PA70H – wzmacniacz 50W na 70MHz

PA70H – wzmacniacz 50W na 70MHz
© opr. Piotr Bryl SP2DMB ver. 1.1
www.sp2dmb.cba.pl
14.01.2014
[email protected]
Poniższe opracowanie dotyczy budowy wzmacniacza mocy dla pasma 4m.
Sercem urządzenia jest mosfet firmy Mitsubishi RD70HVF1. Pomimo, że jest
dedykowany na wyższe pasma, to jednak pracuje stabilnie na 70MHz.
Moc wyjściowa wynosi od 45 do 55W, przy sterowaniu ok.3,5W lub więcej.
Układ jest zasilany napięciem standardowym 13,8V i pobiera ok. 7-8A.
Wzmacniacz to nie tylko tranzystor mocy, to także elementy dodatkowe, które
pozwolą na szybką konfigurację z dowolnym urządzeniem. Dlatego na płytce znajdują
się wszystkie niezbędne bloki do budowy kompletnego wzmacniacza. Nie będzie
zatem potrzeby budowy dodatkowych płytek i zbędnych przewodów. Płytka jest
jednostronna, cynowana z soldermaską. Wymiary: 84x146mm.
Układ zaopatrzono w proste systemy zabezpieczeń: przed nadmiernym prądem
i SWR oraz kontrolę temperatury. Te dodatkowe układy pozwolą na bezpieczne
korzystanie ze wzmacniacza oraz umożliwą montaż na mniejszym radiatorze.
Wielkość radiatora przy którym nie jest wymagany wentylator to: 124x150x35mm
Zestawy do montażu będą dostepne w kilku wersjach. Między innymi: PA70HLI
oraz PA70H. Pierwsza wersja będzie wymagać sterowania ok. 100mW (LI – Low
Input) i wymaga dodatkowego stopnia w postaci wzmacniacza PA70, druga max. 35W (H – High).
We wzmacniaczu będą trzy możliwości jego włączenia:
- przez podanie masy GND (standard) : -P
- przez podanie plusa - +13,8V: +P
- RF VOX – automatyczne włączenie po podaniu sygnału wcz z możliwością
regulacji zwłoki.
Wzmacniacz jest w obudowie o wymiarach: 160 x 80 x 190mm. Na radiatorze
jest przewidziane miejsce na dodatkowy driver PA70. Wielkość radiatora pozwala na
korzystanie ze wzmacniacza bez wentylatora.
Na następnych stronach znajduje się opis wzmacniacza PA70H.
Poniżej przedstawiam schemat blokowy, a następnie omówię za co są
odpowiedzialne poszczególne z nich:
1. RF VOX – pozwala na pracę bez potrzeby używania dodatkowego
przewodu do PTT. Aby z niego korzystać należy dobrać stałą czasową
DELAY potencjometrem. Na płytce uwzględniono dwa miejsca na
kondensatory elektrolityczne.
2. PTT PLUS – układ pozwala załączyć PA poprzez podanie +13,8V na
wejście „+P”.
3. PTT GND – tu jest odwrotnie. Podanie masy – GND na „-P” przełącza
wzmacniacz na nadawanie.
4. FAN TEMP CONTROL – jest to czujnik temperatury oparty o LM35. Czujnik
ten znajduje się blisko tranzystora mocy i jest poprzez pastę
termoprzewodzącą połączony z radiatorem. Sygnał z czujnika zostaje
zwiększony na wzmacniaczu operacyjnym LM358. Po wzmocnieniu
wysterowuje tranzystor wykonawczy BD139 a ten uruchamia wentylator.
Próg zadziałania wentylatora ustawiamy potencjometrem montażowym P1.
Prędkość wentylatora jest wprost proporcjonalna do temperatury.
5. ATMEGA8 PA CONTROL – opcjonalny dodatek do wzmacniacza. Jest to
RF MULTIMETER (ze zmienionym pomiarem prądu), który na wyświetlaczu
pokazuje: napięcie w układzie U, prąd pobierany I, moc dostarczaną P,
graficzny wskaźnik mocy wyjściowej RF, temperaturę radiatora t oraz SWR.
6. INP/OUT – przekaźnik wejściowy wzmacniacza.
7. PA RD70HVF1 – wzmacniacz 50W.
8. SWR BRIDGE – mostek pomiarowy fali padającej FWD i odbitej REF.
Sygnały mogą sterować RF MULTIMETER, mikroamperomierz, linijkę LED.
