Một thiết kế cho một 40W băng thông rộng VHF RF Power Amplifier cho phát sóng FM

Giới thiệu

Những thiết kế này là cho

Để tăng công suất đầu ra của các bộ kích thích băng tần phát sóng FM công suất thấp, một số bộ kích thích trong số này được bán trên thị trường, cả dưới dạng bộ dụng cụ và được sản xuất sẵn. Xem Làm thế nào để có một đài phát thanh cộng đồng các liên kết đến các ý kiến ​​của một số các exciters phổ biến hơn.

Thiết kế này dành cho ai?

• Những người đã quen thuộc với các thiết bị điện tử RF và kỹ thuật cơ khí xây dựng
• Những người đã chế tạo và thử nghiệm thành công bộ khuếch đại công suất VHF (> 10W)

Để tham khảo, xem Giới thiệu về cộng đồng Radio Station Điện tử

Thiết bị kiểm tra sau đây sẽ được yêu cầu để điều chỉnh các bộ khuếch đại:

• Làm ổn định cung cấp điện hạn chế hiện nay (+ 28V, 3A)
• Vạn năng, với 3A hoặc phạm vi lớn hơn hiện tại
• 50W VHF tải Dummy
• RF Power Meter
• FM kích thích, với khoảng. 26 - 27 dBm công suất đầu ra
• RF Spectrum Analyser
• RF phân tích mạng hoặc máy phân tích phổ với máy phát điện theo dõi
• RF suy hao công suất

Thiết kế này là KHÔNG thích hợp cho người mới bắt đầu và người mới làm quen VHF RF. Những người này gặp phải những rủi ro sau:

• Bỏng nhiệt và RF
• Sự xử tử bằng điện
• Phá hủy các thành phần RF đắt tiền và thiết bị kiểm tra
• Không mong muốn giả bức xạ RF, kết quả can thiệp để những người dùng khác của quang phổ điện từ, do đó mạo hiểm một lần với nhà nước, và nguy cơ hậu quả của thiết bị tịch thu, phạt tiền, và có thể ở tù.
• Một số lượng lớn của sự căng thẳng và thất vọng.

Tại sao thiết kế này là cần thiết

Tôi tin rằng chất lượng của phần lớn các sơ đồ và thiết kế cho thiết bị phát sóng FM có sẵn trên internet còn lâu mới đạt yêu cầu. Xem của tôi tư vấn về xây dựng kế hoạch từ trên web. Đặc biệt, thông tin có sẵn trên bộ khuếch đại công suất RF VHF thậm chí còn tuyệt vọng hơn, ví dụ như các thiết kế sử dụng thiết bị khủng long như TP9380. Thiết kế này dựa trên một thiết bị MOSFET mới, với những ưu điểm của

• tăng cao
• hiệu quả cao
• dễ điều chỉnh

Vì hầu hết các thiết kế trên web đều đã hơn 10 năm tuổi nên việc sử dụng thiết bị được giới thiệu gần đây sẽ tối đa hóa tuổi thọ hữu ích của thiết kế. Tôi cũng sử dụng thiết kế này như một phương tiện để chứng minh lượng thông tin cần thiết cho bên thứ ba không được trang bị kỹ năng đọc suy nghĩ để chế tạo thành công bộ khuếch đại này. Vấn đề ở đây là: nếu một người có đủ kỹ năng và kinh nghiệm để xây dựng một thứ gì đó từ thông tin thiết kế ít ỏi, chẳng hạn chỉ là một sơ đồ, thì họ cũng có thể xây dựng nó mà không cần thông tin gì cả. Ngược lại, một người không ở cấp độ kỹ năng và kinh nghiệm đó sẽ yêu cầu hướng dẫn chi tiết để thành công.

---

Thủ tục thiết kế

Thiết kế bộ khuếch đại được dựa trên giới thiệu gần đây (1998) Motorola MRF171A MOSFET (Bảng dữ liệu MRF171A in PDF định dạng).Đừng nhầm lẫn điều này với người lớn tuổi, bây giờ ngưng, thiết bị MRF171.  Tháng Một 2002 - Motorola thay đổi năng lượng RF thiết bị danh mục sản phẩm của họ oftern hơn một số người thay đổi phần dưới của họ. Có vẻ như Motorola đã dỡ thiết bị này vào M / A-Com.

Mô phỏng máy tính

Tính khả thi ban đầu được thực hiện bằng cách sử dụng gói mô phỏng vi sóng và RF tuyến tính, cụ thể là Supercompact. Phiên bản được sử dụng là 6.0, khá thẳng thắn mà tôi coi là một phần mềm tồi tệ và không khuyến khích chút nào. Đối với thiết bị này, Motorola cung cấp thông số S và trở kháng kết thúc đơn tín hiệu lớn. Các thông số S được đo ở dòng xả tĩnh 0.5 A, thể hiện một bước tiến trong đặc tính của thiết bị, vì thông số S theo truyền thống có xu hướng được đo ở dòng xả khá thấp. Mặc dù điều này là thỏa đáng đối với các thiết bị tín hiệu nhỏ, nhưng việc sử dụng các thông số S được đo ở dòng tiêu nhỏ bị hạn chế đối với thiết kế bộ khuếch đại công suất. 

