Návrh na 40W širokopásmové VHF výkonového zosilňovača pre vysielanie FM

úvod

Čo to dizajn je pre

Na zvýšenie výstupného výkonu nízkoenergetických budičov rozhlasového pásma FM je niekoľko z nich komerčne dostupných, buď ako súpravy, alebo ako hotové. Pozri Ako sa Spoločenstvo rozhlasová stanica za odkazy na recenzie niektorých z viacerých populárnych budičmi.

Kto je to design pre?

• Tí, ktorí sú oboznámení s elektronikou RF a mechanických konštrukčných techník
• Tí, ktorí už úspešne skonštruovali a testovali výkonové zosilňovače VHF (> 10W)

Pre porovnanie, viď Úvod do spoločenstva, rozhlasovej stanice Electronics

Nasledujúce skúšobné zariadenie bude musieť naladiť zosilňovača:

• Stabilizovaný prúd obmedzený napájanie (+ 28V, 3)
• Multimeter s 3 alebo väčší prúdový rozsah
• 50W VHF Dummy Load
• RF Power Meter
• FM budič, s cca. 26 - 27 dBm výstupný výkon
• RF Spektrálny analyzér
• RF Network analyzátor alebo spektrálny analyzátor s tracking generátorom
• Výkon RF atenuátor

Tento dizajn je NIE JE vhodné pre začiatočníkov a začiatočníkov VHF RF. Týmto ľuďom hrozí nasledujúce riziko:

• Tepelné a RF popáleniny
• Elektrickým prúdom
• Zničenie drahých RF komponentov a skúšobného zariadenia
• Nežiaduce podvrhnuté RF žiarenia, čo má za následok rušenie ostatným užívateľom elektromagnetického spektra, a tým riskovať návštevu od štátu, a následné riziko zariadení konfiškácie, pokuty a prípadne uväznenie.
• Veľa stresom a frustráciou.

Prečo tento návrh treba

Verím, že kvalita prevažnej väčšiny schém a návrhov pre vysielacie zariadenia FM dostupné na internete zďaleka nie je uspokojivá. Pozri moje poradenstvo v oblasti budovania od plánov na webe. Najmä informácie dostupné na výkonových zosilňovačoch VHF RF sú ešte zúfalejšie, napríklad návrhy využívajúce dinosaury zariadení, ako napríklad TP9380. Tento dizajn je založený na novom zariadení MOSFET s sprievodnými výhodami

• vysoký zisk
• vysoká účinnosť
• jednoduchosť ladenia

Pretože väčšina dizajnov na webe je starších ako 10 rokov, použitie nedávno predstaveného zariadenia by malo maximalizovať životnosť tohto dizajnu. Tento dizajn používam aj ako prostriedok na demonštráciu množstva informácií potrebných na úspešné zostavenie tohto zosilňovača od tretej strany, ktorá nie je schopná čítať myšlienky. Jedná sa o to: ak je človek dostatočne zručný a skúsený na to, aby vytvoril niečo zo skromných informácií o dizajne, napríklad iba zo schémy, je rovnako schopný vytvoriť to zo žiadnej informácie. Naopak, človek, ktorý nemá takúto zručnosť a skúsenosti, bude vyžadovať podrobné pokyny, aby uspel.

---

Postup návrhu

Zosilňovač dizajn je založený na nedávno zavedené (1998) Motorola MRF171A MOSFET (MRF171A list in PDF formát).Nepleťte si to s starší, teraz ukončené, MRF171 zariadenie.  Januára 2002 - Motorola zmení ich vysokofrekvenčné výkonové zariadenia produktové portfólio viac než oftern niektorí ľudia menia svoje underparts. Vyzerá to, že Motorola uvoľnený tento prístroj na M / A-Com.

Počítačová simulácia

Počiatočná uskutočniteľnosť sa uskutočňovala pomocou lineárneho RF a mikrovlnného simulačného balíka, konkrétne Supercompact. Použitá verzia bola 6.0, čo úprimne povedané považujem za softvér, ktorý nevyzerá dobre, a vôbec ho neodporúčam. Pre toto zariadenie poskytuje Motorola parametre S a veľkú impedanciu signálu na jednom konci. Parametre S sa merajú pri pokojovom odtokovom prúde 0.5 A, čo predstavuje krok vpred v charakterizácii zariadenia, pretože tradične sa parametre S merali pri dosť nízkych odtokových prúdoch. Aj keď je to pro zařízení se slabým signálem uspokojivé, je pre návrh výkonového zosilňovača použitie parametrov S meraných pri malých odtokových prúdoch obmedzené. 

