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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Transceiver-Leistungsverstärker. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Zivile Funkkommunikation Ein Breitband-Transistor-Leistungsverstärker kann das Design eines modernen Transceivers erheblich vereinfachen und (im Gegensatz zu Röhrengeräten) einen ungestimmten Betrieb der Endstufe gewährleisten. Wie der Autor des Artikels berichtete, wurde dieses Silo von mehreren Kurzwellenbetreibern wiederholt und bei allen funktioniert es einwandfrei. Nachdem ich die Herstellung und Anpassung mehrerer Silooptionen durchgemacht hatte, analysierte ich die Schaltkreise der Ausgangsstufen ausländischer fabrikgefertigter Transceiver, die für die Amateurfunkkommunikation bestimmt waren, sowie inländische militärische Schaltkreise von Geräten einer ähnlichen Klasse. Infolgedessen hat sich ein bestimmter Ansatz für das Design von Breitband-Transistor-Leistungsverstärkern für Kurzwellen-Transceiver herausgebildet. Durch die Einhaltung dieser Vorschriften beim Bau von Silos hat der Funkamateur eine bessere Chance, Probleme sowohl beim Aufbau als auch beim späteren Betrieb zu vermeiden. Hier sind die Hauptpunkte dieses Ansatzes. 1. Im Silo müssen Sie Transistoren verwenden, die speziell für die lineare Verstärkung im Frequenzband 1,5...30 MHz ausgelegt sind (Serie KT921, KT927, KT944, KT950, KT951, KT955, KT956, KT957, KT980). 2. Die Ausgangsleistung des Geräts sollte den maximalen Leistungswert eines Transistors eines Push-Pull-Silos nicht überschreiten (bei militärischer Ausrüstung überschreitet dieser Wert 25 % der maximalen Leistung des Transistors nicht). 3. Vorstufen müssen in Klasse A arbeiten. 4. Transistoren für Gegentaktstufen müssen paarweise ausgewählt werden. 5. Sie sollten nicht danach streben, in jeder Phase den maximalen Gewinn (Kus) zu erzielen. Dies führt zu einem instabilen Betrieb. Zweckmäßiger ist es, eine zusätzliche Kaskade einzuführen und den Koeffizienten der verbleibenden Kaskaden durch negative Rückkopplung zu reduzieren. 6. Die Installation muss starr sein und die Elementleitungen müssen eine Mindestlänge haben. Am einfachsten ist die Montage auf einer Leiterplatte mit Stützpads. 7. Die Einsparung von Sperrkondensatoren und Entkopplungsschaltungen wirkt sich negativ auf die Stabilität des Verstärkers insgesamt aus. 8. Einsparungen bei der Größe des Heizkörpers sind nicht gerechtfertigt. Hier enden Versuche zur „Mikrominiaturisierung“ von Geräten meist in Nervenstress mit anschließenden Materialkosten. Die Nennausgangsleistung des vorgeschlagenen Verstärkers beträgt bei einer Versorgungsspannung von +24 V und einer Erregerspannung von 0,5 V (rms) etwa 100 W. Die Ausgangsimpedanz des Verstärkers beträgt 50 Ohm und die Eingangsimpedanz 8-10 Ohm. Ohne zusätzliche Filterung überschreitet der Pegel der zweiten Harmonischen am Verstärkerausgang nicht -34 dB und der dritte - -18 dB. Der Pegel der Kombinationskomponenten dritter Ordnung an der Spitze der Zweiton-Signalhüllkurve überschreitet nicht -36 dB. Diese Messungen wurden mit einem Spektrumanalysator SK4-59A durchgeführt. Stromverbrauch - bis zu 9 A (bei maximaler Ausgangsleistung). Betriebsfrequenzband - von 1,8 bis 30 MHz. Der Verstärker wurde in Langzeittests (ohne Einsatz von Zwangsluftstrom) erfolgreich betrieben. Drei Stufen des Leistungsverstärkers (Abb. 1) sind auf einer gemeinsamen Platine von 165 x 85 mm untergebracht und direkt an der Rückwand montiert – dem Strahler des Transceivers. Die erste Stufe verwendet einen KT913A-Transistor. Es kann durch KT904A, KT911A ersetzt werden. Der Ruhestrom des Transistors (innerhalb der Rückkopplungsschleife C2, R3 und C4, R4, R5) bildet den Frequenzgang der Kaskade. Der Subbarrel-Kondensator C4 kann den Frequenzgang der Kaskade im Bereich von 24 bis 28 MHz anheben Band. Die Nennwerte von C2 und R3 beeinflussen den Gesamtverlauf des Frequenzgangs. Wenn diese Kaskade von einer Quelle mit einer Spannung von +12 V gespeist wird, kann sie mit dem KT939A-Transistor durchgeführt werden, der speziell für lineare Verstärker von entwickelt wurde Klasse A. Der Transformator T1 besteht aus einem Ringmagnetkern aus Ferrit der Güteklasse 1000NM-3 der Standardgröße K10x6x5 mm. Die Wicklungen enthalten 8 Windungen PEV 0,2-Draht, XNUMX mm.
