El diseño de un amplificador de banda ancha 40W energía de radiofrecuencia VHF para la emisora ​​de FM

Introducción

Lo que este diseño es para

Para aumentar la potencia de salida de baja potencia excitadores de banda FM de radiodifusión, un número de éstos están disponibles comercialmente, tanto como kits y confeccionadas. Ver Cómo ser una estación de radio comunitaria de enlaces a comentarios de algunos de los excitadores más populares.

¿Quién es este diseño para?

  • Aquellos que están familiarizados con los componentes electrónicos de RF y mecánicos técnicas de construcción
  • Aquellos que ya han construido y probado VHF de potencia (> 10W amplificadores)

Como referencia, consulte Introducción a la estación de radio comunitaria Electrónica

El equipo de prueba será necesario lo siguiente para ajustar el amplificador:

  • Estabilizado el suministro de corriente de potencia limitada (+ 28V, 3A)
  • Multímetro, con 3A o mayor rango de corriente
  • 50W VHF Carga artificial
  • Medidor de potencia RF
  • Excitador de FM, con aprox. 26 - 27 dBm de potencia de salida
  • Analizador de espectro de radiofrecuencia
  • Analizador de red RF o un analizador de espectro con generador de tracking
  • Atenuador de potencia de RF

Este diseño es NO conveniente para los principiantes y novatos VHF RF. Estas personas corren los siguientes riesgos:

  • Las quemaduras térmicas y RF
  • Electrocución
  • La destrucción de componentes de RF y equipos costosos de prueba
  • La radiación RF no deseados espuria, lo que resulta en una interferencia a otros usuarios del espectro electromagnético, por lo tanto el riesgo de una visita de Estado, y el consiguiente riesgo de confiscación de equipos, multas y encarcelamientos, posiblemente.
  • Una gran cantidad de estrés y frustración.

¿Por qué este diseño es necesario

Yo creo que la calidad de la inmensa mayoría de los esquemas y diseños de equipos de radiodifusión de FM está disponible en Internet para estar lejos de ser satisfactoria. Ver mi asesoramiento sobre la construcción de los planes en la web. En particular, la información disponible sobre los amplificadores de potencia de radiofrecuencia VHF es aún más desesperada, por ejemplo diseños con los dinosaurios de dispositivos como el TP9380. Este diseño se basa en un dispositivo MOSFET de nuevo, con las ventajas concomitantes de

  • alta ganancia
  • alta eficiencia
  • la facilidad de ajuste

Viendo como la mayoría de los diseños en la tela son más años de edad 10, utilizando un dispositivo recientemente introducido debe maximizar la vida útil del diseño. También utilizo este diseño como un vehículo para demostrar la cantidad de información requerida para un tercero que no están equipados con las habilidades para leer la mente para construir con éxito este amplificador. El punto es este: si una persona es lo suficientemente cualificados y con experiencia para construir algo a partir de la información de diseño escasa, por ejemplo, sólo un esquema, que son tan capaces de construir a partir de ninguna información en absoluto. Por el contrario, una persona no menos que la habilidad y nivel de experiencia se requiere de instrucciones detalladas para tener éxito.


Procedimiento de diseño

El diseño de amplificador se basa en el recientemente introducido (1998) Motorola MRF171A MOSFET (MRF171A la hoja de datos in PDFformato).No hay que confundir esto con la mayor, ahora descontinuado, el dispositivo MRF171. Enero 2002 - Motorola cambia su dispositivo de potencia de RF cartera de productos más oftern que algunas personas cambien sus partes inferiores. Parece que Motorola ha descargado este dispositivo en el M / A-Com.

Simulación por ordenador

La viabilidad inicial se realizó con un lineal de RF y microondas paquete de simulación, especialmente supercompacto. La versión utilizada fue 6.0, que con toda franqueza que yo considero una pieza de orina de los pobres de software y no recomiendo en absoluto. Para este dispositivo, Motorola proporcionar parámetros S y grandes señales individuales impedancias terminados. Los parámetros S se miden a 0.5 Una corriente de drenaje de reposo, lo que representa un paso adelante en la caracterización de dispositivos, ya que tradicionalmente los parámetros S tiende a medirse en las corrientes de fuga muy bajas. Aunque esto es satisfactorio para pequeña señal dispositivos, el uso de parámetros S medidos en pequeñas corrientes de drenaje está limitada por el diseño de amplificador de potencia.