Mặc dù thông tin tham số S được đo ở 0.5 A có thể cung cấp một điểm khởi đầu thiết kế hữu ích, tôi chọn thiết kế dựa trên trở kháng tín hiệu lớn kết thúc duy nhất. Các chỉ số này được nhà sản xuất thiết bị đo bằng cách điều chỉnh thiết bị để có hiệu suất tốt nhất ở mỗi tần số thử nghiệm trong một thiết bị thử nghiệm chung. Sau đó, thiết bị thử nghiệm được tháo ra và một bộ phân tích mạng vectơ được sử dụng để đo trở kháng phức tạp khi nhìn lại mạng kết hợp, trong khi chúng được kết thúc bằng 50 R. Quy trình này được thực hiện cho các mạng kết hợp đầu vào và đầu ra. Ưu điểm của dữ liệu trở kháng tín hiệu lớn là nó có thể được đo ở công suất đầu ra thực tế mà thiết bị được thiết kế để tạo ra, và do đó, dữ liệu này mang tính đại diện hơn trong kịch bản khuếch đại công suất. Lưu ý rằng các trở kháng đơn lớn chỉ cung cấp thông tin để cho phép tổng hợp mạng kết hợp đầu vào và đầu ra, chúng không cung cấp thông tin về khả năng tăng ích, hiệu suất, hiệu suất nhiễu (nếu có) hoặc độ ổn định của bộ khuếch đại kết quả.

Đây là tập tin được sử dụng để tổng hợp các mạng đầu vào.

* Mrf171i1.ckt; Tên của tập tin

* khối định nghĩa biến, giá trị đầu tiên là giá trị nhỏ nhất được phép, * thứ ba là giá trị tối đa được phép, giữa là biến

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; Nắp danh sách lưới mạch 1 2 c = c1 nắp 2 0 c = c2 ind 2 3 l = l1 cap 3 0 c = c3 ind 3 9 l = l2 res 9 0 r = 33; điện trở nguồn cấp phân cực cổng một 9 mrf171ip; tham chiếu tới 1 cổng dữ liệu IPNET: 1POR 1; tạo mạng 1 cổng mới END FREQ BƯỚC 88MHZ 108MHZ 1MHZ END OPT

* Tuyên bố điều khiển tối ưu hóa, yêu cầu trình mô phỏng tối ưu hóa giữa * 88 và 108 MHz và để đạt được suy hao đầu vào tốt hơn * -24 dB

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

KẾT THÚC DỮ LIỆU

* Xác định mạng một cổng có tên mrf171ip, tham chiếu đến trở kháng phức hợp tương đương loạt tín hiệu lớn *. Dữ liệu này có sẵn ở điểm tần suất 4 *

* Xác định thông tin tham số Z, định dạng thực và ảo, * trở kháng tham chiếu là 1 Ohm

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

Tất nhiên, việc sử dụng trình mô phỏng không cung cấp bất kỳ sự hỗ trợ nào trong việc lựa chọn cấu trúc liên kết mạch, cũng như các giá trị bắt đầu cho các thành phần mạng. Thông tin này đến từ kinh nghiệm thiết kế. Tất cả các giá trị tối ưu hóa đã bị ràng buộc với cực đại và cực tiểu để giữ cho mạng kết quả có thể thực hiện được.

Ban đầu, mạng kết hợp 3 cực đã được thử, điều này không có khả năng cung cấp kết hợp đủ băng thông rộng trên 20 MHz. Sử dụng mạch 5 cực cho phép đạt được mục tiêu tối ưu hóa. Lưu ý rằng thiên vị cổng 33R được bao gồm trong mô phỏng, vì điều này giúp loại bỏ Q mạng đầu vào và cải thiện độ ổn định trong bộ khuếch đại cuối cùng.

Một quy trình tương tự đã được thực hiện cho mạng đầu ra. Trong mô phỏng này, nguồn cấp dữ liệu thoát nước đã được đưa vào mô phỏng. Mặc dù về mặt của nó, giá trị của cuộn cảm này không quan trọng, nếu nó có độ ổn định quá lớn có thể được bao gồm, nếu nó quá nhỏ, nó trở thành một phần của mạng kết hợp đầu ra, trong trường hợp này được cho là không mong muốn .

Lựa chọn thành phần

Vì công suất đầu vào chỉ là nửa watt, các tụ điện và bộ xén gốm tiêu chuẩn đã được sử dụng trong mạch kết hợp đầu vào. L1 và L2 (tham khảo sơ đồ) có thể được làm nhỏ hơn nhiều, nhưng vẫn được giữ lớn để phù hợp với các cuộn cảm được sử dụng trong mạng đầu ra. Trên mạng đầu ra, các tụ điện phủ kim loại mica và các xén nén mica đã được sử dụng để xử lý nguồn và giữ cho tổn thất linh kiện ở mức tối thiểu. Cuộn cảm băng rộng L3 cung cấp một số điện kháng suy hao ở tần số RF thấp hơn, C8 đảm nhiệm việc tách AF (tần số âm thanh).

Việc sử dụng chế độ nâng cao MOSFET kênh N (điện áp dương làm lệch thiết bị thành dẫn) có nghĩa là mạch phân cực đơn giản. Bộ chia điện thế ngắt điện áp cần thiết từ điện áp thấp được ổn định bởi một diode zener 5.6V. Zener 5.6V thứ hai, D2, được trang bị như một biện pháp phòng ngừa để đảm bảo điện áp quá mức không được đặt vào cổng của FET, điều này chắc chắn sẽ dẫn đến việc phá hủy thiết bị. Những người theo chủ nghĩa thuần túy sẽ ổn định nhiệt độ dòng điện thiên vị, nhưng vì độ lệch hướng không quan trọng trong ứng dụng này nên điều này không được bận tâm.

Ổ cắm BNC đã được sử dụng cho đầu vào RF, do công suất đầu vào RF thấp. Tôi đã sử dụng loại N cho đầu ra RF, tôi không sử dụng BNC cho trên khoảng 5W và tôi không thích các đầu nối kiểu UHF. Cá nhân tôi không khuyên bạn nên sử dụng kết nối UHF trên 30MHz.

---

Xây dựng

Bộ khuếch đại được xây dựng trong một hộp diecast nhỏ bằng nhôm. Kết nối đầu vào và đầu ra RF được thực hiện bằng các ổ cắm đồng trục. Nguồn điện được chuyển qua một tụ điện nạp bằng gốm được bắt vít vào thành hộp. Kỹ thuật xây dựng này mang lại khả năng che chắn tuyệt vời, ngăn bức xạ RF thoát ra khỏi bộ khuếch đại. Nếu không có nó, một lượng đáng kể bức xạ RF có thể được phát ra, gây nhiễu cho các mạch nhạy cảm khác như VCO và các giai đoạn âm thanh, cũng có thể xảy ra một lượng đáng kể bức xạ hài. 

Phần đế của thiết bị nguồn nằm qua một vết cắt trên sàn của hộp diecast và được bắt vít trực tiếp vào một tấm tản nhiệt nhôm ép đùn nhỏ. Một giải pháp thay thế sẽ có đế của thiết bị nguồn nằm trên sàn của hộp diecast. Điều này không được khuyến khích vì hai lý do, cả hai đều liên quan đến việc cung cấp một con đường hiệu quả để dẫn nhiệt từ FET. Thứ nhất, sàn của hộp diecast không đặc biệt nhẵn, dẫn đến dẫn nhiệt kém. Thứ hai, việc đặt sàn của hộp diecast trong đường dẫn nhiệt sẽ tạo ra nhiều giao diện cơ học hơn và do đó có nhiều khả năng chịu nhiệt hơn. Một ưu điểm khác của kỹ thuật xây dựng đã chọn là nó căn chỉnh chính xác dây dẫn thiết bị với mặt trên của bảng mạch.

Sử dụng bộ tản nhiệt được chỉ định sẽ yêu cầu sử dụng làm mát bằng không khí cưỡng bức (quạt). Nếu bạn định không sử dụng quạt, sẽ cần một bộ tản nhiệt lớn hơn nhiều và bộ khuếch đại nên được gắn với các cánh tản nhiệt theo chiều dọc để tối đa hóa khả năng làm mát bằng đối lưu tự nhiên.

Bảng mạch bao gồm một mảnh vật liệu PCB (bảng mạch in) sợi thủy tinh được phủ 1oz Cu (đồng) mỗi mặt. Tôi đã sử dụng Wainwright để tạo các nút mạch - về cơ bản đây là các bit tự kết dính của vật liệu PCB một mặt đóng hộp, được cắt theo kích thước bằng một cặp dao cắt bên lớn. Một giải pháp thay thế dễ dàng là sử dụng các miếng vật liệu PCB một mặt dày 1.6mm, được cắt theo kích thước và sau đó đóng hộp. Chúng được dán lên mặt đất bằng chất kết dính loại cyanoacrylate (ví dụ: keo siêu dính hoặc Tak-pak  FEC 537-044). Phương pháp xây dựng này dẫn đến mặt trên của PCB là một mặt phẳng nền tuyệt vời. Ngoại lệ duy nhất cho điều này là hai miếng đệm cho cổng và cống của FET. Chúng được tạo ra bằng cách mài cẩn thận lớp đồng trên cùng bằng một con dao sắc, sau đó loại bỏ các mảnh đồng với sự hỗ trợ của một mũi sắt hàn mảnh và dao mổ. Chạy mũi sắt dọc theo miếng đồng bị cô lập làm lỏng keo đủ để Cu bị bong ra bằng dao mổ. Do đó, cánh cổng được tạo ra có thể nhìn thấy rõ ràng trong bức ảnh của các mẫu thử nghiệm

Sau khi tạo khẩu độ trong PCB để đế của thiết bị nguồn có thể ngồi xuyên qua, tôi quấn băng đồng qua khe để nối các mặt phẳng trên và dưới mặt đất. Điều này được thực hiện ở hai nơi, bên dưới các tab nguồn. Băng đồng sau đó được hàn trên và dưới.

Xem bức ảnh cho các vị trí thành phần được đề xuất. Màn hình dọc ở bên phải của vỏ là một miếng vật liệu PCB hai mặt, được hàn vào mặt đất trên cùng ở cả hai mặt. Đây là một nỗ lực để cải thiện khả năng loại bỏ sóng hài cuối cùng, bằng cách giảm sự ghép nối giữa các cuộn cảm tạo thành khớp đầu ra và các cuộn cảm tạo nên LPF. Để thực hiện những công việc hàn này, cần có mỏ hàn 60W trở lên - tốt nhất là loại được kiểm soát nhiệt độ. Bàn ủi này sẽ quá phía trên đối với các thành phần nhỏ hơn, vì vậy cũng sẽ cần một bàn ủi nhỏ hơn.

