HF SSB PAtrin ved OZ 2 ACV Jens

HF SSB PA-trin ved OZ 2 ACV – Jens OZ 3 EDR Struer

Agenda • • • • Kort Præsentation af Thrane & Thrane Grundlæggende om PA PA Blok diagram Klasse A og Klasse AB forstærkeren Power og Intermodulation, Linearitet Performance forskelle på MOSFET, Bipolar og Rør PA Diagram 250 W Bipolar og 150 W MOSFET Valg af transistorer Biaskredsløb Bipolar/MOSFET Filtrering med elliptiske filtre Udgangstrafoen ALC og SWR Spørgsmål

Thrane & Thrane og SP Radio I gamle dage SP Radio Kendt for ”de grønne”Radioer.

Thrane & Thrane Ålborg • HF SSB, 150 W til 500 W • VHF og UHF

Thrane & Thrane er også

PA trin overordnet • • • Tre forstærker trin 5 m. W ind, 250 W ud 47 d. B power gain Lavpas filtre, Diplexer til afsluttelse af 3. harmonisk -43 d. B harm. dæmpning SWR beskyttelse ALC power kontrol Vcc = 24 V (21. 6 – 31. 2 V) Ipa = 20 A Push-pull udgang og driver

PA Blokdiagram

Klasse A forstærker Nødvendig RL for ønsket Pout: Max teoretisk virkningsgrad: • Høj hvilestrøm nødvendig • Kun velegnet til små effekter • Høj Linearitet • Lav virkningsgrad • Velegnet som predriver

Klasse AB forstærker • Klasse AB Trafo impedans omsætning: • Klasse AB Nødvendig Rcc for ønsket Pout: Collector-collector belastning: Teoretisk max virkningsgrad: Basis-Basis impedans:

Gain Fordeling Gp=17 d. B Gp=18 d. B Pre-driver 3: 1 Gp =12 d. B Driver PA 4: 1 P_in = 5 m. W + 7 d. Bm 1: 3 Po = 250 W +54 d. Bm 250 m. W +24 d. Bm 16 W +42 d. Bm

Måling på et PA trin • To tone test signal for SSB PA • Power og linearitet (Intermodulation) • Harmonisk og Spurious • To tone power => PEP • To tone signal set på et oscilloskop

To tone test signal

Undgå at presse dit PA trin Uacceptabel linearitet Tilfredsstillende linearitet Meget flot linearitet

Uønsket Sender Udstråling • IMD kan ikke filtreres væk! • Harmoniske kan filtreres • Spurious kan filtres hvis de ikke er for tæt på carrier

Teori om Intermodulation Input signal: Forstærker response: Udgangs signal: Anden ordens del: Tredie ordens del:

Bipolær, MOSFET og RØR • IMD performance afhængig af forstærker type • MOSFET og RØR har god højere orden IMD, dvs, lavere splatter på nabokanal. Bipolær PA MOSFET PA RØR PA

IMD Opsummering • Kunsten i SSB PA design er at opnå mindst mulig Intermodulation ved højest mulig Power. • IMD opstår pga. ulinearitet • Linearitet nødvendig fordi vi kører SSB • IMD giver splatter på nabokanalerne • IMD giver forvrænget modulation • IMD ved en given Power giver et mål for PA trinnets ydeævne • Snak aldrig om SSB PA power uden at nævne ved hvilken IMD

Hvordan opnås høj power og god IMD • Det er det vi skal snakke om resten af foredraget • Tilpas valg af udgang og driver transistorer, Vælg ikke for små transistorer til opgaven • Vælg en passende Vcc afhængig af ønsket power • Transistor tilbagekobling • IMD fra bagved liggende trin skal være bedre end IMD for efterfølgende trin • Bias spænding under kontrol, evt softbias. • Softbias og bånd afhængig bias • Lav tab i trafo og lavpasfiltre • Ingen form for selvsving 4: 1 3: 1 • God termisk køling 1: 3

Power og IMD forbedringer • Tilbagekobling og softbias (soft klipping) Tilbagekobling • Uden soft bias • Soft bias undertrykker 3. rd IMD

Trafoerne – hvorfor sidder de der • • Effekt tilpasning på udgang, 50 ohm til Rcc Impedanstilpasning på indgang, 50 ohm til Zbb Interstage match i fler-trins PA Husk at frekvenskompensere trafoen • C 1 lavfrekvens kompensering • C 2 og C 3 højfrekvens kompensering

