Линейный усилитель мощности » Радиолюбительские конструкции

Линейный усилитель мощности

Линейный усилитель мощности, как всем известно задача усилителя мощности — это усиливать высокочастотный сигнал передатчика и передать ее в антенну с минимально возможными потерями и максимальным КПД. Приведенная схема усилителя, которую можно собрать буквально за выходные, ведь для него не требуется печатная плата, а монтаж выполнен на пяточках.
Линейный усилитель мощности
Хотелось кратко отметить, что силовые ВЧ транзисторы достаточно дороговаты, и поэтому в диапазоне более низких частот в силовых каскадах усилителей охотно используются дешевые ключевые полевые МОП-транзисторы серии IRF. В транзисторах типа IRF емкость между затвором и другими электродами составляет от сотен пикофарад до единиц нанофарад, что является высоким значением в диапазоне коротких волн (в переключающих схемах с низкими рабочими частотами это не имеет большого значения). Среди популярных транзисторов IRF одними из предпочитаемых являются IRF 510.


Принципиальная схема линейный усилитель мощности с использованием трех транзисторов IRF 510 приведена на рисунке.

Принципиальная схема линейный усилитель мощности
Линейный усилитель мощности может работать в качестве оконечного усилителя приемопередатчика QRP / 80 м, усиливая входной сигнал с 300 - 500 мВт до примерно 16. ... 20Вт выходной мощности (при напряжении питания 12 ... 13,8В). Первый каскад на транзисторе Т1 работает в классе А, а следующий каскад на транзисторах Т2 и Т3 в классе АВ. Рабочие точки транзисторов зависят от делителей напряжения в цепях затворов (настройкой потенциометров) и резисторов.


Небольшая отрицательная обратная связь в виде резисторов стабилизирует рабочую точку и улучшает результирующую линейность усилителя (слишком большое значение резистора значительно снижает выходную мощность). Эти резисторы можно подключать параллельно, что положительно сказывается на снижении индуктивности.


Применяемое управление затворами транзисторов Т2 и Т3 от одной вторичной обмотки трансформатора TR1 приводит к тому, что происходит управления силовыми транзисторами. На стоках транзисторов усиленные сигналы не совпадают по фазе, что приводит к дополнительному подавлению гармоник. Выходные сигналы через суммирующий трансформатор поступают на двухкаскадный фильтр нижних частот для диапазона 80 метров.
Управление переключением прием / передачи осуществляется двумя реле, на которые подается напряжение 12В. Управляющее напряжение с трансивера также используется для питания смещения через стабилизатор US1 78L05.


Отдельное смещение затвора для каждого транзистора позволяет точно установить ток покоя и является преимуществом при использовании транзисторов с отличающимися характеристиками. Транзисторы установлены на алюминиевый радиатор для отвода тепла. Линейный усилитель мощности собран на односторонней печатной плате, показанной на рисунке, монтаж выполнен на пятачках.
Печатная плата усилителя
С другой стороны платы - транзисторы IRF510, прикрученные к алюминиевому радиатору размером 124X50 мм из профиля. Поскольку транзисторы в корпусах ТО220, они гальванически соединены с радиатором, необходимо использовать слюдяные или тефлоновые изолирующие прокладки (между радиатором).
Согласующие трансформаторы и ВЧ дроссели питания были намотаны на ферритовых сердечниках. Индуктивности DL1 ... DL3 представляют собой типовые дроссели с индуктивностью 10 мкГн на ток не менее 1А (DL4 на ток 3А), его можно намотать на небольшом ферритовом стержне.


Трансформатор TR1 намотан проводом 0.4 мм на сердечнике бинокль BN-43/202, первичная обмотка имеет 6 витков, а вторичная - 4 витка того же провода. Трансформатор TR2 намотан на тороидальном сердечник 16x9x14 из материала F1000 и включает в себя две бифилярные обмотки, 5 витков провода диаметром 1 мм. Можно использовать более крупный тороидальный сердечник FT82-43 с размерами 21x13,2x6,35, но при этом необходимо намотать вдвое больше количество витков, то есть 10.
Для фильтра нижних частот применены сердечники Т50-2 с размерами 12,7x7,7x4,83. Катушки L1 и L2 содержат 21 виток провода 0,4 мм в изоляции. Также можно использовать сердечники T68-2 с размерами 17,5x9,4x4,83 и намотать 19 витков провода.


Собранная схема требует настройки токов покоя с помощью потенциометров. Начальные токи покоя для каждого из транзисторов следует установить на 100 мА. Окончательную настройку лучше всего производить при проверке выходного сигнала с помощью осциллографа или анализатора спектра (для минимальных искажений и максимальной выходной мощности).

Расположение на радиаторе
Стоит знать, что многие типы ферритовых сердечников могут использоваться в широкополосных трансформаторах TR1 и TR2, но нам нужно помнить, что площадь поверхности сердечника выбирается пропорционально мощности, а используемый материал должен обеспечивать минимально возможные потери. Нагрев сердечника является признаком насыщения материала и потери магнитных свойств. Необходимо помнить, что при насыщении ферритового сердечника происходит резкое снижение мощности и чрезмерный нагрев транзисторов вместе с радиатором.


Перед использованием имеющихся сердечников лучше ознакомиться со спецификацией ферритовых материалов. Самая большая дилемма — это когда под рукой неизвестное кольцо, и, судя по его размерам, оно подойдет для усилителя. Вместо того, чтобы установить его в собираемый усилитель, лучше проверить рабочую частоту, измерив индуктивность обмоток. Для этого мы наматываем обмотки, желательно как в схеме, и измеряем индуктивность.
Если индуктивность обмоток находится в диапазоне 50 ... 200 мкГн, можно надеяться, что такой трансформатор оправдает наши надежды.


Также можно попробовать пропустить максимальный ток от регулируемого блока питания через одну из обмоток, на которой будет работать усилитель, и проверить индуктивность вторичной обмотки (запомните значение перед подключением тока и при пропускании тока по обмотке). Если обнаружим, что индуктивность измеряемой обмотки быстро падает, это признак того, что сердечник не передает требуемую мощность (он насыщен) и не подходит для усилителя.

Во время настройки необходимо убедиться, что схема работает стабильно без возбуждения. «Борьба» с возбуждением усилителей иногда бывает непростой и заключается в устранении причины, то есть в том виде, в каком она вытекает из теории генерации колебаний (устранение двух условий, фазы и амплитуды). В приведенной схеме не было необходимости включать дополнительные элементы отрицательной обратной связи в виде R7C20 и R8C21 между затворами и стоками транзисторов, но, если возникнет возбуждение, попробуйте их включить.

Наконец, стоит также упомянуть об измерении выходной мощности усилителя. Проще всего это можно сделать измерителем мощности, или практическим методом (измерение ВЧ напряжения на эквиваленте нагрузки). При проверке усилителя необходимо подключить промодулированный генератор сигналов, а к выходу подключить нагрузку и осциллограф. При этом нужно откорректировать настройки потенциометров, измерив одновременно уровень искажений и ток покоя.
<

Добавить комментарий

Кликните на изображение чтобы обновить код, если он неразборчив

Радиолюбительские конструкции