Như đã đề cập dưới đây, các cuộn cảm LPF được hàn trực tiếp vào thẻ của các tụ điện mạ kim loại.

Đề nghị thô và sẵn sàng thủ tục xây dựng

1. Cắt ra một mảnh của hai mặt vật chất PCB cho bo mạch chủ (khoảng 100 x 85mm)
2. Tạo khẩu độ cho FET, sử dụng một loạt các bài tập và tệp. Sử dụng FET làm mẫu, nếu được yêu cầu, nhưng không thổi phồng nó bằng tĩnh. Hãy chắc chắn rằng bạn sẽ kết thúc với cống ở phía bên phải.
3. Khoan sáu lỗ trong PCB, đây là những tổ chức PCB vào hộp Diecast
4. Đặt PCB trong hộp và sử dụng các lỗ hổng trong PCB để khoan thông qua hộp
5. Tạm thời vít PCB vào hộp
6. Tìm hiểu xem bộ tản nhiệt sẽ đi tới đâu, bên dưới hộp Thiết bị phải hướng về giữa bộ tản nhiệt. Hoặc khoan thêm một số lỗ thông qua toàn bộ lô, và sử dụng lại một số lỗ PCB / hộp hiện có và kéo dài chúng xuống thông qua bộ tản nhiệt. Vặn tạm thời tản nhiệt vào cụm PCB / hộp. Khi bạn nhìn vào phía trên cùng của hộp, bạn sẽ thấy một miếng tản nhiệt được tiết lộ, có cùng kích thước với phần đế của FET.
7. Giàn khoan mình lên một số bảo vệ tĩnh (nếu bạn đã có một thiết bị thổi lên cũ hoặc một thiết bị lưỡng cực trong cùng một gói, bạn sẽ không phải bận tâm với điều này) và thả các thiết bị vào khẩu độ trong hội đồng quản trị.
8. Sử dụng FET để cung cấp cho bạn cung cấp cho các vị trí trung tâm của "lỗ gắn nó
9. Đưa mọi thứ đến từng bit một lần nữa. Tạo hai lỗ trên bộ tản nhiệt cho FET
10. Khoan các lỗ ở hai đầu của hộp cho các kết nối RF và các tụ điện feedthrough
11. Thiếc PCB, trên và dưới, bằng một thanh sắt lớn. Sử dụng lượng hàn vừa đủ để có được bề mặt hoàn thiện mịn nhưng không quá nhiều để tạo ra các vùng hàn nhô lên, đặc biệt là ở phía dưới, vì chúng sẽ ngăn PCB nằm phẳng trên sàn hộp.
12. Tạo ra hai hòn đảo cho cổng FET và cống, như chi tiết trong đoạn trên
13. Băng đồng hàn giữa mặt trên và dưới của PCB bên dưới nơi các tab nguồn sẽ được
14. Tạo ra các hòn đảo PCB, thiếc họ, dính chúng trên PCB sử dụng bức ảnh như một hướng dẫn
15. Tạo và phù hợp với màn hình giữa các bộ khuếch đại và các khu vực LPF
16. Phù hợp với tất cả các thành phần còn lại PCB, với ngoại lệ của FET
17. Phù hợp với PCB vào hộp và tản nhiệt
18. Phù hợp và kết nối và kết nối RF và nguồn cấp dữ liệu thông qua tụ điện
19. Thực hiện các biện pháp phòng ngừa chống tĩnh điện một lần nữa, áp dụng lớp màng mỏng liên tục mỏng nhất có thể của keo truyền nhiệt lên đế của FET. Điều này có thể được thực hiện một cách thuận tiện với một thanh cocktail bằng gỗ
20. Uốn cong 2mm cuối cùng của mỗi dây dẫn của FET. Điều này sẽ làm cho nó dễ dàng hơn để loại bỏ, nếu nhu cầu phát sinh
21. Vặn FET vào bộ tản nhiệt. Quá lỏng, thiết bị sẽ quá nhiệt, quá chặt, bạn sẽ làm biến dạng mặt bích của thiết bị và một lần nữa nó sẽ quá nóng. Nếu bạn đã có tuốc nơ vít, hãy tra cứu mô men xoắn được khuyến nghị và sử dụng nó. 
22. Nếu bạn đã hiểu đúng hướng dẫn, các tab của thiết bị sẽ nằm trên một phần nhỏ so với PCB Hàn FET vào với bàn ủi lớn, đầu tiên là các nguồn, sau đó là cống, cuối cùng là cổng. Bạn có thể phải ngắt kết nối L4 và L5 khi đang lắp FET, nhưng không ngắt kết nối R3 vì điều này cung cấp khả năng bảo vệ tĩnh cho thiết bị.