Zatiaľ čo informácie o parametri S namerané pri 0.5 A mohli poskytnúť užitočný východiskový bod návrhu, rozhodol som sa návrh založiť na impedanciách veľkého signálu s jedným koncom. Meria ich výrobca zariadenia vyladením zariadenia tak, aby dosiahol najlepší výkon pri každej testovacej frekvencii vo všeobecnom testovacom zariadení. Skúšobné zariadenie sa potom odstráni a na meranie komplexnej impedancie pri pohľade späť do zodpovedajúcej siete sa použije vektorový sieťový analyzátor, pričom tieto zakončenia sú zakončené 50 R. Tento postup sa vykonáva pre vstupné a výstupné porovnávacie siete. Výhodou veľkých údajov o impedancii signálu je, že ich možno merať pri skutočnom výstupnom výkone, ktorý je generované zariadením, a ako také sú reprezentatívnejšie v scenári výkonového zosilňovača. Všimnite si, že veľké jednotlivé impedancie poskytujú iba informácie, ktoré umožňujú syntézu vstupnej a výstupnej zhody siete, neposkytujú žiadne informácie o pravdepodobnom zisku, účinnosti, výkone šumu (ak je to relevantné) alebo stabilite výsledného zosilňovača.

Jedná sa o súbor používaný k syntéze vstupnej siete.

* Mrf171i1.ckt; Meno súboru

* blok definície premennej, prvá hodnota je minimálna povolená hodnota, * tretia maximálna povolená hodnota, stredná hodnota je premenná

C1:? 1PF 30.2596PF 120PF? C2:? 1PF 21.8507PF 120PF? L1:? 1NH 72.7228NH 80NH? C3:? 1PF 179.765PF 180PF? L2:? 1NH 30.4466NH 80NH? BLK; Uzáver netlistu okruhu 1 2 c = c1 viečko 2 0 c = c2 ind 2 3 l = l1 viečko 3 0 c = c3 ind 3 9 l = l2 res 9 0 r = 33; rezistor napájania predpätia brány jeden 9 mrf171ip; referencia na 1 port údajov IPNET: 1POR 1; vytvorenie novej 1-portovej siete KONIEC FREKV KROK 88MHZ 108MHZ 1MHZ KONIEC OPT

* Vyhlásenie o optimalizácii, hovorí simulátoru, aby optimalizoval medzi * 88 a 108 MHz a dosiahol stratu vstupného návratu lepšiu ako * -24 dB

   IPNET R1 = 50 F = 88MHZ 108MHZ MS11 -24DB LT

KONIEC ÚDAJOV

* Definujte sieť s jedným portom s názvom mrf171ip s odkazom na ekvivalentné komplexné impedancie * s veľkým signálom *. Tieto údaje sú k dispozícii na 4 * frekvenčných bodoch

* Definujte informácie o parametroch Z, skutočný a imaginárny formát, * referenčná impedancia je 1 Ohm

   mrf171ip: Z RI RREF = 1 * MRF171A Z ZDROJ 30MHZ 12.8 -3.6 100MHZ 3.1 -11.6 150MHZ 2.0 -6.5 200MHZ 2.2 -6.0 KONIEC

Použitie simulátora samozrejme neposkytuje nijakú pomoc pri výbere topológie obvodov ani počiatočných hodnôt pre sieťové komponenty. Tieto informácie pochádzajú zo skúseností s dizajnom. Všetky optimalizačné hodnoty boli obmedzené maximami a minimami, aby bola výsledná sieť realizovateľná.

Spočiatku bola vyskúšaná 3-pólová párovacia sieť, ktorá nebola schopná zabezpečiť dostatočne širokopásmovú zhodu na 20 MHz. Použitie 5-pólového obvodu umožnilo dosiahnuť cieľ optimalizácie. Všimnite si, že v simulácii je zahrnuté predpätie brány 33R, pretože to pomáha de-Q vstupnej sieti a zlepšuje stabilitu koncového zosilňovača.

Podobný postup bol vykonaný pre výstupnú sieť. V tejto simulácii bol do simulácie zahrnutý odtokový prívod. Aj keď na prvý pohľad nie je hodnota tejto tlmivky rozhodujúca, ak sa dá dosiahnuť príliš veľká stabilita, je možné ju zahrnúť, ak sa stane príliš malou, stane sa súčasťou siete zodpovedajúcej výstupu, čo sa v tomto prípade nepovažovalo za žiaduce .

Komponentný voľby

Pretože vstupný výkon je iba pol wattu, v obvode prispôsobenia vstupu sa použili štandardné keramické kondenzátory a trimre. L1 a L2 (pozri schematický) mohli byť vyrobené oveľa menšie, ale boli zachované veľké kvôli konzistencii s tlmivkami použitými vo výstupnej sieti. Vo výstupnej sieti sa na zvládnutie napájania a udržanie strát komponentov na minimálnej úrovni použili kondenzátory pokryté sľudou a sľudové kompresné trimre. Širokopásmová tlmivka L3 poskytuje určitú stratovú reaktanciu pri nižších vysokofrekvenčných frekvenciách, C8 sa stará o oddelenie AF (zvukovej frekvencie).

