Продолжим!
Начало тут. Для дальнейших экспериментов, чтобы не просто заниматься переписыванием теории из умных книжек, собрал стенд на базе усилителя от Александра Тарасова UT2FW, вернее восстановил этот усилитель, т.к. ранее его использовал для экспериментов с операционным усилителем в качестве драйвера. Только сразу замечу, что плата данного УМ не от автора, и там есть небольшие минусы, об этом позже, набор для сборки этого УМ я брал тут.
Вот сам стенд
принудительное охлаждение обязательно!
Приготовил эквивалент нагрузки на 50 Ом
у этого эквивалента есть аттенюатор на 30дБ, но этого мало, накрутил еще два аттенюатора по 10дБ
суммарное значение затухания равно 50дБ, ведь сигнал с выхода УМ, для измерений и анализа, буду подавать на прибор OSA103 mini, в настройках которого и установил значение затухания
Понадобится еще лабораторный блок питания с ограничением по току, как же без питания то 😉 и кружечка какао!
Ну что же, приступим, вернемся к авторской схеме УМ
Схема первого каскада на транзисторе BFR96 описана в книжке Э.Т.Рэда «Справочное пособие по высоко-частотной схемотехнике» на стр. 66. С немного другими номиналами, и самое главное отличие, это выход усилителя не с коллектора транзистора, а с центральной точки трансформатора, и как показали эксперименты, это решение более правильное, только я еще на выход добавил резистор RX 47Ом
тут, кстати и есть один из минусов разводки данной платы, надо трансформатор на колечке перенести как можно ближе к коллектору транзистора. В цепи эмиттера цепочка которая корректирует АЧХ, занижает на низах и поднимает на верхах, для более сглаженного подъема на верхах добавил конденсатор CX номиналом 150пФ
Теперь по выходному трансформатору, ранее у меня вторичная обмотка, 3 витка, была из провода МГТФ сечением 1мм, по факту АЧХ УМ имела завал выше 20m, теперь сделал косичку из пяти проводов МГТФ сечением 0,35мм, заполнение трубок первички уже плотное и завал АЧХ на ВЧ пропал. По уму бы сделать вместо ШПТ трансформатора, ШПТЛ трансформатор на коаксиальной линии сопротивлением 12-25Ом, будет еще лучше.
Настраивал УМ следующим образом, выставил токи покоя транзисторов RD16HHF1 по 500мА, усилитель конечно заработал, но не так как хотелось!
Первым делом я нашел точку однодецибельной компрессии — P1dB, подключил на вход усилителя свой аттенюатор
В аттенюаторе есть режим автомата, который по сигналу синхронизации с прибора OSA103 начинает шагать от установленного значения затухания до минимума затухания, смотрим на график
аттенюатор шагает по 1дБ, на верху графика видно, что шаги сглаживаются, это как раз и есть начало компрессии усилителя. Увеличим шаг аттенюатора до 10дБ
как видим последний шаг у нас меньше 10дБ, вот тут и начинается точка компрессии, т.е. если шаг меньше 10 дБ, то начинается компрессия, уменьшение усиления, и разница относительно линейного шага 10 дБ и реально полученного, скажем 8.5 дБ, будет значением компрессии. 10-8.5=1.5дБ. Для нас важна точка компрессии 1 дБ, соответственно на шаге 10 дБ должны иметь точно 9 дБ усиления. Можно измерить точку компрессии 3 дБ, 6 дБ и оговаривать, что выходная мощность измерена в точке компрессии 3 дБ. В разных значениях точки компрессии можно измерить IMD3. Т.е. P1dB или P3dB, или P0.5dB.
Резкий провал на графике, это момент отключения реле секций аттенюатора, время отключения 20мс, потому его и видно на графике.
Смотрим предыдущие два шага
тут шаг ровно 10дБ. Делаем вывод, что при уровне сигнала на входе УМ равным 200мВ, мы вводим УМ в компрессию, отсюда и получаем рост гармоник и интермодуляционных искажений (ИМИ по нашему, IMD по буржуйскому). Рекомендуют снижать сигнал на входе усилителя ниже точки однодецибельной компрессии. Я поставил сигнал на входе равный 150мВ, с этим уровнем сигнала на входе и будем дальше настраивать усилитель.