Sơ đồ

Danh sách các phần

Chú ý

1. Phần số Farnell là để hướng dẫn mà thôi - các bộ phận tương đương khác có thể thay thế.
2. Kim loại tụ phủ là một trong hai Semco Dòng MCM, dòng Unelco J101, Underwood, hoặc Arco MCJ-101 loạt sẵn từ, trong số những nơi khác, RF phần.
3. MRF171A có sẵn từ BFI (Anh) Richardson or RF phần (Mỹ)
4. Arco hoặc xén Sprague có sẵn từ Các khái niệm truyền thông (Mỹ)
5. 18 SWG (đo tiêu chuẩn dây) là đường kính khoảng 1.2mm
6. 22 SWG (đo tiêu chuẩn dây) là đường kính khoảng 0.7mm
7. Để làm cho cuộn cảm - quấn đủ số vòng dây cần thiết làm tròn một đầu có kích thước thích hợp, ban đầu sử dụng một khoảng cách đường kính dây giữa mỗi vòng. Sau đó kéo các lượt ra xa nhau để có được chiều dài cần thiết trong bảng danh sách bộ phận. Cuối cùng kiểm tra giá trị bằng máy phân tích mạng và điều chỉnh cho phù hợp.
8. Các ngoại lệ khoảng cách trên là L4, đó là vết thương gần.
9. Lá đồng có sẵn từ cửa hàng thủ công (được sử dụng trong làm kính màu)
10. A / R = theo yêu cầu

Bức ảnh của Prototype Amplifier

Lưu ý hướng của FET. Dẫn với dấu gạch chéo là cống, và là ở bên phải

---

Low Pass Bộ lọc kiểm tra

Bất kỳ bộ khuếch đại RF điện phải được theo sau bởi một bộ lọc thông thấp (LPF) để giảm giai điệu đến mức có thể chấp nhận được. Mức độ này trong một ứng dụng không có giấy phép là một điểm tranh luận, nhưng khi công suất đầu ra được tăng lên, cần phải chú ý nhiều hơn đến việc triệt tiêu sóng hài. Ví dụ: sóng hài thứ 3 -30dBc trên đơn vị 1W là 1uW, điều này không có khả năng gây ra bất kỳ phiền toái nào, trong khi việc triệt tiêu sóng hài thứ 30 -3dBc trên đầu ra 1KW dẫn đến công suất 1W ở sóng hài thứ ba có khả năng có vấn đề. Vì vậy, đối với tuyệt đối mức độ bức xạ hài hòa trong ví dụ thứ hai là giống như người đầu tiên, bây giờ chúng ta cần phải ngăn chặn sự hài hòa thứ ba của 60dBc.

Trong thiết kế này, tôi đã quyết định thực hiện một bộ lọc thông thấp Chebyshev 7 cực. Chebyshev được chọn làm gợn sóng pha và biên độ trong băng thông không quan trọng, và Chebyshev cung cấp suy giảm dải dừng tốt hơn so với Butterworth. Dải dừng thiết kế được chọn là 113MHz, tạo ra biên độ thực thi 5MHz từ tần số băng thông mong muốn cao nhất ở 108MHz và điểm bắt đầu của băng dừng ở 113MHz. Thông số thiết kế quan trọng tiếp theo là gợn sóng băng thông. Đối với thiết kế tần số đơn, thông thường là chọn gợn sóng băng thông lớn, ví dụ 1dB và điều chỉnh đỉnh của cực đại băng thông cuối cùng đến tần số đầu ra mong muốn. Điều này mang lại sự suy giảm dải dừng tốt nhất vì độ gợn sóng băng thông lớn hơn dẫn đến suy giảm dải dừng nhanh hơn. Một bộ lọc bảy cực có 7 phần tử phản kháng, trong thiết kế này có bốn tụ điện và ba cuộn cảm. Càng nhiều cực, suy hao băng dừng càng tốt, với chi phí là tăng độ phức tạp và suy hao chèn băng thông nhiều hơn. Một số cực lẻ được yêu cầu vì cả trở kháng đầu vào và đầu ra được thiết kế là 50R.

Vì thiết kế này là băng thông rộng, điều này hạn chế độ gợn sóng của băng thông ở một mức độ sao cho sự mất mát trở lại của băng thông không trở nên quá khủng khiếp. Sử dụng tiện ích thiết kế bộ lọc phần mềm chia sẻ Faisyn tuyệt vời (có sẵn từ FaiSyn RF thiết kế phần mềm Trang chủ) cho phép dễ dàng điều tra những sự đánh đổi này và tôi đã giải quyết cho một gợn sóng băng thông là 0.02dB. Chương trình này cũng tính toán các giá trị bộ lọc cho bạn và xuất ra một danh sách ròng ở định dạng phù hợp để nhập vào các trình mô phỏng mạch tuyến tính phổ biến nhất. Với 7 cực, có thể lựa chọn sử dụng 4 tụ điện và 3 cuộn cảm hoặc 3 tụ điện và 4 cuộn cảm. Tôi đã chọn cái trước, với lý do nó dẫn đến ít thành phần hơn. Các giá trị của tụ điện đưa ra từ chương trình faisyn được kiểm tra để kiểm tra xem chúng có gần với giá trị ưu tiên hay không. Nếu chúng nằm giữa các giá trị ưu tiên, các tùy chọn sẽ bao gồm ghép song song hai tụ điện với nhau, điều này làm tăng số lượng linh kiện một cách không cần thiết hoặc tinh chỉnh tần số dải dừng và độ gợn băng thông để có được bộ giá trị mong muốn hơn.

