Jasno vam bo zakaj taka popularnost. Celična zgradba iz satja podobni zgradbi omogoča, da so izredno vzdržljivi, za krmiljenje potrebujejo izredno majhne tokove, izredno majhne impedance v liniji drejnov, reda 0.4 ohma ali pa še manj. Skratka zadevca kar sama po sebi kliče, da jo prilotamo in pogledamo kaj zmore. Imajo pa tudi nekaj ovir. Izredno visoke kapacitivnosti na strani gate vrat. Vendar jih bomo z malo znanja in trikov ukrotili, tako, da bo vse skupaj delovalo stabilno.
Na internetu boste našli ogromno takih in drugačnih rešitev, priporočam vam, da jih najprej skrbno preberete in proučite sheme. Iz lastnih izkušenj vam povem, da je velika kopica objav na to tematiko kar tako za lase privlečena. Vsekakor pa pred gradnjo preberite vse o “data shet” tranzistorja katerega boste uporabili. Tam boste našli tudi vse potrebne podatke za optimizacijo vhoda, torej “gate” vrat in “drejn” . Kajti preprosta logika in izračun RL konstant vam bo pokazal ali bo zadeva delovala ali pa bo vse skupaj “škropucalo”.
V naslednjih dneh bom opisoval kako bom gradil HF ojčevalnik z 8x
IRFP450 in okoli 1KW HF energije na 50 ohmih. Vi lahko uporabite tudi druge fete. Te vrste ojačevalnik deluje kot močno stikalo ali bolje prekinjevalnik. Pozna samo dva stanja in sicer “on” in “off”. Stanja “on” in “off” uspešno delujejo vse do 15MHz, vendar tam nekje nad 8MHz ni posebne izkoriščenosti “on” stanja. Pojavljati se začne zasičenost in fet dobesedno ugasne in ne sledi več gate impulzom. Preprosto povedano, stikalo več ne sledi vhodnim impulzom. Posebno pozornost bom namenil vhodni impedanci in stanju “off”, ker je posei bej kritično. Predvsem za tiste graditelje, ki pozabljajo, da to ni klasična gradnja z linearnim delovanjem. Plošča je euro formata, sicer pa vedno skušam vezja izrisati tako, da jih stlačim na euro format, ker je najceneje. Pa ne mislite, da je to neka nova zadeva s temi tranzistorji. Zadevo sta izmislila in patentirala davnega 1975 leta, brata, Nathan Sokal s pozivnim znakom WA1HQC in Alan Sokal z znakom WA1HQB. Maja 1997 pa je projekt linearja v klasi E objavil QST magazin. Priporočam, da si članek preberete. Tako, da vsi mi, ki to zdaj počnemo, ne odkrivamo nič novega, vse to je bilo že odkrito vendar se ni delalo na tem. Spomnim se, da sem prebiral članke po radioamaterskih revijah na to tematiko. Vendar, če vam po pravici povem, kdo pa je takrat kaj vedel o svitcherjih. Nam navadnim smrtnikom se še sanjalo ni o kakih računalnikih in napajalnikih. V službi smo imeli en računalnik IBM znamke, pa še to je bil terminal oblika, pa smo vsi mimo te škatle delali velik lok. Kot, da bi tista mehanska tipkovnica za malo malico požrla tistega, ki bi si kaj drznil natipkati. Vsi smo prisegali na klasiko in bipolarne tranzistorje in seveda na to kaj je kdo objavil v reviji Radioamater. Zdaj, ko dobite močne mosfete za nekaj evrov, si lahko privoščite raziskovanje, mogoče pa boste kaj odkrili in patentirali, bog ve! Ali pa samo skurili push pull kombinacijo in vse skupaj zagnali v koš, odšli do prvega zastopnika in zapravili nekaj tisoč evrov za mrcino in za svoj ego. Če niste takega kova in ne vržete takoj puške v koruzo berite naprej.
Posebna pozornost je namenjena impedančni liniji gate vrat, predlagam vam, da jo proučite, da ne boste imeli kasneje težav, če boste izdelovali kak svoj projekt z drugačno shemo. Bias bo napajan iz računalniškega usmernika 5V. Napajanje ojačevalnika bo med 80 in 120V. Za katero napetost se bom odločil je odvisno od izračunov RL in XL. Po vsej verjetnosti bom vse preračunal za 85V napajanje. Predvidevam, da bom dobil okoli enega kilovata. V tej gradnji pa je vse prilagojeno za 58V, ker drugega napajalnika nisem imel.
