Меню

Список брендов

  • Рубрик нет
SuperSDR dot com > RF FET Amp

RF FET Amp

Усилитель о 5 деталях для sdr

Взят подвернувшийся кулер от компьютера, на него навесным методом напаяны все детали, большинство держатся за выводы транзисторов. Это простейший, но при этом мощный Усилитель о 5 Деталях, не считая оконечных транзисторов. Даже не верится- реально нужен минимум 1 конденсатор по входу, по питанию, подстроечный резистор на оба затвора и 2 трансформатора. Но сделано чуть лучше.

Конструкци усилителя

Схема наипростейшая, даже рисовать не буду. Стандартный симметричный двухтактник. Транзисторы применены APT5024BLL по доллару за штуку.

APT5024BLL

APT5024BLL

В данном усилителе их 2, он двухтактный, но можно и больше, хотя вполне хватает двух. Токи и так выдерживают огромные. А именно каждый source идет на землю через 2 параллельных резистора по 0.1 ома для лучшей балансировки и чтобы можно было удобно мерять ток на каждом фете. По питанию куча разных мелкокондеров впараллель для уменьшения общего ESR. По входу-выходу все максимально симметрично. Смещение каждого затвора подстраивается отдельно по контролю падения напряжения на истоковых резюках. Я выставил по 300mA, но можно и меньше. На выходе транс с повышением, вторичную обмотку подстраивают для получения максимальной отдачи на РЕАЛЬНОЙ нагрузке. Выходной транс из 4 параллельных трубок от вч помех (какие на кабели мониторов и прочей техники, они имеются в свободной продаже).

усилитель для сдр

усилитель для сдр

sdr amplifier

sdr amplifier

2013-05-07-928  На верхнюю и нижнюю часть диполя надеты вч ферритовые кольца и в каждой ветви меряется ток независимо. Индикатор сдвоенный и прокалиброван для одинаковости измерения вч тока. Антенна пускается через этот ксв-метр. Скомбинированный с этим индикатором.

Надежность простейшего Усилителя о 5 деталях.

Этот простейший усилитель мощности для радиосвязи показал себя как несжигаемый при 12 вольтах питания и потреблении в районе 10 ампер (при раскачке 1 ваттом). При испытаниях новой антенны что только с ним не делал и какого только ксв не было. От кз до хх + промежуточные. Бывало пылил и возбуждался при неправильной нагрузке, что аж монитор рябил и комп глючил.

Входной трансформатор можно на одной такой трубке или на мини бинокле. Можно вообще на любом кольце.

Не забыть на выходе поставить нормальный TVI фильтр, например, такой.

 

 

Тесты высокочастотных полевых транзисторов для применения в усилителях вч большой мощности выше 1 киловатта.

 

Наконец мы дошли до более-менее нормальных тестов полевых транзисторов. Давно хотелось посмотреть, что они могут, эти недорогие переключательные фетики в линейном режиме.

Ранее мы составляли таблицу, в которую свели все доступные, увиденные и испробованные нами полевики.

 Цель всех испытаний — чтобы по параметрам в даташитах можно было предсказать скоростное  поведение транзистора без его приобретения.

Измерение параметров транзисторов, их емкости и частотных характеристик

Взяли емкостеметр и померяли то, что производители не удосужились указать нам в даташитах. А именно Емкость Cgs, Cgd, Cg-ds (d-s замкнуты) все при нулевом напряжении на транзисторе. Затем все намеренное свели в ту же несчастную таблицу. Получилось очень интересно. Во-первых, несовпадение с графиками изменения этой емкости от напряжения (при нуле вольт).

Затем начали включать их в простую схему. Рисовать влом, потому скажу так — источник питания стабилизированный с ограничением тока, выставленным в районе 1,5А. С генератора сигналов Tektronix (полоса до 250Мгц) сигнал нагружался на безиндуктивный 50 ом, через керамику 1 микр шел на затвор. Подавался синус 5Vpp, хотя после включения питания транзистора за синус его можно принять лишь обкурившись. Хотя вся его обдолбанность из-за нелинейного заряда затвора. В который через 1к подавалось стабильное смещение с отдельного стабилизатора и регулировалось до получения тока через транзистор в 0.05А. Если сделать больше, то усиление прет, но общий кпд снижается и если транзисторов будет много, то рассеивать будут прилично, т.к на каждом будет выделяться по 2,4 вт жара. Этот жар нужно помножить на количество транзисторов и прикинуть, сколько можно допустить. Эта мощность вычитается из выходной в угоду линейности.

