Транзисторные кв усилители большой мощности. КВ усилитель мощности на дешевых полевиках IRF-IRL. Практические схемы радиоприёмных устройств на полевых транзисторах
Здравствуйте! Предлагаю вашему вниманию РА на транзисторах IRF-IRL. Мной была повторена схема приведенная ниже. РА был собран без переделок. Транзисторы специально не подбирались. Пробовал три четверки:- IRF 510, IRF 540, IRLZ 24N. Просто экспериментировал, вернее интересовала самая лучшая отдача мощности на 21 и 28 Мгц. Все работали, но если на НЧ диапазонах мощность подводилась под 120- 140 ватт, то на 21 Мгц спадала до 80 ватт, а на 28 Мгц, до 60 ватт. Питание 13,6в, больше не подавал, хотя можно эти полевики питать и в два, три раза большим напряжением для оживления "пятнашки" и "десятки". Остановился на IRF 540. Прелесть этого РА в том, что он раскачивается очень маленькой мощностью;-3-5 ватт. С QRP трансивером, просто "бомба." Стоимость в пределах 100 гривен, а может и у кого то, вообще, бесплатно выйдет. Но с мощностью раскачки, ПОМНИТЕ ВСЕГДА!!!-не больше 5 ватт. До "двадцатки", гарантированные 100-120 ватт, а что еще нужно? "пятнашка" и "десятка" может у кого то и помощнее получится, но не меньше, чем заявляю. ДПФ отдельная конструкция, взятая из двух или может из трех других транзисторных РА, я подбирал исходя из имеющихся в наличии, емкостей. Не помню уже какой диапазон с какой конструкции, но все они 5го порядка, настроенные ВХ,-ВЫХ.50\50 Ом. Как исполнено конструктивно, видно на снимках.
Усилитель собран по двухтактной схеме на мосфетах T1 - T4. Трансформатор типа длинной линии ТR1 обеспечивает переход от несимметричного источника возбуждения к симметричному входу двухтактного каскада.
Резисторы R7, R9 позволяют согласовать входное сопротивление каскада с 50-омной коаксиальной линией в диапазоне 1,8-30 МГц.
Их низкое сопротивление обеспечивает очень хорошую устойчивость усилителя к самовозбуждению. Для установки начального смещения, служит цепь R14, R15, R20, R21.
Цепь из стабилитрона DZ1 и диодов D1, D2 предохраняют затворы транзисторов от всплесков высокого напряжения. Диоды D4, D5 последовательно с резисторами R11, R12 создают небольшое авто смещение.
Цепочками обратной связи R18, R19. C20, C21 настраивается АЧХ усилителя. Конденсатор С22, подбираем по максимальной амплитуде выходного сигнала на частотах 24-29 Мгц.
Трансформатор TR1 выполнен на бинокле амидон BN-43-202, 2х10 витков эмалированного провода диаметром 0,35 мм. немного скрученных, примерно 2е скрутки на см.
Трансформатор TR2 выполнен на бинокле амидон BN-43-3312 Первичная обмотка один виток из оплетки кабеля, внутри которой намотано 3и витка МГТФ 1мм.
FB1, FB2, ферритовые бусинки амидон FB-43-101, которые одеты непосредственно на выводы резисторов R7, R9. как на схеме.
Дроссель DR1 любой из блока питания от компьютера, который на небольшом ферритовом стержне, обычно имеет 8-15 витков провода 1,5 - 2 мм. В моём случае использован с 10тью витками провода 1,5 мм. При замере прибором, показал индуктивность 4,7 мкГн.
Резистор R14, R15, Желательно применить многооборотные.
Настройка усилителя по току покоя проста, но требует внимания. Резистор R15 устанавливаем в среднее положение, R14 в нижнее по схеме, подаем питание, контакт PTT соединяем с минусом чтобы открылся ключ T5. и на стабилизатор пять вольт пришло питание. Не устанавливая трансформатор TR2, подключаем ампер метр, Плюсовым щупом к плюсу питания, другим (минусовым) щупом, поочередно, к одному и другому плечу транзисторов. Поворачивая движок резистора R14 в верх по схеме, подымаем ток покоя до 100 ма. Затем резистором R15 добиваемся одинаковых показаний обоих плеч. И так далее пока на каждом из плеч не будет по 220 Ма.
На этом настройка тока покоя окончена, можно зафиксировать резисторы лаком или краской, чтобы случайно не сбить.
(статью дополнено 07.02.2016г.)