Die zweite Stufe wird mit einem KT921A-Transistor zusammengebaut. Dieser Transistor ist für lineare Verstärker der KB- und VHF-Bereiche ausgelegt. Der Ruhestrom dieser Kaskade beträgt 300...350 mA und wird durch Auswahl des Widerstands R7 eingestellt. Die Kaskadencharakteristik wird durch die Elemente R8, R9, C7, R6 und C8 gebildet. Als Transformator T2 wurde das sogenannte „Fernglas“ verwendet (siehe z. B. den Artikel in „Radio“, 1984, Nr. 12, S. 18). Zwei Säulen des Transformators bestehen aus Ringmagnetkernen aus Ferrit der Güteklasse 1000NM-3 oder 2000NM-3 mit einem Außendurchmesser von 10 mm. Die Länge der typisierten Säule beträgt ca. 12 mm (3-4 Ringe). Die Primärwicklung besteht aus 2-3 Windungen MGTF 0,25 mm Draht, die Sekundärwicklung besteht aus 1 Windung MGTF 0,8 mm. Die Ausgangsstufe des Verstärkers ist Push-Pull. Hier können Sie Transistoren der Typen KT956A, KT944A, KT957A verwenden. Der beste Sicherheitsspielraum ist KT956A. Die Transistoren KT944A führen zu einer „Blockade“ des Frequenzgangs in den HF-Bereichen und KT957 sind weniger zuverlässig. Ein ausgewähltes Transistorpaar sorgt für einen hohen Verstärkerwirkungsgrad und eine gute Oberwellenunterdrückung. Der Ruhestrom der Transistoren VT3, VT4 wird durch Auswahl des Widerstands R14 eingestellt. Er sollte 150...200 mA betragen (für jeden Transistor). Der Frequenzgang der Kaskade wird durch die Elemente R10-R13, C10, C11 gebildet. Die Kondensatoren C10, C11 beeinflussen Kus in Niederfrequenzbereichen und die Widerstände R10-R13 – in Hochfrequenzbereichen. Die Kapazität des Kondensators C15 bestimmt den Anstieg des Frequenzgangs im Frequenzband 28...30 MHz. Manchmal ist es sinnvoll, parallel zur Sekundärwicklung des Transformators einen Kondensator mit einer Kapazität von 750...1500 pF einzubauen. Dies wird auch dazu beitragen, den Frequenzgang bei Frequenzen über 24 MHz zu verbessern. In diesem Fall ist es notwendig, die Kaskadenspannung auf 10...14 MHz zu regeln, damit die Kennlinien hier nicht zusammenbrechen. Es ist notwendig, die richtige Auswahl dieser Elemente bei Betriebsleistung zu überprüfen, da bei niedrigen Leistungen die „Impedanzen“ nicht die gleichen sind wie im „Reisemodus“. Das Design des T3-Transformators beeinflusst grundsätzlich die Qualität des Verstärkers. Der Magnetkern ist ein Ring aus Ferrit der Güteklasse 100NN-4, Standardgröße K16x8x6 mm. Die Stufenwicklung besteht aus 6 Windungen aus 16 miteinander verdrillten PEV-2-0,31-mm-Drähten, aufgeteilt in zwei Gruppen zu je 8 Drähten. Die Verzweigung erfolgt vom Verbindungspunkt zwischen dem Ende der ersten Gruppe und dem Anfang der zweiten. Die andere Wicklung besteht aus 1 Windung MGShV-0,35 mm Draht, 10 cm lang. Der Ausgangstransformator T4 ist ein „Fernglas“ aus 2 Säulen mit 7 ringförmigen Magnetkernen aus Ferrit der Güteklasse 400NN-4, jeweils Größe K16x8x6 mm. Die Primärwicklung besteht aus 1 Windung eines Koaxialkabelgeflechts, die Sekundärwicklung besteht aus 2 Windungen aus 10 