Để thực hiện các bộ lọc, tôi quyết định sử dụng kích thước tiêu chuẩn kim loại dát phủ tụ điện được làm bằng Unelco hoặc Semco. Các cuộn cảm được làm từ dây đồng đóng hộp 18 SWG (tiêu chuẩn đo dây). Theo kinh nghiệm của tôi, có rất ít điều thu được khi sử dụng dây đồng mạ bạc. Các cuộn cảm được tạo thành vòng quanh tâm của một tiêu chuẩn RS or Farnell công cụ tinh chỉnh (FEC 145-507) - cái này có đường kính 0.25 inch, 6.35mm. Nếu không, hãy sử dụng mũi khoan có kích thước phù hợp. Hai cuộn cảm bên ngoài được quấn theo chiều kim đồng hồ, cuộn cảm bên trong được quấn ngược chiều kim đồng hồ. Đây là một nỗ lực để giảm sự ghép nối cảm ứng lẫn nhau giữa các cuộn cảm, điều này có xu hướng làm suy giảm sự suy giảm của dải dừng. Vì lý do tương tự, các cuộn cảm được bố trí ở góc 90 ° với nhau, thay vì tất cả trên một đường thẳng. Các cuộn cảm được hàn trực tiếp vào các mấu của tụ điện phủ kim loại. Điều này giữ cho lỗ ở mức tối thiểu. Một bộ lọc được xây dựng cẩn thận kiểu này có thể thể hiện sự suy giảm chèn băng thông tốt hơn 0.2dB. Đây là kết quả thử nghiệm cho đơn vị nguyên mẫu.

Khi biết các giá trị cần thiết cho cuộn cảm, tôi đã phỏng đoán dựa trên kinh nghiệm về số vòng tôi cần và sau đó sử dụng một máy phân tích mạng RF đã được hiệu chỉnh thích hợp để đo điện cảm của cuộn cảm mà tôi đã tạo. Cho đến nay, đây là cách chính xác nhất để xác định giá trị của điện cảm giá trị nhỏ, vì phép đo có thể được thực hiện ở tần số hoạt động thực tế của bộ lọc. Sau khi đo giá trị và điều chỉnh điện cảm cho phù hợp, bạn sẽ thấy rằng khi bộ lọc hoàn chỉnh được xây dựng, đáng ngạc nhiên là cần phải điều chỉnh rất ít để hoàn thành việc điều chỉnh bộ lọc.

Cách tốt nhất để điều chỉnh bộ lọc này là giảm thiểu tổn thất trả về đầu vào băng thông, sử dụng bộ phân tích mạng. Bằng cách giảm thiểu tổn thất trả về đầu vào, bạn sẽ giảm thiểu suy hao truyền dẫn băng thông và gợn sóng băng thông. Các Khoảng 20MHz biểu đồ cho thấy rằng tôi đã đạt được mức lỗ trả về băng thông là -18dB. Nếu bạn không có máy phân tích mạng, mọi thứ sẽ phức tạp hơn một chút. Nếu bạn chỉ điều chỉnh tần số điểm, hãy thiết lập nguồn điện RF để truyền vào bộ lọc thông qua đồng hồ đo công suất định hướng. Bộ lọc được kết thúc với tải 50R tốt. Bây giờ theo dõi công suất phản xạ trở lại từ bộ lọc và điều chỉnh bộ lọc để giảm thiểu công suất phản xạ. Nếu bạn muốn có hiệu suất băng rộng, bạn sẽ phải thử và làm điều này, giả sử ba tần số, dưới cùng, giữa và trên cùng của băng. Ngoài ra, nếu bạn quản lý để đo các cuộn cảm của mình đủ tốt bằng các phương tiện khác, bạn có thể chỉ cần lắp ráp bộ lọc và để nó ở đó, không cần điều chỉnh thêm.

Sau khi điều chỉnh để giảm thiểu tổn thất trả về băng thông, sự suy giảm của dây dừng sẽ tự xử lý, bạn không nên điều chỉnh vì bạn sẽ làm rối loạn việc mất chèn băng thông. Các Khoảng 200MHz biểu đồ cho thấy tôi quản lý 36dB từ chối ở mức hài thứ 2 là 88MHz, đây là trường hợp xấu nhất. Đề cập đến Khoảng 600MHz đồ thị cho thấy hòa 3rd của 88MHz bị đàn áp bởi-55dB, và các đơn đặt hàng cao hơn số tiền lớn hơn này.

Kiểm tra bộ khuếch đại

Tôi đã sử dụng máy phân tích mạng HP 8714C để điều chỉnh bộ khuếch đại này. Nếu không có quyền truy cập vào máy phân tích mạng, bạn phải cực kỳ sáng tạo để điều chỉnh hiệu suất băng thông rộng. Sau khi điều chỉnh LPF, công việc tiếp theo là thiết lập độ lệch FET. Làm điều này với một máy phân tích phổ được kết nối với đầu ra (thông qua một số tiền thích hợp của sự suy giảm, ít nhất là 40dB) để theo dõi các dao động giả. Kết nối tải 50R tốt với đầu vào và kết nối PSU (bộ cấp nguồn) ổn định với giới hạn dòng điện được đặt thành 200mA.

Đặt tất cả các tông đơ ở giữa phạm vi của chúng. Với tông đơ gốm thu nhỏ được chỉ định, khi hình bán nguyệt trên tấm trên cùng của tông đơ hoàn toàn thẳng hàng với mặt phẳng trên thân tông đơ thì tông đơ ở điện dung tối đa. Xoay 180 ° từ đây để có điện dung tối thiểu. Đặt R1 cho điện áp nhỏ nhất (thử nghiệm trước khi bạn lắp FET nếu bạn không biết đây là cách nào). Tăng từ từ điện áp nguồn từ 0V đến + 28V. Dòng điện duy nhất được lấy bởi mạch phân cực, khoảng 14mA. Bây giờ điều chỉnh R1 để thêm 100mA vào hình đó. Không được có các bước đột ngột trong dòng điện lấy từ PSU. Nếu có, bộ khuếch đại gần như chắc chắn đang dao động.

