Desain untuk 40W broadband VHF RF Power Amplifier untuk siaran FM

Pengantar

Apa desain ini adalah untuk

Untuk meningkatkan daya keluaran penggerak pita siaran FM berdaya rendah, beberapa di antaranya tersedia secara komersial, baik sebagai kit maupun siap pakai. Lihat Bagaimana menjadi Stasiun Radio Komunitas untuk link ke review dari beberapa exciters lebih populer.

Siapa desain ini?

• Mereka yang akrab dengan elektronik RF dan teknik konstruksi mekanik
• Mereka yang telah berhasil membangun dan menguji amplifier berdaya VHF (> 10W)

Untuk referensi, lihat Pengantar Komunitas Stasiun Radio Elektronik

Peralatan uji berikut akan diminta untuk menyetel amplifier:

• Distabilisasi power supply saat ini terbatas (+ 28V, 3A)
• Multimeter, dengan 3A atau kisaran saat ini lebih besar
• 50W VHF Dummy load
• RF Power Meter
• FM exciter, dengan kira-kira. 26 - 27 daya output dBm
• RF Spectrum Analyser
• RF Jaringan Analyser atau penganalisis spektrum dengan pembangkit pelacakan
• Daya RF attenuator

Desain ini JANGAN cocok untuk pemula dan pemula RF VHF. Orang-orang ini menghadapi risiko berikut:

• Luka bakar dan RF
• Mati karena listrik
• Penghancuran komponen RF mahal dan alat uji
• Diinginkan palsu RF radiasi, menghasilkan gangguan ke pengguna lain dari spektrum elektromagnetik, sehingga mempertaruhkan kunjungan dari negara, dan risiko akibat peralatan penyitaan, denda, dan mungkin penjara.
• Banyak stres dan frustrasi.

Mengapa desain ini diperlukan

Saya yakin kualitas sebagian besar skema dan desain untuk peralatan siaran FM yang tersedia di internet jauh dari memuaskan. Lihat saya rekomendasi untuk membangun dari rencana di web. Secara khusus, informasi yang tersedia pada power amplifier RF VHF bahkan lebih menyedihkan, misalnya desain yang menggunakan perangkat dinosaurus seperti TP9380. Desain ini didasarkan pada perangkat MOSFET baru, dengan kelebihan yang menyertai

• gain tinggi
• efisiensi tinggi
• kemudahan tuning

Mengingat sebagian besar desain di web berusia lebih dari 10 tahun, menggunakan perangkat yang baru saja diperkenalkan akan memaksimalkan masa manfaat desain. Saya juga menggunakan desain ini sebagai kendaraan untuk mendemonstrasikan jumlah informasi yang dibutuhkan pihak ketiga yang tidak dilengkapi dengan keterampilan membaca pikiran agar berhasil membangun amplifier ini. Intinya adalah: jika seseorang cukup terampil dan berpengalaman untuk membangun sesuatu dari informasi desain yang minim, misalnya hanya skema, mereka juga dapat membangunnya dari tanpa informasi sama sekali. Sebaliknya, seseorang yang tidak pada tingkat keahlian dan pengalaman itu akan membutuhkan instruksi terperinci untuk berhasil.

---

Prosedur Desain

Desain penguat didasarkan pada baru-baru ini diperkenalkan (1998) Motorola MRF171A MOSFET (Lembar data MRF171A in PDF format).Jangan bingung ini dengan yang lebih tua, sekarang dihentikan, perangkat MRF171.  Januari 2002 - Motorola perubahan portofolio perangkat daya RF mereka produk yang lebih oftern dari beberapa orang mengubah hamster mereka. Sepertinya Motorola telah diturunkan perangkat ini ke M / A-Com.

Simulasi Komputer

Kelayakan awal dilakukan dengan menggunakan RF linier dan paket simulasi gelombang mikro, khususnya Supercompact. Versi yang digunakan adalah 6.0, yang sejujurnya saya anggap sebagai perangkat lunak yang sangat buruk dan tidak merekomendasikan sama sekali. Untuk perangkat ini, Motorola menyediakan parameter S dan impedansi ujung tunggal sinyal besar. Parameter S diukur pada arus drain diam 0.5 A, yang mewakili langkah maju dalam karakterisasi perangkat, karena secara tradisional parameter S cenderung diukur pada arus drain yang cukup rendah. Meskipun hal ini memuaskan untuk perangkat sinyal kecil, penggunaan parameter S yang diukur pada arus drain kecil terbatas untuk desain penguat daya. 