UT5UUV Андрей Мошенский.
Усилитель «Джин»
Транзисторный усилитель мощности
с бестрансформаторным питанием
от сети 220 (230)В.
Идея создания мощного, лёгкого и дешёвого усилителя большой мощности актуальна со времён зарождения радиосвязи. Множество прекрасных конструкций на лампах и транзисторах разработано за последний век.
Но до сих пор идут споры, по поводу превосходства твёрдотельной, либо электронно-вакуумной усилительной техники большой мощности…
В эпоху импульсных источников питания вопрос массогабаритных параметров источников вторичного электропитания не столь остр, но, фактически исключив таковой, применив выпрямитель напряжения промышленной сети, всё равно получается выигрыш.
Заманчивой кажется идея использования современных высоковольтных импульсных транзисторов в усилителе мощности радиостанции, применив для питания сотни вольт постоянного тока.
Вашему вниманию предлагается конструкция усилителя мощности на «нижние» КВ диапазоны мощностью не менее 200 Ватт с бестрансформаторным питанием, построенная по двухтактной схеме на высоковольтных полевых транзисторах. Основное преимущество перед аналогами – массогабаритные показатели, низкая стоимость комплектующих, стабильность в работе.
Основная идея – применения активных элементов – транзисторов с граничным напряжением сток-исток 800В (600В) предназначенных для работы в импульсных источниках вторичного электропитания. В качестве усилительных элементов выбраны полевые транзисторы IRFPE30, IRFPE40, IRFPE50 производства компании “International Rectifier”. Цена изделий 2 (два) дол. США. Чуть проигрывают им по граничной частоте, обеспечивая работу лишь в диапазоне 160м, 2SK1692 производства “Toshiba”. Любители усилителей на базе биполярных транзисторов, могут поэкспериментировать с 600-800 вольтовыми BU2508, MJE13009 и иными подобными.
Методика расчёта усилителей мощности и ШПТЛ приведена в справочнике радиолюбителя коротковолновика С.Г. Бунина Л.П. Яйленко. 1984г.
Моточные данные трансформаторов приведены ниже. Входной ШПТЛ TR1 выполнен на кольцевом сердечнике К16-К20 из феррита М1000—2000НМ(НН). Число витков 5 витков в 3 провода. Выходной ШПТЛ TR2 выполнен на кольцевом сердечнике К32-К40 из феррита М1000—2000НМ(НН). Число витков 6 витков в 5 проводов. Провод для намотки рекомендован МГТФ-035.
Возможно изготовить выходной ШПТЛ в виде бинокля, что хорошо скажется на работе в «верхней» части КВ диапазона, правда там приведенные транзисторы не функционируют из-за времени нарастания и спада тока. Такой трансформатор может быть изготовлен из 2 столбцов по 10 (!) колец К16 из материала М1000—2000. Все обмотки по схеме – один виток.
Данные замера параметров трансформаторов приведены в таблицах. Входные ШПТЛ нагружены на входные резисторы (у автора, 5,6 Ома вместо расчётных), включенные параллельно с ёмкостью затвор-исток, плюс ёмкостью за счёт эффекта Миллера. Транзисторы IRFPE50. Выходные ШПТЛ были нагружены со стороны стоков на безындукционный резистор 820 Ом. Векторный анализатор АА-200 производства RigExpert. Завышенный КСВ может быть объяснён недостаточно плотной укладкой витков трансформаторов на магнитопровод, ощутимым несоответствием волнового сопротивления линии из МГТФ-0,35 требуемому в каждом конкретном случае. Тем не менее, на диапазонах 160, 80 и 40 метров проблем не возникает.
Рис 1. Схема электрическая принципиальная усилителя.
Источник питания мостовой выпрямитель 1000В 6А, нагруженный на конденсатор 470,0 на 400В.
Не забывайте о нормах техники безопасности, качестве радиаторов и слюдяных прокладок.
Рис 2. Схема электрическая принципиальная источника постоянного тока.
Рис 3. Фотография усилителя со снятой крышкой.