Nếu tất cả đều ổn, hãy tắt. Hiệu chỉnh máy phân tích mạng. Trên HP 8714C cho ứng dụng này, tôi chuẩn hóa S11 thành mạch hở và thực hiện hiệu chuẩn thông qua trên S21 với mức suy giảm 40dB thẳng hàng. Rõ ràng là các bộ suy hao được sử dụng phải được đánh giá cho ít nhất 50W RF ở tần số VHF.

Bây giờ cuộc sống trở nên hơi phức tạp. Thông thường, tôi khuyên bạn nên xem qua bộ khuếch đại và kết hợp LPF, nhưng vì điểm ngắt LPF chỉ cao hơn 5MHz trên băng thông mong muốn của bộ khuếch đại, nên không thể nhìn thấy hình dạng phản hồi của bộ khuếch đại nếu điều này xảy ra là băng thông lên từ 108MHz . Vì lý do này, tôi đã thực hiện điều chỉnh bộ khuếch đại ban đầu với LPF bỏ qua, cho phép tôi đặt khoảng phân tích mạng đủ rộng để xem phản hồi của bộ khuếch đại ở đâu.

Với 0dBm của ổ đĩa, chỉnh đi để có được khoảng 15dB của được và tốt hơn so với 10dB của mất mát trở lại trên 88 để 108 MHz (nhỏ âm mưu tăng tín hiệu, Pin = 0 dBm). Bây giờ chuyển ổ đĩa đến bộ khuếch đại, sao lưu giới hạn hiện tại một cách thích hợp. Bạn sẽ nhận thấy rằng khi bạn tăng ổ đĩa RF, mức tăng sẽ tăng và tổn thất đầu vào sẽ được cải thiện. Hành vi này là hậu quả của việc thiên vị FET tương đối nhẹ. Bạn có thể thiên vị đối với FET, và thiên vị nó ở 0.5A, điều này sẽ mang lại cho bạn nhiều lợi ích hơn ở các mức ổ đĩa thấp hơn. Đối với các ứng dụng thông thường, tôi khuyên bạn nên sử dụng độ thiên vị thấp hơn. Độ chệch cao ở mức đầu ra nhỏ sẽ làm giảm hiệu suất từ ​​DC thành RF.

Bây giờ bạn sẽ cần quạt làm mát bộ khuếch đại, trừ khi bạn đã lắp nó với một bộ tản nhiệt lớn. Với HP 8714C, bạn có thể nhận được năng lượng nguồn + 20dBm (đó là những gì nó nói trên màn hình, nó thực sự ít hơn thế) (tín hiệu trung bình âm mưu đạt được, Pin = + 20 dBm). Với mức ổ đĩa này, giờ đây bạn có thể điều chỉnh mức tăng 18 đến 20dB và trả lại tổn thất tốt hơn 15dB. Tại thời điểm này, tôi sẽ kết nối lại LPF và thu hẹp dải phân tích mạng xuống 20MHz tập trung vào 98MHz. Điều khiển bộ khuếch đại trên 108MHz ở công suất vào LPF chắc chắn không được khuyến khích. Trước khi bạn quá lo lắng, hãy chuyển sang CW (tốt nhất nên kéo dài quá trình quét quét đến vài giây trên CW để tránh bị nhầm lẫn bởi máy phân tích quét ngược) và xem kết quả đầu ra trên máy phân tích phổ. Đầu ra phải sạch như tuyết được điều khiển, hãy nhớ kiểm tra đầu ra ở tần số mà bạn kích thích bộ khuếch đại, nếu không, bạn sẽ nhìn vào một dao động trong dải khủng khiếp.

Để điều chỉnh độ phẳng công suất cuối cùng, vì tôi đã có quyền truy cập vào phòng thí nghiệm RF thông minh với mọi thứ bạn có thể yêu cầu (dù sao thì cũng có thể yêu cầu thiết bị thử nghiệm), tôi đã sử dụng bộ khuếch đại băng rộng Mini-Circuits ZHL-42W để tăng đầu ra của bộ phân tích mạng để kích tôi để điều chỉnh đáp ứng độ lợi của bộ khuếch đại bằng phẳng ở công suất đầu ra đầy đủ. Đồ thị độ lợi cuối cùng được thực hiện bằng cách đặt công suất nguồn một cách thích hợp, sau đó thực hiện hiệu chuẩn thông qua bộ khuếch đại Mini-Circuits và các bộ suy hao công suất trong dòng. Điều này cho phép tôi vẽ sơ đồ lợi ích của bộ khuếch đại công suất. Sau đó, tôi chuyển sang quét chậm và sử dụng đồng hồ đo công suất RF đã hiệu chỉnh để đo chính xác công suất đầu ra RF. Biết chính xác công suất đầu ra RF và độ lợi cho phép tôi tính toán công suất đầu vào cho bộ khuếch đại công suất. Biểu đồ này cho thấy mức tăng công suất là bóng dưới 20dB và bằng phẳng khoảng 0.3dB trên toàn dải (lớn âm mưu tăng tín hiệu, Pin = + 26.8 dBm). Cùng với việc điều chỉnh độ phẳng, nên kiểm tra hiệu quả. Tôi đã quản lý tối thiểu 60% ở 88MHz ở công suất 40W, cải thiện với công suất đầu ra cao hơn. Tôi muốn nói rằng hiệu quả tốt quan trọng hơn độ phẳng tốt. Theo quan điểm của người nghe, sự khác biệt giữa công suất 35W và 45W là không đáng kể, nhưng chạy công suất thấp hơn với hiệu suất tốt có nghĩa là FET sẽ chạy mát hơn, bền hơn và có khả năng chống lại các điều kiện lỗi như VSWR cao.