Gdyby sygnał był za mały, można go wzmocnić na drugim – wolnym
wzmacniaczu operacyjnym. Wyjścia z mostka można regulować
potencjometrami.
9. LPF – trzyobwodowy filtr pasmowy.
10. FINGER – przekaźnik antenowy.
11. SWR ERROR – zabezpieczenie przed nadmiernym SWR. Przekroczenie
zadanego poziomu powoduje zmniejszenie do zera napięcia bramki. Moc
wyjściowa spada z 50W do 30W, a prąd z 7A do 4A. Blok wyposażony jest
w drugie wyjście dla ewentualnego drivera na przykład stopnia PA70 na
RD16HHF1.
12. BIAS PROTECT – jest to tranzystor wykonawczy, który zwiera do masy
napięcie bramki. Posiada dodatkowe wyjście.
13. DRIVER POWER REGULATOR – jest to zasilacz regulowany. Pozwala na
płynną regulację mocy drivera zbudowanego na RD16HHF1. Zmieniając
napięcie drenu (od 5 do 11V) – płynnie zmieniamy moc wyjściową. Zamiast
potencjometra montażowego, możemy wyprowadzić potencjometr.
Nie wszystkie bloki muszą być wykonane, aby wzmacnacz mógł poprawnie
pracować.
Schemat ideowy wzmacniacza:
Podział na bloki:
Schemat montażowy
Montaż i uruchomienie
Do budowy użyłem radiatora o szerokości 124mm i wysokości 35mm. Może
być mniejszy, ale konieczne będzie zastosowanie wentylatora (sterowanie jest na
płytce). Długość radiatora wynosi 146mm, tyle ile płytka PCB. Przykładamy płytkę i
wiercimy pierwszy otwór. Mocujemy płytkę i wiercimy pozostałe. Następnie
gwintujemy na M3. Jeśli będzie to PA wraz z driverem, robimy otwory pod PA70.
Płytka PA70H musi być skrajnie umieszczona, dlatego żeby RD70HVF1 przypadł na
środku radiatora (lepsze odbieranie ciepła).
Na bocznej powierzchni wiercimy i gwintujemy otwory do zamocowania
radiatora do obudowy.
Po tych czynnościach usuwamy wiórki pozostałe po obróbce:
Po przykręceniu płytki lutujemy diody 1N4148:
Kondensatory, dławiki i pozostałe elementy:
Przed zamontowaniem tranzystora mocy RD70HVF1, należy sprawdzić
działanie poszczególnych stopni dodatkowych jak: działanie RF VOX, PTT przez
podanie masy, PTT przez podanie plusa, próg działania wentylatora (jeśli będzie).
Potencjometr 4,7k w biasie tranzystora ustawiamy w pozycji suwaka na GND.
Schemat połączeń
Dla ułatwienia - gdzie co jest na płytce – kilka zdjęć:
Przekaźnik INP/OUT. Przewód koncentryczny z lewej – INP/OUT 70MHz, z prawej
bypas toru RX
Od lewej PR-ki: czarny 50k – ustawienie zwłoki DELAY przy przechodzeniu z
nadawania na odbiór, u góry (widać część) – 4,7k – regulacja napięcia wyjsciowego
zasilacza LM317, na dole 4,7k – ustawienie napięcia bramki RD70HVF1.
Po prawej ugóry: bezpiecznik polimerowy 6A (żółty kolor) Na dole po prawej
wywiercone miejsce na czujnik temperatury LM35.
U góry po lewej: PR-ek od regulacji wzmocnienia drugiego wzmacniacza
operacyjnego, bardziej w prawo – regulacja progu zadziałania wentylatora (układ
współpracuje z termometrem LM35). Dwa niebieskie PR-ki: górny – regulacja napięcia
odbitego REF, regulacja napięcia padającego FWD. Napięcia pochodzą z mostka
SWR – zdjęcie poniżej:
W tej samej komorze znajduje się LPF i przekaźnik antenowy FINDER:
A tak wygląda zamontowany główny tranzystor RD70HVF1. Należy stosować
dodatkowe złączki (drut CuAg) do podania masy na źródło tranzystora (obudowa)
oraz pamiętać o posmarowaniu go od spodu pastą termoprzewodzącą.