parallel geschalteten MPO-0,2-Drähten. Die Sekundärwicklung befindet sich innerhalb der Primärwicklung. Experimente mit verschiedenen Designoptionen für diesen Transformator zeigten seine Leistung mit Ferriten mit einer Permeabilität von 400–1000 und Ringdurchmessern von 12 bis 18 mm. Die Sekundärwicklung kann in einem Draht gewickelt sein, beispielsweise MGTF - 0,8...1 mm. Bedenken Sie lediglich, dass sich der Transformator im Betrieb merklich erwärmt und die Isolierung der Leitungen dementsprechend hitzebeständig sein muss. Der ohmsche Widerstand der Drosseln L4, L5 sollte minimal sein, damit an ihnen keine Selbstvorspannung auftritt. Hier können Sie beispielsweise DM-1,2 mit einer Induktivität von 8...15 μH verwenden. Der Transistor VT5 (Vorspannungsstabilisator der Ausgangstransistoren) ist über einen Glimmerabstandshalter an einem gemeinsamen Kühlkörper befestigt. Die Dioden VD3 und VD4 müssen thermischen Kontakt mit einem der Ausgangstransistoren haben. Die Relais K1 Typ RES34 (Pass RS4. 524. 372) funktionieren, obwohl RES10, mehrere Jahre zuverlässig. Der Relaiskörper sollte an ein gemeinsames Kabel angeschlossen werden. An den Ausgang des Transformators T4 ist der „Narrenschutz“ angeschlossen – Zwei-Watt-Widerstände R23, R24 mit einem Gesamtwiderstand von 470...510 Ohm. Vom Punkt ihrer Verbindung wird die HF-Spannung für die Ausgangsleistungsanzeige (Detektor auf VD5) und das ALC-System entfernt. Bei einem Ausfall des Relais K1, des Relais der Tiefpassfilterplatine oder eines Antennenbruchs wird die gesamte Leistung über diese Widerstände verbraucht und das SWR beträgt 10. Dies ist jedoch nicht der Fall schlecht, da das ALC-System funktioniert und die Ausgangsleistung reduziert. Wenn auch der ALC ausfällt, funktioniert der „narrensichere Schutz“: Der „Geist verbrannter Farbe“ wird von diesen Widerständen ausgehen. Transistoren können einer solchen Ausführung problemlos standhalten. Für Leistungen bis 100 W garantiert der Hersteller „das Ausmaß der Lastfehlanpassung (bei Pout = 70 W) innerhalb von 1 s von 30:1“. In unserem Fall wird es 10:1 sein, also können wir drei Sekunden lang an der Übertragung arbeiten und denken: „Wie riecht es?“ Direkt auf der Verstärkerplatine ist ein zweigliedriger Tiefpassfilter (L7L8C21C23C25) mit einer Grenzfrequenz von 32 MHz aufgelötet. Der Verstärker wird ab dem Einschalten des Transceivers ständig mit Strom (+24 V) versorgt, und beim Umschalten in den Sendemodus wird dem +TX-Bus eine Steuerspannung von +12 V zugeführt. Der Verstärker wird in der folgenden Reihenfolge aufgebaut. Nachdem wir die Ruheströme der Transistoren VT1 - VT4 eingestellt haben, löten wir den Ausgang des Kondensators C5 aus den Schaltkreisen der VT2-Basis und verbinden ihn über einen 10...20 Ohm (1 W) Widerstand mit dem gemeinsamen Draht. Nachdem wir ein Signal vom GSS mit einer Frequenz von 29 MHz an den Eingang des Silos angelegt haben, wählen wir den Kondensator C4 aus und gleichen den Frequenzgang bei dieser