Таблица 1. Параметры ШПТЛ TR1, выполненного на кольце К16.
| Частота кГц | R | jX | SWR |
| 1850 | 45,5 | +4,2 | 1,15 |
| 3750 | 40,5 | +7,2 | 1,3 |
| 7150 | 40,2 | +31,8 | 2,1 |
Таблица 2. Параметры ШПТЛ TR2, выполненного на кольце К40.
| Частота кГц | R | jX | SWR |
| 1800 | 48 | -0,5 | 1,04 |
| 3750 | 44 | -4,5 | 1,18 |
| 7150 | 40,3 | -5,6 | 1,28 |
| 14150 | 31,1 | 4,0 | 1,5 |
| 21200 | х | х | 1,8 |
| 28300 | х | х | 2,2 |
Рис 4. Выходной ШПТЛ на кольце К40.
Таблица 3. Параметры ШПТЛ TR2, конструкции «бинокль».
| Частота кГц | R | jX | SWR |
| 1850 | 27,3 | +26 | 2,5 |
| 3750 | 46 | +17 | 1,47 |
| 7150 | 49 | -4,4 | 1,10 |
| 14150 | 43 | -0,9 | 1,21 |
| 21200 | х | х | 1,41 |
| 28300 | х | х | 1,7 |
Рис 5. Выходной ШПТЛ конструкции «бинокль».
При параллельном включении транзисторов и пересчёте ШПТЛ мощность можно значительно повысить. К примеру, на 4 шт. IRFPE50 (2 в плече), выходном ШПТЛ 1:1:1 и питании 310В на стоках, легко получаема выходная мощность 1кВт. При такой конфигурации КПД ШПТЛ особо высок, методика выполнения ШПТЛ неоднократно описана.
Авторский вариант усилителя на двух IRFPE50, приведенный на фотографиях выше по тексту, прекрасно работает на диапазонах 160 и 80 м. Мощность 200 Ватт на нагрузке 50 Ом при входной мощности около 1 Ватта. Цепи коммутации и «обвода» не приведены и зависят от Ваших пожеланий. Прошу обратить внимание на отсутствие в описании выходных фильтров, эксплуатация усилителя без которых недопустима.
Андрей Мошенский
Дополнение (07.02.2016):
Уважаемые читатели! По многочисленным просьбам, с разрешения Автора и редакции, выкладываю Также, привожу фотографию новой конструкции усилителя «Джин».
У многих есть радиовещательные приемники на средневолновый диапазон.Но вещание на средних волнах сейчас во многих регионах почти прекратилось, большинство радиостанций окончательно перешли на УКВ.
Хорошо, если у приемника есть УКВ-диапазон. Если же это старый советский приемник на «СВ-ДВ», то от него в таком случае вообще нет пользы.
Однако, не все AM «сгинуло в лету». Есть еще и коротковолновый диапазон, где радиовещание очень активно, в частности это связано со свойствами волн KB-диапазона распространяться на очень большие расстояния.
Это позволяет на относительно простой приемник принимать радиостанции практически всего Мира.
Перевести средневолновый приемник на короткие волны относительно несложно, при этом даже не нужно особо вторгаться в его схему. Нужно сделать конвертер, который преобразует сигналы КВ-диапа-зона в сигналы СВ-диапазона, и подать от него сигнал на антенный вход СВ-радио-приемника.
На рисунке показана схема конвертера, позволяющего принимать радиовещательный КВ-диапазон «31 метр» на стандартный средневолновый приемник.
Принципиальная схема
Конвертер состоит из преобразователя частоты на полевом транзисторе VT1 и гетеродина на полевом транзисторе VT2. Конвертер сам не имеет органов настройки, - настройка на станцию осуществляется органами настройки средневолнового приемника. Входной сигнал от антенны поступает на входной контур L1-C2.
Этот контур настроен на середину КВ диапазона «31 метр» (на частоту 9,65 МГц). С него сигнал поступает на затвор полевого транзистора VТ1. Гетеродин на транзисторе VТ2 с кварцевой стабилизацией частоты.
Рис. 1. Принципиальная схема КВ конвертера на транзисторах КП303.
Частота стабилизирована кварцевым резонатором на 8,86 МГц. Причины применения такого резонатора две. Во-первых, этот резонатор применяется в видеотехнике, и потому весьма распространен и доступен.
Во-вторых, при частоте гетеродина 8,86 МГц на шкалу стандартного приемника с СВ-диапазоном попадает участок КВ-диапазона в пределах 9,38 - 10,48 МГц, что охватывает наиболее густонаселенный КВ-диапазон «31 метр», в котором отлично принимаются очень дальние радиостанции как днем, так и ночью (ночью все же лучше).
На выходе преобразователя частоты -дроссель L2, с него сигнал суммарных и разностных частот через конденсатор С4 подается на антенное гнездо СВ-радио-приемника.
