Делаем транзисторый РА 1 кВт своими руками

[UR4LRG]

Выкладываю самую сложную и трудоемкую часть транзисторного усилителя - ФНЧ, датчик КСВ, плата коммутации.
Как писал ранее, мощные транзисторные усилители имеют большой недостаток, связанный со слабым подавлением нечетных гармоник, особенно третьей и пятой. Усилитель на BLF188XR и подобных транзисторах при выходной мощности 1-1,2 кВт ослабляет третью гармонику всего на 10 дБ (т.е. ее мощность будет около 100 Ватт !) и пятую - на 17 дБ. Применение ФНЧ совершенно необходимо. Схемотехника фильтров может быть взята из двух источников.
http://dl2kq.de/pa/1-26.htm - предложены фильтры эллиптического типа, в которых большие значения подавления гармоник достигаются применением режекторных звеньев на частоты гармоник в составе фильтра 5-го или 7-го порядка. Большим достоинством предложенных фильтров, является использование номиналов конденстаторов ряда Е6. В качестве конденсаторов я использую емкости К15У1 и КВИ для НЧ диапазонов. На выходной мощности 1-1,2 кВт эти емкости практически не греются даже при долговременной передаче в цифровых модах.

https://eu2av.ru/viewtopic.php?f=11&t=97 - второй вариант схемотехники, предложен EU2AV. Использована схемотехника фильтра-диплексера, в котором используется разделение основного сигнала и гармоник с помощью комбинации ФВЧ/ФНЧ пятого порядка. ФВЧ, который выделяет гармоники, нагружен на мощный резистор сопротивлением 50 Ом, в котором вся мощность гармоник превращается в тепло. В целом, этот тип фильтров более правильный, чем первый вариант, т.к. мощность гармоник остается в резисторе, а не разогревает транзистор. По этой же ссылке имеется герберы платы. Используются высоковольтные SMD емкости, которые у меня доверия не вызывают, кроме того, где-то я встречал фотографии с тепловизора, где эти емкости достаточно сильно нагреваются.
Кроме того, набор этих емкостей у проверенного продавца обходится в $170 (а емкости К15У можно найти по объявлениям по $1-2).

В общем, лично для меня более простым путем оказалось изготовление фильтров на К15У и КВИ.

Сами фильтры могут быть легко рассчитаны в простой и наглядной программе Filter Solution. Мне лично больше нравится версия от 2009 г.
Фильтры в моем РА сгруппированы по диапазонам: 160м, 80м, 40-30м, 20-17м, 15-12-10м, 6м. Не самое оптимальное сочетание, но оно подходило под имевшиеся у меня номиналы емкостей.
Фильтры изготавливаются на отдельных платах из односторонне фольгированного стеклотекстолита 1,6 мм. Травить ничего не нужно, устанавливаются емкости, на них сверху закрепляются лепестки из луженой жести, на эти лепестки распаиваются индуктивности. Каждый фильтр предварительно проверяется и настраивается на VNA анализаторе. Я использовал отечественный прибор Обзор-103, можно использовать nano-VNA – показания совпадают. При настройке необходимо контролировать проходные потери, обязательно получить низкий КСВ на рабочих диапазонах и убедиться в достаточном подавлении за полосой пропускания. Если Вы будете изготавливать фильтры DL2KQ, обязательно нужно убедиться в правильной настройке режекторных звеньев точно на частоту гармоник, что будет видно в виде глубокого, но узкого провала.
Примерная характеристика фильтра DL2KQ 14-18 МГц приведена ниже.