Použitie zosilňovacieho režimu N-kanálového MOSFETu (kladné napätie predurčuje zariadenie do vedenia) znamená, že predpojatosť obvodov je jednoduchá. Oddeľovač potenciálu odpája požadované napätie z nízkeho napätia stabilizovaného zenerovou diódou 5.6 V. Druhý zener 5.6 V, D2, je namontovaný ako preventívne opatrenie, aby sa zabezpečilo, že na bránu FET nebude privedené nadmerné napätie, čo by určite viedlo k zničeniu zariadenia. Puristi by teplotu stabilizovali predpäťový prúd, ale keďže predpätie nie je v tejto aplikácii kritické, s tým sa to neobťažovalo.

Pre vstup RF bola použitá zásuvka BNC z dôvodu nízkeho vstupného výkonu RF. Na výstup RF som použil typ N, nepoužívam BNC nad asi 5 W a nemám rád konektory v štýle UHF. Osobne neodporúčam používať UHF konektory nad 30MHz.

---

Stavba

Zosilňovač bol skonštruovaný v malej hliníkovej tlakovej zliatine. RF vstupné a výstupné pripojenia sú tvorené koaxiálnymi zásuvkami. Napájanie je vedené cez keramický priechodný kondenzátor zaskrutkovaný v stene skrinky. Výsledkom tejto konštrukčnej techniky je vynikajúce tienenie, ktoré zabraňuje úniku RF žiarenia zo zosilňovača. Bez nej by mohlo byť vyžarované značné množstvo vysokofrekvenčného žiarenia, ktoré by interferovalo s inými citlivými obvodmi, ako sú VCO a zvukové stupne, a tiež by mohlo dôjsť k značnému množstvu harmonického žiarenia. 

Základňa napájacieho zariadenia je umiestnená cez výrez v podlahe tlakovej liatej skrinky a je naskrutkovaná priamo na malý extrudovaný hliníkový chladič. Alternatívou by bola základňa napájacieho zariadenia umiestnená na podlahe pod tlakovým liatím. Toto sa neodporúča z dvoch dôvodov, ktoré sa týkajú zabezpečenia efektívneho spôsobu vedenia tepla z FET. Podlaha tlakovej liatej krabice nie je spočiatku zvlášť hladká, čo má za následok zlú tepelnú cestu. Po druhé, mať podlahu tlakovej liatej krabice v tepelnej dráhe prináša viac mechanických rozhraní, a teda väčší tepelný odpor. Ďalšou výhodou zvolenej konštrukčnej techniky je, že správne vyrovnáva vodiče zariadenia s hornou stranou dosky plošných spojov.

Použitie uvedeného chladiča bude vyžadovať použitie núteného chladenia vzduchom (ventilátor). Ak plánujete nepoužívať ventilátor, bude potrebný oveľa väčší chladič a zosilňovač by mal byť namontovaný s vertikálnymi rebrami chladiča, aby sa maximalizovalo chladenie prirodzenou konvekciou.

Doska s plošnými spojmi sa skladá z kusu materiálu zo sklenených vlákien PCB (doska s plošnými spojmi) oplášteného 1oz Cu (meď) na každej strane. Na vytvorenie obvodových uzlov som použil Wainwright - to sú v podstate samolepiace kúsky pocínovaného jednostranného materiálu PCB, rozrezaného na veľkosť pomocou statného páru bočných rezačov. Ľahkou alternatívou je použiť kúsky jednostranného materiálu PCB s hrúbkou 1.6 mm, nastrihané na požadovanú veľkosť a potom pocínované. Lepia sa na základovú plochu lepidlom kyanoakrylátového typu (napr. Superlepidlom alebo Tak-pak  FEC 537-044). Výsledkom tohto spôsobu konštrukcie je, že horná strana DPS je vynikajúca základná rovina. Jedinou výnimkou sú dve podložky pre bránu a odtok FET. Tieto sa vytvorili opatrným bodením vrchnej vrstvy medi ostrým skalpelom a následným odstránením prameňov medi pomocou hrotu spájkovačky s jemným hrotom a skalpelu. Prechod železným hrotom po izolovanom kúsku medi dostatočne uvoľní lepidlo na to, aby sa skalpel odlepil od Cu. Takto vytvorená podložka brány je zreteľne viditeľná na fotografie prototypu

Po vytvorení otvoru v doske plošných spojov tak, aby mohla sedieť základňa napájacieho zariadenia, som cez otvor zabalil medenú pásku, aby som sa pripojil k hornej a dolnej pozemnej rovine. Toto sa uskutočnilo na dvoch miestach pod záložkami zdrojov. Medená páska sa potom spájkovala zhora a zdola.