Sementara informasi parameter S yang diukur pada 0.5 A dapat memberikan titik awal desain yang berguna, saya memilih untuk mendasarkan desain pada impedansi sinyal besar ujung tunggal. Ini diukur oleh produsen perangkat dengan menyetel perangkat untuk kinerja terbaik di setiap frekuensi uji dalam perlengkapan uji umum. Perangkat uji kemudian dilepas, dan penganalisis jaringan vektor digunakan untuk mengukur impedansi kompleks yang melihat kembali ke jaringan yang cocok, sementara ini diakhiri dengan 50 R. Prosedur ini dilakukan untuk jaringan pencocokan masukan dan keluaran. Keuntungan dari data impedansi sinyal yang besar adalah dapat diukur pada daya keluaran aktual yang dirancang untuk dihasilkan oleh perangkat, dan dengan demikian lebih representatif dalam skenario penguat daya. Perhatikan bahwa impedansi tunggal besar hanya memberikan informasi untuk memungkinkan jaringan pencocokan input dan output disintesis, mereka tidak memberikan informasi tentang kemungkinan penguatan, efisiensi, kinerja noise (jika relevan) atau stabilitas penguat yang dihasilkan.

Ini adalah file yang digunakan untuk mensintesis jaringan masukan.

* Mrf171i1.ckt; Nama file

* blok definisi variabel, nilai pertama adalah nilai minimum yang diperbolehkan, * ketiga adalah nilai maksimum yang diperbolehkan, tengah adalah variabel

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; Sirkuit netlist cap 1 2 c = c1 cap 2 0 c = c2 ind 2 3 l = l1 cap 3 0 c = c3 ind 3 9 l = l2 res 9 0 r = 33; resistor umpan bias gerbang satu 9 mrf171ip; referensi ke 1 port data IPNET: 1POR 1; buat jaringan 1 port baru END FREQ STEP 88MHZ 108MHZ 1MHZ END OPT

* Pernyataan kontrol pengoptimalan, memberi tahu simulator untuk mengoptimalkan antara * 88 dan 108 MHz, dan untuk mencapai input return loss lebih baik dari * -24 dB

   IPNET R1 = 50 F = 88MHZ 108MHZ MS11 -24DB LT

AKHIR DATA

* Tentukan jaringan satu port yang disebut mrf171ip, yang mereferensikan impedansi kompleks setara seri sinyal besar *. Data ini tersedia di 4 * titik frekuensi

* Tentukan informasi parameter Z, format nyata dan imajiner, * impedansi referensi adalah 1 Ohm

   mrf171ip: Z RI RREF = 1 * MRF171A Z SOURCE 30MHZ 12.8 -3.6 100MHZ 3.1 -11.6 150MHZ 2.0 -6.5 200MHZ 2.2 -6.0 SELESAI

Tentu saja, penggunaan simulator tidak memberikan bantuan dalam pemilihan topologi sirkuit, maupun nilai awal untuk komponen jaringan. Informasi ini berasal dari pengalaman desain. Semua nilai pengoptimalan telah dibatasi dengan maksimal dan minimum untuk menjaga jaringan yang dihasilkan tetap dapat direalisasikan.

Awalnya, jaringan pencocokan 3 kutub dicoba, ini tidak mampu menyediakan pencocokan broadband yang memadai di seluruh 20 MHz. Menggunakan sirkuit 5 kutub memungkinkan tujuan pengoptimalan tercapai. Perhatikan bias gerbang 33R disertakan dalam simulasi, karena ini membantu de-Q jaringan input, dan meningkatkan stabilitas pada penguat akhir.

Prosedur serupa dilakukan untuk jaringan keluaran. Dalam simulasi ini, drain feed dimasukkan dalam simulasi. Meskipun sepintas lalu, nilai choke ini tidak kritis, jika terlalu besar stabilitas dapat terdiri, jika terlalu kecil, itu menjadi bagian dari jaringan pencocokan keluaran, yang dalam hal ini dianggap tidak diinginkan .

Pilihan komponen

Karena daya masukan hanya setengah watt, kapasitor dan pemangkas keramik standar digunakan dalam rangkaian pencocokan masukan. L1 dan L2 (lihat skematis) bisa dibuat jauh lebih kecil, tetapi tetap besar untuk konsistensi dengan induktor yang digunakan dalam jaringan keluaran. Pada jaringan keluaran, kapasitor berlapis logam mika dan pemangkas kompresi mika digunakan untuk menangani daya dan meminimalkan kerugian komponen. Wideband choke L3 memberikan reaktansi lossy pada frekuensi RF yang lebih rendah, C8 menangani decoupling AF (frekuensi audio).

Penggunaan mode peningkatan MOSFET saluran-N (tegangan positif membiaskan perangkat ke konduksi) berarti sirkuit bias sederhana. Pembagi potensial memanfaatkan tegangan yang diperlukan dari tegangan rendah yang distabilkan oleh dioda zener 5.6V. Zener 5.6V kedua, D2, dipasang sebagai tindakan pencegahan untuk memastikan tegangan berlebih tidak diterapkan ke gerbang FET, ini pasti akan mengakibatkan kerusakan perangkat. Puritan akan menstabilkan suhu arus prategangan, tetapi karena bias tidak kritis dalam aplikasi ini, hal ini tidak diganggu.