Фильтры соединяются с коммутатором фторопластовым кабелем с диаметром внутренней изоляции 3мм, это отечественный РК50-3-23 или его импортные аналоги – что Вам будет легче достать.
Фильтры вместе с платой коммутации устанавливаются на боковой стенке усилителя вертикально.
Внешний вид собранного узла приведен ниже:



Плата коммутатора фильтров приведена ниже. Файл pcb – это ее дизайн, была сделана в PCAD2006. Сам PCAD2006 можно скачать по ссылкам:
https://mega.nz/file/t34TzYxS#AejWW-...a0hh6flzHF__tA
https://mega.nz/file/tm4jhYiJ#NaSf9s...hFhTm0Z5aAAprI
https://mega.nz/file/AvoRBAaA#GLIDpP...myGZia0IESfKsM
https://mega.nz/file/xi4TmShL#e7PK4H...KOYcKwzCO9hixg
https://mega.nz/file/wrgXUAKA#wiJcgz...pHhnUCfZ0RY6PI
https://mega.nz/file/sj5DXArA#8o34QO...HZz9rUVJw0kzVI

Требование к коммутатору достаточно простое – коммутировать подводимую мощность,
линейно и правильно мерять КСВ и мощность на выходе и самое важное – обеспечивать достаточную развязку входа и выхода – иначе зачем применять сложные фильтры, если гармоники будут сочиться напрямую, или через соседние фильтры.
Несмотря на кажущуюся простоту платы, это ее четвертая версия дизайна и я на нее потратил почти три месяца. Предыдущие дизайны не обеспечивали обеспечивали должной развязки, наихудший результат – менее 15 дБ на частотах от 20 мГц. В приведенной плате – развязка входа и выхода не хуже 50 дБ во всей полосе частот.

Плата коммутатора изготавливается на материале ФАФ-4 толщиной 1,5мм. Не советую ее делать из стеклотекстолита 1,6мм – скорее всего, при такой мощности он прогорит.
Внешний вид платы приведен ниже.





Плата изготавливается самодельным способом ЛУТ. Я попытался найти изготовителя плат на фторопласте в Китае, но нашел только одного по большой цене и заказе минимум 5-и плат, цена этих плат более $60 за штуку. Так же, на Украине нашел производства, которые делают платы на ФАФе, но цены оказались просто космические. В общем, если не предполагается промышленного производства усилителей, то ЛУТ – наше все.
Файл для ЛУТ - LPF_board_LUT, отзеркален. Просто печатайте на принтере и переводите утюгом на плату. При травлении ФАФ есть одна особенность – он травится примерно в три раза дольше, чем обычный СФ-2. Вторая сторона нам полностью нужна, она заклеивается скотчем при травлении. После травления платы, ее сверлим, пропаиваем всю металлизацию и широко зенкуем под выводы реле.

Монтажка приведена ниже – надеюсь, по схеме все понятно.



Файл pcb:

LPFs_line_SWR_1.rar

Файл ЛУТ:

LPF_board_LUT.pdf

[UT7EV]

Спасибо Дмитрий.А схему усилителя можно с фото что и как?И киловатт у вас получился на нагрузке ?

[UR4LRG]

Спасибо Дмитрий.А схему усилителя можно с фото что и как?И киловатт у вас получился на нагрузке ?

Полностью схему пока нарисовать нет времени )

Схема самой паллеты практически полностью совпадает с W6PQL.
6-2017 RF deck
Про паллету подробно напишу в ближайшее время.

Блок фильтров описан ниже. Схема - на выбор, у кого какие конденсаторы есть.

Контроллер - http://www.cqham.ru/forum/showthread...ED%E0-MEGA2560
c прошивкой 2.8.8

Блок питания - готовый от GSM БС - Power One FMP16.48

Долговременная выходная мощность усилителя 1-1,1 кг (зависит от диапазона).
Это значит, что в FT8 можно долговременно работать на CQ, не говоря уже про телеграф и SSB.

[RM6LA]

За флуд в теме наказание будет жёстким и неотвратимым. Больше предупреждать не буду.