Vidieť fotografie pre navrhované polohy komponentov. Vertikálna obrazovka napravo od krytu je kusom obojstranného materiálu PCB, ktorý je na oboch stranách spájaný s hornou základnou rovinou. Toto je pokus o zlepšenie konečného harmonického odmietnutia znížením väzby medzi tlmivkami, ktoré tvoria výstupnú zhodu, a tlmivkami, ktoré tvoria LPF. Na vykonávanie tohto druhu spájkovania je potrebná spájkovačka s výkonom 60 W alebo vyššou - najlepšie s regulovanou teplotou. Táto žehlička bude pre menšie komponenty príliš vrchná, takže bude tiež potrebná menšia žehlička.

Ako sa uvádza nižšie, LPF induktory sú pripájané priamo na kartách kondenzátorov kovov plátovaných.

Odporúčaná Rough and Ready Stavebné konanie

1. Vystrihnite kúsok obojstranné DPS materiálu na základnej doske (cca 100 x 85mm)
2. Vytvorte clonu pre FET pomocou výberu vrtákov a súborov. Ak je to potrebné, použite FET ako šablónu, ale nevystreľte to staticky. Uistite sa, že skončíte s odtokom na pravej strane.
3. Vyvŕtajte šesť otvorov v doske, jedná sa držať PCB na odliatku pole
4. Umiestnite dosku do poľa a pomocou otvorov v DPS prevŕtať krabici
5. Dočasne priskrutkujte dosku ku skrinke
6. Zmierte sa s tým, kam bude chladič smerovať, pod krabicu. Zariadenie by malo skončiť smerom do stredu chladiča. Buď vyvŕtajte cez celú dávku ďalšie otvory, znova použite niektoré z existujúcich otvorov pre PCB / skrinku a pretiahnite ich dole chladičom. Dočasne priskrutkujte chladič k zostave DPS / krabice. Keď sa pozriete do hornej časti škatule, mali by ste teraz vidieť odhalený kúsok chladiča, rovnakej veľkosti ako základňa FET.
7. Rig si nejaký statický ochranu (ak máte starý fúkané-up zariadenia alebo bipolárnou zariadení v rovnakom balení nebudete musieť obťažovať s tým) a pusť zariadení do otvoru v doske.
8. Použite FET, aby vám dať stredových pozícií svojich "montážnych otvorov
9. Znova vezmite všetko na kúsky. Na chladiči vytvorte dva otvory pre chladič
10. Vyvŕtajte otvory v dvoch koncoch poľa pre RF konektory a feedthrough kondenzátora
11. Pocínujte dosku s plošnými spojmi, hore a dole, veľkým železom. Na zaistenie hladkého povrchu použite iba dostatočné množstvo spájky, ale nie príliš veľa na to, aby ste vytvorili vyvýšené oblasti spájky, najmä na spodnej strane, pretože to zabráni tomu, aby doska plošných spojov sedela naplocho na podlahe krabice.
12. Vytvorte dva ostrovy pre FET brány a kanalizácie, ako je uvedené v predchádzajúcom odseku
13. Spájkovacie medená páska medzi hornými a dolnými plochami PCB naspodku, kde sú zdrojové karty budú
14. Vytvorte ostrovy PCB, cín im, nalepte ich na PCB pomocou fotografie ako vodítko
15. Vytvorenie a vošli na obrazovku medzi zosilňovačom a LPF oblasti
16. Vhodné pre všetky zostávajúce komponenty do PCB, s výnimkou FET
17. Nasaďte dosku do krabice a chladiča
18. Fit a pripojiť a RF konektory a napájanie cez kondenzátor
19. Znova urobte antistatické opatrenia a na základňu FET naneste čo najtenší súvislý film pasty na prenos tepla. To sa dá pohodlne urobiť pomocou drevenej koktailovej tyčinky
20. Ohnite posledné 2 mm každého z vodičov FET. Ak to bude potrebné, odstránenie bude oveľa jednoduchšie
21. Zaskrutkujte FET na chladič. Príliš uvoľnené a zariadenie sa prehreje, príliš pevne a deformujete prírubu zariadenia a znova sa prehreje. Ak máte momentový skrutkovač, vyhľadajte odporúčaný krútiaci moment a použite ho. 
22. Ak ste správne pochopili pokyny, výčnelky zariadenia budú čiastočne nad PCB. Spájajte FET s veľkým železom, najskôr zdrojmi, potom odtokom, nakoniec bránou. Možno budete musieť odpojiť L4 a L5, kým inštalujete FET, ale neodpájajte R3, pretože to poskytuje statickú ochranu zariadenia.

