Широкополосный усилитель мощности
Усилители мощности на полевых транзисторах имеют ряд преимуществ перед усилителями на биполярных транзисторах. В частности, в них более просто получить хорошую линейность амплитудно-частотной характеристики и высокую стабильность параметров [1].
Описываемый усилитель (см. схему на рис. 1) обеспечивает выходную мощность около 70 Вт в нагрузке сопротивлением 75 Ом и усиление около 40 дБ в середине диапазона З... 30 МГц. АЧХ показана на рис. 2. Предварительные каскады усиления собраны на полевых транзисторах VT1 и VT2. Первый из них работает с небольшим положительным напряжением смешения на затворе, задаваемым делителем R1R2. Нагрузкой транзистора VT1 является широкополосный трансформатор Т1. Его вторичная (понижающая) обмотка включена в цепь затвора транзистора VT2, работающего с нулевым напряжением смещения на затворе. Вторичная (понижающая) обмотка широкополосного трансформатора ТЗ через резисторы R4 и R5 соединена с затворами транзисторов выходного каскада VT3 и VT4, которые также работают с нулевым напряжением смешения.
Puc.1
Puc.2
Повышающая обмотка выходного трансформатора ТЗ подключена к антенному фильтру. Последний необходим в связи с тем, что коэффициент гармоник усилителя не лучше -15 дБ. Схема антенного фильтра приведена на рис. 3. Можно использовать и антенный фильтр от широкополосного усилителя, описанного в [2].
Puc.3
Важными элементами усилителя являются широкополосные трансформаторы. Широкополосность трансформаторов пропорциональна отношению Lo/Ls, где Lo - индуктивность обмоток, Ls - индуктивность рассеяния. Следует учесть, что уменьшение Lo приводит к сужению полосы частот равномерного усиления снизу, а увеличение Ls - сверху. Малые значения Ls можно получить при сильной связи между обмотками, что достигается специальной конструкцией трансформаторов [3, 4].
В усилителях, испытанных автором, применялись широкополосные трансформаторы, конструкция которых показана на рис. 4.
Puc.4
Трансформатор состоит из металлического каркаса 1, представляющего собой две медные трубки, соединенные медной перемычкой. На каждую трубку надевают по 9 колец 2 типоразмера К10Х6Х3 из феррита М1000НН. Кольца между собой склеивают клеем БФ-2. Через трубки пропускают два витка провода 3 МГТФ 0.65 так, чтобы его концы выходили со стороны перемычки. Провод должен туго входить в трубку. Трубки с перемычкой являются понижающей обмоткой, а два витка провода - повышающей.
Источник питания должен обеспечивать напряжение 40 В при токе до 3 А.
Можно, например, использовать источник, описанный в статье В. Дроздова "Однодиапазонный телеграфный KB трансивер" ("Радио", 1983, N 1, с. 17-22).
В усилителе использованы резисторы МЛТ, конденсаторы КД, К52-5, проходные конденсаторы КТПС-1, ВЧ дроссели Д1.2-40, ДМЗ-12. Дроссели можно изготовить и самостоятельно на отрезках ферритовых (600НН) стержней длиной 15...20, диаметром 2 мм. Намотку ведут виток к витку проводом ПЭВ-2 0,31 до заполнения магиитопровода. Собственные резонансные частоты дросселей должны быть выше верхней частоты рабочего диапазона усилителя. Реле, контакты К 1.1 которого задействованы для управления режимом усилителя, - герконовое РЭС-55 (паспорт РС4.569.601). Оно расположено в возбудителе.
Транзисторы VT2-VT4 желательно подобрать по начальному току стока. У транзистора VT2 он должен быть 30...40 мА, у VT3, VT4 - 80...120 мА (но желательно, чтобы этот параметр у обоих транзисторов был одинаков). Транзистор КП901Б можно заменить на КП901А. В выходном каскаде можно использовать один транзистор КП904А, но при этом выходная мощность усилителя снизится до 40 Вт.
Все транзисторы размещены на общем массивном теплоотводе площадью около 1000 см2, на котором закреплена монтажная плата из фольгированного гетинакса с вырезами под транзисторы. Монтаж выполнен навесным способом. Фольгированный слой используется в качестве общего провода. В местах установки монтажных стоек фольга удалена.
Данные конденсаторов и катушек фильтра приведены в таблице. Катушки намотаны на кольцевых (типоразмер К24Х13Х7) магнитопроводах из феррита М50ВЧ.
Номиналы конденсаторов (в пф) и катушек (в мкГн) фильтра
|
Диапазон, МГц |
С1, С5 |
С2, С4 |
C3 |
L1, L3 |
L2 |
|
3.5 |
1220 |
2530 |
1170 |
1.6 |
0,6 |
Правильно собранный усилитель начинает работать сразу. Подбирая резистор R2, устанавливают ток стока транзистора VT1 в пределах 110...140 мА. Если усиление на низкочастотных диапазонах велико, необходимо включить резистор R3 с меньшим сопротивлением (100...560 Ом).
В усилителе нет специальной защиты выходных транзисторов. Как показал эксперимент, он устойчиво работает с различными нагрузками - как с настроенными, так и с различными "случайными" антеннами, например, куском провода длиной 2,5 м. Короткое замыкание на выходе усилителя также не выводит из строя выходные транзисторы благодаря падению крутизны их характеристики при нагреве.
Б. АНДРЮЩЕНКО (UT5TA) г. Харьков
ЛИТЕРАТУРА
1. Ильин В., Янковский Р. Полевые транзисторы в выходном каскаде усилителя мощности.- Радио, 1983, № 2, с. 54-55.
2. Бунин С. Г., Яйленко Л. П. Справочник радиолюбителя коротковолновика.- Киев: Технiка. 1978, с. 118.
3. Ben Lowe. A 15 - Watt - Output Solid - State Linear Amplifier for 3,5 to 30 MHz.- QST, 1971, N 12, p. 11-14.
4. Helde Granberg. Build This Solid-State "Titan".- QST, 1977, N 6, p. 27-31.
(РАДИО N 12, 1984 г.)