[RN3BT]

CC1206JKNPOCBN101, Керамический ЧИП-конденсатор 1206 NP0 100пФ ±5% 1000-2000 В применял, что такого типа уже не помню точно. Рубля по 3-5 за шт. была цена. Устанавливал параллельно,последовательно в зависимости какие были нужны емкости. Брал штук 200-300, что бы потом не замарачиваться. Работают емкости прекрасно, не первый усилитель. Собственно, если емкость в фильтре выйдет из строя, то защита сработает и никаких проблем. Были выходы из строя емкостей дисковых высоковольтных синего цвета. Для более точной подстройки фильтров на вч диапазонах требовалось по 10-20 пф, потом от них отказался

[RM6LA]

Дмитрий, два вопроса.
Если делали LPF по схеме DL2KQ интересуют данные катушек и какие реле применяете для коммутации?

[YL2QN]

Уже давно хочу взяться за подобную конструкцию. Основной вопрос, который по-прежнему мучает - это вопрос о защитах.

Условно реализацию защит можно разделить на два варианта:
1. Аналоговые защиты. Т.е. когда отработка защиты построена на "железе" и ни каких микропроцессоров не участвует. Микроконтроллер может использоваться как показометр, т.е. отображать состояние, сбрасывать защиты, менять какие-то режимы и т.д. Но сама отработка защиты происходит без его участия.
2. Микропроцессорная защита. Т.е. когда данные с датчика поступают на контроллер (например, ардуино), оцифровываются и контроллер отдаёт команду на размыкание какого-либо реле.

Во многих статьях проскакивает мысль о том, что вариант 2 слишком медленный и не надёжный.

Очень интересно мнение людей, которые на практике реализовывали защиту.

[UR4LRG]

CC1206JKNPOCBN101, Керамический ЧИП-конденсатор 1206 NP0 100пФ ±5% 1000-2000 В применял, что такого типа уже не помню точно. Рубля по 3-5 за шт. была цена.

Я считал набор емкостей для LPF, если покупать у Farnell, без доставки получилось $138.
Набрать емкости К15У и КВИ (всего 7-и номиналов), в моем случае оказалось проще и дешевле - просто покупал по объявлениям.
В России их тоже полно.
Вот табличка с part numbers для Farnell, если кто решит делать на SMD:



- - - Добавлено - - -

Дмитрий, два вопроса.
Если делали LPF по схеме DL2KQ интересуют данные катушек и какие реле применяете для коммутации?

Евгений, на катушках не акцентировал внимание, что бы не ставить в рамки тех, кто будет повторять.
У меня катушки диапазонов 160-30 м намотаны на кольцах T106-2.
Простой калькулятор кол-ва витков по этой ссылке:
https://toroids.info/T106-2.php
Выбранный размер колец - во-первых, они были в наличии, во вторых, при эксплуатации усилителя оказалось, что это их требуемый минимальный размер для долговременной работы цифрой на НЧ. При длительных передачах 20-30 минут они нагреваются до 45-и градусов.

Катушки диапазонов 20-6 метров у меня все бескаркасные. Все намотаны медным изолированным проводом 1,5мм.
Рассчитываю я их в MMANA, меню "Сервис"-"Сервис и установки"-"Индуктивность".
В качестве оправки использую хвостовик сверел 12-14-16 мм. В общем, под имеющиеся оправки и диаметр провода и считаем кол-во витков.
При настройке фильтра, немного сдвигая-раздвигая витки деревянной палочкой, добиваемся точной настройки фильтра.

- - - Добавлено - - -

Уже давно хочу взяться за подобную конструкцию. Основной вопрос, который по-прежнему мучает - это вопрос о защитах.