Si bien la información de los parámetros S medidos en 0.5 A podría haber proporcionado un punto de partida útil de diseño, elijo basar el diseño en el extremo único gran señal de impedancias. Estos se miden por el fabricante del dispositivo mediante la regulación del dispositivo hacia arriba para un mejor rendimiento en cada frecuencia de prueba en un banco de prueba genérica. El dispositivo de prueba se retira entonces, y un analizador de red vector se utiliza para medir la impedancia compleja mirando hacia atrás en la red de adaptación, mientras que éstas están terminados con 50 R. Este procedimiento se lleva a cabo para la entrada y salida redes coincidentes. La ventaja de grandes datos de la señal de impedancia es que puede medirse a la potencia de salida real de que el dispositivo está diseñado para generar, y como tales son más representativos en un escenario de amplificador de potencia. Tenga en cuenta las impedancias de gran individuales sólo proporcionan información que permita a una red de entrada y de salida correspondiente a sintetizar, no proporcionan ninguna información sobre el aumento de probabilidades, la eficiencia, nivel de ruido (si procede) o la estabilidad del amplificador resultante.

Este es el archivo que se utiliza para la síntesis de la red de entrada.

* Mrf171i1.ckt; Nombre del archivo
* Bloque de definición de la variable, el primer valor es el valor mínimo permitido,
* Tercero es el valor máximo permitido, el medio es variable
C1:? 1PF 30.2596PF 120PF?
C2:? 1PF 21.8507PF 120PF?
L1:? 1NH 72.7228NH 80NH?
C3:? 1PF 179.765PF 180PF?
L2:? 1NH 30.4466NH 80NH?
 
BLK; Circuito netlist

   tapa de 1 2 c = c1
   tapa de 2 0 c = c2
   ind 2 3 l = l1
   tapa de 3 0 c = c3
   ind 3 9 l = l2
   res 9 0 r = 33; resistencia de polarización de la compuerta de alimentación
   un 9 mrf171ip; referencia a 1 puerto de datos

   IPNet: 1POR 1, crear un nuevo puerto de red 1

FIN

FREQ
   PASO 88MHZ 108MHZ 1MHZ
FIN

OPT
* Optimización de instrucción de control, dice simulador para optimizar entre
* 88 y 108 MHz, y para lograr una pérdida de retorno de entrada de mejor que
*-24 dB
   IPNet R1 = 50
   F = 88MHZ 108MHZ
   MS11 24DB-LT
FIN

DATOS
* Definición de un puerto de red que se llama mrf171ip, haciendo referencia a la señal de gran
* Series complejas impedancias equivalentes. Estos datos están disponibles en 4
* Los puntos de frecuencia
* Definición de los parámetros Z de información, en formato real y lo imaginario,
* Impedancia de referencia es 1 Ohm
   mrf171ip: Z = RI RREF 1
   * MRF171A Z FUENTE
  
   30MHZ 12.8-3.6
   100MHZ 3.1-11.6
   150MHZ 2.0-6.5
   200MHZ 2.2-6.0

FIN

Por supuesto, el uso de un simulador no proporciona ninguna ayuda en la selección de circuito topología, ni los valores de partida para los componentes de la red. Esta información proviene de la experiencia de diseño. Todos los valores de optimización se han visto limitadas con máximos y mínimos para mantener la realización de la red resultante.

Inicialmente, una red de polo 3 coincidente fue juzgado, esto no fue capaz de proporcionar un partido suficientemente banda ancha a través de la MHz 20. Usando un polo 5 circuito permitió que el objetivo de optimización para ser alcanzado. Nótese la polarización de puerta 33R está incluido en la simulación, ya que esto ayuda a des-Q de la red de entrada, y mejora la estabilidad en el amplificador final.

Un procedimiento similar se realizó para la red de salida. En esta simulación, la alimentación de drenaje se incluyó en la simulación. Aunque en la cara de la misma, el valor de este cebador no es crítica, si se hace demasiado grande estabilidad puede estar compuesto, si se hace demasiado pequeña, se convierte en parte de la red de salida coincidente, que en este caso se pensó no ser deseable .

Opciones de componentes

Como la potencia de entrada es sólo la mitad de un vatio, estándar condensadores cerámicos y recortadores fueron utilizados en el circuito de entrada coincidente. L1 y L2 (consulte esquemático) Podría haber sido mucho menor, pero se mantuvieron grande para la coherencia con los inductores usados ​​en la red de salida. En la red de salida, de mica metálicas cubiertas de condensadores y condensadores de ajuste de compresión de mica se utiliza para manejar el poder y mantener las pérdidas a un mínimo de componentes. La banda ancha L3 estrangulador proporciona cierta reactancia con pérdidas en las frecuencias de RF más bajas, C8 se encarga de AF (frecuencia de audio) de la disociación.

El uso de un modo de mejora MOSFET de canal N (un voltaje positivo sesgos el dispositivo en conducción) significa la circuitería de polarización es simple. A grifos divisor de potencial frente a la tensión requerida de un bajo voltaje estabilizado por un diodo Zener 5.6V. El segundo Zener 5.6V, D2, se monta como una medida de precaución para asegurar una tensión excesiva no se aplica a la puerta del FET, esto ciertamente daría lugar a la destrucción del dispositivo. Los puristas de temperatura para estabilizar la corriente de polarización, pero a medida que el sesgo no es crítica en esta aplicación, no se molestó con el.