Если у приемника нет антенного гнезда, его придется сделать, подключив его к его входному контуру (к не заземленному концу катушки магнитной антенны).
Детали
Перечень радиодеталей для сборки конвертера:
Транзисторы КП303 - 2шт.
Кварц на 8863кГц - 1шт.
Резистор 100к - 1шт.
Резистор 1К - 1шт.
Резистор 470 Ом - 1шт.
Конденсатор 30 пФ - 3шт.
Конденсатор 220 пФ - 2шт.
Конденсатор 0,1 мкФ - 1шт.
ферритовое кольцо диаметром 7 мм - 1шт.
Рис. 2. Цоколевка и фото полевого транзистора КП303.
Катушка L1 бескаркасная, диаметр 18 мм, содержит 14 витков провода ПЭВ 0,64 (можно другого сечения, от 0,5 до 1,0). Катушка L2 намотана на ферритовом кольце диаметром 7 мм.
Содержит 200 витков ПЭВ 0,12 (можно 0,1-0,16). При налаживании конвертера входной конур подстраивают растяжением сжатием витков катушки L1.
Усилители мощности, работающие в классе А, применяются редко. В основном это усилители ВЧ радиоприемных устройств с большой перегрузочной способностью. Практическая схема такого усилителя показана на рис.1. Входной L1С1-контур и выходной L2С2-контуры обычно синхронно перестраиваются и настроены на частоту входного сигнала.
Рис.1. Усилитель мощности класса А на МДП-транзисторе
Эквивалентное сопротивление Rэ выходного контура Rэ=P2p2/(RL+Rн"), где р=Sqr(L2/C2), Rн" - сопротивление нагрузки, внесенное в колебательный контур; RL - активное сопротивление потерь; Р2 - коэффициент включения контура. Величина Rн"=Rн/n22, где n2 - коэффициент трансформации.
Добротность выходного контура при его полном включении Q=RэRi/(Rэ+Ri)2pfoL2 снижается из-за шунтирующего действия выходного сопротивления транзистора Ri. У мощных МДП-транзисторов Ri невелико и обычно не превышает десятков килоом. Поэтому для увеличения Q2 используется неполное включение контура.
Полоса пропускания выходного контура 2Df2=fo2/Q2, а частота резонанса fo2=l/2pSqr(L2C2). В КВ-диапазоне такой усилитель может обеспечить Ки до нескольких десятков. Важным показателем усилителя является уровень шумов. Шумовые свойства мощных МДП-транэисторов рассмотрены в работах .
На рис.2 показана практическая схема УМ на мощном МДП-транзисторе КП901А. Поскольку не ставилась задача получения малой полосы частот L2C2, контур включен непосредственно в цепь стока и шунтируется нагрузкой Rн=50 Ом. В классе А усилитель имел Ku=5(Ku=SRн) и Кр>20 на частоте f=30 МГц. При переходе в нелинейный режим выходная мощность достигала 10 Вт.
Рис.2. Высокочастотный усилитель мощности на транзисторе КП901А
Двухкаскадный УМ (рис.3) выполнен на транзисторах КП902А и КП901А. Первый каскад работает в классе А, второй в классе В. Для обеспечения класса В достаточно исключить делитель из цени затвора второго транзистора. В усилителе использована широкополосная цепь связи между каскадами. На частоте 30 МГц усилитель обеспечивал Рвых=10 Вт при Ки>15 и Кр>100.
Рис.3. Двухкаскадный усилитель на мощных МДП-транзисторах
Узкополосный усилитель на рис.4 предназначен для работы в диапазоне частот 144... 146 МГц. Он обеспечивает усиление по мощности 12 дБ, уровень шумов 2,4 дБ и уровень интермодуляционных искажений не более 30 дБ.
Рис.4. Узкополосный усилитель мощности для работы в диапазоне 144... 146 МГц
Резонансный усилитель на мощном МДП-транэисторе 2NS235B (рис.5) на частоте 700 МГц обеспечивает получение Рвых=17 Вт при КПД 40...45%.
Рис.5. Резонансный усилитель мощности с рабочей частотой 700 МГц
Усилитель на рис.6 содержит цепь нейтрализации, уменьшающую до уровня -50 дБ уровень обратных наводок. На частоте 50 МГц усилитель имеет увеличение по мощности 18 дБ, уровень шумов 2,4 дБ и выходную мощность до 1 Вт.