Так ладно, дальше — в дрейне стоит ненасыщающаяся индуктивность (воздушная), номинал 33uH толстым проводом, по питанию ессно керамический байпасс. Мерилось напряжение на затворе, стоке, средний ток потребления и текущая частота. Подключались через конденсатор к выходу разные нагрузки — бесконечность ом, 50, 25 и 10 ом. Испытуемые транзисторы на радиаторе. Сначала по незнанию будем мерить все, потом выцепим только главные параметры.

Какие транзисторы тестили.

Предварительные результаты теста.

  1. Тестировать нужно именно осциллографом в обычном режиме,  а не в режиме спектрального анализа, как раньше, иначе форма сигнала искажается и в спектре будет хрень, которую хрен померишь правильно.
  2. IRF710 без буквы дал линейное усиление без особого напряга до 7-10 Мгц, с 14 начинается спад, при примерно постоянной входной мощности. Еще лучше себя показал IRF730, как и ожидалось. Это при токе покоя 50 мА, при другом- не мерили еще (надо бы, а то вдруг там лучше). Напряжение на входе на всех частотах примерно остается постоянным, хотя его корежит и так и сяк, но оно держится за счет низкоимпедансного выхода генератора (50 ом). Если кочегарить входную мощность, т.е делать компенсацию в виде ALC, то его реально можно разогнать до 30 Мгц, что мы и видим у чуваков в реале. К великому сожалению этот транзистор не оправдал ожидания на счет наличия хоть какого то усиления на 50-70Мгц. На этих частотах он дает усиление по напряжению всего с 3Vpp до 8-10Vpp, что не рентабельно по кпд. Зато IRFP450 и APT5024BLL порадовали, а также некоторые изолированные, от каких не ожидалось какого-то быстродействия
  3. Измеренная емкость Cgds @ 0Vds во многих случаях оказалась больше, а в некоторых случаях даже меньше, чем заявленная. Вы все еще верите даташитам? Мы уже давно нет. Но в принципе на нее можно ориентироваться при сравнении, так как она оказалась самым важным параметром для высокочастотности. Однако Cgd оказалась значительно больше, чем заявленная во много раз — мы меряем не так? Прибор калиброванные емкости меряет точно, что еще ему надо? Это пока не понятно.
  4. Надо внимательно параллелить транзисторы с разными буквами на конце. У них сильно отличаются динамические параметры.

  5. Замечена особенность- после прохождения точки единичного усиления нагрузка затвора на генератор уменьшается и напряжение на затворе увеличивается, как будто его заряд уменьшается и емкость.
  6. Формы напряжения на затворе и стоке сильно корежатся у разных транзисторов и все по разному.
 
В общем, теперь ход логических мышлений при выборе идеального транзистора для усилителя видится так:
  1. Смотрим на Ciss транзистора, если в районе 2000pF и менее — то он наш.

  2. Смотрим на максимально допустимый ток через канал при 100°C

  3. Считаем нужное количество тока для своего усилителя мощности. Брать только среднее значение тока и именно всего тока от источника силового питания, потому, что он все равно будет коммутироваться транзисторами в некоторых неблагоприятных случаях при рассогласовании.

  4. Считаем, сколько надо транзисторов под этот ток и смотрим отношения цена*количество для нужного тока с запасом хотя бы 50%. Например, наш усилитель на планируемую выходную мощность 1квт должен потреблять суммарно 2квт при учете не очень хорошего кпд (в реале на низких частотах больше, но возьмем худшее). Т.е. смотрим теперь питание, для 50В и 2000вт это 40А. Именно такой суммарный средний ток пойдет через все ветви усилителя. Ну и подбираем количество транзисторов, чтобы его обеспечить, и добавляем запас минимум 50% (только 100-градусный ток смотрим, мы же не имеем жидкого азота?). Т е надо выбирать количество транзисторов на суммарный 100-градусный ток в 60А. Возникает соблазн поюзать 1 мощный транзистор, дабы их сейчас делают на сотни и тысячи ампер. Можно это или нельзя, покажут наши дальнейшие тесты. Но никак не меньше одного надо на плечо, когда речь идет о киловаттах. Потому, что в рассеиваемую мощность свыше 300 вт на транзистор в любом корпусе верится с трудом. Если и можно достичь, то риск неоправданно велик. В итоге, исходя из 100-градусного тока, получаем нужное количество транзисторов и считаем суммарную их емкость Ciss.Получаем параметры -суммарная емкость и суммарная цена. И смотрим то же самое у конкурента и выбираем лучшее.