Tranzistorji so nameščeni. Drejne je potrebno zaviti v kot 90 stopinj. Na njih pride pricinan vod za napajanje in gre na transformator impedance-cevko nato na vod napajanja in dušilko.Med posameznimi sklopi, torej vhodom, ojačevalnikom in transformatorjem impedance bom postavil kovinske pregrade ter tako fizično ločil komponente ojačevalnika. V kolikor pa bi se vendarle pojavile težave ali kake oscilacije je predvidena nevtralizacija. Povratna zveza od drejnov preko upora, kondenzatorja na vhod gate vrat.
Tipična impedanca “gate” vrat, najpogosteje uporabljenih N fet tranzistorjev (IRF,IRFP…) se giblje med 3,3 in 5.5 ohmov. To navajam zato, da boste pozorni pri optimizaciji vhodnih vrat, torej “gate” vrat. Torej, če boste uporabili mosfete, ki imajo kapacitivni vhod nad 2.5nf morate vhodno impedanco spustiti še nižje, tipično med 3.3 in 4.9 ohma.
Pogled na 5,5 ohmsko linijo gejtov. Poskrbeti je potrebno za nisko impedanco vhodov in prilagoditev na vhodni transformator impedance, ki bo 9:1, (razmerje ovojev 3:1) torej iz 50 ohmov na 5,5 ohma, tako, da zaradi relativno visoke vhodne kapacitivnosti gate vrat, signali ostajajo na niskem impedančnem nivoju. Uporabljeno je binocularno feritno jedo BN 43-3312, μ i = 850. Vsi vodi v liniji gate vrat “MORAJO BITI IMPEDANČNO” zaključeni. Ker, če ne boste imeli na vhodu optimiziranih impedanc, se vam bodo pojavile oscilacije na drejn vratih, taka konstrukcija je obsojena na propad. Jaz sem v ta namen optimiziral vhod gate vrat z metal oksidnimi upori moči 2 vata. Na vsaki strani impedančne linije sem namestil po šest uporov z vrednostjo 33 Ohmov, (skupno 12, poglejte zgornjo shemo vezja) kar znese 5.5 ohma za vsako linijo posebej. In ker je vhod optimiziran tako, da se transformira vhod iz 50 ohmov na 5.5 ohma je SWR 1:1. Na vhodu v vrata gate torej nimamo impedančne”luknje” in bi lahko rekli, da smo naredili idealno prilagoditev. Seveda teoretično. Nekaj izgub se bo pojavljalo vsled gretja uporov in izgub tranzistorja. Bias je pri meni nastavljen na 2.75 V. Brez prisotnosti signala na vhodu in odklopljenim napajanjem drejn-ov!. Ko pa priklopite napajanje naj bo mirovni tok med 400 in 500mA. Če bo potrebno spremeniti bias napetost to pač storite, saj se feti razlikujejo med seboj.
Pogled na tako imenovani shunt kondenzator, preračunati ga je potrebno glede na obseg. Poglejte kako sem jaz opravil izračun RL konstant, izračun shunt kondenzatorja in ostalo tako, da lahko preverite stanje na vaših gradnjah. Giblje pa se nekje med 1.5nF do 2.5nF in posebej pomemben v času “off” stanja fetov. Večja je vrednost lepši sinus boste dobili na izhodu, vendar manjšo moč, tako, da je potrebno izbrati kompromis. Ta kondenzator ne sme manjkati, kajti tranzistorji delujejo kot svitcherji in kondenzator skrbi za medfazno polnenje, če se preprosto izrazim.
Uporabljeni bodo feritni tulci TF-99. Vsak tulec prenese 400W brez kakršnega koli pregrevanja, ker so dimenzionirani za te namene. Še potrebni podatki, μ i = 700, v kolikor boste uporabili kaj drugega. Tulcev iz računalniških monitorjev, napajalnih kablov in podobnih zadev ni priporočljivo uporabljati. Prvič ne veste kolikšen je Al, sicer se ga da izračunati, vendar, ker ne veste kak material je uporabljen v jedru izračun ne bo točen. Ponavadi so luknje premajhne, ne bodo prenesli moči, zaradi neustrezne transformacije se vam bodo pretirano greli FETI in izhodni transformator impedance. Posledično to potegne za sabo celotno konstrukcijo, ki je obsojena na propad, ali bolje rečeno na mizi se vam lahko zgodi požar! Najmanj kar pa boste doživeli je to, da boste videli kako pri 800 ali 1000 vatih raznese tak tulec. Pri prvem preizkusu imejte zaščitna očala! Če pa take računalniške tulce želite uporabiti na vsak način, je bolje, da jih porabite za blokado, RF in HF energij na kablovju, ki vodi do postaje, linearja, računalnika, tipkovnice, monitorja, tasterja ali kaj podobnega. Za te namene pa so ti tulci odlični ker so za te namene tudi narejeni.