Soket BNC telah digunakan untuk input RF, karena daya input RF yang rendah. Saya telah menggunakan tipe N untuk output RF, saya tidak menggunakan BNC di atas sekitar 5W dan saya tidak suka konektor gaya UHF. Secara pribadi, saya tidak merekomendasikan menggunakan konektor UHF di atas 30MHz.

---

Konstruksi

Penguat dibangun dalam kotak diecast aluminium kecil. Koneksi input dan output RF dibuat dengan soket koaksial. Catu daya disalurkan melalui kapasitor feedthrough keramik yang dibaut di dinding kotak. Teknik konstruksi ini menghasilkan perisai yang sangat baik, mencegah radiasi RF keluar dari amplifier. Tanpanya, sejumlah besar radiasi RF dapat terpancar, mengganggu sirkuit sensitif lainnya seperti VCO dan tahap audio, juga sejumlah besar radiasi harmonik dapat terjadi. 

Bagian dasar perangkat daya terletak melalui lubang di lantai kotak diecast dan dibaut langsung ke heatsink aluminium ekstrusi kecil. Alternatifnya akan memiliki dasar perangkat daya yang berada di lantai kotak diecast. Ini tidak disarankan karena dua alasan, keduanya berkaitan dengan penyediaan jalur yang efektif untuk menghantarkan panas dari FET. Pertama, lantai kotak diecast tidak terlalu mulus, yang menghasilkan jalur termal yang buruk. Kedua, memiliki lantai kotak diecast di jalur termal memperkenalkan lebih banyak antarmuka mekanis dan karenanya lebih tahan panas. Keuntungan lain dari teknik konstruksi yang dipilih adalah bahwa hal itu secara benar menyelaraskan perangkat lead dengan bagian atas papan sirkuit.

Menggunakan heatsink yang ditentukan akan membutuhkan penggunaan pendingin udara paksa (kipas). Jika Anda berencana untuk tidak menggunakan kipas, diperlukan heatsink yang jauh lebih besar, dan amplifier harus dipasang dengan sirip heatsink vertikal untuk memaksimalkan pendinginan dengan konveksi alami.

Papan sirkuit terdiri dari sepotong bahan PCB fiber glass (papan sirkuit tercetak) yang dilapisi dengan 1oz Cu (tembaga) di setiap sisinya. Saya menggunakan Wainwright untuk membentuk node sirkuit - ini pada dasarnya adalah bit perekat diri dari bahan PCB satu sisi kaleng, dipotong sesuai ukuran dengan sepasang pemotong samping yang besar dan kuat. Alternatif yang mudah adalah dengan menggunakan potongan-potongan bahan PCB satu sisi setebal 1.6mm, dipotong menurut ukuran dan kemudian dikalengkan. Ini direkatkan ke bidang tanah dengan perekat jenis sianoakrilat (mis. Lem super atau Tak-pak  FEC 537-044). Metode konstruksi ini menghasilkan sisi atas PCB menjadi bidang tanah yang sangat baik. Satu-satunya pengecualian untuk ini adalah dua bantalan untuk gerbang dan saluran pembuangan FET. Ini dibuat dengan secara hati-hati menorehkan lapisan atas tembaga dengan pisau bedah yang tajam, dan kemudian menghilangkan serpihan tembaga dengan bantuan ujung besi solder titik halus dan pisau bedah. Menjalankan ujung besi di sepanjang potongan tembaga yang terisolasi akan mengendurkan lem secukupnya agar Cu terkelupas dengan pisau bedah. Bantalan gerbang yang dibuat terlihat jelas di foto prototipe

Setelah membuat bukaan di PCB untuk alas perangkat daya, saya membungkus pita tembaga melalui slot untuk bergabung dengan bidang tanah atas dan bawah. Ini dilakukan di dua tempat, di bawah tab sumber. Pita tembaga kemudian disolder atas dan bawah.

Lihat foto untuk posisi komponen yang disarankan. Layar vertikal di sebelah kanan selungkup adalah bagian dari bahan PCB bersisi ganda, disolder ke bidang ground atas di kedua sisi. Ini merupakan upaya untuk memperbaiki penolakan harmonik akhir, dengan mengurangi kopling antara induktor yang membentuk kecocokan keluaran dan induktor yang menyusun LPF. Untuk melakukan pekerjaan penyolderan semacam ini, diperlukan besi penyolder 60W atau lebih besar - sebaiknya yang dikontrol suhu. Setrika ini akan terlalu berlebihan untuk komponen yang lebih kecil, sehingga diperlukan setrika yang lebih kecil juga.