Schematický

Zoznam náhradných dielov

Poznámky

1. Farnell Čísla dielov sú iba orientačné - iné rovnocenné diely môžu byť nahradené.
2. Kovov plátovaných kondenzátory sú buď Semco Séria MCM, séria Unelco J101, Underwood alebo Arco MCJ-101 séria k dispozícii od mimo iných miestach, RF Parts.
3. MRF171A dispozícii od BFI (UK), Richardson or RF Parts (USA)
4. Arco alebo Sprague trávnikov sú k dispozícii od Komunikačné koncepty (USA)
5. 18 SWG (štandardný prierez vodiča) je približne priemer 1.2mm
6. 22 SWG (štandardný prierez vodiča) je približne priemer 0.7mm
7. Ak chcete vyrobiť tlmivky - naviňte požadovaný počet závitov okolo vhodne dimenzovaného formátora, spočiatku použite medzi jednotlivými závitmi rozstup jedného priemeru drôtu. Potom zatáčky od seba odtiahnite, aby ste získali požadovanú dĺžku v tabuľke kusov. Nakoniec skontrolujte hodnotu pomocou sieťového analyzátora a podľa toho upravte.
8. Výnimkou z vyššie uvedeného pravidla je rozstup L4, ktorý sa nachádza v blízkosti rany.
9. Medená fólia je k dispozícii od remeselné obchody (používané v vitráže výrobe)
10. A / R =, ako je požadované

Fotografie prototypu zosilňovače

Poznámka orientáciu FET. Vedenie s lomítkom je odpad, a je na pravej strane

---

Low Pass Filter Testovanie

Akékoľvek RF zosilňovač musí nasledovať low-pass filter (LPF) k zníženiu harmonické na prijateľnú úroveň. To, čo je táto úroveň v nelicencovanej aplikácii, je diskutabilný bod, ale so zvyšovaním výstupného výkonu je potrebné venovať väčšiu pozornosť potlačeniu harmonických. Napríklad tretia harmonická -3dBc na 30W jednotke je 1uW, čo pravdepodobne nebude nijako obťažovať, zatiaľ čo potlačenie tretej harmonickej -1dBc na výstupe 30KW vedie k výkonu 3W na tretej harmonickej, čo je potenciálne problematické. Takže pre absolútnu úroveň harmonické žiarenie v druhom príklade byť rovnaký ako prvý, teraz je potrebné potlačiť tretej harmonickej by 60dBc.

V tomto dizajne som sa rozhodol implementovať 7-pólový Chebyshevov dolnopriepustný filter. Bol vybraný Čebyšev, pretože fázové a amplitúdové vlnenie v pásme nebolo kritické a Čebyšev dáva lepší útlm zastavovacieho pásma ako v porovnaní s Butterworthovým. Dizajnové pásmo zastavenia bolo vybrané na 113 MHz, čo poskytlo implementačnú rezervu 5 MHz od najvyššej požadovanej frekvencie priepustného pásma pri frekvencii 108 MHz a začiatku pásma zastavenia pri frekvencii 113 MHz. Ďalším kritickým parametrom návrhu bolo zvlnenie priepustného pásma. Pre návrh jednej frekvencie je bežnou praxou zvoliť veľké zvlnenie priepustného pásma, napríklad 1 dB, a vyladiť vrchol maxima posledného priepustného pásma na požadovanú výstupnú frekvenciu. Toto poskytuje najlepší útlm stopband, pretože väčšie zvlnenie priepustného pásma vedie k rýchlejšiemu útlmu stopband. Sedempólový filter má 7 reaktívnych prvkov, v tomto prevedení štyri kondenzátory a tri tlmivky. Čím viac pólov, tým lepšie je tlmenie stopband, na úkor zvýšenej zložitosti a väčšej straty vloženia passbandu. Je potrebný nepárny počet pólov, pretože vstupná aj výstupná impedancia bola navrhnutá na hodnotu 50R.

Pretože je tento dizajn širokopásmový, obmedzuje to zvlnenie priepustného pásma na takú úroveň, aby sa strata spätného toku priepustného pásma nestala hornou. Pomocou vynikajúcej pomôcky na navrhovanie filtrov shareware Faisyn (k dispozícii od FaiSyn RF Design Software Úvodná stránka) umožňuje ľahké prešetrenie týchto kompromisov a rozhodol som sa pre zvlnenie priepustného pásma 0.02 dB. Tento program tiež počíta hodnoty filtra za vás a vydáva netlist vo formáte vhodnom na vstup do najpopulárnejších simulátorov lineárnych obvodov. Pri 7 póloch bola k dispozícii voľba použitia 4 kondenzátorov a 3 tlmiviek alebo 3 kondenzátorov a 4 tlmiviek. Prvý som zvolil s odôvodnením, že jeho výsledkom je vietor o jednu zložku menej. Hodnoty kondenzátora dané z programu faisyn boli preskúmané s cieľom skontrolovať, či sú blízko k preferovanej hodnote, ktorou boli. Ak by klesli medzi preferované hodnoty, možnosti by zahŕňali paralelné zapojenie dvoch kondenzátorov dohromady, čo zbytočne zvyšuje počet komponentov, alebo jemné doladenie frekvencie stopband a zvlnenia passband, aby sa získala požadovanejšia sada hodnôt.