Рис.6. Малошумящий нейтрализованный УМ
В запатентованной схеме рис.7 (патент США 3.919563) на частоте 70 МГц достигнут реальный КПД, равный 90% при выходной мощности 5 Вт на частоте 70 МГц. Добротность выходного контура при этом равна 3.
Рис. 7. Ключевой усилитель мощности с КПД, равным 90%.
На рис.8 представлена схема трехкаскадного УМ на отечественных мощных МДП-транзисторах КП905Б, КП907Б и КП909Б.
Рис.8. Трехкаскадный резонансный УМ диапазона 300 МГц
Усилитель обеспечивает мощность в нагрузке 30 Вт на частоте 300 МГц. В первых двух каскадах используются резонансные П-образные согласующие цепи, а в выходном каскаде - Г-обраэная цепь на входе и П-образная на выходе. Зависимости КПД и Рвых от Uc и Рвыхэ и Кр от Рвх, полученные экспериментально и расчетным путем, представлены на рис.9.
Рис.9. Зависимости параметров оконечного каскада трехкаскадного УМ
от напряжения питания (а) и входной мощности (б):
При использовании УМ в АМ-радиопередатчиках (с амплитудной модуляцией) возникают трудности, связанные с обеспечением линейности модуляционной характеристики, т. е. зависимости Рвых от амплитуды входного сигнала. Они усугубляются при использовании резко нелинейных режимов работы, таких как класс С. На рис.10 представлена схема радиопередатчика КВ-диапазона с амплитудной модуляцией. Мощность передатчика 10,8 Вт при использовании мощного УМДП-транзистора VMP4. Модуляция осуществляется изменением напряжения смещения на затворе.
Рис.10. Схема радиопередатчика КВ-диапазона с амплитудной модуляцией
Для уменьшения нелинейности модуляционной характеристики (кривая 1 на рис.11) в передатчике используется обратная связь по огибающей. Для этого выходное АМ-напряжение выпрямляется и полученный низкочастотный сигнал используется для создания ООС. Модуляционная характеристика 2 на рис.10 иллюстрирует существенное улучшение линейности.
Рис.11. Модуляционная характеристика радиопередатчика
в отсутствии (1) и при наличии (2) линеаризации
На рис.12 приведена принципиальная схема ключевого УМ с выходной номинальной мощностью 10 Вт и рабочей частотой 2,7 МГц. Усилитель выполнен на транзисторах КП902, КП904. Коэффициент полезного действия усилителя при номинальной выходной мощности 72%, коэффициент усиления мощности около 33 дБ. Усилитель возбуждается от логического элемента К133ЛБ, напряжение питания 27 В, пик-фактор напряжения стока выходного каскада равен 2,9. При соответствующей перестройке цепей связи усилитель с заданными параметрами работал в диапазоне 1,6...8,1 МГц.
Рис.12. Ключевой УМ с выходной номинальной мощностью 10 Вт
Для обеспечения заданной мощности на более высоких частотах необходимо увеличивать мощность возбудителя.
Конструктивно оба УМ были собраны на печатных платах с использованием стандартных радиаторов 100x150x20 мм, что объясняется стандартньми размерами блока УМ в радиопередатчиках. Катушки индуктивностей в цепях связи - цилиндрические на ферритовых стержнях марки ВЧ-30 диаметром 16. Добротность катушек индуктивностей Q=150.
В качестве блокировочных дросселей в цепях питания стока транзисторов одноваттного усилителя и предварительного каскада 10-ваттного усилителя использовались стандартные дроссели с индуктивностью 600 мкГн. Дроссель питания в цепи стока транзистора КП904 - на ферритовом кольце, его индуктивность 100 МкГ.
На рис.13 приведена принципиальная схема ключевого УМ с номинальной выходной мощностью Рвых=100 Вт, предназначенная для использования в необслуживаемых радиопередатчиках КВ-диапазона. Усилитель содержит каскад предварительного усиления, обратный на двух транзисторах КП907. На входе VTI включен согласующий П-образный контур С1L1С2СЗ.
Рис.13. Ключевой УМ с номинальной выходной мощностью 100 Вт
Оконечный каскад собран та шести транзисторах КП904А. Такое число транзисторов было выбрано по соображениям повышения КПД. Вместо транзисторов КП904Б можно включить также шесть транзисторов КП909 или три более мощных KП913. Оптимальный ключевой режим цепи стока обеспечивается формирующим контуром, содержащим элементы С14, С15, С16, L7.