Seperti disebutkan di bawah ini, induktor LPF disolder langsung ke tab kapasitor logam berpakaian.

Disarankan Rough and Ready Prosedur Konstruksi

1. Potong sepotong bahan PCB bersisi ganda untuk papan utama (sekitar 100 x 85mm)
2. Buat aperture untuk FET, menggunakan pilihan latihan dan file. Gunakan FET sebagai templat, jika diperlukan, tetapi jangan meledakkannya dengan statis. Pastikan Anda akan mendapatkan saluran pembuangan di sisi kanan.
3. Bor enam lubang di PCB, ini adalah untuk memegang PCB ke kotak diecast
4. Tempatkan PCB di dalam kotak dan menggunakan lubang di PCB untuk mengebor melalui kotak
5. Sementara sekrup PCB ke kotak
6. Cari tahu kemana perginya heatsink, di bawah kotak Perangkat harus mengarah ke tengah heatsink. Bor beberapa lubang lagi melalui seluruh lot, dan gunakan kembali beberapa lubang PCB / kotak yang ada dan rentangkan ke bawah melalui heatsink. Sekrupkan sementara heatsink ke unit PCB / boks. Saat Anda melihat ke bagian atas kotak, Anda sekarang akan melihat sepotong heatsink terungkap, dengan ukuran yang sama dengan dasar FET.
7. Rig diri beberapa perlindungan statis (jika Anda punya perangkat meledak-up tua atau perangkat bipolar dalam paket yang sama Anda tidak perlu repot-repot dengan hal ini) dan drop perangkat ke aperture di papan.
8. Gunakan FET untuk memberikan memberikan posisi pusat yang 'lubang pemasangan
9. Ambil semuanya lagi. Buat dua lubang di heatsink untuk FET
10. Bor lubang di kedua ujung kotak untuk konektor RF dan feedthrough kapasitor
11. Beri timah pada PCB, atas dan bawah, dengan setrika besar. Gunakan solder yang cukup untuk mendapatkan hasil akhir yang halus tetapi tidak terlalu banyak untuk membuat area solder yang terangkat, terutama di bagian bawah, karena ini akan mencegah PCB menempel rata pada lantai kotak.
12. Buat dua pulau untuk gerbang FET dan tiriskan, sebagaimana tercantum dalam ayat di atas
13. Pita tembaga solder antara wajah atas dan bawah dari PCB bawah mana tab sumber akan
14. Buat pulau PCB, timah mereka, tongkat mereka pada PCB menggunakan foto sebagai panduan
15. Membuat dan sesuai dengan layar antara amplifier dan daerah LPF
16. Fit semua komponen PCB yang tersisa, dengan pengecualian dari FET
17. Fit PCB ke kotak dan heatsink
18. Fit dan tersambung dan konektor RF dan feed-melalui kapasitor
19. Mengambil tindakan pencegahan anti-statik sekali lagi, aplikasikan lapisan tipis terus menerus dari pasta perpindahan panas ke bagian dasar FET. Ini dapat dengan mudah dilakukan dengan tongkat koktail kayu
20. Tekuk 2mm terakhir dari masing-masing lead FET. Ini akan membuatnya lebih mudah untuk dilepas, jika diperlukan
21. Pasang FET ke heatsink. Terlalu longgar dan perangkat akan terlalu panas, terlalu kencang dan Anda akan merusak flensa perangkat dan sekali lagi akan terlalu panas. Jika Anda memiliki obeng torsi, cari torsi yang disarankan dan gunakan. 
22. Jika Anda telah memahami instruksinya dengan benar, tab perangkat akan berada di atas PCB. Solder FET dengan besi besar, pertama sumbernya, lalu tiriskan, terakhir gerbang. Anda mungkin harus melepaskan L4 dan L5 saat Anda memasang FET, tetapi jangan putuskan R3 karena ini memberikan perlindungan statis untuk perangkat.

Skema

Daftar Suku Cadang

Catatan

1. Farnell Bagian Angka adalah untuk pedoman saja - bagian lain yang setara dapat diganti.
2. Logam kapasitor berpakaian yang baik Semco Seri MCM, seri Unelco J101, Underwood, atau Arco Seri MCJ-101 tersedia dari, antara tempat-tempat lain, RF Bagian.
3. MRF171A tersedia dari BFI (UK) Richardson or RF Bagian (US)
4. Arco atau pemangkas Sprague tersedia dari Konsep Komunikasi (US)
5. 18 SWG (kawat ukuran standar) adalah diameter sekitar 1.2mm
6. 22 SWG (kawat ukuran standar) adalah diameter sekitar 0.7mm
7. Untuk membuat induktor - melilitkan jumlah putaran yang diperlukan pada bekas yang berukuran tepat, awalnya gunakan satu jarak diameter kawat antara setiap putaran. Kemudian tarik belokan untuk mendapatkan panjang yang diperlukan dalam tabel daftar bagian. Terakhir, periksa nilai menggunakan penganalisis jaringan dan sesuaikan.
8. Pengecualian untuk aturan jarak di atas adalah L4, yang luka dekat.
9. Foil tembaga tersedia dari toko-toko kerajinan (digunakan dalam pembuatan kaca patri)
10. A / R = sesuai kebutuhan