Ak chcete implementovať filter, rozhodol som sa použiť štandardné kovov plátovaných kondenzátory veľkosti vykonanej Unelco alebo Semco. Induktory boli vyrobené z 18 pocínovaných medených drôtov SWG (štandardný prierez drôtu). Z mojich skúseností vyplýva, že pri použití postriebreného medeného drôtu sa dá získať len málo. Induktory boli vytvorené okolo stredu štandardu RS or Farnell Ladenie nástroja (FEC 145-507) - tento má priemer 0.25 palca, 6.35 mm. V opačnom prípade použite vrták príslušnej veľkosti. Vonkajšie dva induktory boli navinuté v smere hodinových ručičiek, vnútorný bol navinutý proti smeru hodinových ručičiek. Toto je pokus o zníženie vzájomnej indukčnej väzby medzi tlmivkami, čo má tendenciu degradovať útlm zastavovacieho pásma. Z rovnakého dôvodu sú tlmivky usporiadané navzájom 90 °, nie všetky sú usporiadané v jednej priamke. Induktory sú spájkované priamo na výstupkoch kondenzátorov pokrytých kovom. Takto sa straty minimalizujú. Starostlivo skonštruovaný filter tohto typu môže vykazovať stratu vloženia priepustného pásma lepšie ako 0.2 dB. Tu sú výsledky testov prototypovej jednotky.

Keď som vedel požadované hodnoty pre tlmivky, urobil som poučený odhad na základe skúseností, koľko závitov som potreboval, a potom pomocou správne kalibrovaného analyzátora RF siete zmeral indukčnosť induktora, ktorý som vytvoril. Toto je zďaleka najpresnejší spôsob stanovenia hodnoty indukčnosti malých hodnôt, pretože meranie je možné vykonať pri skutočnej prevádzkovej frekvencii filtra. Po zmeraní hodnoty a zodpovedajúcom prispôsobení indukčností by ste mali zistiť, že keď je zostrojený celý filter, je na dokončenie vyladenia filtra potrebné prekvapivo malé nastavenie.

Najlepším spôsobom, ako vyladiť tento filter, je minimalizovať stratu spätného toku vstupného pásma pomocou sieťového analyzátora. Minimalizáciou straty vstupného návratu minimalizujete stratu prenosu v pásme a zvlnenie pásma. The 20MHz rozpätie graf ukazuje, že som dosiahol stratu návratnosti passband -18 dB. Ak nemáte sieťový analyzátor, je to trochu zložitejšie. Ak sa práve ladíte na bodovú frekvenciu, nastavte zdroj energie RF, aby sa do filtra dostal pomocou smerového merača výkonu. Filter je zakončený dobrým zaťažením 50R. Teraz sledujte odrazenú energiu, ktorá sa vracia z filtra, a vylaďte filter tak, aby ste odrazenú energiu minimalizovali. Ak chcete širokopásmový výkon, budete sa musieť pokúsiť urobiť to napríklad pri troch frekvenciách, spodnej, strednej a hornej časti pásma. Prípadne, ak sa vám podarilo dostatočne dobre zmerať vaše induktory inými prostriedkami, stačí filter zložiť a nechať ho tak, bez ďalších úprav.

Po vyladení na minimálnu stratu spätného toku pásma sa útlm stopband postará sám o sebe, nemali by ste ho ladiť, pretože by sa vám pokazila strata vloženia pásma. The 200MHz rozpätie graf ukazuje, že som zvládol 36dB odmietnutia pri 2. harmonickej na 88MHz, čo je najhorší prípad. S odvolaním sa na 600MHz rozpätie Graf ukazuje 3rd harmonické 88MHz potlačený-55dB, a vyšších rádov o sumu vyššiu, než je táto.

Zosilňovač Testovanie

Na vyladenie tohto zosilňovača som použil sieťový analyzátor HP 8714C. Bez prístupu k sieťovému analyzátoru budete musieť byť mimoriadne vynaliezaví na vyladenie širokopásmového výkonu. Po vyladení LPF je ďalšou úlohou nastavenie zaujatosti FET. Urobte to pomocou spektrálneho analyzátora pripojeného k výstupu (prostredníctvom vhodného množstva útlmu, aspoň 40dB) na sledovanie rušivých kmitov. Pripojte na vstup dobrú záťaž 50R a pripojte stabilizovaný napájací zdroj (napájací zdroj) s prúdovým limitom nastaveným na 200mA.