Un conector BNC había sido utilizado para la entrada de RF, debido a la potencia de RF de entrada baja. He usado de tipo N para la salida de RF, no use BNC para arriba sobre 5W y no me gusta conectores UHF de estilo. Personalmente, no recomendamos el uso de conectores UHF por encima de 30MHz.


Construcción

El amplificador se construyó en una caja de aluminio fundido a presión pequeña. Entrada de RF y conexiones de salida están hechos por zócalos coaxiales. La alimentación es suministrada a través de un condensador cerámico pasante atornillado en la pared de la caja. Esto da como resultado las técnicas de construcción en excelente blindaje, evitando que la radiación de RF escapar del amplificador. Sin ella, cantidades importantes de radiación de RF puede ser radiada, lo que interfiere con otros circuitos sensibles, tales como VCO y etapas de audio, también cantidades importantes de radiación armónica podrían ocurrir.

La base del dispositivo de alimentación se sienta a través de una abertura en el piso de la caja de fundición a presión y se atornilla directamente sobre un disipador de aluminio extruido pequeño. Una alternativa tendría la base del dispositivo de alimentación que se sienta en el suelo de la caja de fundición a presión. Esto no es recomendable por dos razones, tanto ocupa de proporcionar una vía eficaz para conducir el calor desde el FET. En primer lugar el suelo de la caja de fundición a presión no es particularmente suave, lo que resulta en una trayectoria térmica pobre. En segundo lugar, teniendo el suelo de la caja de fundición a presión en la trayectoria térmica introduce más interfaces mecánicas y de resistencia térmica por lo tanto más. Otra ventaja de la técnica elegida de construcción es que se alinea correctamente el dispositivo conduce con la cara superior de la placa de circuito.

Usando el disipador de calor especificado requerirá el uso de refrigeración por aire forzado (un ventilador). Si usted no va a utilizar un ventilador, un disipador mucho más grande se requiere, y el amplificador deberá montarse con las aletas del disipador térmico vertical para maximizar el enfriamiento por convección natural.

La placa de circuito consta de un trozo de fibra de vidrio PCB (circuito impreso) de material revestido con 1oz Cu (cobre) a cada lado. Yo Wainwright para formar los nodos del circuito - esto es básicamente auto-adhesivas pedazos de lata de material de una sola cara PCB, cortados a medida con un par fuerte de lado los cortadores. Una alternativa fácil es usar piezas de 1.6mm de espesor de material de una sola cara PCB, cortado a la medida y en conserva. Estos se pegan en el plano del suelo, con un adhesivo de tipo cianoacrilato (por ejemplo, súper pegamento o Tak Pak- FEC 537-044). Este método de construcción resultados en el lado superior de la PCB ser un plano de tierra excelente. La única excepción a esto son las dos almohadillas para la puerta y drenador del FET. Estos fueron creados por el cuidado de anotar la capa superior de cobre con un bisturí, y luego la eliminación de las virutas de cobre, con la ayuda de una punta de hierro de punta fina y soldadura y el bisturí. Ejecución de la punta de hierro a lo largo de la pieza de cobre aislado afloja el pegamento suficiente para que el cobre que se despega con el bisturí. El panel de la puerta así creada es claramente visible en el fotografía del prototipo

Una vez hecha la abertura en el PCB para la base del dispositivo de alimentación a través de sentarse, envolví cinta de cobre a través de la ranura para unirse a la parte superior e inferior planos de tierra. Esto se hizo en dos lugares, por debajo de las pestañas de origen. La cinta de cobre que entonces era la parte superior e inferior soldadas.

Ver fotografía para las posiciones de los componentes sugeridos. La pantalla vertical a la derecha de la carcasa es una pieza de material de doble cara PCB, soldada a la placa de masa superior a ambos lados. Este es un intento de mejorar el rechazo armónico final, mediante la reducción de acoplamiento entre los inductores que forman el partido de salida y los inductores que componen el LPF. Para hacer este tipo de trabajos de soldadura serán un hierro 60W o mayor necesidad de soldar - preferiblemente a una temperatura controlada. Este hierro será demasiado sobre la parte superior de los componentes más pequeños que un hierro más pequeño será necesario también.

Como se menciona más adelante, los inductores LPF se sueldan directamente a las fichas de los condensadores de metal revestidas.