Меня тоже напрягал этот вопрос, пока я не сделал первый усилитель )
Мое видение этого вопроса:
1. Не экономить на медной подложке для транзистора, минимальный размер плиты 10х15х1 см, медь СССР.
2. Использовать водяной тепловой буфер на всю поверхность плиты.
3. Не использовать сильно мощные блоки питания, которые могут отдавать больше 32А. В этом FMP16.48 - идеальный, при токе 31А он начинает плавно снижать выходное напряжение.
4. Двойной контроль температуры плиты. Цифровой датчик температуры 18B20 - четко измеряет до долей градуса, в контроллере задается значение, выше которого РТТ усилителя блокируется. Аналоговый термоконтакт BH-B2D на 60 градусов - на всякий случай. При достижении температуры 60 градусов он просто размыкает свой контакт. Хотите в разрыв РТТ, хотите - отключайте напряжение на транзисторе. Имеется некий гистерезис, термоконтакт обратно замкнется при температуре около 50 град.
5. Контроль КСВ - при превышении заданного значения - блокирутся РТТ. Это уже реализовано в контроллере.
6. Контроль выходной мощности - если усилитель потребляет 54В 31А, но выдает всего 400-500 Ватт - блокирутся РТТ. Это уже реализовано в контроллере.
7. Превышение напряжения питания транзистора. Хоть это и практически не возможно в применяемом БП, но напряжение контроллер измеряет, при превышении заданного порога блокирует, можно через реле вообще отключить блок питания.
8. Превышение максимального тока транзистора. Если ток превышает 32 А, контроллер блокирует РТТ.
9. Использование мощного входного аттенюатора 10дБ, что бы вообще исключить попадание излишней мощности на вход транзистора

Вообще, по поводу "сверхрежимов". Слухи о хлипкости транзисторов не соответствуют действительности. Реально, чего боится транзистор - перекачки по входу, у него вообще нет запаса по входной мощности. Тепло хорошо забирает медная плита - только не экономьте на меди. Большого КСВ по выходу, как показано во многих роликах, он не боится (но на себе лучше не проверять )) )

Описание конструкции паллеты и самое главное - теплоотвода, готовлю в следующем посте. Чуток времени.

- - - Добавлено - - -

какие реле применяете для коммутации?

Реле - SCHRACK RT424024 c радиорынка. Продавцы уверяют, что это фирменные.
Пока ни одно реле не сгорело и при длительных цифровых передачах греются умеренно.
Хочу постучать 1-2 контеста на этом усилителе, если реле не сгорят, имеет смысл добавить в плату коммутации ФНЧ еще два реле и избавиться от коаксиальных. Посмотрим.

[DF6PB]

Добрый день, кого интересует защита без процессора можно посмотреть у YO4HFU :
https://www.qsl.net/yo4hfu/LDMOS_2M.html
https://www.qsl.net/yo4hfu/Files/LDM...protection.pdf

73, Alex

[YL2QN]

Меня тоже напрягал этот вопрос, пока я не сделал первый усилитель )
[...]
5. Контроль КСВ - при превышении заданного значения - блокирутся РТТ. Это уже реализовано в контроллере.
6. Контроль выходной мощности - если усилитель потребляет 54В 31А, но выдает всего 400-500 Ватт - блокирутся РТТ. Это уже реализовано в контроллере.

Перечитал несколько раз. Спасибо за дельные и важные советы!
Если я правильно понял, то все блокировки идут через контроллер. Правильно? И заморачиваться с аналоговыми компараторами нет необходимости? Правильно?

[RomanDWD]

Поделюсь ссылками некоторых элементов ум.
https://aliexpress.ru/item/330036706...187333eddzByvO
https://aliexpress.ru/item/100000465...187333eddzByvO
https://aliexpress.ru/item/400026948...264d33edT9taBQ
https://aliexpress.ru/item/327724772...id=62440367880
https://aliexpress.ru/item/330095736...264d33edmyQn1Y
https://aliexpress.ru/item/400019993...53b033ed5VOP5F
https://aliexpress.ru/item/329814346...00006241054649
https://aliexpress.ru/item/400005296...00000117959403
обратите внимание на радиатор.

[DL1ET]

обратите внимание на радиатор.

Мне всё таки кажется, что при том кол-ве тепла выделяемого выходным транзистором(ми) с выходом 1-2 КВт достаточно готового наполненного и запаянного радиатора. Все это прозрачные трубочки, зажимчики, хомутики как-то неуверенно смотрятся, особенно в Бурсте.