Nastavte všetky vyžínače na stred svojho rozsahu. So špecifikovanými miniatúrnymi keramickými vyžínačmi, keď je polmesiac metalizácie na hornej doske vyžínača úplne vyrovnaný s plochou na tele vyžínača, je vyžínač na maximálnej kapacite. Odtiaľto otočte o 180 °, aby ste dosiahli minimálnu kapacitu. Nastavte R1 na minimálne napätie (pokiaľ neviete, o aký spôsob ide, experimentujte skôr, ako použijete FET). Pomaly zvyšujte napájacie napätie z 0V na + 28V. Jediný odoberaný prúd by mal byť ten, ktorý odoberá predpätý obvod, asi 14 mA. Teraz upravte R1 tak, aby ste k číslu pridali 100 mA. V prúde odobratom z napájacieho zdroja by nemali byť žiadne náhle kroky. Ak existujú, zosilňovač takmer určite kmitá.

Ak je všetko v poriadku, vypnite ho. Kalibrujte sieťový analyzátor. Na HP 8714C pre túto aplikáciu normalizujem S11 na otvorený obvod a vykonám priechodnú kalibráciu na S21 s útlmom 40 dB v rade. Je zrejmé, že použité útlmové články musia byť dimenzované na najmenej 50 W vysokofrekvenčného žiarenia pri frekvenciách VHF.

Teraz sa život mierne komplikuje. Normálne by som odporúčal pozrieť sa cez kombináciu zosilňovača a LPF, ale pretože bod zlomu LPF je iba 5MHz nad požadovaným priepustným pásmom zosilňovača, je nemožné vidieť tvar odozvy zosilňovača, ak sa to stane byť upband od 108MHz . Z tohto dôvodu som vykonal počiatočné ladenie zosilňovača s obídením LPF, čo mi umožnilo nastaviť rozpätie sieťového analyzátora dostatočne široké, aby som zistil, kde je odozva zosilňovača.

S 0dBm pohonu, vyladiť preč, aby sa približne 15dB zisku a lepší ako 10dB návrate straty cez 88 na 108 MHz (malý zisk signálu sprisahania, Pin = 0 dBm). Teraz pripojte pohon k zosilňovaču a primerane odtiahnite prúdový limit. Všimnete si, že s nárastom frekvenčného meniča sa zvýši zosilnenie a zvýši sa strata spätného chodu. Toto správanie je dôsledkom pomerne ľahkého ovplyvnenia FET. Mohli by ste predpísať matice z FET a predpísať ich na, povedzme, 0.5 A, vďaka čomu získate väčší zisk pri nižších úrovniach pohonu. Pre bežné aplikácie odporúčam použiť menšie skreslenie. Veľké skreslenie pri nízkych výstupných úrovniach zníži účinnosť DC až RF.

Teraz budete musieť zosilňovač ochladiť ventilátorom, pokiaľ ho nemáte vybavený obrovským chladičom. S HP 8714C môžete získať zdroj energie +20 dBm (to je to, čo hovorí na obrazovke, je to v skutočnosti menej ako toto) (stredný signál zisk plot, Pin = + 20 dBm). S touto úrovňou pohonu môžete teraz naladiť 18 až 20 dB zisku a straty späť lepšie ako 15 dB. V tomto okamihu by som znovu pripojil LPF a zúžil rozpätie sieťového analyzátora na 20MHz so stredom na 98MHz. Jazda zosilňovača nad 108 MHz pri napájaní do LPF sa určite neodporúča. Predtým, ako sa necháte príliš uniesť, prepnite na CW (najlepšie predĺžiť postupné zametanie na niekoľko sekúnd na CW, aby ste sa nenechali zmiasť analyzátormi, zametajte fly-back) a pozrite sa na výstup spektrálneho analyzátora. Výstup by mal byť čistý ako napadaný sneh. Nezabudnite skontrolovať, či je výstup na frekvencii, s ktorou budíte zosilňovač, ak nie je, budete sa pozerať na príšerné kmitanie v pásme.

Pre konečné doladenie rovinnosti napájania, pretože som mal prístup k inteligentnému RF laboratóriu so všetkým, čo by ste mohli požadovať (každopádne testovacie zariadenie), som na zvýšenie výkonu sieťového analyzátora použil širokopásmový zosilňovač Mini-Circuits ZHL-42W ja, aby som vyladil zosilňovaciu zosilňovaciu odozvu na plný výkon. Graf konečného zisku bol urobený vhodným nastavením napájacieho zdroja a následnou kalibráciou pomocou zosilňovača Mini-Circuits a zosilňovačov výkonu v rade. To mi umožnilo vykresliť iba zisk výkonového zosilňovača. Potom som prešiel na pomalé zametanie a pomocou kalibrovaného merača výkonu RF presne zmeral výstupný výkon RF. Poznať presný výstupný výkon a zisk RF mi umožnilo vypočítať vstupný výkon výkonového zosilňovača. Tento graf ukazuje, že energetický zisk je odtieň pod 20 dB a približne 0.3 dB v celom pásme (veľký zisk signálu pozemok, Pin = + 26.8 dBm). V spojení s vyladením rovinnosti by sa mala skontrolovať účinnosť. Podarilo sa mi minimálne 60% pri 88 MHz pri 40 W out, zlepšenie s vyššími výstupnými výkonmi. Povedal by som, že dobrá účinnosť je dôležitejšia ako dobrá rovinnosť. Z hľadiska poslucháčov je rozdiel medzi výkonom 35 W a 45 W zanedbateľný, ale prevádzka nižšieho výkonu s dobrou účinnosťou znamená, že FET bude fungovať chladnejšie, vydrží dlhšie a bude odolnejší voči poruchovým podmienkam, ako je vysoký VSWR.