Sugerido la construcción Rough and Ready Procedimiento

  1. Corte un pedazo de material de doble cara PCB de la placa base (aprox. 100 85mm x)
  2. Crear la apertura de la FET, con una selección de ejercicios y archivos. Utilice la FET como una plantilla, si es necesario, pero no lo volar con estática. Asegúrese de que usted va a terminar con la fuga en el lado derecho.
  3. Taladre seis agujeros en el PCB, se trata de celebrar la Junta de Coordinación a la caja de fundición a presión
  4. Colocar la placa en la caja y utilizar los agujeros en el PCB para taladrar a través de la caja
  5. Temporalmente atornillar la placa a la caja
  6. Haga ejercicio en el disipador de calor se va a ir, por debajo de la caja El dispositivo debe terminar hacia el centro del disipador de calor. Cualquiera de perforar los agujeros un poco más a través de todo el lote, y volver a utilizar algunos de los agujeros existentes de PCB / caja y ampliar éstas a través del disipador de calor. Temporalmente atornillar el disipador de calor para el conjunto de PCB / caja. Cuando usted mira en la parte superior de la caja ahora debería ver un pedazo de disipador de calor revelada, del mismo tamaño que la base de la FET.
  7. Aparejo a ti mismo un poco de protección estática (si tienes una vieja soplado un dispositivo o un dispositivo bipolar en el mismo paquete que usted no tendrá que preocuparse de esto) y colocar el dispositivo dentro de la abertura en el tablero.
  8. Utilice la FET para dar le dará las posiciones centrales de sus 'agujeros de montaje
  9. Toma todo en pedazos otra vez. Haga dos agujeros en el disipador de calor para el FET
  10. Taladre los agujeros en los dos extremos de la caja para los conectores de RF y el condensador pasante
  11. Tin el PCB, parte superior e inferior, con un hierro grande. Use sólo lo suficiente soldadura para conseguir un acabado liso, pero no demasiado para crear zonas elevadas de la soldadura, especialmente en la parte inferior, ya que evitará que la sesión PCB plana contra el suelo de la caja.
  12. Cree las dos islas por la puerta de FET y de drenaje, como se detalla en el párrafo anterior
  13. Cinta de cobre soldadura entre las caras superior e inferior de la placa por debajo de donde las pestañas de origen será
  14. Crear las islas del PCB, el estaño ellos, que se peguen en el PCB con la fotografía como una guía
  15. Crear y ajustarse a la pantalla entre el amplificador y las áreas de LPF
  16. Aplicar todos los restantes componentes de PCB, con la excepción de la FET
  17. Colocar la placa a la caja y el disipador de calor
  18. Montar y conectar y los conectores de RF y el condensador de alimentación directa
  19. Tomando las precauciones antiestáticas de nuevo, aplicar la parte más delgada película continua posible de transferencia de calor pega a la base del FET. Esto puede hacerse fácilmente con un palillo de madera
  20. Doble hacia arriba la 2mm último de cada uno de los FET de cables. Esto hará que sea mucho más fácil de eliminar, en caso de necesidad
  21. Atornille la FET para el disipador de calor. Demasiado flojo para que el dispositivo exceso de calor, demasiado apretado y que se distorsiona la brida del dispositivo y una vez más se recalentará. Si tienes un destornillador de par, buscar el par de apriete recomendado y lo utilizan.
  22. Si he entendido correctamente las instrucciones, las fichas del dispositivo será marginalmente por encima de la soldadura de PCB en la FET con la plancha grande, en primer lugar las fuentes, a continuación, el drenaje, por fin la puerta. Es posible que tenga que desconectar y L4 L5 mientras está ajustando la FET, pero no desconecte R3 ya que esto proporciona una protección estática para el dispositivo.

Esquemático

Amplifier Schematic (8K)

Lista de piezas

Referencias Descripción FEC Número de parte de Cantidad
C1, C2, C4 5.5 - 50p miniatura de cerámica de ajuste (verde) 148-161 3
C3 100p de cerámica del disco 50V NP0 dieléctrica 896-457 1
C5, C6, C7 100n cerámico multicapa 50V X7R dieléctrica 146-227 3
C8 100u 35V condensador electrolítico radial 667-419 1
C9 500p de metal revestido de condensadores 500V   1
C10 1n cerámica de plomo a través del condensador del condensador 149-150 1
C11 16 - 100p mica de compresión trimmer (Arco 424)   1
C12 25 - 150p mica de compresión trimmer (o Arco 423 GMA30300 Sprague)   1
C13 300p de metal revestido de condensadores 500V   1
C14, C17 25p de metal revestido de condensadores 500V   2
C15, C16 50p de metal revestido de condensadores 500V   2
L1 Inductor de 64nH - 4 convierte 18 SGT estañado cable de Cu de diámetro 6.5mm. anterior, resulta 8mm longitud   1
L2 Inductor de 25nH - 2 convierte 18 SGT estañado cable de Cu de diámetro 6.5mm. anterior, resulta 4mm longitud   1
L3 6 agujero de ferrita roscado con 2.5 convierte 22 SGT Cu estañado de alambre para formar banda ancha estrangulador 219-850 1
L4 Inductor de 210nH - 8 convierte 18 SGT esmaltado cable de Cu de diámetro 6.5mm. anterior, resulta 12mm longitud   1
L5 Inductor de 21nH - 3 convierte 18 SGT estañado cable de Cu de diámetro 4mm. anterior, resulta 10mm longitud   1
L6 Inductor de 41nH - 4 convierte 22 SGT estañado cable de Cu de diámetro 4mm. anterior, resulta 6mm longitud   1
L7 2 cuentas de ferrita enrosca en el plomo de la C10 242-500 2
L8, L10 Inductor de 100nH - 5 convierte 18 SGT estañado cable de Cu de diámetro 6.5mm. anterior, resulta 8mm longitud   2
L9 Inductor de 115nH - 6 convierte 18 SGT estañado cable de Cu de diámetro 6.5mm. anterior, resulta 12mm longitud   1
R1 10K cermet potenciómetro 0.5W 108-566 1
R2 1K8 película metálica resistencia 0.5W 333-864 1
R3 33R película metálica resistencia 0.5W 333-440 1
D1, D2 BZX79C5V6 400mW Diodo Zener 931-779 2
TR1 MRF171A (Motorola)   1
SK1 Toma de corriente de cierre BNC 583-509 1
SK2 Tipo N panel de zócalo, brida cuadrada 310-025 1
       