  5. Также статистически замечено, что ток при 100С в среднем 1,6 раза меньше, чем при 25С, так что если на вскидку, то можно считать так. Вообще мотает от 1,4 до 2 у разных производителей.

Приведенное время выключения транзисторов ничего не дало внятного из тестов на линейном сигнале, зато очень много дала суммарная емкость всего транзистора, которой является Ciss. Также очень низкая корреляция с временами включения/выключения. И вообще, эти времена зависят от включенного последовательно с затвором дополнительного резистора, который производители ставят похоже от балды, судя по хаотичности его номиналов, а от него напрямую зависят времена переходных процессов в полевом транзисторе. Этот доп. резистор включен последовательно с важнейшим внутренним сопротивлением Rg=Rgate, определяющим наряду с входными Ciss & Cgate полное быстродействие транзистора и его времена переключения, а также мощность, отбираемую из источника.

Вот здесь, кстати, про паразитный звон и его устранение для ключевых схем, однако и для высокочастотных линейных транзисторов может пригодиться

 

 

 

 

О высокочастотности ключевых (свитчевых) транзисторов

Предварительный высокочастотный тест на анализаторе спектра мы проводили здесь, но он был очень сумбурный и малопоказательный — не было понятно, что и с чем сравнивать.

Очень много графиков, но малопонятных — так бывает всегда, когда делаешь что-то первый раз, стараешься охватить все возможное и максимально снять все данные, а потом из кучи выцепить нужное и с ним уже работать в дальнейшем. Наступает чувство ощущения железа, как оно работает и что может. Что нужно мерить, а что не имеет значения. Так вот, хотим провести прямое натурное сравнение на большой мощности в однотактном режиме IRF730, IRF840, APT5024BLL, IRFP450, IXTK180N15 и посмотрим, можно ли верить даташиту и на его основе прогнозировать частотную характеристику транзисторов, не покупая их.

Напряжение питания для теста транзисторов

Напряжение питания выберем стандартное в 48V и 12V (опционально, если хватит терпения).

Вот некоторые инновации, которые хотим применить в усилителе.

  1. На выход- обязательно резонансный фильтр или транс. Выше кпд.Вместо стандартного П-контура -по эффективности выше. Либо полосовой полосовой:C переходная, L на землю, в точку их соединения L выходная и C на землю
  2. L по затвору делает круче частотный срез входа транзистора, поэтому эффективность такой схемы по устранению вч паразитных колебаний в затворе лучше. Получается фильтр LC.

Постулаты для транзисторных усилителей мощности высокой частоты

Еще один постулат, который следует из даташитов- чем больше напряжение питания транзистора, тем больше его высокочастотность, причем весьма существенно. Проверяли APT5024BLL — в импульсном режиме при 5 омах в затворе и 200V все нормально, при 300V уже звон и возбуд в районе 100 Mhz! Причем сильный! Спасло увеличение резисторов до 10 ом, но это как-то неправильно, не хочтся этого делать, ведь высокочастотность -это хорошо!
Не надо ее давить, надо правильно готовить.
Постулат про ток: ток при 100С в среднем 1,6 раза меньше, чем при 25С
Постулат про напряжение: в настроенном усилителе пиковое напряжение на дрейне примерно в 3.5-4 раза выше питания, и транзистор должен быть расчитан на него с запасом

Ну, в общем, при 48V все будет заведомо лучше, чем при 12V. При увеличении напржения эффективные области заряда как бы растаскиваются дальше друг от друга, как в варикапе, емкость уменьшается, и частотность и быстродействие увеличивается.