Pogled na vgrajen transformator impedance iz 1:4, razmerje ovojev 1:2. Torej, kot primar dve medeninasti cevki, ki delujeta kot en ovoj in kot sekundar dve pletenici (brez ovijanja) in dva ovoja. Transformatorja ne vgrajujte tako, da leži na ploščici ampak tako, da je privzdignjen za 5-10mm. S tako montažo omogočate cirkulacijo zraka okoli feritnih jeder, ki se dobro hladijo.
Še beseda dve o izhodnem transformatorju impedance. Ojačevalnik vedno načrtujte tako, da boste dobili RL konstante, ki so najbližje standardom transformacije. Torej npr. 1:1, 1:2, 1:3, 1:4 in tako naprej. Če boste tako načrtovali ne boste naleteli na težave. Jaz sem naredil izračune tako, da sem v vsaki veji push pulla dobil RL 6.4 ohma kar v push pull kombinaciji znese 12.8 ohma. Ko to impedančno transformiramo 1:4 dobimo 51,2 ohma na izhodu transformatorja impedance. PI filter je tako 50ohm to 50 ohm in ga z lahkoto preračunamo in naredimo. Tako se vam tudi ne bo nič pregrevalo, ker bodo sklopi impedančno prilagojeni.
Ker nismo vrgli puške v koruzo smo prišli do tega, da nam opisana kombinacija ojačevalnika (prosim ne uporabljajte izraz “linearnega ojačevalnika” pri teh mosfetih, ker to ni, to je svitcher E klasa ojačevalnika pa nič drugo, čeprav bi se morda bolje slišalo ono drugo), da dobrih 600 do 700 vatov na 50 ohmskem bremenu. Če sestavite dve taki ploščici in ju povežete s kombinerji, dobite dvojni paralelni push pull. Na izhodu bi dobili čistih 1200 vatov moči brez kakršnih koli težav. Shema vezave je na spodnji sliki.
Pri poskusnih 58 voltih napajanja in 13A sem dobil na 50 ohmskem bremenu 600vatov. Kar kaže na 85% izkoriščenost. Če vam zadošča 600 vatov zadevo lahko zaključite z 58 voltnim napajanjem. Če pa je še premalo moči, lahko, tako kot sem prej napisal, povežete dve taki ploščici v dvojni paralelni push pull in dobili boste 1200 do 1400 vatov pri 58 voltih napajanja in 22 A toka. Izmerjena moč začne padati nekje po 8MHz. Zato teh zadev ne gradite, če posegate po višjih bandih, ker ti tranzistorji niso temu namenjeni. Če bi radi gradili za višje bande raje nabavite one BLF, MRF, ARF in podobne. Vendar pazite, so pregrešno dragi in kot poje Adi, ” bog ne daj, da crkne tranzistor” “televizor v pesmi”. Če pa ste ljubitelj spodnjih bandov in skoraj ne gre, če nimate vsaj 500 vatov potem je to odlična zadeva za območja od 1.8 do 7MHz. Dodate samo še LPF filtre in že ste pripravljeni za QRO delo.
V tej fazi testiranja je ojačevalnik stabilen. Tranzistorji se ne pregrevajo, divje oscilacije se ne pojavljajo, ker je vse dobro blokirano HF vodi pa impedančno zaključeni. Tudi SWR med transformatorjem impedance in bremenom je idealen 1:1.1. Po testiranju bo vse namščeno na ustrezno hladilno rebro in lahko testno vezje nadomestimo z novo tiskanino z odpravljenimi morebitnimi napakami, ki so se zgodile ob načrtovanju vezja.
Še beseda dve o dušilki v vodu napajanja. Strokovnjaki priporočajo, da ima dušila štirikratno vrednost kot jo ima izhodni transformator impedance. V praksi pa zadovoljivo delujejo dušilke tam nekje nad 40uH in več. Lahko uporabite dušilke iz pregorelih PC napajalnikov, seveda samo toroidno jedro. Vzemite tisto rumeno z belim obročem jo navijte na novo. Uporabite žico ustrezne debeline.
Navedeni tranzistorji so uporabni samo do 10MHz, (1,43€ po komadu) potem jim moč začne strmo padati. Na 14MHz sem dosegel samo še 350 vatov. So pa odlični za območja 1.8 do 7MHz, kjer boste dosegali velike moči. Gradnja je poceni in ne zahteva nekih posebnih elementov. Kilovatni QRO za območja 1.8 do 10MHz sem naredil za 300€ z vsemi potrebnimi elementi. Če ga dobro dimenzionirate in zaprete v ustrezno škatlo s potrebnimi filtri ne bo zaostajal po ničemer za tovarniškim a mnogo dražjim QRO-jem.
IRFP450