Foto Prototipe Amplifier

Perhatikan orientasi FET. Memimpin dengan garis miring adalah sia-sia, dan ke kanan

---

Low Pass Filter Pengujian

Setiap power amplifier RF harus diikuti oleh low pass filter (LPF) untuk mengurangi harmonik ke tingkat yang dapat diterima. Apa level ini dalam aplikasi yang tidak berlisensi adalah titik diperdebatkan, tetapi karena daya keluaran ditingkatkan, lebih banyak perhatian harus diberikan pada penindasan harmonis. Misalnya, harmonik ke-3 dari -30dBc pada unit 1W adalah 1uW, yang kemungkinan tidak akan menimbulkan gangguan, sementara -30dBc penindasan harmonik ke-3 pada keluaran 1KW menghasilkan daya 1W pada harmonik ketiga yang berpotensi menimbulkan masalah. Jadi untuk mutlak tingkat radiasi harmonis dalam contoh kedua harus sama seperti yang pertama, kita sekarang perlu untuk menekan harmonik ketiga oleh 60dBc.

Dalam desain ini saya membuat keputusan untuk menerapkan filter low pass Chebyshev 7 kutub. Chebyshev dipilih karena fase dan riak amplitudo di dalam passband tidak kritis, dan Chebyshev memberikan redaman stop band yang lebih baik daripada dibandingkan dengan Butterworth. Stopband desain dipilih ke 113MHz, memberikan margin implementasi 5MHz dari frekuensi passband tertinggi yang diinginkan pada 108MHz dan awal stopband pada 113MHz. Parameter desain kritis berikutnya adalah riak passband. Untuk desain frekuensi tunggal, merupakan praktik normal untuk memilih riak passband yang besar, misalnya 1dB, dan menyetel puncak maksimal passband terakhir ke frekuensi output yang diinginkan. Ini memberikan atenuasi stopband terbaik karena riak passband yang lebih besar menghasilkan atenuasi stopband yang lebih cepat. Filter tujuh kutub memiliki 7 elemen reaktif, dalam desain ini empat kapasitor dan tiga induktor. Semakin banyak kutub, semakin baik redaman stopband, dengan mengorbankan kerumitan yang meningkat dan semakin banyak kerugian penyisipan passband. Jumlah kutub yang ganjil diperlukan karena impedansi masukan dan keluaran dirancang menjadi 50R.

Karena desain ini pita lebar, ini membatasi riak passband ke tingkat sedemikian rupa sehingga kerugian pengembalian passband tidak menjadi terlalu buruk. Menggunakan utilitas desain filter shareware Faisyn yang luar biasa (tersedia dari FaiSyn RF Desain Software Halaman) memungkinkan trade-off ini untuk diselidiki dengan mudah, dan saya memilih riak passband 0.02dB. Program ini juga menghitung nilai filter untuk Anda, dan mengeluarkan netlist dalam format yang sesuai untuk dimasukkan ke dalam simulator sirkuit linier paling populer. Dengan 7 kutub, tersedia pilihan untuk menggunakan 4 kapasitor dan 3 induktor atau 3 kapasitor dan 4 induktor. Saya memilih yang pertama, karena menghasilkan satu komponen lebih sedikit untuk angin. Nilai kapasitor yang diberikan dari program faisyn diperiksa untuk memeriksa apakah nilainya mendekati nilai yang diinginkan, yang sebenarnya. Jika mereka jatuh di antara nilai-nilai yang disukai, opsinya akan mencakup paralel dua kapasitor bersama, yang tidak perlu menaikkan jumlah komponen, atau secara halus mengubah frekuensi stopband dan riak passband untuk mendapatkan rangkaian nilai yang lebih diinginkan.

