Мощные бестрансформаторные ШПУ на транзисторах разной проводимости
А.Кабаев (UR5ZQV), Николаев – 2004 г.
Наиболее критической деталью двухтактных транзисторных РА являются широкополосные трансформаторы (ШПТ). Требуются дефицитные ферритовые кольца, всевозможные схемные ухищрения для линеаризации усиления в диапазоне частот, ШПТ также могут иметь побочные резонансы на паразитных элементах (емкостях, индуктивностях рассеяния и т.п.).
Появляется соблазн создать бестрансформаторный РА, например по типу широко известных бестрансформаторных УНЧ с транзисторами разной проводимости (см. Рис.1). Публикации таких усилителей для ВЧ были (правда для ШПУ небольшой мощности). Неприятность для таких усилителей заключается в том, что амплитуда напряжения на выходе у них вдвое меньше, чем у классических двухтактных трансформаторных ШПУ (соответственно и отдаваемая мощность вдвое ниже). Кроме того большинство мощных ВЧ транзисторов плохо работают при пониженных напряжениях из за высокого внутреннего сопротивления, тем более при стандартном напряжении питания 13 В.
Для устранения этих недостатков, возникла идея включить транзисторы параллельно по постоянному току и последовательно по переменному , см. рис 2 (вспомогательные цепи для упрощения не показаны). Эта идея была реализована (в качестве эксперимента) при замене штатного ШПУ трансивера "Дружба" (который отличался крайне низкой надежностью и неравномерностью усиления по диапазонам). Схема усилителя с использованием этого принципа (который работает и по сей день) представлена на рис.3.
В отличии от схемы на рис.2 транзисторы VT1,VT2 включены здесь с общим эммитером, для повышения коэффициента усиления. На выходе для фильтрации трансформации сопротивлений (10 – 50 Ом) можно применить двойной П-контур небольшой добротности (1.5…2). Настройка заключается в установке общего тока покоя 50…100 мА подбором резистора R5. В качестве драйвера используется широкоизвестный ШПУ в режиме А [1], поэтому подробно он не описывается. Транзистор VT3 подает питание на диоды смещения при появлении сигнала +Т на входе.
Из за низкого входного сопротивления полностью избавиться от трансформаторов не удалось, хотя трансформатор Т2(3:1) не является критичным, т.к. работает при небольшой мощности. Можно применить кольцо Ф8…12 мм, с обмотками из трех скрученных проводов (10…15 витк.) с проницаемостью 400…1000.
При работе усилитель показал высокую надежность и отсутствие склонности к самовозбуждению.
Более перспективна, в смысле исключения трансформаторов, схема предлагаемая ниже (см. Рис.4). Сразу оговорюсь, что она еще не опробована, поэтому скорее подходит для раздела "Непроверенные идеи".
Транзисторы в этой схеме включены с общим коллектором, для повышения входного сопротивления. Выходное сопротивление усилителя около 2 Ом. На выходе установлен трансформирующе-фильтрующий двойной Т-контур L6…L8, C10, C11 (элементы П-контура для таких параметров оказались труднореализуемыми). На рис.4 представлены данные для частоты 3.6МГц, рассчитанные по методике [2]. Для других диапазонов элементы пересчитываются пропорционально частоте. Добротность каждого Т-контура невысокая Q=2.5, поэтому перестройка внутри диапазона не требуется. Емкость С10 лучше выполнить из нескольких (2…4) емкостей для уменьшения собственной индуктивности. Реле переключения контуров на выходе усилителя, по той же причине, тоже лучше сделать из нескольких параллельно соединенных герконов. Индуктивность L8 на ВЧ диапазонах становится соизмеримой с индуктивностью коллекторов, монтажа и реле, поэтому на ВЧ диапазонах требуется включение компенсирующей емкости С12, определяемой экспериментально. Топология выходного каскада должна быть тщательно продумана для сведения к минимуму паразитных индуктивностей. Раскачка усилителя производится от драйвера, аналогичного рис.3, непосредственно с коллектора VT4 (трансформатор Т2 исключается). В качестве VT1, VT2 можно применять ВЧ транзисторы на максимальный ток >5А (например КТ920, КТ922 с соответствующей буквой).
Настройка усилителя заключается в установке тока покоя (100…200 мА) подбором резистора R7. Эту операцию надо проводить осторожно, т.к. составные транзисторы имеют большое усиление. В период настройки взамен дросселей L1, L2 устанавливаются ограничивающие резисторы 10…50 Ом.
ЛИТЕРАТУРА
1.Радиоежегодник-85, Транзисторные усилители мощности (стр.149), М., ДОСААФ, 1985 г.
2.Бунин С.Г., Яйленко Л.П. Справочник радиолюбителя-коротковолновика. (стр.143). Киев.,"Технiка",1984 г.
