Rok: 2015, kategoria: D, nr projektu: 9
Uwaga! Ten tekst nie został jeszcze sprawdzony i upiększony. Jeśli już jest piękny i nie zawiera błędów, martwych linków i innego badziewia, dodaj proofread: yes do sekcji flag artykułu.
PA HF 100W
Uniwersalny wzmacniacz mocy na pasma krótkofalowe. Możliwość wykorzystania tranzystorów MOSFET w różnych obudowach. Liczne zabezpieczenia i możliwości monitorowania parametrów urządzenia.
Opis układu
Schemat elektryczny przedstawiono na rysunku 3.
Na wejściu wzmacniacza jest tłumik 2dB (R4, R8, R9), którego tłumienie można dobrać w zależnosci od wielkości napięcia po mieszaczu TX-a i BPF. Stopień wzmacniacza na tranzystorze Q1 ma wzmocnienie 6dB. Wzmacniacz pracuje w układzie wspólnego emitera. W obwodzie kolektora jest dławik L1 (chip-bead) zapobiegający generacji (wzbudzeniu) na wyższych częstotliwościach. Następny stopień to tłumik na diodzie PIN i rezystorach R2, R5, R11, którymi można dobrać tłumienie. Tłumik jest aktywny jeżeli podajemy stan wysoki > 0,7 V na bazę tranzystora Q3. Tranzystor Q2 steruje poprzez dopasowanie na transformatorze T1 (1:1) stopniem drivera na tranzystorach Q4 i Q5, które pracują w układzie push-pull w klasie AB. Napięcie biasu podawane jest z napięcia 8 V stabilizownego układem 78L08. Potencjometrami dostrojczymi P4 i P6 ustawiamy napięcia Ugs dla tranzystorów Q4 i Q5.
Tranzystory Q4, Q5 nie oddają pełnej mocy i z tego względu nie przewidziano kompensacji temperaturowej napięcia bias. W celu poprawienia stabilności pracy tranzystorów zastosowano sprzężenie zwrotne dren–bramka i rezystory szeregowe w bramkach tranzystorów Q2, Q4, Q5, Q7, Q8.
Tranzystory stopnia końcowego Q7, Q8 pracują w klasie AB i mają stabilizacje temperaturową realizowaną poprzez termistor NTC, zamocowany do śruby mocującej tranzystor mocy. W zależności od temperatury obudowy tranzystora, sterując diodą referencyjną LM431, można ustawić nachylenie charakterystyki porzez dobór rezystora R64 w szereg z termistorem NTC. Regulację przeprowadza sie potencjometrem P8, tak żeby prąd biasu tranzystorów nie przekraczał ustalonego prądu Idq tranzystorów mocy.
Zabezpieczenia
W układzie zastosowano kilka systemów zabezpieczeń i monitorowania pracy urządzenia:
- załączanie wentylatora regulacja ustawienie progu zadziałania po przekroczeniu temp dopuszczalnej – włącza się tłumik,
- możliwość ograniczenia mocy (tłumik na diodzie pin),
- monitorowanie prądu PA z możliwością ustawienia progu zadziałania, układ działa na zwieranie napięcia biasu do masy (zatrzask na tranzystorach pnp-npn, odblokowanie następuje po zwolnieniu PTT),
- stabilizacja temperaturowa napięcia biasu stopnia końcowego na LM431 + termistor (możliwość regulacji nachylenia charakterystyki U-biasu),
- zabezpieczenie (transile) przez podaniem napięcia o odwrotnej polaryzacji i przed przekroczeniem napięcia dopuszczalnego,
- możliwość podania napięcia >0,7V np. od zbyt dużego SWR, następuje wtedy ograniczenie mocy wyjścowej.
Układy monitorowania
We wzmacniaczu jest monitorowany prąd pobierany przez stopień mocy. Zrealizowano to na układzie ZXCT1009 wg aplikacji producenta. W celu zapewnienia minimalnego spadku napięcia (można dać drut manganinowy) napięcie z układu ZXCT1009 można dodatkowo wzmocnić w LM321 (układ może pracować jako wtórnik emiterowy). Napięcie, które reguluje się poprzez ustawienie progu potencjometrem montażowym P7, podawane jest na zatrzask realizowany na tranzystorach Q9, Q10. Wysterowanie tych tranzystorów powoduje zwieranie napięcia biasu do potencjału masy i tranzystory MOZSFET Q2, Q4, Q5, Q7 i Q8 zostają zablokowane. Układ pośrednio może chronić wzmacniacz przez zbyt nadmiernym prądem spowodowanym dużym SWR-em, spowodowanym zwarciem lub przerwą w obwodzie anteny.
PA posiada układ do sterowania wentylatora chłodzenia radiatora na układzi LM358.
Temperatura kontrolowana
Próg włączenia wentylatora ustawiamy potencjometrem P9. Po przekroczeniu temperatury dopuszczalnej (80-90 stopni Celsjusza, ustawiamy potencjometrem P5) jest włączany tłumik na diodzie PIN D1. Moc obniża się do 10W. Obniżenie mocy można realizować dodatkowo poprzez sterowaniea tłumika, np. jak będzie pracowała skrzynka antenowa.
Konstrukcja
Konstrukcja wzmacniacza mocy została zabudowana na radiatorze typu A4291, aktualnie produkowanego w Kętach. PCB o wymiarach 165x99 mm została zaprojektowana pod ten radiator, uwzględniając rozstaw użebrowania umieszczono mocowanie tranzystorów. W miejscach na tranzystory zostały wyfrezowane otwory, gdzie na podkładkach z miedzi o wymiarach 11x20 mm (grubosć 3mm) mocowane są tranzystory Q3, Q4, Q5. Pod tranzystory Q7,Q8 zastosowano podkładkę miedzianą o grubośći 2mm i wymiarach 95x25 mm.
Więcej szczegółów konstrukcji w załączonym opisie konkursowym.
Na rysunkach 5 i 6 przedstawiono osiągnięte rezultaty we wzmacniaczu medelowym.