Frequenz aus. Nachdem wir die Verbindung zwischen C5 und VT2 wiederhergestellt haben, belasten wir den Transformator T4 mit einem induktionsfreien Widerstand von 50...60 Ohm (25 W) mit Leitungen minimaler Länge. Nachdem wir den Eingangssignalpegel auf 0,2..0,3 V (rms) eingestellt haben, messen wir den Stromverbrauch der Transistoren VT3, VT4 und die HF-Spannung an der Last. Durch Vertauschen der Leitungen der Primärwicklung des Transformators T3 ermitteln wir deren optimale Verbindung – basierend auf der maximalen Spannung an der Last. Durch Erhöhen des Eingangssignalpegels auf 0,5 V (rms) messen wir Iin und Pout. Durch die Wahl des Kondensators C15 erreichen wir die höchste Leistung am Verstärkerausgang bei einer Frequenz von 29 MHz (470...2200 pF abhängig von der Permeabilität des Magnetkreises des Transformators T3). Ohne den Signalpegel am Eingang zu verändern, messen wir Pout und Iin bei Frequenzen von 14, 7 und 1,8 MHz. Wir protokollieren die Messergebnisse. Basierend auf der maximalen Ausgangsleistung bei minimalem Stromverbrauch wählen wir nacheinander die Anzahl der Windungen der Primärwicklung aus, zuerst des Transformators T2 (nicht mehr als 5 Windungen) und dann des Transformators T3 (2-3 Windungen). Gleichzeitig vergleichen wir Daten zur Ausgangsleistung bei den Frequenzen 29, 14 und 1,8 MHz. Da der Ausgang von Bandpassfiltern selten über alle Bereiche hinweg die gleichen Signalpegel erzeugt, ist es notwendig, den Frequenzgang endgültig zu formen, indem die Widerstände R6, R10-R13 und die Kondensatoren C10, C11 mit einem echten Erreger (im Transceiver) und nicht mit einem echten Erreger ausgewählt werden mit der GSS. 57. Der Vorverstärker (Abb. 2) ist zusammen mit Bandpassfiltern (BPFs) und einem Empfängerdämpfer (ATT) auf einer separaten Platine montiert. Der Transistor VT1 (kann durch Transistoren der Typen KT325, KT355 mit beliebigem Buchstabenindex ersetzt werden) arbeitet im linearen Modus. Die Verstärkung der Kaskade beträgt etwa 10. Die Last ist ein Breitbandtransformator T1, der auf einem ringförmigen Magnetkern aus Ferrit der Güteklasse 600HH der Standardgröße K10x6x5 mm aufgebaut ist. Die Wicklungen enthalten 8 Windungen aus 0,2 mm PEV-Draht. Der Ruhestrom des Transistors (20 mA) wird durch Auswahl des Widerstands R4 eingestellt. Der Amplituden-Frequenzgang der Kaskade wird durch die Elemente R7, C4 gebildet.
Der Schlüssel am Transistor VT2 steuert das Relais K3, das im Sendemodus den Eingang der PA-Leitung mit dem DPF verbindet. Bereichsbandpassfilter sind zweikreisig. Für die Induktoren wurden Rahmen mit einem Durchmesser von 8 mm von Fernsehgeräten verwendet. Dies ist natürlich nicht die beste Option, aber der DFT meistert die Aufgabe der Auswahl von Spiegel- und Seitenkanälen gut. Der Transceiver verfügt über drei Schutzstufen für die Ausgangsstufe des Leistungsverstärkers bei Überlastung. In Abb. Abbildung 3 zeigt die ALC (automatische Signalpegelregelung) und die Schutzschaltung für hohe SWR-Werte.