Усилитель имеет общий КПД=62%. При этом электронный КПД выходного каскада составляет около 70%. Мостовая схема включения транзисторов предварительного каскада использована для сохранения работоспособности усилителя (хотя и с ухудшенными параметрами) при выходе из строя выходного транзистора. С этой же целью в истоки мощных транзисторов включены индивидуальные плавкие предохранители, назначение которых - отключать неисправный транзистор. Если в результате его пробоя в линейке транзисторов возникает режим, близкий к режиму короткого замыкания, это делает усилитель неработоспособным.
Параллельное включение мощных МДП ПТ не создает дополнительных трудностей при расчете и настройке УМ. Уменьшение КПД усилителя по сравнению с аналогичным по построению усилителем (см. рис.12) связано в основном с использованием транзисторов по мощности в 100-Вт усилителе. При снижении уровня выходной мощности до 50 Вт КПД усилителя возрастает до 85%, а электронный КПД -до 90%. Приведенные на рис.13 значения параметров элементов соответствуют частоте 2,9 МГц.
Пик-фактор напряжения на стоках транзисторов КП904 равен 2,8, а сами транзисторы работают в режиме, близком к оптимальному. Пик-фактор напряжения стока в каскадах на транзисторах КП907 равен П=2,1. Транзистор работает в ключевом режиме, однако оптимальность режима не обеспечивается, поскольку оптимальный ключевой режим для данных транзисторов при Uс=27 В и угле отсечки ф=90° был бы опасен из-за значительного пик-фактора, при котором напряжение на стоке может превысить максимально допустимое напряжение, равное 60 В для транзистора КП907.
На рис.14, а приведены экспериментальные и расчетные кривые, иллюстрирующие зависимости КПД, Рвых и hэ от угла отсечки тока стока. Из рисунка видно хорошее приближение расчетных данных к экспериментальным. Следует отметить что область возможных значений углов отсечки оказывается довольно узкой. Увеличению углов отсечки препятствует быстрый рост пик-фактора напряжения на стоке, а уменьшению - рост необходимого напряжения возбуждения, которое довольно скоро начинает совместно с напряжением смещения Uз превышать Uзи доп. Разумеется, при уменьшении уровня Рвыт диапазон возможных изменений углов отсечки тока стока расширяется.
Рис.14. Зависимости выходной мощности и КПД от угла отсечки 0 (а)
и от температуры окружающей среды (б):
--- эксперимент; - - - расчет
Усилитель выполнен на печатной плате. В качестве теплоотвода использован радиатор размерами 130X130X50 мм. В цепях питания транзисторов КП907 использованы стандартные дроссели ДМ-01 индуктивностью 280 мкГн. Дроссели моста сложения намотаны на ферритовых кольцах ВК-30 диам.=26. Дроссель в цепи питания выходного каскада намотан на ферритовом кольце ВЧ-30 диам.=30. Катушка индуктивности в цепи связи выходного каскада с нагрузкой - воздушная, намотана посеребренной проволокой диам.=2,5, диаметр витка 30 мм, L=80 нГн.
Температурные зависимости выходной мощности РВых и КПД ключевого УМ с выходной мощностью 100 Вт приведены на рис.14,б. Из рассмотрения приведенных зависимостей видно, что в диапазоне -60...+60°С, входная мощность УМ изменяется не более чем на ±10%. Незначительное влияние оказывает температура и на КПД, который в указанном диапазоне изменяется на ±5%. При этом наблюдается падение выходной мощности и КПД с ростом температуры, связанное с уменьшением крутизны 5 с ростом температуры. В обычном диапазоне температур -60 ... +60° С изменение hэ и Рвых незначительно, причем это достигается без каких-либо специальных мер термостабилизации УМ. Последнее также является достоинством мощных МДП-транзисторов.
Литература:
СХЕМОТЕХНИКА УСТРОЙСТВ НА МОЩНЫХ ПОЛЕВЫХ ТРАНЗИСТОРАХ.СПРАВОЧНИК. Под редакцией В.П.ДЬЯКОНОВА
Усилитель мощности на IRF630 для КВ радиостанции за основу усилителя были взяты IRF630 как наиболее дешёвые и распространенные транзисторы. Цена их колеблется от 0,45 до 0,7 $.
Их основные характеристики: UCи макс = 200 В; 1с макс. = 9 А; U3и макс = ±20 В; S = 3000 мА/В; Сзи = 600…850 пФ (в зависимости от фирмы изготовителя); Сси – не более 250 пФ (реально измеренная Сси на 10 транзисторах разных фирм производителей – около 210 пФ); рассеиваемая мощность Рс – 75 Вт.