  Diecast Caja 29830PSL 38 x 120 x 95mm 301-530 1
  Disipador 16 x 60 x 89mm 3.4 ° C / W (Redpoint Thermalloy 3.5Y1) 170-088 1
  Doble cara Cu revestido de material PCB 1.6mm gruesa   A / R
  Cinta de cobre o de lámina 152-659 A / R
  M3 tuerca, tornillo, arandela de conjunto rizado   16
  No de silicona de Transferencia de Calor en Pegar 317-950 A / R

Notas

  1. Los números de pieza son para Farnell única guía - otras partes equivalentes pueden ser sustituidos.
  2. Condensadores metálicos revestidos son o bien Semco MCM serie, Unelco J101 serie, Underwood, o Arco MCJ-101 series disponibles a partir, entre otros lugares, RF Parts.
  3. Disponible de MRF171A BFI (Reino Unido), Richardson or RF Parts(EE.UU.)
  4. Arco o cortadoras Sprague están disponibles en Conceptos de comunicación (EE.UU.)
  5. 18 SWG (calibre estándar) es el diámetro de aproximadamente 1.2mm
  6. 22 SWG (calibre estándar) es el diámetro de aproximadamente 0.7mm
  7. Para hacer que los inductores - enrollar el número requerido de vueltas alrededor de un tamaño apropiado anterior, inicialmente utilizar un espaciamiento diámetro del hilo entre cada vuelta. A continuación, tirar de los turnos, aparte de conseguir la longitud deseada en la tabla de lista de piezas. Por último, compruebe el valor de uso de un analizador de red y ajustar en consecuencia.
  8. La excepción a la regla de separación de arriba es L4, que es la herida cierre.
  9. Lámina de cobre se encuentra disponible en tiendas de artesanía (utilizado en la fabricación de vidrios de colores)
  10. A / R = según sea necesario

Fotografía del amplificador prototipo

Broadband Amplifier (46K)

Nota orientación del FET. La ventaja con la barra es el desagüe, y está a la derecha


Prueba de filtro de paso bajo

Cualquier amplificador de potencia de RF debe ser seguido por una filtro de paso bajo (LPF) para reducir el armonía a un nivel aceptable. Lo que este nivel está en una aplicación sin licencia es un punto discutible, pero a medida que la potencia de salida se incrementa, más atención debe ser pagado a la supresión de armónicos. Por ejemplo, un armónico de la 3rd-30dBc en una unidad de 1W es 1uW, que es poco probable que cause ningún tipo de molestia, mientras que la supresión-30dBc 3rd armónica en una salida de resultados en un 1KW 1W de poder en el tercer armónico que es potencialmente problemático. Así, para el absoluto nivel de radiación armónico en el segundo ejemplo a ser la misma que la primera, que ahora hemos de suprimir el tercer armónico por 60dBc.

En este diseño he tomado la decisión de implementar un polo de 7 filtro de Chebyshev de paso bajo. Un Chebyshev fue elegido como la fase y la ondulación de amplitud dentro de la banda de paso no era crítica, y la atenuación de Chebyshev da un mejor banda de parada que en comparación con decir, un Butterworth. La banda suprimida diseño fue elegido para 113MHz, dando un margen de aplicación 5MHz de la frecuencia más alta banda de paso deseado en 108MHz y el comienzo de la banda suprimida en 113MHz. El siguiente parámetro de diseño crítico fue el rizado de banda de paso. Para un diseño de frecuencia única, es práctica normal para elegir una ondulación banda de paso grande, por ejemplo 1dB, y sintonizar el pico de la banda de paso último máximos a la frecuencia de salida deseada. Esto le da a la atenuación de la mejor banda de rechazo debido a mayores resultados en la banda de paso dominó más la atenuación de banda de detención rápida. Un filtro de polo tiene siete 7 elementos reactivos, en este diseño cuatro condensadores e inductores tres. Los polos más, mejor será la atenuación de banda suprimida, a expensas de una mayor complejidad y más pérdida de inserción banda de paso. Un número impar de polos se requiere ya que tanto la entrada y la impedancia de salida fue diseñado para ser 50R.