Czas na obudowę i ekrany:
Podłączamy napięcie do PA i przełączamy go na nadawanie (bez sterowania
sygnałem). Potencjometrem 4,7k ustawiamy napięcie ok. 1,9 -2,0V na bramce
tranzystora:
Podajemy sterowanie i stroimy na największą moc wyjściową.
A teraz przedstawię osiągnięcia wzmacniacza PA70H.
Wzmacniacz badałem w dwóch konfiguracjach. Pierwsza – sterowanie bezpośrednio
z transwertera TS70, druga z dodatkowym driverem na RD16HHF1 – PA70.
1. Sterowanie z transwertera TS70.
Moc wyjściowa transwertera wynosi ok. 100mW. Wraz z PA70H moc wzrasta do
nieco ponad 30W !!!
+
Transwerter TS70
= 30W
Amplifier PA70H
2. Sterowanie z dodatkowym driverem PA70
Moc wyjściowa transwertera i wzmacniacza PA70 wynosiła ok. 3,5W. Moc
wyjściowa wzrosła do ok. 45W. Podczas różnych prób uzyskałem moc ponad
50W out !!!. W zależności od dopasowania moc ta będzie się wahać pomiędzy 4555W.
+
TS70 + PA70
= 45W
Amplifier PA70H
Wszelkie sugestie i uwagi – mile widziane !
Proszę do mnie pisać na : [email protected]
Film na YouTube: http://www.youtube.com/watch?v=6cXMDKAvjg&feature=youtu.be
Mam nadzieję, że opis ten pozwoli na budowę wzmacniaczy nie tylko na to
pasmo, a mosfety Mitsubishi to naprawdę godne polecenia tranzystory !
73 – Piotrek SP2DMB
http://www.sp2dmb.cba.pl/index.HTM
http://sp2dmb.blogspot.com/
Korekta do wersji płytki 1.1:
1k / 0,125W
Spis elementów
= 1 x Finder
Ant1
= 1 x Antenne
C2
= 1 x 68p/100V
C3
= 1 x 100p/100V
C4
= 1 x 68p100V
C20
= 1 x 40p
C32
= 1 x 12p
C34
= 1 x 22p
C36
= 1 x 2,2p
C37
= 1 x 47µ
C38
= 1 x 22µ
C45
= 1 x 25p
C50
= 1 x 1µ
C57
= 1 x 47µ*
C1,C63
= 2 x 47p/500V
C12,C49
= 2 x 10µ
C21,C22
= 2 x 56p
C33,C46
= 2 x 65p
C5,C8,C10,C14,
C17,C18,C23,
C41,C42,C43,
C58,C62
= 12 x 4,7n
C6,C7,C11,C15,
C19,C24,C25,
C26,C27,C28,
C29,C30,C31,
C35,C39,C40,
C44,C48,C51,
C53,C54,C55,
C56,C59,C60,
C61
= 26 x 100n
C9,C13,C52 = 3 x 100µ
D3
= 1 x 2,7V
D1,D2,D4,D5,D6,
D7,D8,D9,D10,
D11,D12
= 11 x 1N4148
F1
= 1 x 12A
F polimer1
= 1 x 6A
Jp1,Jp2
= 2 x Jumper
L1
L2
L4
L5
L6
L11,L12,L13,
L14
L3,L10
L7,L8,L9
= 1 x 2t/6,5mm/CuAg 1mm
= 1 x 10t/6,5mm/1,2mm
= 1 x FB
= 1 x 5t/6,5mm/diam 1mm CuE
= 1 x 15uH
LED1,LED2
=2x
= 4 x 33µH
= 2 x VK200
=3x
M
= 1 x Motor
P,P,P,P,P3
P1,P2
= 5 x 4,7k PR
= 2 x 22k PR
Q1
Q2
Q3
Q6
Q4,Q5
= 1 x RD70HVF1
= 1 x BD139
= 1 x BDP953
= 1 x BC 547
= 2 x BCP52
R1
= 1 x 120
R5
= 1 x 820
R15
= 1 x 8,2k
R23
= 1 x 240
R16,R19,R21 = 3 x 2,2k
R2,R9,R14,R18,
R20,R22
= 6 x 1k
R3,R4
= 2 x 220
R6,R10,R12,R17,
R24
= 5 x 4,7k
R7,R13
= 2 x 100k
R8,R11
= 2 x 1,8k
Rel1
= 1 x 2 x Um
SW1
= 1 x 1×ON
U1
= 1 x LM358
VR1
VR2
= 1 x LM35DZ
= 1 x LM317