Untuk menerapkan filter, saya memutuskan untuk menggunakan standar logam ukuran kapasitor berpakaian dibuat oleh Unelco atau Semco. Induktor terbuat dari 18 kawat tembaga kaleng SWG (pengukur kawat standar). Menurut pengalaman saya, tidak banyak yang bisa diperoleh dari penggunaan kawat tembaga berlapis perak. Induktor dibentuk bulat dari tengah standar RS or Farnell alat tweaker (FEC 145-507) - ini memiliki diameter 0.25 inci, 6.35 mm. Jika tidak, gunakan mata bor dengan ukuran yang sesuai. Dua induktor luar dililitkan searah jarum jam, bagian dalam diputar berlawanan arah jarum jam. Ini adalah upaya untuk mengurangi kopling induktif timbal balik antara induktor, ini cenderung menurunkan atenuasi stopband. Untuk alasan yang sama, induktor diatur 90 ° satu sama lain, bukan semuanya dalam garis lurus. Induktor disolder langsung ke tab kapasitor berlapis logam. Ini meminimalkan kerugian. Filter yang dibuat dengan hati-hati dari jenis ini dapat menunjukkan kehilangan penyisipan passband lebih baik dari 0.2dB. Berikut adalah hasil pengujian untuk unit prototipe.

Mengetahui nilai yang diperlukan untuk induktor, saya membuat tebakan berdasarkan pengalaman tentang berapa banyak belokan yang saya butuhkan, dan kemudian menggunakan penganalisis jaringan RF yang dikalibrasi dengan benar untuk mengukur induktansi induktor yang telah saya buat. Sejauh ini, ini adalah cara paling akurat untuk menentukan nilai induktansi nilai kecil, karena pengukuran dapat dilakukan pada frekuensi pengoperasian filter yang sebenarnya. Setelah mengukur nilai dan menyesuaikan induktansi yang sesuai, Anda akan menemukan bahwa ketika filter lengkap dibuat, yang mengejutkan, sedikit penyesuaian diperlukan untuk menyelesaikan penyetelan filter.

Cara terbaik untuk menyetel filter ini adalah dengan meminimalkan hilangnya pengembalian input passband, dengan menggunakan penganalisis jaringan. Dengan meminimalkan kerugian pengembalian input, Anda akan meminimalkan kehilangan transmisi passband dan riak passband. Itu 20MHz rentang grafik menunjukkan bahwa saya mencapai kerugian pengembalian passband -18dB. Jika Anda tidak memiliki penganalisis jaringan, semuanya menjadi sedikit lebih rumit. Jika Anda baru saja menyetel frekuensi spot, atur sumber daya RF untuk diarahkan ke filter melalui meteran daya terarah. Filter diakhiri dengan beban 50R yang baik. Sekarang pantau daya yang dipantulkan kembali dari filter dan sesuaikan filter untuk meminimalkan daya yang dipantulkan. Jika Anda menginginkan kinerja pita lebar, Anda harus mencoba dan melakukan ini di katakanlah, tiga frekuensi, bawah, tengah dan atas pita. Sebagai alternatif, jika Anda berhasil mengukur induktor Anda dengan cukup baik dengan cara lain, Anda bisa memasang filter dan berhenti di situ, tanpa penyesuaian lebih lanjut.

Setelah menyetel kerugian pengembalian passband minimum, redaman stopband akan menangani dirinya sendiri, Anda tidak boleh menyetelnya karena akan mengacaukan kerugian penyisipan passband. Itu 200MHz rentang grafik menunjukkan saya berhasil 36dB penolakan pada harmonik ke-2 88MHz, yang merupakan kasus terburuk. Mengacu pada 600MHz rentang Grafik menunjukkan 3rd harmonik 88MHz ditekan oleh-55dB, dan perintah yang lebih tinggi dengan jumlah yang lebih besar dari ini.

Penguat Pengujian

Saya menggunakan penganalisis jaringan HP 8714C untuk menyetel amplifier ini. Tanpa akses ke penganalisis jaringan, Anda harus sangat inventif untuk menyesuaikan kinerja pita lebar. Setelah menyetel LPF, tugas selanjutnya adalah mengatur bias FET. Lakukan ini dengan penganalisis spektrum yang terhubung ke output (melalui jumlah yang tepat redaman, setidaknya 40dB) untuk memantau osilasi palsu. Hubungkan beban 50R yang baik ke input dan hubungkan PSU yang distabilkan (unit catu daya) dengan batas arus yang disetel ke 200mA.

Atur semua pemangkas ke tengah jangkauannya. Dengan pemangkas keramik miniatur yang ditentukan, saat metalisasi setengah bulan pada pelat atas pemangkas sejajar sepenuhnya dengan permukaan datar pada bodi pemangkas, pemangkas berada pada kapasitansi maksimum. Putar 180 ° dari sini untuk mendapatkan kapasitansi minimum. Tetapkan R1 untuk tegangan minimum (percobaan sebelum Anda memasang FET jika Anda tidak tahu ke arah mana). Tingkatkan tegangan suplai secara perlahan dari 0V hingga + 28V. Satu-satunya arus yang ditarik harus diambil oleh sirkuit bias, sekitar 14mA. Sekarang sesuaikan R1 untuk menambahkan 100mA ke gambar itu. Seharusnya tidak ada langkah tiba-tiba dalam arus yang diambil dari PSU. Jika ada, penguatnya hampir pasti berosilasi.