Como este diseño es de banda ancha, esto limita el rizado de banda de paso a un nivel tal que la pérdida de retorno de banda de paso no se convierte a horrible. Uso de la utilidad shareware Faisyn excelente filtro de diseño (disponible en FaiSyn Diseño de RF Software Home Page) Permite a estos intercambios para ser fácilmente investigado, y me conformé con una onda banda de paso de 0.02dB. Este programa también calcula los valores de filtro para vosotros, y envía una lista de conexiones en un formato adecuado para introducir en los simuladores de circuitos más populares lineales. Con los polos 7, la opción estaba disponible para uso de condensadores e inductores 4 3 o condensadores e inductores 3 4. Elegí la primera, sobre la base que se traduce en un componente menos al viento. Los valores de condensadores dadas desde el programa faisyn se examinaron para comprobar que estaban cerca de un valor preferido, que se encontraban. Si se hubieran quedado entre los valores preferidos, las opciones se incluyen dos condensadores en paralelo juntos, lo que innecesariamente sube el número de componentes, o sutilmente cambiando las frecuencias de banda suprimida y rizado de banda de paso para obtener un conjunto más atractivo de los valores.

Para aplicar el filtro, decidí usar condensadores de metal de tamaño estándar vestidos realizados por Unelco, o Semco. Los inductores se hicieron a partir 18 SWG (calibre estándar) de alambre de cobre estañado. En mi experiencia, hay poco que ganar con alambre de cobre y plata cromado. Los inductores se formaron redonda del centro de un estándar RS or Farnell ajustes de la herramienta (FEC 145-507) - esto tiene un diámetro de 0.25 pulgadas, 6.35mm. De lo contrario usar la broca del tamaño adecuado. Las otras dos inductores se enrollaron las agujas del reloj, la interior se enrolla en sentido antihorario. Este es un intento de reducir el acoplamiento mutuo inductivo entre las bobinas, esto tiende a degradar la atenuación de banda suprimida. Por la misma razón los inductores están dispuestos en 90 ° entre sí, en lugar de todo en una línea recta. Los inductores son soldados directamente a las fichas de los condensadores de metal revestidas. Esto mantiene las pérdidas a un mínimo. Un filtro cuidadosamente construido de este tipo puede exhibir una pérdida de inserción de banda de paso mejor que 0.2dB. Estos son los resultados de las pruebas para la unidad prototipo.

El conocimiento de los valores requeridos para los inductores, hice una suposición basada en la experiencia en cuanto a cuántas vueltas que necesitaba, y luego utilizaron un analizador de RF calibrado adecuadamente la red para medir la inductancia de la bobina que había creado. Esto es, con mucho, la forma más precisa para determinar el valor de las inductancias de pequeño valor, como la medición se pueden hacer en la frecuencia de funcionamiento real del filtro. Después de haber medido el valor y ajustar las inductancias en consecuencia, usted debe encontrar que cuando el filtro completo se construye, sorprendentemente pequeño ajuste es necesario para finalizar el ajuste del filtro.

La mejor manera de sintonizar este filtro es reducir al mínimo la entrada de banda de paso de pérdida de retorno, utilizando un analizador de red. Al reducir al mínimo las pérdidas de retorno de entrada no sólo puede disminuir la pérdida de transmisión de banda de paso y la banda de paso rizado. La 20MHz período gráfico muestra que he logrado una pérdida de retorno de la banda de paso-18dB. Si usted no tiene un analizador de red, las cosas son un poco más complicado. Si usted acaba de puesta a punto para una frecuencia de lugar, crear una fuente de energía de RF para conducir en el filtro a través de un medidor de potencia direccional. El filtro se termina con una carga 50R buena. Ahora controlar la potencia reflejada vuelve desde el filtro y ajustar el filtro para minimizar la potencia reflejada. Si quieres un rendimiento de banda ancha, usted tendrá que tratar de hacer esto en la opinión, con tres frecuencias, inferior, media y superior de la banda. Por otra parte, si se las arregló para medir inductores usted lo suficientemente bien por otros medios, sólo se puede montar el filtro y dejar las cosas así, sin más ajustes.

Después de haber ajustado por la pérdida de rentabilidad mínima banda de paso, la atenuación de la banda de rechazo cuida de sí mismo, no se debe ajustar para que a medida que se hace un lío la pérdida de inserción de banda de paso. La 200MHz período gráfico muestra logré 36dB de rechazo en la 2nd armónico de 88MHz, que es el peor de los casos. Refiriéndose a la 600MHz período gráfico muestra la armónica 3rd de 88MHz suprimida por 55dB, y las órdenes superiores en una cantidad mayor que ésta.

Amplificador de Pruebas

He utilizado un analizador de red de HP 8714C para sintonizar este amplificador. Sin acceso a un analizador de red, usted tiene que va a ser extremadamente inventiva para afinar el rendimiento de banda ancha. Después de haber sintonizado el LPF, el siguiente trabajo es para ajustar la polarización del FET. Hacer esto con un analizador de espectro conectado a la salida (a través de una cantidad apropiada de atenuación, por lo menos 40dB) Para controlar las oscilaciones espurias. Conecte una carga 50R buena a la entrada y conectar una fuente de alimentación estabilizada (fuente de alimentación) con un límite de corriente ajustado a 200mA.

Nota: Este amplificador oscilará (no destructiva), si se enciende sin entrada de RF conectado, o si ninguna de las etapas anteriores a la RF amplificador no se enciende.

Establezca todos los condensadores de ajuste hacia el centro de su rango. Con los trimmers en miniatura de cerámica especificados, cuando la metalización de media luna en la placa superior del condensador de ajuste está plenamente alineado con la parte plana del cuerpo de la afeitadora, la cortadora está en capacidad máxima. Gire ° 180 de aquí para la capacitancia mínima. Establecer R1 de tensión mínima (experimento antes de adaptarse a la FET, si no sabes de qué manera esto es). Poco a poco aumentar la tensión de alimentación de 0V hasta + 28V. El actual sólo debe ser elaborado la adoptada por el circuito de polarización, sobre 14mA. Ahora ajuste R1 añadir 100mA a esa cifra. No debe haber pasos repentinos en la intensidad procedente de la fuente de alimentación. Si los hay, el amplificador es casi seguro que oscila.

Si todo va bien, desconectar. Calibrar el analizador de redes. En el 8714C de HP para esta solicitud, normalizar S11 en un circuito abierto y hacer a través de la calibración en S21 con 40dB de atenuación en la línea. Obviamente, los atenuadores utilizados deben ser clasificados por lo menos 50W de RF en las frecuencias de VHF.

Ahora la vida se complica ligeramente. Normalmente, te recomiendo buscar a través del amplificador y la combinación de LPF, sino porque el punto de quiebre LPF es sólo 5MHz por encima de la banda de paso deseada del amplificador, que hace que sea imposible ver la forma de la respuesta del amplificador, si esto le sucede a ser upband de 108MHz . Por esta razón hice la puesta a punto inicial con el amplificador de bypass LPF, lo que me permitió establecer el período de analizador de red lo suficientemente amplia como para ver dónde estaba la respuesta del amplificador.

Con 0dBm de la unidad, ajustar lejos para conseguir unos 15dB de ganancia y mejor que 10dB de la pérdida de retorno a través de 88 108 MHz (pequeña señal gráfica de la ganancia, Pin = dBm 0). Ahora la unidad para el amplificador, se recomienda disminuir el límite de corriente adecuada. Usted notará que a medida que aumenta la unidad de RF, la ganancia aumenta y la pérdida de retorno de entrada mejorará. Este comportamiento es una consecuencia de polarización del FET comparativamente ligera. Usted podría sesgar las tuercas de la FET, y el sesgo que, digamos 0.5A, esto le dará un mayor aumento en los niveles más bajos de unidad. Para aplicaciones normales Yo recomiendo usar un sesgo menor. Una polarización alta a niveles de salida pequeñas reducirá el CC a la eficiencia de RF.

Ahora tendrá que del ventilador de enfriamiento del amplificador, a menos que usted lo ha provisto de un disipador de calor enorme. Con la 8714C HP puede conseguir el poder + de la fuente 20dBm (que es lo que dice en la pantalla, en realidad es menor que) (ganancia media de la señal gráfica, Pin = + 20 dBm). Con este nivel de unidad que ahora se puede ajustar para que 18 20dB de ganancia y pérdida de retorno mejor que 15dB. En este punto me gustaría volver a conectar el LPF y agudizar la abertura analizador de red para 20MHz centrado en 98MHz. La conducción del amplificador por encima 108MHz a la potencia en la LPF no es ciertamente recomendable. Antes de dejarse llevar cambiar a CW (la mejor manera de alargar el barrido de barrido a varios segundos en CW para evitar ser confundidos por el barrido de los analizadores de fly-back) y echar un vistazo a la salida del analizador de espectro. La salida debe estar limpia como la nieve, no olvide comprobar la salida está en la frecuencia que está interesante el amplificador, si no es que se busca en una horrenda en la banda de oscilación.

Para el ajuste de potencia planitud final, porque tuve acceso a un laboratorio de RF inteligente con todo lo que puedan necesitar (prueba de equipos de sabios, de todos modos) he usado un Mini-Circuits ZHL-42W amplificador de banda ancha para impulsar la salida del analizador de red para permitir que que pueda sintonizar la respuesta de los amplificadores de ganancia plana en plena potencia de salida. La gráfica de la ganancia final fue tomada por la creación de la fuente de alimentación apropiada, y luego hacer el pase de calibración con el amplificador Mini-Circuits y los atenuadores de potencia en línea. Esto me permitió representar sólo la ganancia del amplificador de potencia. Luego cambió a retardar barrido y se utiliza un medidor de potencia de RF calibrado para medir con precisión la potencia de salida de RF. Conociendo la potencia de salida RF y de ganancia con precisión me permitió calcular la potencia de entrada al amplificador de potencia. Este gráfico muestra la ganancia de potencia es un poco menos de 20dB y sobre 0.3dB plana en toda la banda (gran ganancia de la señal gráfica, Pin = + 26.8 dBm). En conjunción con la sintonización planitud, la eficiencia se debe comprobar. Me las arreglé un mínimo de% 60 en 88MHz a cabo 40W, mejorando con potencias de salida más altas. Yo diría que una buena eficiencia es más importante que la buena planeidad. Desde el punto de vista de los oyentes, la diferencia entre 35W y salida 45W es insignificante, pero el funcionamiento de una energía más baja, con una buena eficiencia significa que el FET se calientan, duran más y ser más resistentes a las condiciones de falla, como una alta ROE.

¿Qué potencia de salida decide ejecutar finalmente depende de usted, el MRF171A estará feliz de correr por lo menos 45W y probablemente mucho más, aunque yo no lo recomiendo. Alrededor de 40 45W un montón - ver Cómo mantener a su dispositivo final de energía de RF Alive para más información.

Resultados del amplificador

No se podía medir armónicos en la salida del amplificador hasta un nivel de ruido de-70dBc. Esto es de esperar, como una investigación rápida mostraron los armónicos primas del amplificador antes de la LPF a sobre-40dBc. El filtro ya se ha demostrado que tener un mínimo de supresión de armónicos de 2nd-35dBc. No hay salida espuria eran visibles.

No hay mediciones oficiales se hicieron con VSWRs malos de salida. Lo hice accidentalmente ejecutar el amplificador a plena potencia en un circuito abierto durante unos segundos, y no explotar. Usando una fuente de alimentación con un límite de corriente con sumo cuidado le ayudará a prevenir el amplificador haciendo nada estúpido en estas condiciones.


Aplicación

Como un ejemplo de una aplicación para este amplificador que utiliza el Broadcast Almacén 1W FM LCD PLL Exciter para accionar el amplificador de banda ancha 40W. Para evitar la modificación de la unidad de almacenes de difusión, he usado un laboratorio 3dB pad BNC entre el excitador y el amplificador de potencia, para proporcionar el nivel de volante a la derecha hasta el amplificador. El excitador se programó para tres frecuencias diferentes, en cada frecuencia de la potencia de salida y el consumo de corriente medida, permitiendo que la corriente continua a la eficiencia de RF para ser calculado.

Amplificador de Potencia tensión de alimentación = 28V
Tensión de suministro de Exciter = 14.0V, el consumo de corriente de excitación = 200 mA aprox.

Frecuencia
(MHz)
Consumo de corriente
(A)
Abadejo
(W)
DC a RF eficiencia
(%)
87.5 2.61 48 66
98.0 2.44 50 73
108.0 2.10 47 76

La transmisión incorpora un almacén de excitación fuera de las instalaciones de bloqueo de cierre de RF, que se utiliza durante la reprogramación PLL RF de manera que no se genera hasta que el bloqueo de frecuencia ha sido recuperado. Al apagar el excitadores 'RF estaba activo, la salida del amplificador se redujo de manera similar - es decir, el amplificador se mantuvo estable.


Conclusión

Me han demostrado un amplificador de banda ancha, que una vez ajustado, no requiere ningún ajuste adicional para cubrir el 87.5 a la banda 108MHz radiodifusión en FM. El diseño utiliza un MOSFET de estado de la técnica proporcionando casi 20dB de ganancia con una sola etapa, DC tiene buena eficiencia de RF, el número de componentes de baja, y es fácil de construir. El costo de las partes no debe exceder de libras 50, el FET utilizado en el prototipo cuestan menos que libras 25

Si este amplificador se utiliza con un excitador de banda ancha y de la antena, la combinación resultante permite al usuario cambiar la frecuencia de transmisión a voluntad sin ajustes necesarios de todos modos en la cadena de transmisión.

El amplificador requiere un alto grado de experiencia de la potencia de RF a la melodía, y el acceso a los equipos profesionales de pruebas de RF


Trabajo Futuro

  • Construir unidades adicionales para evaluar la repetibilidad
  • Diseño de circuitos impresos
  • Mejorar la estabilidad en malas condiciones de entrada desajuste
  • Reducir el número de componentes variables
  • Investigar variación de la polarización del FET actual para modificar la ganancia del amplificador

 


Contribución

MRF171A PCB Escrito por Electrónica únicos (Woody y Alpy)
"Este es un PCB para el MRF171A, MOSFET 45 vatios, en su página.
El archivo está en formato bmp. Usar películas de láser y una impresora láser, se imprimirá con el tamaño. "

MRF171A_1_colour.bmp (14 kb)

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