Trafo frekvensgang Det ses at Tab stiger med frekvens

Udgangs trafoer – Effekt og Z tilpasning • Standard trafoen • Let at producere • Parede trafokerner • Gode HF egenskaber • HF og 6 m • Besværlig at producere • Forbedring af øverste trafo • Transmissionslinie trafo • Høj båndbredde • Besværlig at producere

Kernematriale til Bredbåndstrafoer • Ferrit anvendes. • Kernematriale skal ”forsvinde” ved stigende frekvens. • Kobling mellem primær og sekunder ved høje frekvenser sker uden hjælp fra ferritten. • Max flux må ikke overskrides, medfører mætning. • Curie temperatur må ikke overskrides (210 grader Permax 54).

Beregninger på kernematriale 1 Tesla = 10000 gauss • Tommelfingerregel: Bmax = 0. 3 T • Vælg en kerne med permabillitet mellem 100 og 250. • OZ januar 2002, OZ 7 TA • OZ 1991 1992, OZ 7 TA • OZ 4 NJ. dk hjemmeside

Udgangs filtre • Undertrykker harmonisk udstråling • Justres i produktionen • Diplexer til afsluttelse af 3. Harm kan forbedre PA performance. • Lige harmoniske dvs. 2, 4, 6 osv er udbalanceret i udgangs trafoen. • Undertrykker ikke dårligdomme som IMD, selvsving og spurious.

Lavpas filtre • Med diplexer • Uden diplexer

Valg af Toroider og kondensatorer • Hav styr på tab og max kerne flux. • Hav styr på Kerne temp. • Brug et simulerings program til at beregne max spænding og strøm i kondensatorer. • MICA kondensator er bedst men dyrest. • Lavpris KCK benyttes i stor udstrækning i amatør og professionelt udstyr ICOM 756 PRO III SAILOR 5000

Valg af Udgangs transistorer • • • MOSFET eller BJT, matched pair. 12 V, 24 V eller 48 V. Måske endda 100 V MOSFET!. Udvalget er ikke ret stort. Kun nyudvikling indenfor MOSFET. • • • Frekvenser højere end 6 m, overvej MOSFET. Vælg høj spænding, til high power PA. Efter hånden er der ved at komme lavpris MOSFET. Ellers indtil nu langt det billigste at vælge Bipolær. Termisk modstand, junction til case så lav som muligt. Stabilitet – ikke så let med MOSFET som med BJT.

MOSFET versus BJT MOSFET • • • Kan gå højere op i frekvens Højere orden IMD meget bedre Temp. sporing ikke så kritisk ”Simpel” Bias Høj 2. Harmonisk Størrer tendens til selvsving BJT • • • Lav pris: Watt/kr. Termisk runaway skal forhindres Lav 2. harmnisk Lille tendens til selvsving IMD stiger ved lav power Anbefales til amatør byggeprojekter

Bias Kredsløb BJT • • Forsyner biasstrøm til driver og PA. Vbias = 0. 7 V. Indstilling af Bias potmeter vigtig for IMD performance. Sproring kredsløb i termisk kontakt med PA transistorer. Sikre tilfredstillende IMD over fra – 15 grader til + 55 grader. Sikre tilfredstillende IMD ved kontinuert TX i 15 minutter Forhindre termisk runaway. Dvs. skrue ned for Bias stigende temperatur Over et bredt frekvens område kan med fordel ændre bias Simplet Bias kredsløb med hurtig start op

Bias MOSFET Langsom Turn off/on Hurtig Turn off/on • Gate DC pull down • Sikring Stabilitet på Gate • Krav til turn-on tid • Individuel bias • Lav impedant afkobling • Temperatur sporing • Simpel MOSFET Bias

Beskyttelses kredsløb • • • Max Temperatur SWR beskyttelse Max udgangseffket Max strøm i PA transistorer Max spænding over PA transistorer Forward og reflected power Power regulering (ALC) SWR beskyttelse

PA Køling • Indbyg temperatur måler • Vælg transistorer med lav termisk modstand, junc-case • Forceret køling med blæser meget effektiv • Kernematriale og Curie temp • Regn evt. på det.

Enkelt trins PA trin • 30 W FARA AMP FT 897 100 W • • Overkommelig byggeprojekt Low cost udgangs transistorer i små PA Kun et trin 5 W ind 30 W ud Godt trin at Starte med

Spørgsmål og tak for iaften