V-MOSFET-Linear für 6 m macht den Transverter zum Sender (2) - Amateurfunktechnik 01_2000.pdf

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Amateurfunktechnik
V-MOSFET-Linear für 6 m macht
den Transverter zum Sender (2)
ROLF-DIETER MERGNER – DJ9FG
Nach Beschreibung einer einfachen 25-W-PA im vorigen Teil folgt an dieser
Stelle die Diskussion von Möglichkeiten zur Leistungserhöhung. Betrach-
tungen zur Stromversorgung runden die Beitragsfolge ab.
Prinzipiell ist eine Leistungserhöhung so-
wohl durch Parallelschaltung mehrerer
Transistoren auf einer Platine als auch
durch geeignete Zusammenschaltung meh-
rerer Verstärkermodule möglich. Vom Auf-
wand her ist es günstiger, zunächst soviel
Leistung wie möglich auf dem erstgenann-
ten Weg zu erzeugen. Bekanntlich können
zwei Verstärkerbauelemente sowohl im
Gleich- als auch im Gegentaktbetrieb par-
allelgeschaltet werden. Da die zweite Va-
riante bei wenig Mehraufwand bessere
Oberwellenunterdrückung und höheren
Wirkungsgrad aufweist (Tabelle), beschrei-
be ich hier nur diese.
s
Schaltungstechnik
Wegen der hohen Gate-Kapazitäten erfolgt
die Einspeisung des HF-Signals nieder-
ohmig über einen 1:4-Guanella-Übertrager.
C3a
G
D S
P
in
C1
+12 V TX-BIAS
Stückliste für Gegentakt-PA
Kondensatoren
C1
C2
C3a, C3b, C9a,
C9b, C10, C13
C4
C5
C6
C7
C8
C11a, C11b
C12
150 pF
63 V
5…90 pF Trimmer (rot)
10 nF
63 V
68 pF
500 V, stromfest*
100 pF
100 V
68 pF
100 V
10 nF
100 V
100 nF
100 V
oder Elko
≤
20 µF, 100 V
4,7 nF
SMD
100 nF
63 V
68
Ω
1 W Metallschicht
(22…100
Ω
je nach
HF-Eingangsleistung)
47 kΩ
0,25 W
1
Ω
1 W Metallschicht
680
Ω
0,25 W
1 kΩ
0,1 W Trimmregler
1,8 kΩ
0,25 W
kreis ausgekoppelt. Mit steigendem Input
nimmt die Bedämpfung dieses Kreises
durch die Innenwiderstände der Tansisto-
ren zu, wodurch der Wirkungsgrad sinkt
und die maximal erreichbare Ausgangslei-
stung begrenzt wird.
Die Drainelektroden an Anzapfungen von
L1 zu führen, würde vielleicht etwas mehr
Output bringen, dafür aber Nachbau und
Abgleich erschweren, so daß ich mich lie-
ber mit 50 W Output begnügte. Eine Zu-
satzschaltung zum Kappen der Spannungs-
spitzen an den Drains gemäß [1] oder [2]
läßt sich bei Bedarf noch ergänzen.
s
Aufbau
Die Bestückung der Platine nach Bild 11
und 12 erfolgt unter Berücksichtigung der
bereits im Teil 1 gegebenen Hinweise, wo-
bei die isolierte Montage der V-MOSFETs
Bild 9: Schaltbild des Leistungs-
vertärkers mit 2 x IRF610
im Gegentaktbetrieb
C4
L2
L3
C5
L4
C6
P
out
Widerstände
R1a, R1b
R2a, R2b
R3a, R3b
R4
R5
R6
Halbleiter
D1
D2
T1, T2
3,9…4,7 V, 0,5 W,
Z-Diode (z.B. ZPD 4,7)
Si-Diode 100 V, 3 A,
(z.B. 1N5401, BY 251, BY396)
IRF610, Pärchen, ausgemessen
5 Wdg.,
∅ =
10 mm, l = 25mm,
1,5mm CuL, Mittelanzapfung
3 Wdg.,
∅ =
10 mm, 1 mm CuL,
zwischen L1 gewickelt
4 Wdg.,
∅ =
8 mm, l = 8 mm,
1,0 mm CuL
4 Wdg.,
∅ =
8 mm, l = 10 mm,
1,0 mm CuL
10…20 Wdg. 0,5 mm CuL
auf Widerstand
≥
47 k mit
∅
= 5 mm, l = 15 mm oder auf
entspr. Wickelk., L
≈
0,5 µH
3
×
3 Wdg.,
∅ =
12 mm,
trifilar aus 3
×
15 cm
0,4 mm CuL, verdrillt
Induktivitäten
L1
L2
L3
T1
MP
R1a
C9a
R2a
R3a C11a
L1
C10
Dr
R2b
C9b
MP
L4
Dr
Tr1
C2
Tr1
R5
R1b
C3b T2 R3b
R6
C11b
D2
C7
C8
+50 V/1,5 A über 2-A-Sicherung
R4
C13
C12
D1
* C4 muß
≤
1 A HF-Strom vetragen können,
Miniaturbauelemente sind ungeeignet; möglich
ist auch Parallelschaltung 2
×
33 pF/250 V
mit
≥
6 mm
∅
Mit Rücksicht auf mögliche Schwingnei-
gung sollte die Induktivität von Tr1 mög-
lichst niedrig gehalten werden, so daß ich
einen freitragenden Aufbau gegenüber dem
Einsatz eines Ring- oder Doppellochkerns
bevorzugt habe. Die Eingangswicklung von
Tr1 bildet mit den transformierten Gate-
kapazitäten sowie C1 und C2 einen Reso-
nanzkreis auf der Betriebsfrequenz.
Das verstärkte Signal wird mittels L2 in-
duktiv an dem aus L1 und den Drain-
Source-Kapazitäten gebildeten Schwing-
besondere Beachtung verdient. Für die
Herstellung des Eingangsübertragers sind
die drei Kupferlackdrähte zu verdrillen
und zu einer aus drei Windungen beste-
henden Spule aufzuwickeln. Diese bindet
man mit Sternzwirn o.ä. an wenigstens
zwei Stellen fest zusammen. Vor der Ver-
drahtung gemäß Bild 12 ist ein Ausmessen
der Anschlüsse mit einem Durchgangs-
prüfer angebracht.
Bevor der etwa 20 cm lange Kupferlack-
draht für L1 auf einen beliebigen 10 mm
η
54 %
50 %
62 %
66 %
dicken Wickelkörper (nach Einlöten zu
entfernen) kommt, wird er in der Mitte ab-
isoliert und an dieser Stelle ein dünnes
Drähtchen für die Mittelanzapfung an-
gelötet. Die fünf Windungen bringt man
dann zunächst straff auf, um die Spule
anschließend auf 25 mm auseinanderzu-
ziehen und L2 in den Zwischenraum zu
Meßwerte verschiedener 6-m-Endstufen mit zwei V-MOSFETs IRF610
Variante U
D
[V] I
D
[A] P
=
[W]
PA3
PA4
36
35
36
40
0,62
1,4
0,72
1 ,5
22
50
26
60
P
out
[W] P
in
[W]
12
25
16
40
0,5
2
0,5
1,5
V
P
[dB]
13,5
11
15,1
14,3
Bemerkung
im Gleichtakt
im Gegentakt
Bild 10: Blick auf den Ausgangsschwingkreis
L1/L2 und die Draindrossel Dr
72 • FA 1/00
Amateurfunktechnik
Bild 11:
Leiterseite der Platine
der Linearverstärker
mit zwei Transistoren;
sie eignet sich ggf. auch
für eine Gleichtaktvariante.
Die Oberseite ist wieder
eine durchgehende
Massefläche.
Die Platine ist so
bemessen, daß sie in
ein Standard-Weißblech-
gehäuse mit den Maßen
74 mm x 148 mm x 50 mm
paßt.
C1
Bild 12:
Bestückungsplan
des Gegentaktverstärkers
– die Bestückung erfolgt
bis auf T1 und T2 auf der
Leiterseite, Massepunkte
sind durchzukontaktieren!
L2 ist am masseseitigen
Ende separat
durchzukontaktieren.
Die SMD-Kondensatoren
C11a und C11b sind
vor R3a bzw. R3b
einzulöten. Notfalls
eignen sich auch
Scheibenkondensatoren
bis 47 nF mit soweit
wie möglich gekürzten
Anschlußbeinen.
C10
R2
C9
R1
C2a
G
C11
S D
T1
C2
L1
L2
C4
L3
C5
in
R2
D1
R6
R5
R3 C2b
C9
R1
C11
C12 R3
R4
Bias
G
S D
C13
D2
+50V
T2 Dr
L4
C6
out
C7 C8
wickeln. Anschließend sind die Spulen-
enden so abzuwinkeln und abzuisolieren,
daß sich die Spule in lichtem Abstand von
2 bis 3 mm über der Platine befindet und
die Mittelanzapfung nach oben zeigt.
s
Inbetriebnahme und Abgleich
Wir beginnen mit der Einstellung des Ruhe-
stroms von je 50 mA, wozu der Spannungs-
abfall über R3a bzw. R3b auf 50 mV zu
bringen ist. Für eine anzustrebende Abwei-
chung von unter 10 % ist es unerläßlich, die
Transistoren vor dem Einbau auf annähernd
gleichen Drainstrom auszumessen. Beim
Abgleich des Eingangsschwingkreises mit
Tr1
9V
1,6A
Netz
230V
115V
36V
C2 wird sich zeigen, daß die Einstellungen
auf bestes Eingangs-SWR bzw. auf höch-
sten Output nicht zusammenfallen, ein
SWR von 1:1,5 ist jedoch zu erzielen.
Wurden die vorgegebenen Abmessungen
von L1 und L2 eingehalten, sollte die Prü-
fung mit Eisen- bzw. Alukern ein leicht
unter 50 MHz liegendes Maximum auswei-
sen, das wegen der Breitbandigkeit dieses
Kreises keiner Korrektur bedarf.
s
Stromversorgung
Eine Stabilisierung der max. 75 V Betriebs-
spannung ist nicht erforderlich, jedoch darf
diese unter Last nicht mehr als 20 % zusam-
Bild 13: Vorschlag für ein
geeignetes Netzteil
G11
+
~
–
4,7mF
100V
Netz-
filter
Tr2
9V
115V
G12
+
~
–
5A
22k
LED
–
3x 100nF
MKT/MKS
100V
+
Ausgang
50 (63)
Volt
+
SL
36V
4,7k
2W
G11/G12
GBL04 oder GBU4B/D
menbrechen. Für meine 50-W-PA erwie-
sen sich bei Pollin preisgünstig erhältliche
Transformatoren mit 115 V Primärspan-
nung als vorteilhaft, die ich in Reihe schal-
tete. Bild 13 läßt ferner erkennen, wie die
Zusammenschaltung der 36-V/2-A-Sekun-
därwicklungen über Graetzbrücken erfolgt,
wobei man auf gleiche Phasenlage achte.
Sowohl für Inbetriebnahme als auch für die
laufende Betriebsüberwachung hat es sich
als sinnvoll erwiesen, Betriebsspannung,
Drainstrom bzw. Sourcespannung, Gatevor-
spannung und selbstredend HF-Ausgangs-
leistung über ein Instrument respektive LED
mit Verstärker/Komparator anzuzeigen.
Für noch mehr Power besteht die Möglich-
keit, gleichartige 50-W-Module beispiels-
weise über
λ/4-Transformatoren
aus aufge-
wickelten Koaxkabeln ein- und ausgangs-
seitig zuammenzuschalten, wie dies bei
Antennen üblich ist. Zwei Module erfordern
Stücken aus 75-Ω-Kabel, die bei Verwen-
dung von RG-59 auf handliche 99 cm Länge
kommen; bei drei Modulen kann das 93-Ω-
Kabel RG-62 zum Einsatz gelangen, wobei
sich die notwendige Länge wegen V = 0,85
auf 1,27 m beläuft.
Ob es lohnt, wegen 3 bzw. 5 dB Leistungs-
erhöhung solchen Aufwand zu treiben, sei
dahingestellt.
FA 1/00 • 73

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