Транзисторы IRF630 предназначены для работы в импульсных схемах (развёртки мониторов компьютеров, импульсные блоки питания), но при выведении их в режим, близкий к линейному, дают хорошие показатели и в связной аппаратуре. По результатам моих «лабораторных работ» частотная характеристика этих транзисторов, если пытаться скомпенсировать в максимальной степени входную ёмкость, не хуже, чем у КП904. Во всяком случае, устанавливая их вместо КП904, я получал гораздо лучшие результаты как по АЧХ, линейности и усилению, так и по надёжности работы.
Усилитель мощности на IRF630 для КВ радиостанции испытывался при напряжении питания 36-50 В, но наиболее надёжно и эффективно он работал при напряжении питания 40 В, от стабилизированного источника. Расчёт усилителя производился под выходную мощность 80 Вт, чтобы сохранить надёжность работы, хотя с него можно было «выкачивать» и более 100 Вт. Правда надёжность работы транзисторов падала.
Учитывая входную ёмкость IRF630 и тот факт, что эти транзисторы управляются не током, а напряжением, в отличие от биполярных. В данном усилителе не удалось устранить некоторый завал частотной характеристики выше 18 МГц (Рвых 30МГц; 0,7РВых макс) хотя схемотехнические меры принимались. Но это присуще многим схемам, в том числе и на биполярных транзисторах.
Линейные характеристики усилителя хорошие, КПД; 55%, что подтверждает данные, которые приводились в упомянутой выше статье. Самое главное – это дешевизна комплектующих деталей, в том числе и транзисторов. Которые можно свободно приобрести на радиорынках и в фирмах, занимающихся ремонтом компьютерных мониторов и блоков питания. Для получения расчетной мощности на вход усилителя необходимо подать сигнал не более 5 В (эфф.) на нагрузке 50 Ом.
При необходимости коэффициент усиления можно снизить. Уменьшив сопротивление R1, R12, R13 (рис.), при этом остальные характеристики практически не изменятся. Но не стоит забывать, что напряжение пробоя затвора транзисторов не превышает 20 В, т.е. Uвх.эфф.макс. нужно умножить на 1,41.
На VT1 собран предварительный усилитель, который охвачен двумя цепями ООС – R1, С6 (линеаризует работу транзистора и предотвращает самовозбуждение за счет уменьшения коэффициента усиления) и R5, С7* (частотнозависимая ООС, корректирующая АЧХ на «верхних» диапазонах). На VT2, VT3 собран двухтактный оконечный каскад с раздельными цепями установки смещения и аналогичными первому каскаду цепями ООС.
П-фильтры L2, С32, СЗЗ, С37, С38 и L3, С35, С36, С40, С41 служат для приведения выходного сопротивления VT2, VT3, которое составляет около 15 Ом, к 25 Ом. Одновременно это ФНЧ с частотой среза около 34 МГц. После трансформатора сложения мощностей ТЗ выходное сопротивление усилителя становится равным 50 Ом. VD1-VD6 – детектор системы ALC и индикатора перенапряжений в стоковой цепи выходных транзисторов, собранного на VD7, VD8, R21, С39 (при достижении пикового напряжения на стоках VT2, VT3 более 50 В, «загорается» светодиод VD7, что свидетельствует о повышенном КСВ).
При задействовании управляющего напряжения для цепей ALC, которое будет изменять уровень мощности. В зависимости от уровня напряжения на выходе, светодиод не будет «загораться». В любом случае нужно помнить, что выходные каскады на транзисторах нужно подсоединять к антенне через согласующее устройство. Ведь антенна – это не активная нагрузка, и на каждом из диапазонов ведёт себя по разному, даже если и написано, что работает на всех диапазонах.
Монтаж усилитель мощности на IRF630 для КВ радиостанции выполнен на плате из двухстороннего стеклотекстолита, на которой скальпелем вырезаны прямоугольные контактные площадки для узлов схемы и «общего провода». По контуру платы оставлена полоска металлизации «общего провода».
Контактные площадки «общего провода» соединяются сквозными перемычками со сплошной металлизацией второй стороны платы через 2…3 см. Детали располагают в том порядке, как указано на схеме (рис.). Таким способом было изготовлено около десятка усилителей. В процессе наладки они показали хорошую повторяемость, качественную и надёжную работу.