Поднимать далее напряжение не имеет смысла,т к. при правильной амплитудной модуляции при этом средняя мощность то та же, а вот пиковое будет достигать 96V питания, и опускаться до 0. Но 96, считай 100 округленно, это в двухтактнике на втором молчащем плече будет ок 400V –а это уже предел, под притирку под большинство транзисторов.

И то гложут сомнения, что киловатта не достигнем при 500-вольтовых транзисторах и 50 ом нагрузке, посмотрим.

 ПС

У нас плохая антенна, нагрузка- единицы ом с параллельной емкостью в нанофарады, прокачает ли ее данный усилитель? Сможем ли мы ее согласовать? Антенна- четвертьволновая мачта на 160м с емкостной нагрузкой в виде 2 растяжек и противовеса вдоль дома с индуктивным удлинением.

А вот здесь хорошая антенна для дали.

 

Сравнение быстродействия ключевых транзисторов в режиме линейного усиления.

В картинках

Желтый- напряжение на дрейне, розовый -на гейте, масштаб внизу экрана

Вот мы набрали в кучу следующих претендентов :

IRF710

IRF730

IRF840

IRF3710 (для сравнения, он низкочастотный)

irfp450

IRFP150

IRFP150N

IRFP250N

APT5024BLL на который положили глаз

IXTK180N15

IRFIB6N60A isolir

STP6NK60ZFP isolir

Смотрим тесты по ссылкам

Очень вкусными показались:

Очень вкусными показались:

  • IRFP450A (с просто IRFP450, без буквы,мы работали, и по тестам чуваков они идеальны до 10 Мгц, и наш тест на ачхометре это доказал). Минус -у него маловато напряжение до открывания защитного суппрессора — всего 500V- это на грани минимально допустимого, если хотим снимать мощность в районе киловатта.

  • APT5024BLL — все хорошо, по току лучше, чем IRFP450, но смущает нормированное время переключения (а именно спада), которое мы расчитали очень приблизительно. Ну блин не указывают производители его! Приходится самим изголяться -выцеплять из жалких циферок. Не выгодно им это. Это время характеризует скорострельность транзисторов, их высокочастотность, приведнную к одному знаменателю при, скажем, Rgate=1 Ohm для однозначности. А транзюк очень хорош! Надо потестить, лежат они, и сравнить частотку с IRFP450 и IRF730.

Кстати, транзисторы с буквой A,B & LL в основном имеют много лучшие скорострельные параметры, чем не прошедшие биновку безбуквенные стандартные (сортировку, отбраковку — да-да! Чем мы питаемся…).
 
  • APT6029BLL- более медленная версия, но напруга 600V против 500 у APT5024. Не хотелось бы их ставить, но они в наличие есть, и полно, и дешево

  • FQA11N90 — классика, 900V- по напруге супер! По остальным- так се, irfp450A его немного уделывает, дых в дых идут в рейтинге рядом (сортировка по заряду затвора — первым параметром, затем по емкости затвора вторым параметром). Народ на них что только ни делает, киловаттники так и трещат. По тестам работают на 1,8Мгц (160 m), 3,6Мгц (80 m) и со спадом процентов 20 на 7 Мгц (40 m)

  • с натяжкой за ноги и за уши можно прилепить сюда зверские IXFK120N20P,IXFH120N20P. Их нужно всего по 2 на плечо (для надежности), хотя по даташиту хватит и по одному, но мы им не верим!!! И хорошо, что не верили- частотка никакая(

  • ищем, по любому есть лучше, просто мы их не заметили пока.

Продолжение

Напряжение на полевых транзисторах и его запас в усилителе при большой выходной мощности.

В двухфазных (двухтактных) каскадах напряжение на дрейне (стоке) транзисторов ведет себя интересно — на закрытом плече оно растет примерно в 4 раза больше, чем напряжение питания. Это надо взять, как постулат, как и то, что кпд нормальных двухтактников лежит в районе 50%. Экзотические классы линейного усиления, которым уже много лет, дают до 90% кпд, но это надо постараться.

Выбираем класс Е, (еееее!) как самый простой и эффективный. Ориентировочно должно получиться что-то в районе 70% кпд.