Cuối cùng bạn chọn công suất đầu ra nào là tùy thuộc vào bạn, MRF171A sẽ vui vẻ chạy ít nhất 45W và có thể nhiều hơn nữa, mặc dù tôi không khuyến khích. Khoảng 40 đến 45W là nhiều - xem Làm thế nào để Giữ cuối cùng thiết bị RF Power của bạn Alive để biết thêm thông tin chi tiết.

Kết quả khuếch đại

Không có hài nào có thể đo được ở đầu ra của bộ khuếch đại xuống đến tầng nhiễu -70dBc. Điều này được mong đợi, vì một cuộc điều tra nhanh cho thấy các sóng hài thô của bộ khuếch đại trước LPF vào khoảng -40dBc. Bộ lọc đã được chứng minh là có khả năng triệt tiêu sóng hài bậc 2 tối thiểu là -35dBc. Không có đầu ra giả nào được nhìn thấy.

Không có phép đo chính thức nào được thực hiện với các VSWR đầu ra kém. Tôi đã vô tình chạy bộ khuếch đại hết công suất vào một mạch hở trong vài giây, và nó không nổ. Sử dụng PSU với giới hạn dòng điện được thiết lập cẩn thận sẽ giúp ngăn bộ khuếch đại làm bất cứ điều gì ngu ngốc trong những điều kiện này.

---

Các Ứng Dụng

Như một ví dụ về một ứng dụng cho bộ khuếch đại này tôi sử dụng Phát sóng Kho 1W FM LCD PLL Exciter để điều khiển bộ khuếch đại băng thông rộng 40W. Để tránh sửa đổi đơn vị Broadcast Warehouse, tôi đã sử dụng tấm đệm BNC 3dB trong phòng thí nghiệm giữa bộ kích từ và bộ khuếch đại công suất, để cung cấp mức truyền động phù hợp cho bộ khuếch đại. Máy kích thích được lập trình cho ba tần số khác nhau, tại mỗi tần số, công suất đầu ra và mức tiêu thụ dòng điện được đo, cho phép tính hiệu suất từ ​​DC đến RF.

Cung cấp điện Amplifier điện áp = 28V
Cung cấp kích thích điện áp = 14.0V, Exciter tiêu thụ hiện nay = 200 mA xấp xỉ.

Máy kích thích Broadcast Warehouse kết hợp một cơ sở ngắt RF không khóa, được sử dụng trong quá trình lập trình lại PLL để RF không được tạo ra cho đến khi khóa tần số được lấy lại. Khi ngắt RF của bộ kích thích hoạt động, đầu ra của bộ khuếch đại cũng bị giảm tương tự - tức là bộ khuếch đại vẫn ổn định.

---

Kết luận

Tôi đã chứng minh một bộ khuếch đại băng rộng, một khi đã được điều chỉnh, không cần điều chỉnh gì thêm để phủ được băng tần phát sóng FM 87.5 đến 108MHz. Thiết kế sử dụng MOSFET hiện đại cung cấp mức khuếch đại gần 20dB với một giai đoạn duy nhất, có hiệu suất DC đến RF tốt, số lượng thành phần thấp và dễ chế tạo. Chi phí các bộ phận không được vượt quá £ 50, FET được sử dụng trong nguyên mẫu có giá dưới £ 25

Nếu bộ khuếch đại này được sử dụng với một kích thích băng thông rộng và trên không, sự kết hợp kết quả cho phép người dùng chuyển đổi tần số truyền theo ý muốn không có điều chỉnh cần thiết nào trong chuỗi truyền.

Bộ khuếch đại đòi hỏi một mức độ công bằng kinh nghiệm năng lượng RF để điều chỉnh và tiếp cận với thiết bị kiểm tra chuyên nghiệp RF

---

Công việc tương lai

• Xây dựng đơn vị bổ sung để đánh giá độ lặp lại
• Thiết kế bảng mạch in
• Cải thiện sự ổn định trong điều kiện đầu vào không phù hợp xấu
• Giảm số lượng thành phần biến
• Điều tra khác nhau FET thiên vị hiện tại để sửa đổi được khuếch đại

 

---

Đóng góp

Góp của Độc đáo Điện tử (Woody và Alpy)
"Đây là PCB cho MRF171A, 45 watt mosfet, trên trang của bạn.
Tệp có định dạng bmp. Sử dụng phim laser và máy in laser, nó sẽ in theo kích thước. "

MRF171A_1_colour.bmp (14 kb)

sản phẩm khác của chúng tôi:

Hệ thống chống sét chuyên nghiệp cho Tower	Gói thiết bị đài FM chuyên nghiệp	Máy phát FM FMUSER FU-1000C 1000W với giao diện đầu vào âm thanh USB
Gói phát sóng FM FMUSER 200W	Giải pháp IPTV khách sạn	Máy phát sóng vô tuyến FM FMUSER FSN-1000T V5.0 1KW