Aký výstupný výkon sa rozhodnete konečne spustiť, je len na vás, MRF171A bude veselo bežať minimálne 45 W a pravdepodobne oveľa viac, aj keď to neodporúčam. Okolo 40 až 45 W je veľa - viď Ako si udržať svoj konečný RF Power Device živý Pre viac informácií.

Zosilňovač Výsledky

Na výstupe zosilňovača nebolo možné namerať žiadne harmonické kmitočty až po úroveň šumu -70 dBm. Dá sa to očakávať, pretože rýchle vyšetrenie ukázalo surové harmonické zosilňovača pred LPF na asi -40 dBm. Už bolo preukázané, že filter má minimálne druhé harmonické potlačenie -2 dBm. Nebol viditeľný žiadny falošný výstup.

Neuskutočnili sa žiadne formálne merania so zlými výstupnými VSWR. Zhodne som na pár sekúnd spustil zosilňovač pri plnom výkone do prerušeného obvodu a nevystrelil sa. Používanie napájacieho zdroja s starostlivo nastaveným prúdovým limitom pomôže zabrániť tomu, aby za týchto podmienok zosilňovač urobil niečo hlúpe.

---

Využitie

Ako príklad žiadosti o tento zosilňovač som použil Vysielanie Warehouse 1W FM LCD PLL Exciter na pohon 40W širokopásmového zosilňovača. Aby sa zabránilo úprave jednotky Broadcast Warehouse, použil som medzi budič a výkonový zosilňovač laboratórnu 3dB BNC podložku, aby som zosilňovaču poskytol správnu úroveň pohonu. Budič bol naprogramovaný na tri rôzne frekvencie, pričom na každej frekvencii bol meraný výstupný výkon a spotreba prúdu, čo umožňovalo vypočítať účinnosť DC až RF.

Napájanie Power zosilňovač napätie = 28V
Napájacie Exciter napätie = spotreba prúdu 14.0V, Exciter = 200 mA cca.

Budič Broadcast Warehouse obsahuje zariadenie na vypínanie RF mimo blokovania, ktoré sa používa počas preprogramovania PLL tak, že RF sa negeneruje, kým sa frekvenčný zámok znovu nezíska. Keď bolo aktívne vypnutie RF budičov, bol výstup zosilňovača podobne znížený - tj. Zosilňovač zostal stabilný.

---

záver

Predviedol som širokopásmový zosilňovač, ktorý po vyladení nevyžaduje ďalšie úpravy, aby pokryl vysielacie pásmo FM 87.5 až 108 MHz. Dizajn využíva najmodernejší MOSFET poskytujúci zisk takmer 20 dB v jedinom stupni, má dobrú účinnosť DC až RF, nízky počet komponentov a je ľahko zostaviteľný. Náklady na diely by nemali presiahnuť 50 GBP, cena FET použitá v prototype stála menej ako 25 GBP

Pokiaľ je tento zosilňovač používa s vysokorýchlostným budičom a antény, výsledná kombinácia umožňuje užívateľovi prepínať vysielaciu frekvenciu podľa ľubovôle bez úpravy potrebné tak ako tak vo vysielacom reťazci.

Zosilňovač vyžaduje spravodlivú mieru výkonu skúseností RF naladiť, a prístup k odbornému skúšobného zariadenia RF

---

Budúca práca

• Stavať ďalšie jednotky posúdiť reprodukovateľnosť
• Prevedenie s plošnými spojmi
• Zlepšiť stabilitu pri zlých vstup nezhody podmienky
• Znížiť variabilný počet komponentov
• Zistiť meniace FET kľudový prúd meniť zosilňovač zisk

 

---

Prispel

Prispel Unikátny Electronics (Woody a Alpy)
„Tu je na vašej stránke plošný spoj pre MRF171A, 45 W mosfet.
Súbor je vo formáte bmp. Použite laserovú fóliu a laserovú tlačiareň, ktorá vytlačí do požadovanej veľkosti. ““

MRF171A_1_colour.bmp (14 kb)

Náš ďalší produkt:

Vysielač 15W FM s anténou	Hospodárne kompletné rozhlasová stanica FM	3KW Rack FM vysielač Radio
5KW Analog TV vysielač	Kruhovo polarizované FM anténa	Štyri Slot Sew TV anténa