Jika semuanya baik-baik saja, matikan. Kalibrasikan penganalisis jaringan. Pada HP 8714C untuk aplikasi ini saya menormalkan S11 ke sirkuit terbuka dan melakukan kalibrasi melalui S21 dengan pelemahan 40dB sejalan. Jelas, attenuator yang digunakan harus memiliki nilai setidaknya 50W RF pada frekuensi VHF.

Sekarang hidup menjadi sedikit rumit. Biasanya saya akan merekomendasikan melihat melalui penguat dan kombinasi LPF, tetapi karena titik putus LPF hanya 5MHz di atas pita penguat yang diinginkan, itu membuat tidak mungkin untuk melihat bentuk respons penguat jika ini terjadi pada upband dari 108MHz . Untuk alasan ini saya melakukan penyetelan penguat awal dengan LPF yang dilewati, yang memungkinkan saya untuk mengatur rentang penganalisis jaringan cukup lebar untuk melihat di mana respons penguat berada.

Dengan 0dBm drive, tweak pergi untuk mendapatkan sekitar 15dB keuntungan dan lebih baik daripada 10dB return loss di 88 ke 108 MHz (gain sinyal kecil petak, Pin = 0 dBm). Sekarang naik drive ke amplifier, mundur dari batas arus dengan tepat. Anda akan melihat bahwa saat Anda meningkatkan penggerak RF, penguatan akan meningkat dan kerugian pengembalian masukan akan meningkat. Perilaku ini adalah konsekuensi dari membiaskan FET secara komparatif. Anda bisa membuat mur keluar dari FET, dan bias pada, katakanlah 0.5A, ini akan memberi Anda lebih banyak keuntungan pada tingkat drive yang lebih rendah. Untuk aplikasi normal saya sarankan menggunakan bias yang lebih rendah. Bias tinggi pada tingkat keluaran kecil akan mengurangi efisiensi DC ke RF.

Sekarang Anda perlu mendinginkan amplifier dengan kipas, kecuali Anda telah memasangnya dengan heatsink yang sangat besar. Dengan HP 8714C Anda bisa mendapatkan daya sumber + 20dBm (seperti yang tertulis di layar, sebenarnya kurang dari itu) (menengah sinyal gain petak, Pin = + 20 dBm). Dengan tingkat hard disk ini, Anda sekarang dapat menyetel 18 hingga 20dB keuntungan dan pengembalian kerugian lebih baik dari 15dB. Pada titik ini saya akan menyambungkan kembali LPF dan mempersempit rentang penganalisis jaringan menjadi 20MHz yang berpusat pada 98MHz. Mengemudi amplifier di atas 108MHz dengan daya ke LPF tentu tidak disarankan. Sebelum Anda terlalu terbawa arus beralih ke CW (sebaiknya perpanjang sapuan ke beberapa detik pada CW agar tidak bingung dengan penganalisis sapuan fly-back) dan lihat keluaran pada penganalisis spektrum. Output harus bersih seperti salju yang digerakkan, ingatlah untuk memeriksa output pada frekuensi yang Anda gunakan dengan penguat, jika tidak Anda akan melihat osilasi in-band yang menghebohkan.

Untuk penyetelan kerataan daya akhir, karena saya memiliki akses ke laboratorium RF cerdas dengan semua yang mungkin Anda perlukan (peralatan uji bijaksana, bagaimanapun) saya menggunakan penguat pita lebar Mini-Sirkuit ZHL-42W untuk meningkatkan keluaran penganalisis jaringan untuk mengaktifkan saya menyetel respons gain amplifier datar pada daya keluaran penuh. Plot penguatan akhir diambil dengan mengatur sumber daya secara tepat, dan kemudian melakukan kalibrasi melalui penguat Mini-Sirkuit dan in-line peredam daya. Ini memungkinkan saya untuk merencanakan penguatan power amplifier saja. Saya kemudian beralih ke sapuan lambat dan menggunakan pengukur daya RF yang dikalibrasi untuk mengukur daya keluaran RF secara akurat. Mengetahui daya keluaran RF dan penguatan secara akurat memungkinkan saya menghitung daya masukan ke penguat daya. Plot ini menunjukkan penguatan daya di bawah 20dB dan sekitar 0.3dB datar di seluruh pita (besar sinyal gain petak, Pin = + 26.8 dBm). Sehubungan dengan penyetelan kerataan, efisiensi harus diperiksa. Saya mengelola minimal 60% pada 88MHz di 40W, meningkat dengan daya keluaran yang lebih tinggi. Menurut saya efisiensi yang baik lebih penting daripada kerataan yang baik. Dari sudut pandang pendengar, perbedaan antara output 35W dan 45W dapat diabaikan, tetapi menjalankan daya yang lebih rendah dengan efisiensi yang baik berarti FET akan berjalan lebih dingin, bertahan lebih lama dan lebih tahan terhadap kondisi gangguan seperti VSWR yang tinggi.

