается, то неплохо бы иметь возможность его режим устанавливать. Соответственно, нужна схема установки режима. Покопавшись в интернете я нашел неплохое решение на сайте eax.me. В свою очередь, автор ссылается на схемотехнику усилителя мощности трансивера Penntek TR-35. Решение там очень красивое. Подразумевающее не только настройку режима работы транзистора, но и формирование фронтов телеграфного сигнала. Все это я взял на заметку, но последнюю фичу решил исключить, посчитав, что для простого QRP-трансивера это избыток. Результирующая схема, которую я реализовал выгядела так:
Раскачка IRF510 осуществляется каскадом на транзисторе BS170. Режимы обеих транзисторов устанавливаются подстроечными резисторами. Напряжение смещения стабилизировано стабилизатором 78LM06 (я использовал 78LM05). Дроссель и трансформатор рекомендуется мотать на амидоновских кольцах FT37-43, но за ними я гоняться не стал и использовал обычные колечки 10х6х3 из феррита с проницаемостью 1000НМ. Обмотки по 8 витков. Трансформатор намотан бифилярно. Работают отлично! Вот так схема выглядит будучи реализованной на плате моего трансивера.
Слева - выходной трансформатор с бифилярной намоткой. Справа - нагрузочный дроссель предварительного каскада. Еще правее виден его транзистор BS170. А вот выше можно рассмотреть отдельную плату на которой я реализовал цепи смещения. Изначальная разводка под 646-й транзистор не позволила сделать все на самой плате. Хотя в конечном варианте, который я выложу в открытый доступ все будет скомпоновано на основной плате. Да, кстати, после выбора режимов я заменил подстроечные резисторы на постоянные.
Транзистор IRF510 запаян с другой стороны и установлен на импровизированном радиаторе в качестве которого выступает медная пластина размером 3х5 сантиметров и толщиной 2 мм. К корпусу приворачивать не стал, чтобы не ухудшать ремонтопригодность.
В ходе экспериментов выяснилось, что усилитель способен отдавать в нагрузку и 20 Ватт! Вот только радиатор нужен мощнее. Я же ограничил выходную мощность при полной зарядке аккумулятора (напряжение питания 12,6 Вольта) 5-ю Ваттами. Потребляемый ток при этом составил около 800 мА. КПД усилителя, таким образом составляет около 50%. Не так много, как хотелось бы, но зато надежно. Долговременный "прогрев" усилителя непрерывным сигналом с эквивалентом нагрузки в 50 Ом показал, что IRF510 не нагревался выше 85 градусов. Температура BS170 достигла отметки 80 градусов. Да, это при температуре окружающей среды примерно 28 градусов. Как видно, режимы вполне нормальные. Полагаю, что в корпусе температуры подрастут, но ведь в реальной обстановке никто на ключ так долго жать не будет!
По предварительным прикидкам литий-ионного аккумулятора емкостью 1800 мА должно хватить часа на 4 работы вместе с приемником.
Дальше я упихаю все детали трансивера в алюминиевый корпус размерами 110х50х120 мм, который можно свободно купить в любом сетевом магазине. Вот так выглядела моя конструкция во время одной из примерок.
Пока нет ручек, экрана между синтезатором и радиочастотным трактом, нет проводов и т.п. Все будет. Скоро! Я расскажу.
Спасибо, что читаете-смотрите Terrabyte! Подписывайтесь, если вам интересна радиолюбительская тематика, микроконтроллеры, мини-ПК, необычные компьютерные решения и инновационные разработки! Спасибо всем, кто поддерживает меня своими советами, комментариями и лайками!
Группа ВК: https://vk.com/terrabyte
Канал на VK-Video: https://vk.com/video/@terrabyte/all
Интересные и полезные радио-самоделки: