Wzmacniacz KF 80m-15m 25W na jednym IRF510

Zaintrygował mnie projekt prostego i taniego (ale obiecującego) wzmacniacza KF, zaprojektowanego i przetestowanego przez kolegę Guy’a ON6MU:

 hf_5-band_mosfet_amplifier_schematic_on6mu

Opisany wzmacniacz wykorzystuje tylko jeden popularny i tani tranzystor N-MOSFET typu IRF510, zapewniając przy tym około 25W mocy wyjściowej (na obciążeniu 50Ω) przy napięciu zasilania 24V i max. mocy sterującej około 2,5W. Wg autora, jest to osiągane na większości pasm KF : 80, 40, 30, 20 i 17m:

hf_5-band_mosfet_amplifier_graph2

hf_5-band_mosfet_amplifier_graph1

Zmontowany układ, który opracował i przetestował autor projektu, wygląda następująco:

hf_5-band_mosfet_amplifier_1_on6mu

hf_5-band_mosfet_amplifier_2_on6mu

hf_5-band_mosfet_amplifier_3_on6mu

Więcej informacji na temat tego projektu można znaleźć na stronie WWW Guy’a ON6MU.

Projekt wykorzystuje dość proste rozwiązania układowe, przypominające układy wzmacniaczy z pojedynczymi lampami. Rzuca się też w oczy proste obciążenie dławikowe w drenie tranzystora MOSFET, jednak autor projektu wyraźnie zaznaczył to, że znacznie lepsze byłoby obciążenie transformatorowe (trafem 1:4), zgrabnie rozwiązujące problem konieczności dopasowania impedancji wyjściowej obwodu drenu tranzystora do obciążenia antenowego 50Ω.

Mnie osobiście jednak najbardziej zaintrygowało to, że pomimo nienajlepszych własności popularnego tranzystora przełączającego IRF510 na pasmach KF powyżej 40m, daje się go z powodzeniem wykorzystać do uzyskania całkiem atrakcyjnej mocy wyjściowej 25W (zwłaszcza w niewielkich urządzeniach przenośnych – terenowych) – także na wyższych pasmach KF. Zwłaszcza w prostej konfiguracji z jednym tylko tranzystorem, pracującym w klasie „B” (z niewielkim prądem wstępnym).

Kluczami do rozwiązania tej zagadki są:

  • napięcie zasilania, podwyższone do Uz=24V,

  • odpowiednio mocniejsze prądowe wysterowanie bramki tranzystora IRF510 na wyższych pasmach KF.

Pierwsze z tych założeń projektowych daje znacznie lepsze warunki pracy tranzystora MOSFET: z mniejszymi pojemnościami pasożytniczymi oraz w rejonach charakterystyk drenowych dalszych od obszaru nasycenia. Przekłada się to na bardziej liniową pracę tranzystora oraz większe jego wzmocnienie. Drugie z założeń owocuje tym, że kompensowany jest spadek wzmocnienia (wraz z rosną częstotliwością) poprzez odpowiednio szybsze przeładowywanie (ładowanie i rozładowywanie) bramki IRF-a.

Popularnym i skutecznym rozwiązaniem problemu sterowania tranzystora MOSFET coraz większymi prądami na wyższych pasmach jest zastosowanie dynamicznego układu drivera, którego wzmocnienie rosłoby wraz ze wzrostem częstotliwości (kompensacja częstotliwościowa) – chyba znane z projektu TRX-a „QRP+”. Z kolei w podanym jako przykład projekcie Guy’a ON6MU efekt korekty mocy wyjściowej wraz z rosnącą częstotliwością przenoszonego sygnału osiągnięto w sposób chyba najprostszy z możliwych, choć raczej niezbyt komfortowy: poprzez regulację sterującej mocy wejściowej Pin i/lub jej tłumienia na wejściu układu. Ciekawą alternatywą dla obu podanych rozwiązań może być pracujący szerokopasmowo driver (stopień sterujący) o odpowiednio małej impedancji wyjściowej, zapewniającej tak samo dobre wysterowanie (czytaj: odpowiednio dużymi prądami) bramki tranzystora MOSFET – także na wyższych pasmach KF. 

Co prawda tranzystory polowe są niewątpliwie sterowane napięciem (potencjałem) bramki Vg, to jednak do jego zmiany konieczne jest przeładowanie zgromadzonego w pojemnościach bramki „G” (do źródła, drenu i podłoża) ładunku Qg, który w przypadku tranzystora IRF-510 wynosi 8,2 nC (dane z karty katalogowej). Przyjmując szacunkowo, że tyle ładunku należy przeładować przez 1/2 okresu T sygnału sterującego z drivera, można wyliczyć przybliżone (orientacyjne) średnie prądy przeładowania bramki Ig, potrzebne do tego celu moce sterowania Pg oraz uzyskiwane w takich przypadkach wzmocnienia mocy Gp:

PA_HF_single_IRF510_A

Obliczenia wykonano przy założeniu, że zmiana potencjału bramki między skrajnymi punktami wysterowania wynosi około ΔVg=12V, przy zasilaniu układu napięciem Uz=24V i oczekiwanej mocy wyjściowej 25W. Wyniki nieźle zgadzają się z obserwacjami autora dyskutowanego projektu: deklarowana moc Pg, potrzebna do wysterowania wzmacniacza, to około 1..2W – aż do pasma 17m. Natomiast powyżej tego pasma (15m, 10m) do wysterowania omawianego wzmacniacza potrzebne są oczywiście odpowiednio większe moce i transformator na niskie impedancje, by dawało się uzyskać znaczne prądy sterowania bramki. Niestety, zastosowanie prostego transformatora obniżającego impedancję wysterowania, nie jest tutaj zadowalającym rozwiązaniem, ponieważ taka transformacja sygnału sterującego spowoduje co prawda wzrost prądu sterowania Ig, ale też i proporcjonalnie zmniejszy napięcie sterujące Vg.

 

Nasuwają się w tym momencie dwa zasadnicze pytania:

  • Czy możliwe jest uzyskanie w prosty sposób wysterowania takiego jednotranzystorowego wzmacniacza (z IRF-510) na 24V/25W dla pasm od 80m do co najmniej 20m?

  • Czy warto koncentrować się na takim rozwiązaniu, mając do dyspozycji inne możliwości?

Aby odpowiedzieć na te pytania, należy przeprowadzić rzetelną analizę „ZA” i „PRZECIW”.

 

Ciąg dalszy nastąpi wkrótce …

 

Adam SQ5RWQ

sq5rwq@gmail.com

2 thoughts on “Wzmacniacz KF 80m-15m 25W na jednym IRF510

  1. Pingback: SQ5RWQ.PL | Dwumodułowy generator-wobulator DDS z AD9850 AVT5580

  2. Pingback: SQ5RWQ.PL | Prosta sonda logarytmiczna AVT-1962

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *