Усилитель мощности КВ трансиввера
В. Скрыпник (UY5DJ) г. Харьков
Описываемое устройство позволяет линейно усиливать мощность в диапазоне частот от 1,83 до 29,7 МГц. Его входное и выходное сопротивления - около 50 Ом. Максимальный уровень входного сигнала - 150 мВ (эффективное значение). При его испытании двухчастотным методом мощность на частоте 14,1 МГц в пике огибающей на нагрузке сопротивлением 50 Ом достигала 75 Вт, а уровень взаимной модуляции не превышал 30 дБ. При этом оконечный каскад потреблял от источника напряжения 27 В ток 5 А. КПД оконечного каскада при работе телеграфом и мощности в нагрузке 40 Вт равен 40 %. Принципиальная схема усилителя показана на рис. 1.Радиочастотный сигнал с трансивера или передатчика через конденсатор С1 и открытый диод VD2 поступает на базу транзистора VT2, на котором выполнен входной усилительный каскад. Отрицательная частотно-зависимая обратная связь в эмиттерной цепи влияет на коэффициент усиления на частоте 22...24 МГц. В цепь коллектора транзистора включен широкополосный трансформатор Т1. На резисторах R7-R9 собран входной аттенюатор. На транзисторе VT3 выполнен предоконечный каскад, работающий в режиме класса АВ. Напряжение смещения задается диодом VD3. Ток покоя устанавливают подстроеч-ным резистором R16. Для термостабилизации режима работы каскада диод VD3 имеет тепловой контакт с транзистором VT3. С повышением температуры уменьшаются прямое сопротивление диода и напряжение на нем. При этом уменьшается ток покоя транзистора VT3. Резисторы R19, R20 образуют цепь отрицательной обратной связи, повышающую линейность АЧХ и устойчивость работы каскада. При необходимости АЧХ можно скорректировать элементами С9, R18.
Оконечный каскад собран по двухтактной схеме на транзисторах VT4, VT5. Трансформаторы Т2 и Т4 согласуют сопротивления соответственно входа и выхода усилителя. Питание на коллекторы обоих транзисторов подано через обмотки II, III трансформатора Т3. Корректирующие цепи C14C15R24R25R26 и C16C17R27R28R29 уменьшают коэффициент усиления в области низких частот, a C12R23 и С20 совместно с обмоткой 1 трансформатора ТЗ поднимают АЧХ вблизи верхней границы рабочего диапазона частот. Для стабилизации тока покоя транзисторов оконечного каскада используется параметрический стабилизатор на диоде VD4 и коллекторном переходе транзистора VT7, работающий на прямой ветви вольт-амперной характеристики. Эмиттерный повторитель на транзисторе VT6 усиливает выходной ток стабилизатора.
Транзистор VT7, укрепленный на, теплоотводе между транзисторами VT4, VT5, выполняет функции датчика температуры. В нормальных условиях на элементах VD4 и VT7 суммарно падает напряжение примерно до 1,3 В. По мере разогрева теплоотвода напряжение смещения оконечных транзисторов уменьшается, что препятствует росту тока покоя транзисторов VT4 и VT5. Коллекторный ток оконечных транзисторов можно контролировать по падению напряжения на резисторе R33. Для этого между точками 6 и 7 необходимо включить микроамперметр (это может быть и прибор, применяющийся в S-метре трансивера) с током полного отклонения стрелки 100 мкА. Каскад на транзисторе VT1 выполняет функции электронного ключа, управляющего входным аттенюатором. Если точка 3 не соединена с общим проводом, то открыт диод VD2 и через него и резисторы R1, R4, R8, R9 протекает ток. При этом транзистор VT1 находится в режиме насыщения. Диод VD1 закрыт, и аттенюатор оказывается отключенным. Если точку 3 соединить с общим проводом, то транзистор закроется. Напряжение на его коллекторе возрастет до 6 В. Диод VD1 при этом откроется и подключит входной аттенюатор, а VD2 закроется. В этом режиме выходная мощность усилителя - около 5 Вт.
Описанный способ снижения мощности не влияет на режим каскадов и гарантирует высокую линейность АЧХ при работе QRP. Кстати, его можно использовать и для аварийного уменьшения мощности при возрастании КСВ в фидере антенны. Для этого на выходе передающего тракта необходимо установить датчик отраженной волны с пороговым устройством, выход которого подключают к точке 3. Предоконечный и оконечный каскады усилителя питают от источника, обеспечивающего ток не менее 5 А при напряжении 27 В. Для питания входного усилителя и цепей смещения нужен источник напряжения 12 В с выходным током не менее 120 мА. Для фильтрации гармоник на выходе усилителя применяют ФНЧ (рис. 2).
Puc.2Коммутировать звенья фильтра при переходе с одного диапазона на другой можно как галетным переключателем, так и реле (например, РПА12, РПС2/7, РЭС47). Усилитель собран на печатной плате из двустороннего фольгированного стеклотекстолита (рис.3).
Puc.3Расположение деталей показано на рис.4.
Puc.4В устройстве применены постоянные резисторы МЛТ-0,25, МЛТ-0,5 (R30, R31). Резистор R33 изготавливают из подходящего отрезка нихромовой проволоки от спирали электроплитки. Подстроечные резисторы R16, R21, R34 - СПЗ-19А. Подойдут также СПЗ-27А, СПЗ-38А. Конденсаторы С13, С21, С24 - К50-6, К50-16, остальные - К10-7В или КМ. Диоды КД409А заменимы на КД407А или, в крайнем случае, на КД522Б. Транзистор VT1 - КТ315 с любым буквенным индексом, VT2 - КТ610А или КТ606А. В предоконечном каскаде можно использовать КТ922Б, в оконечном - КТ931А. КТ956А и другие с выходной мощностью не менее 70 Вт. Трансформатор Т1 выполнен на кольце (типоразмер К12Х6Х4,5) из феррита 1000НН. Обмотки содержат по 10 витков, их наматывают одновременно двумя свитыми между собой проводниками ПЭВ-2 0,31. Шаг скрутки - 10 мм. Такие же кольца используют в трансформаторах Т2 и Т4 (рис. 5).
Puc.5В Т4 по пять колец 3 надеты на две латунные трубки 2 длиной 27 мм с наружным диаметром 6 и внутренним 4 мм. Трубки с кольцами вставлены в отверстия щек 1, 4 из фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5... 2 мм. Концы трубок развальцованы и пропаяны. На одной из щек фольга электрически соединяет концы трубок, а на другой она образует две площадки. Таким образом трубки вместе с токопроводящей дорожкой на щеке образуют объемный виток, который подключают к коллекторам транзисторов VT4 и VT5. Выходная обмотка содержит два витка. гибкого изолированного провода 5 сечением 6,75 мм2, протянутого внутри трубок. Аналогично устроен и трансформатор Т2, только в нем на каждой трубке (их длина 18 мм) размещено по три кольца.
К базовым цепям транзисторов VT4, VT5 подключены концы трубок, а к конденсатору С11 и общему проводу - концы обмотки, содержащей два витка изолированного провода сечением 0,35 мм2. Трансформатор Т3 изготовлен на кольцевом (типоразмер К20Х10Х6) магнитопроводе из феррита 1000НН. 10 витков двух свитых между собой проводников ПЭВ-2 0,8 (шаг скрутки 10 мм) образуют обмотки II и III. Обмотка 1 представляет виток из монтажного провода сечением 0,12 мм , продетого через отверстие в магиитопроводе. Транзисторы VT3-VT5, VT7 размещены на теплоотводах. Диод VD3, установленный вблизи транзистора VT3, для лучшего теплового контакта смазан небольшим количеством теплопроводящей пасты КПТ-8.
Диапазон,
МГцЧастота среза
фильтра, МГцКатушки L1, L2
Емкость конденсаторов,
пфИндуктивность,
мкГнЧисло
витковВнутренний
диаметрС1, С3
С2
1,8
2,5
4
20
18
1500
3000
3,5
5
2,1
14
16
820
1800
7
9,5
1.05
12
12
430
820+51
14
20
0,55
10
8
220
430
21
27
0,37
8
8
150
300
28
ЭЗ
0,27
7
8
110
220
Данные элементов ФНЧ приведены в таблице. Его катушки на диапазоны 14, 21 и 28 МГц намотаны виток к витку проводом ПЭВ-2 диаметром 1 мм, на остальные - 1,2 мм. Налаживание усилителя начинают с проверки режимов транзисторов. Подстроечным резистором R16 устанавливают ток покоя транзистора VT3 равным 40 мА. Резистором R21 добиваются, чтобы ток покоя оконечного усилителя был 100 мА. Затем точку 3 печатной платы соединяют с общим проводом. К входу усилителя подключают генератор, а к выходу - ФНЧ с нагрузкой сопротивлением 50 Ом. Подав сигнал частотой 29 МГц уровнем 50 мВ, контролируют напряжение на нагрузке. После этого меняют местами концы обмотки 1 трансформатора Т3 и повторяют предыдущую операцию. В дальнейшем используют включение, при котором уровень выходного сигнала больше.
Далее подбирают конденсатор С20, добиваясь максимума выходного напряжения. Затем нужно проверить мощность в остальных любительских диапазонах. Если ни в одном из них усилитель не самовозбуждается, снимают перемычку между точкой 3 и общим проводом и вновь контролируют мощность в каждом диапазоне. При окончательной проверке усилителя на вход с генератора подают амплитудно-модулироаанный сигнал и контролируют на нагрузке осциллографом форму огибающей. Она не должна иметь видимых искажений при всех уровнях мощности.
Используя двухчастотный генератор [1], ступенчатый аттенюатор [2], анализатор спектра [3, 4], можно измерить уровень продуктов взаимной модуляции и относительное значение внеполосных составляющих. Если речь идет об усилителе мощности с возбуждением от генератора, то это будут только гармоники основной частоты. В случае испытания готового трансивера в спектре, кроме гармоник, будут присутствовать сигналы гетеродинов и их гармоники, а также множество составляющих, возникших при преобразовании сигналов. В любом случае они не должны превышать -40 дБ.
ЛИТЕРАТУРА
1. Скрыпник В. Двухчастотный генератор.-Радио, 1985, N 8, с. 22-23.
2. Скрыпник В. Ступвенчатый аттенюатор.- Радио, 1984, N 5, с. 21.
3. Степанов В., Шульгин Г. Анализатор спектра передатчика.- Радио, 1983, N 9, с. 17-21.
4. Скрыпник В. Анализатор спектра.- Радио, 1986, N 7, с. 41-43.
Paдиo 12, 1988г.
