Вложений: 7
Делаем транзисторый РА 1 кВт своими руками
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.
Вложение 304262
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:
Вложение 304263
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.
Вложение 304264
Вложение 304265
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.
Вложение 304266
Файл pcb:
Вложение 304267
Файл ЛУТ:
Вложение 304268
Вопрос про реализацию защит.
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.