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.
Вложений: 12
Паллета и водяной охладитель
Второй по сложности узел – паллета, на которой установлен транзистор, платы входных и выходных цепей.
Качество изготовления этого узла глобально влияет на долговечность транзистора и возможность усилителя долговременно работать в цифровых модах на полную мощность.
Основой паллеты является плита из чистой меди, минимальный размер 10х15 см, толщиной 1см. Крайне желательно постараться достать советскую медь, та что пачкает руки и после полировки рыжего цвета. Я купил полосу на хозрынке, которой после распускания хватило на три паллеты.
Вложение 304496
На одной собрал первый усилитель на 50 МГц, на второй, поднабравшись опыта, собрал КВ+50МГц, третья пойдет под УМ на 144МГц.
Плита шлифуется до блеска. В плите фрезерным станком нужно сделать канавку глубиной 0,5мм по размерам фланца транзистора с запасом ширины 0,5-0,7мм. Канавка должна быть абсолютно прямая, это крайне важно для хорошего теплоотвода. Прикладываем транзистор, размечаем, где будут саморезы крепления фланца, сверлим отверстия 2,8 мм на глубину не более 5-и мм (важно !), что бы потом закрепить фланец транзистора саморезами 2,9х6,5мм. Убираем фаску, еще раз все полируем. Транзистор должен полностью прилегать в канавке на своем месте, ни какого зазора, даже минимального, не должно оставаться.
Так же, в канавке нужно сделать два отверстия диаметром 4,7 мм глубиной не более 7 мм и нарезать в них резьбу М5. В эти отверстия потом будет подключаться провод минуса питания.
Вложение 304497
Следующим этапом, необходимо изготовить платы входных и выходных цепей.
Плата выходных цепей делается методом ЛУТ на ФАФ-4, толщиной 1,5 или 2 мм. ЛУТ используем по той же причине – дороговизне промышленного изготовления плат на фторопластовой основе.
Привожу два файла, BLF188XR_PA_HF_50MHz_output.pcb – это дизайн платы в PCAD-2006 и BLF188XR_PA_HF_50MHz_output.pdf – это готовый вывод для ЛУТ, просто печатайте на принтере и переносите утюгом на ФАФ. Вторая сторона полностью нужна – края этой стороны закрашиваем перманентным маркером и полностью закрываем скотчем. Дороги очень широкие, чего ЛУТ не любит, поэтому видимые дырочки, а лучше все дорожки поправляем перманентным маркером. Травим, после травления смываем тонер ацетоном. Отдираем скотч.
Сверлим ”металлизацию”, проводников должно быть примерно столько, сколько на картинке.
Вложение 304498
Вложение 304501
Вложение 304503
Так же, необходимо просверлить 4 отверстия 3мм для крепления этой платы к плите.
Паяем проводнички ”металлизации”, я использовал медную жилу от витой пары.
Устанавливаем емкости 0,01 мкФ 1000В. Жители Украины – эти емкости есть в RCS-компонентс.
Плата входных цепей. Плата достаточно простая, ее нет смысла изготавливать самому. Плату заказываем в JLCPCB.COM Сам заказ обойдется в $2, еще несколько долларов доставка.
Привожу два файла, BLF188XR_PA_160-6m_JLC_input_ok 2K2.pcb – это ее дизайн в PCAD-2006, архив BLF188XR_PA_160-6M_JLC_INPUT_OK 2K2.zip – это готовый набор гербер-файлов для JLCPCB, загружаете весь архив на странице заказа и нажимаете ОК.
Оплачиваете картой и спустя 20-30 дней получаете пять отличных плат.
Вложение 304509
Вложение 304510
Монтажка платы входных цепей приведена ниже.
Вложение 304504
Схема усилителя и намоточные данные. Схема усилителя взята отсюда:
7-2016 RF deck
Там же приведены все намоточные данные трансформаторов. Изготавливаем трансформаторы по инструкции, распаиваем на плату выходных цепей. Должно получиться вот так:
Вложение 304505
Я не смог быстро купить ферриты, которые W6PQL рекомендует для стоковых дросселей, поэтому использовал вдвое сложенные отечественные М600НН-8 К22х10х6,5 – работают отлично. Жители Украины могут купить их здесь: www.ferrite.com.ua
Трубки для трансформаторов можно купить у Елены Лободзинской lobodzynskayalena@gmail.com
Собранные платы прикладываем на плиту, размечаем отверстия, которые затем сверлим на глубину не более 5 мм сверлом 2,8мм.
Теперь транзистор необходимо установить на плиту. Для этого, подложку транзистора и место его установки на плите обезжириваем ацетоном смазываем тонким слоем жидкого металла. Жидкий металл я использовал вот такой: https://www.dns-shop.ru/product/8666...iquid-pro--cs/
Однако оверклокеры пишут, что использование обычного галинстана ничем не хуже.
Следует использовать совсем небольшое кол-во жидкого металла, не более спичечной головки. Жидкий металл растирается ватной палочкой. Должно получиться вот так:
Вложение 304506
Транзистор устанавливается на свое место, фиксируется двумя саморезами 2,9х6,5мм.
Затем устанавливаются платы входных и выходных цепей, платы фиксируются такими же саморезами через шайбы М3. Выводы транзистора распаиваются на платы. На этом сборку паллеты можно считать законченной.
Охлаждение паллеты.
Паллету охлаждает циркулирующая вода. В отличии от других конструкций, я решил всю нижнюю часть плиты утопить в воде, что бы весь низ плиты контактировал с циркулирующей водой. В теплоотводной плите нет ни одного сквозного отверстия.
Паяем коробку из стеклотекстолита, как раз по размеру медной плиты. Высота коробочки – 50 мм. Сверху и снизу впаиваем два латунных водопроводных угла 10 мм. В усилителе паллета стоит вертикально, одна трубка внизу, одна вверху, вода всегда касается паллеты. Воды помещается примерно 400 грамм. Паллета ”утапливается” в коробку на глубину 10 мм, фиксируется четырьмя саморезами 2,9х6,5мм и герметизируется силиконовым герметиком. После застывания силикона проверить герметичность просто – одну трубочку закрываете, в другую дуете. Воздух не должен нигде проходить.
Огромным преимуществом этого решения является контакт воды со всей нижней стороной паллеты. При этом получается отличный теплоотвод даже при небольшом потоке воды и тепловой буфер. При аварии, если заклинит насос, не сработает датчик температуры, то температура паллеты не поднимется выше 100 град, пока бОльшая часть воды не выкипит. Но это Вы увидите по обильному пару из усилителя ))
Недостаток решения – паллета может работать только в вертикальном положении. Этот вопрос легко решается установкой в контроллере ртутного датчика положения, но я его не ставил. Вода подается насосом в нижнюю трубку и нагретая, уходит с верхней.
Вот что получилось:
Вложение 304507
Вложение 304508
При разметке стеклотекстолита для коробочки, две широкие стороны дна нужно сделать на 10 мм шире, чем размер паллеты, что бы потом было удобнее крепить к внутренней стенке усилителя.