Если по простому подбирать уровень сигнала на входе, делают следующим образом, увеличивают сигнал на входе и смотрят за ростом выходной мощности, как только выходная мощность перестает расти, значит мы попали в область P1dB. И запомним, что надо всегда согласовывать по уровню сигнал на входе любого усилителя!
Далее самое интересное и ответственное, это настройка токов покоя транзисторов RD16HHF1. Подстроечным резистором R11 добиваемся максимального усиления на предварительном каскаде, этот каскад работает в режиме А, и по факту эта настройка почти не изменится.
Теперь на анализаторе спектра контролируем уровень второй и третьей гармоник сигнала
токи транзисторов выходного каскада выставляем подстроечными резисторами R20 и R22, поочередно, в небольших пределах, крутим эти резисторы и добиваемся минимального уровня второй гармоники, а третья гармоника, в правильно отстроенном двухтактном УМ всегда выше второй. Следующий шаг, это контроль ИМИ
подаем двух тоновый сигнал с разносом в 200Гц уровнем в два раза меньше, чем номинальный уровень, т.е. 150/2=75мВ, и продолжая крутить подстроечные резисторы смещения транзисторов выходного каскада, добиваемся, чтобы уровень основных двух тонов был как можно выше от уровня интермодуляционных составляющих 3 и 5 порядка, в моем случае IMD получился почти -35дБ, это очень хороший показатель, меньше -30дБ уже не хорошо! Если посчитать от пика огибающей PEP, это будет 35дБ + 6дБ = -41дБ!
Можно заметить, что при данном измерении прибор показывает мощность на пике первого тона 3,848 ватт, это объясняется просто — прибор измеряет мощность одного тона. А два тона дают удвоение напряжения, соответственно мощность будет х4, т.е.
P = 3,848 * 4 = 15.392W
Прибор, в режиме двух тонового сигнала, уровень генератора уменьшает на 6 дБ. Чтобы быстро глянуть мощность CW, отпускаем кнопку МОД, остается один тон и видно мощность.
Теперь смотрим АЧХ усилителя, переводим прибор в режим измерения ИАЧХ и настраиваем желаемый диапазон качания
видно, что неравномерность АЧХ между 160m и 10m диапазонами составила чуть более 0,2дБ. Подстройкой смещения, в очень небольших пределах, каскада на одном RD16HHF1, можно чуть приподнять/опустить АЧХ на 1,8МГц.
Самый большой подъем АЧХ получился как раз на 20m диапазоне, 1,3дБ относительно 160m и 10m диапазонов
если в приборе включить отображение только одного маркера и отключить файл калибровки режима ИАЧХ, сразу увидим реальную выходную мощность, что и видно на картинке ниже
Для транзисторов RD16HHF1 сам производитель озвучивает номинальную мощность +/-20w, что мы и получили, можно и накрутить до 35-40w но сразу же получим значительное ухудшение ИМИ. А данный УМ можно со спокойной душой отправлять в эфир добавив ФНЧ на выход!
Скажите — кто же меряет выходную мощность без ФНЧ? И будете правы, да ФНЧ обязателен и в минимальной конфигурации одна секция на два диапазона. В данном и тщательно отстроенном УМ, ФНЧ очень незначительно занизит выходную мощность, ну может на пару ватт от силы, искажений то нет!
ФНЧ тоже интересная тема, и постараюсь ей заняться отдельно!
Потребление УМ в режиме покоя и передачи
Теперь еще о минусах разводки данной платы УМ, про трансформатор в первом каскаде уже писал. Что бы я еще изменил, у отверстий через которые крепятся RD16HHF1 я бы добавил полигоны для пайки проводников от болта крепления транзистора к радиатору до «земли», и добавил бы vias-ов (проходных металлизированных отверстий) между «земляными» полигонами сверху и с низу платы.
Материал подготовлен под редакцией, Евгения, RZ3QS.
73!