Daya keluaran apa yang Anda pilih untuk akhirnya dijalankan terserah Anda, MRF171A akan dengan senang hati menjalankan setidaknya 45W dan mungkin lebih banyak, meskipun saya tidak merekomendasikannya. Sekitar 40 hingga 45W sudah cukup - lihat Bagaimana Jauhkan Akhir RF Power Device Hidup for more information.

Penguat Hasil

Tidak ada harmonisa yang dapat diukur pada output penguat hingga tingkat kebisingan -70dBc. Ini diharapkan, karena penyelidikan cepat menunjukkan harmonisa mentah penguat sebelum LPF sekitar -40dBc. Filter telah dibuktikan memiliki penekanan harmonik ke-2 minimal -35dBc. Tidak ada keluaran palsu yang terlihat.

Tidak ada pengukuran formal yang dibuat dengan VSWR keluaran yang buruk. Saya tidak sengaja menjalankan amplifier dengan kekuatan penuh ke sirkuit terbuka selama beberapa detik, dan itu tidak meledak. Menggunakan PSU dengan batas arus yang diatur dengan hati-hati akan membantu mencegah amplifier melakukan sesuatu yang bodoh dalam kondisi ini.

---

Aplikasi

Sebagai contoh aplikasi untuk penguat ini saya menggunakan Broadcast Gudang 1W FM LCD PLL Exciter untuk menggerakkan amplifier broadband 40W. Untuk menghindari modifikasi unit Broadcast Warehouse, saya menggunakan pad laboratorium 3dB BNC antara exciter dan power amplifier, untuk memberikan level drive yang tepat ke amplifier. Exciter diprogram untuk tiga frekuensi yang berbeda, pada setiap frekuensi daya keluaran dan konsumsi arus diukur, sehingga efisiensi DC ke RF dapat dihitung.

Power Amplifier tegangan suplai = 28V
Exciter tegangan suplai = 14.0V, Exciter konsumsi arus = 200 mA approx.

Pemancar Gudang Siaran menggabungkan fasilitas penghentian RF yang tidak terkunci, digunakan selama pemrograman ulang PLL sehingga RF tidak dihasilkan sampai kunci frekuensi diperoleh kembali. Ketika shutdown RF eksiters aktif, output amplifier juga berkurang - yaitu amplifier tetap stabil.

---

Kesimpulan

Saya telah mendemonstrasikan amplifier pita lebar, yang setelah disetel, tidak memerlukan penyesuaian lebih lanjut untuk mencakup pita siaran FM 87.5 hingga 108MHz. Desainnya menggunakan MOSFET canggih yang menyediakan penguatan hampir 20dB dengan satu tahap, memiliki efisiensi DC ke RF yang baik, jumlah komponen rendah, dan mudah dibuat. Biaya suku cadang tidak boleh melebihi £ 50, FET yang digunakan dalam prototipe harganya kurang dari £ 25

Jika amplifier ini digunakan dengan exciter broadband dan udara, kombinasi yang dihasilkan memungkinkan pengguna untuk beralih frekuensi transmisi di akan tanpa penyesuaian yang diperlukan pula dalam rantai transmisi.

Penguat membutuhkan tingkat wajar RF pengalaman kekuatan untuk lagu, dan akses ke alat uji profesional RF

---

Kerja Masa Depan

• Membangun unit tambahan untuk menilai pengulangan
• Desain papan sirkuit cetak
• Meningkatkan stabilitas di bawah kondisi mismatch masukan buruk
• Mengurangi jumlah komponen variabel
• Menyelidiki berbagai Bias FET saat memodifikasi kenaikan penguat

 

---

Berkontribusi

Kontribusi Elektronik Unik (Woody dan Alpy)
"Ini PCB untuk MRF171A, mosfet 45 watt, di halaman Anda.
File tersebut dalam format bmp. Gunakan film laser dan printer laser, itu akan mencetak sesuai ukuran. "

MRF171A_1_colour.bmp (14 kb)

produk kami yang lain:

Sistem proteksi petir profesional untuk Tower	Paket Peralatan Stasiun Radio FM Profesional	FMUSER FU-1000C 1000W FM Transmitter Dengan Antarmuka Input Audio USB
Paket Siaran Radio FMUSER 200W FM	Solusi IPTV Hotel	FMUSER FSN-1000T V5.0 1KW Pemancar Siaran Radio FM