При высокой выходной мощности напряжение на полевых транзисторах растет довольно прилично. По описания, при 45V питания растет до 175V, при пиках модуляции AM 150% V drain растет до 500V. Хотя что это за модуляция такая, CLS что ли?
Хотя с нашими 200W постоянной такое только прописано.

Можно симулятор врубить посмотреть, что там на дрейнах, но ломает. Вот здесь описано подробно про напряжение на мосфетах в классе E на несущей частоте. Цитирую : The shunt capacitor value is correct if the peak RF voltage across the MOSFETs during the «off» cycle is around 3.5 times the DC voltage applied to the stage. If the voltage is higher than this value, you may need to increase your shunt capacitor.

Don’t be afraid to experiment a little with this value! MOSFETs vary, and you may also find you have some reactance — inductive or capacitive — reflected from your load, depending on tuning.
NOTE: It is possible to operate without this capacitor, if you have PLENTY of voltage headroom. Without the external capacitor, you can safely figure your peak voltage will be about 5 to 8 times the DC applied voltage, depending on the internal capacitance of the MOSFETs, and exactly how the RF amplifier is tuned. A 1000 volt MOSFET operating at a *peak* applied voltage of 75 volts can be safely operated with no shunt capacitor.

Итого, нужен транзистор с минимальным напряжением 500V, чтобы был запас. Огромное количество разных низковольтных транзисторов сразу отметается.

Далее

Смотрите также

00 SFRT EH antenna design. Конструкция EH антенны NightWave 00 Звуковые карты и АЦП SDR ADC sound card 00 Супер-трансивер SuperSDR для удобной связи 01 SuperSDR case 01 Задняя панель SDR (СДР) трансивера. Rear panel 01 Из чего изготовить корпус трансивера 01 Калибровка приемника SDR 01 Охлаждение усилителя мощности для SDR. SDR RF Amplifier cooling system. Part 1. 01 Первый запуск SDR (СДР). Что для этого нужно. getting started SDR 01 Передняя панель SDR (СДР) трансивера. Front panel 01 Предварительный усилитель мощности для SDR на микросхемах. SDR out preamplifier 01 Широкополосносный тест EH антенн 02 SRFT EH antenna test 02 Особенности изготовления корпусов из ПВХ. Transceiver PVC cases. 02 Охлаждение усилителя мощности для SDR. SDR RF Amplifier cooling system. Part 2. 02 По поводу лимитеров и красивого сигнала в эфире. RF limiting amplifier 02 Работа программы PowerSDR вне диапазона. Transmit PowerSDR out of range 02 Усилитель для СДР (SDR) 1 KW. TWA bridge FET SDR power amplifier 1 KW CW 03 Быстрый адаптер FAST LPT USB adapter for SDR 03 Заземляйся, если хочешь быть. SDR ground loop 03 Как сделать переднюю панель для корпуса-2 03 Реальные тесты реальных ЕН антенн. EH antenna review 04 Автоматический тюнер для SDR (СДР). ATU SDR amplifier. 04 Дистанционное управление СДР трансивером. sdr remote radio control and web-sdr. 04 Тесты ЕН антенн. Обзор 2. EH antenna review 04 Трансформаторы для SDR. transformer for SDR amplifier 05 Резонансный фильтр-трансформатор для вч усилителя мощности.TWA out resonant transformer 06 Нагрузка для усилка. Где взять? Loading RF amplifier for SDR 06 Сравнение быстродействия ключевых транзисторов в режиме линейного усиления. 06 Цифровая часть трансивера. Интеграция компьютера в sdr 07 Как сделать несжигаемый усилитель. Несгораемые транзисторы- миф? Часть 1. 08 Как сделать несжигаемый усилитель. Несгораемые транзисторы- миф? Часть 2. 08 Тесты транзюков на вчшность.Часть 1. RF transistor frequency test 09 Тесты высокочастотных полевых транзисторов для применения в усилителе мощности вч. Часть 2 011 Динамический диапазон квадратурных смесителей в SDR технике. SDR quadrature tayloe mixer dynamic range. 100 Supersdr acessories Privacy Policy RF FET Amp SFRT -EH -Antenns SuperSDR SuperSDRmini Антенны Статьи Трансивер SuperSDRmini-photo Трансивер SuperSDRmini description

Популярное