Diese Schutzschaltungen werden über einen DSB-Verstärker aktiviert, der aus einem Feldeffekttransistor mit zwei Gates besteht. Die Spannung am zweiten Gate dieses Transistors bestimmt den Kus der Kaskade und damit die Ausgangsleistung der gesamten Leitung der Ausgangsstufe. Das Signal vom Detektor VD5 (siehe Abb. 1 im ersten Teil des Artikels) und das Signal vom SWR-Meter (Abb. 3) über die Isolationsdioden VD2, VD3 gelangen zum Transistorschalter (VT1, VT2). Der Emitterausgang des Transistors VT2 ist über einen variablen Widerstand (Ausgangsleistungsregler) mit einem Widerstand von 4,7...10 kOhm mit einem gemeinsamen Draht verbunden. Der bewegliche Kontakt dieses Widerstands ist mit dem zweiten Gate des DSB-Verstärkers verbunden. Wenn die Last nicht an die Endstufe angeschlossen ist (z. B. das Relais der Tiefpassfiltereinheit ist ausgefallen), steigt die HF-Spannung am Ausgang T4 an. Es wird durch die Diode VD5 gleichgerichtet und schließt die Transistorschalter VT1, VT2. Die Spannung am zweiten Gate des DSB-Verstärkers und damit die Ansteuerung der Endstufe werden reduziert. Das Gleiche passiert, wenn das SWR den zulässigen Wert überschreitet, mit dem einzigen Unterschied, dass der Gleichrichter die Diode VD1 des SWR-Meters ist. Nachdem die Ausgangsstufe auf das Antennenäquivalent geladen wurde, stellen die Trimmwiderstände R2 und R3 die Ansprechpegel des Schutzsystems ein. Mit einer Ausgangsleistung von 100 W hält ein Paar KT956A einem SWR von bis zu 5 oder mehr stand. Sie können sich auf die Werte SWR = 3...4 beschränken, bei denen das Schutzsystem zu wirken beginnt. Dazu sollten Sie anstelle eines Äquivalents eine Last mit ungefähren Werten von 20 oder 150 Ohm anschließen und den Ansprechpegel des Schutzes mit den Widerständen R2 und R3 einstellen. Die Gesamtverstärkung der PA-Leitung kann durch Auswahl des Widerstands R5 begrenzt werden. Bei Verwendung von Transistoren wie KPZ50 oder KP306 in einem DSB-Verstärker sollte die Spannung am zweiten Gate auf maximal +5...7 V eingestellt werden. Die Kondensatoren C7 und C9 sorgen für einen reibungslosen Betrieb des ALC-Systems. Sind deren Kapazitäten zu klein, wird das Signal verzerrt, es kommt zu einer scharfen Begrenzung, die für das Ohr unangenehm ist; sind die Kapazitäten groß, reagiert das System verzögert auf Laständerungen der Endstufe, und so weiter dieser Schutz geht verloren. Durch die Steuerung der Signalqualität mit einem zusätzlichen Empfänger können Sie ein gutes Signal erzielen, indem Sie die ALC-Tiefe und ihre Reaktionszeit anpassen, indem Sie R3, R2, C7, C9 auswählen. Der Transformator des SWR-Messgeräts T1 ist auf einen Ringferrit-Magnetkern der Marke M50VCh-2, Größe K12x6x4 mm, gewickelt. Die Sekundärwicklung besteht aus 28 Windungen aus PELSHO-Draht 0,2 mm. Die Primärwicklung ist ein Koaxialkabel, das durch den Transformatorring geführt wird und den Tiefpassfilter mit dem Antennenanschluss des Transceivers verbindet. Die dritte Stufe des Verstärkerschutzes begrenzt die Stromaufnahme aus der +24-V-Stromquelle. Bei einer Verstärkerausgangsleistung von bis zu 100 W ist der Auslösestrom des Stabilisatorschutzes auf 8,5...9 A eingestellt. Ein paar Worte zu Ferrit-Magnetkernen, die auf Radiomärkten verkauft werden. Sagen Sie beim Kauf niemals, wie viel Durchlässigkeit Sie benötigen. Fragen Sie besser nach, welche verfügbar ist, da der Verkäufer immer eine „Pflichtbox“ zur Hand hat, in der Sie genau die Durchlässigkeit finden, die Sie nennen. Mit großem Risiko, aber es ist dennoch möglich, Ferrit anhand seines Aussehens zu unterscheiden, das eine größere Permeabilität aufweist. In der Regel hat es eine dunklere Farbe („Sinterkohle“), eine größere Körnung und „klingelt“ beim Tester (Marke HM). Ferrite mit geringer Permeabilität haben eine graue Farbe, manchmal mit einer „Rostschicht“, haben sehr feine Körner und „klingeln“ beim Tester nicht. In der Amateurfunk-Community gibt es verschiedene Gerüchte über die Verwendung von Ferriten der Klassen NN und NM. Ich konnte keine Unterschiede in der Leistung dieser Ferrite feststellen, zumindest nicht im resultierenden Verstärkerdesign. Aber in militärischer Ausrüstung, insbesondere in Transistorsendern, findet man häufiger Ferrite der NM-Klasse. Diese Informationen sind unverbindlich. Vielleicht möchte jemand eine detaillierte Studie in diese Richtung durchführen und die Ergebnisse anschließend mit der Amateurfunk-Brüderschaft teilen. Autor: Alexander Tarasov (UT2FW), Reni, Ukraine
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