Плата коммутации усилитель мощности на IRF630 для КВ радиостанции:
выполняется любым способом и соединяется проводами с усилителем, реле располагаются у входа и выхода усилителя, а управление ими подводится к коммутационной плате. Подстроенные резисторы R1, R2, R3 (рис.2) нужно применять многооборотные, предварительно установив их движки в нижнее по схеме положение. Для того, чтобы при установке тока покоя резким движением не вывести из строя транзисторы.
В истоковые цепи всех транзисторов (рис.1) введены резисторы, которые уменьшают их крутизну по «постоянке», и тем самым дополнительно их защищают. Эти меры были приняты после того, как, набравшись опыта работы с такими транзисторами и выбросив десятка полтора в мусор, я понял, что такая крутизна по постоянному току не нужна. Установка начального тока каждого выходного транзистора в отдельности сделана для того, чтобы не было надобности перебирать кучу транзисторов.
Предварительно устанавливают токи покоя VT1 около 150 мА и VT2, VT3 – по 60-80 мА, но одинаковые в каждом плече, а более точно – с помощью анализатора спектра. Но, как правило, достаточно просто установить правильно токи покоя.
Теперь поговорим о том, как нужно устанавливать транзисторы. Корпус этих транзисторов (ТО-220) напоминает «пластмассовый» КТ819 с выводом стока на металлическую подложку и металлический фланец. Этого не нужно бояться и крепить их на радиатор можно рядом с платой усилителя мощности по разные стороны через слюдяные прокладки. Но слюда должна быть качественной и предварительно обработана теплопроводящей очищенной от песка пастой. Автор заостряет внимание на этом в связи с тем, что к слюде подводится не только постоянное напряжение, а и напряжение ВЧ.
Конструктивная ёмкость крепежа через слюду входит в ёмкость П-фильтров, так же впрочем, как и выходная емкость транзисторов. Транзисторы лучше прижимать к радиатору не через отверстие во фланце, а дюралевой пластиной, прижимающей два выходных транзистора сразу, что обеспечивает лучшую теплоотдачу и не нарушает слюду. Такой же крепёж и у VT1, только в начале платы.
Трансформаторы мотаются на кольцах из феррита марки НН и, в зависимости от наличия, проницаемостью от 200 до 1000. Размеры колец должны соответствовать мощности, я применил 600НН К22х10,5х6,5. Намотка производилась проводом ПЭЛШО-0,41 для Т1 (5 витков в три провода, 4 скрутки на сантиметр) и ПЭЛ-ШО-0,8 для Т2 (4 витка в два провода, 1 скрутка на сантиметр), ТЗ (6 витков в два провода, 1 скрутка на сантиметр). В связи с тем, что не всегда можно найти провод нужного диаметра в шелковой изоляции. Намотку также можно выполнить проводом ПЭВ-2, обязательно «прозвонив» обмотки между собой после намотки трансформатора.
Кольца перед намоткой обматывают слоем лакоткани.
Данные обмоток для каждого трансформатора зависят от марки и типоразмера применяемых колец и в случае применения иных колец их легко можно высчитать по формуле 12 [С.Г.Бунин и Л.П.Яйленко. «Справочник радиолюбителя-коротковолновика», Киев, «Техника», 1984 г., стр.154], где значение Rk для Т1 – 50, для Т2 -15, для ТЗ – 25.
L2, L3 имеют по 5 витков провода ПЭВ-1,5 на оправке диаметром 8 мм, длина намотки 16 мм. Если эти данные полностью сохранить, подстройку фильтров производить практически не нужно. L1 – стандартный дроссель 100 мкГн должен выдерживать ток не менее 0,3 А (например, Д-0,3). Конденсаторы в выходных ФНЧ применяются трубчатые или любые высокочастотные с соответствующей реактивной мощностью и рабочим напряжением. Аналогичные требования и к С26 -С31.
Все остальные конденсаторы должны быть также рассчитаны на соответствующие рабочие напряжения. После включения и выставления всех режимов по постоянному току, подключают нагрузку и корректируют АЧХ усилителя с помощью ГСС и лампового вольтметра или измерителя АЧХ (автор применял Х1-50). Подбором С7, С10, С19-С22 можно корректировать характеристику в области 14-30 МГц (рис.1). Для «выравнивания» Рвых на ВЧ диапазонах, возможно, дополнительно понадобится подобрать количество битков у Т1 и Т2.