[RN3BT]

Могу предложить совсем дешевый вариант для пробы на транзисторах sihp6n40d, два года назад делал на них па. Цена на них была по 60 руб. (40х60=2400). Первоначально была идея получить до 2.4 квт. Некоторое время поработал с таким вариантом, потом снял по одному витку с трансформаторов выходных блоков и ограничился около 1.6 квт. на 28 мгц 1,1 квт. макс. ток около 65-70 амп. при 48 в. В эфире разницы никакой нет, так и оставил. Транзисторы не убиваемые у них сток-исток 450 в, по затвору 30 в. Потом кто то делал в 4 районе по моему примеру на 20 транзисторах на 800 вт. тоже все получилось. Усилитель копеечный получается по цене, для повседневной работы в cw, ssb вполне подходящий. Если такой вариант делать для цифры, то необходимо хорошее охлаждение т.е. приличный радиатор, а как лучший вариант делать водяное. Если потом будет желание заменить на специальные транзисторы, то это не сложно будет сделать т.е. установив палету с транзисторами. Вся остальная обвязка будет работоспособна. Из недостатков только то, что приходится менять возбуждение в зависимости от диапазонов от 10 до 40 вт. и несколько меньший кпд, если сравнивать с специальными транзисторами. Меня устроил самый простой вариант т.е. менять возбуждение, а так можно по входу поставить делители на реле работающие совместно с выходными фильтрами, достаточно будет 3-4 шт. что бы охватить все частоты и получить одинаковую мощность.

[UR4LRG]

П, то все блокировки идут через контроллер. Правильно? И заморачиваться с аналоговыми компараторами нет необходимости? Правильно?

Все верно. Только термоконтакт (термореле) на 60 градусов прямо на меди паллеты. На всякий случай ))

- - - Добавлено - - -

Мне всё таки кажется, что при том кол-ве тепла выделяемого выходным транзистором(ми) с выходом 1-2 КВт достаточно готового наполненного и запаянного радиатора. Все это прозрачные трубочки, зажимчики, хомутики как-то неуверенно смотрятся, особенно в Бурсте.

Нет, наилучший способ - силиконовые трубки и отдельный радиатор. В системе хотя бы литр воды. Посмотрите форумы оверклокеров, они это уже давно прошли. Про систему охлаждения напишу отдельно, это один из важнейших вопросов.

[RX3X]

если трубки именно силиконовые, то до 100 градусов держит, и при остывании не дефформируются, в отличии от ПХВ трубок.
трубку поджечь зажигалкой, и если пойдет черная копоть - ПХВ.
Силикон оставляет белый пепел-труху.
Можно на али купить, или в самогоншопах, цена в среднем 80 руб/метр, зависит от диаметра. ПХВ в 2 раза дешевле. Есть ПХВ с виду очеь похожи на силикон, но таковым не является.
Там же на али алюминиевые плоские радиаторы, разных размеров, если пластина на ум-е гладкая, сажать через пасту, или там- же есть листы теплопроводящего материала, форму можно ножницами вырезать.
Можно набрать " холодильник на пельтье", там вывалит и радиаторы, и эти листы, и трубки.

- - - Добавлено - - -

4000299552495 радиаторы
32810504639 теплоотвод
Не реклама, просто чтоб не искать, и для примера
На пельтье, как я понимаю,охлаждения не получится, но подсмотреть можно чего-нибудь

- - - Добавлено - - -

4001305548853 - так счас продвинутые геймеры делают.
Обратите внимание на размеры трубчатого радиатора, их можно подобрать по размерам и на два и три компьютерных вентилятора

- - - Добавлено - - -

4001170940224 вот радиатор на три вентилятора, даже отверстия под саморезы есть.
В общем, комплект подобрать под свой ум можно - трубчатый радиатор, вентиляторы, радиатор на теплоотводящую пластину, помпа, буферная емкость..
Может выйти не совсем дешево, но.. если засвербит, то кто ж деньги считает