Introducere
Era amplificatoarelor de putere pentru
unde scurte cu tuburi construite de radioamatori a apus. Azi radioamatorii
construiesc amplificatoare de putere cu tranzistoare special concepute pentru
aceste aplicații. Tranzistoarele utilizate sunt de tip bipolar, mosfet
și LDMOS. Puterea obținută poate depăși lejer 1KW în
cazul tranzistoarelor LDMOS.
Astfel de amplificatoare de firmă
au prețuri foarte mari pentru bugetul unui radioamator. Mulți
radioamatori și nu numai, împărtășesc din experiența
lor, ba chiar construiesc module care să ajute radioamatorul de rând
să construiască un astfel de amplificator. Pe internet găsim
numeroase oferte. Am abordat construcția unui astfel de amplificator în
2019. Rezultatul a fost excelent. Prețul se încadrează intre 40%
și 50% din prețul unuia de firmă
Construcție liniar
Am achiziționat de pe eBay un kit
complet (FULL KIT AMPLIFIER 1200W 1.8-54MHz LDMOS LPF BLF188XR WITH PROTECTOR).
Kit-ul conține cinci module: 1.
Modul intrare și protecție, 2. Modul Rx/Tx cu Tandem match, 3. Modul
LPF -filtre de bandă 160m – 6m, 4. Modul SWR și Power-meter, 5.
Modulul amplificator de putere împreună cu tranzistorul BLF188XR și
placa de cupru pentru rdiator (150x100x10mm).
După studiul schemelor și
înțelegerea modului de conexiune a modulelor am trecut la proiectarea
șasiului. Am decis să îl realizez din cornier de aluminiu 20x20mm.
După găsirea unei soluții convenabile de amplasare a modulelor a
urmat găsirea unei soluții de răcire eficientă și
silențioasă. Pentru un gabarit cât mai mic soluția unui tunel de
răcire cu un ventilator care împinge aerul în tunel și unul care
absoarbe aerul din tunel mi s-a părut cea mai eficientă. Am utilizat
ventilatoare speciale cu rulmenți pe baza de fluid magnetic și
control termic al turatiei. În fotografiile de aici puteti vedea mai multe
detalii. http://yo2bof.ro
/Liniar/Constructie/index.html
Foto
1 Foto
2
Un dezavantaj al schemei era comutarea
manuală a filtrelor de bandă. În cazul în care uitai să
comuți filtrul de bandă liniarul intra în protecție iar timpul
de revenire de circa 90s era supărător. Pentru a înlătura acest
neajuns am realizat un montaj de selecție a filtrelor de bandă
automat pe baza tensiunilor furnizate de Icom 7300 la conectorul ACC. In final
motajul bazat pe Arduino uno putea sesiza controlul manual sau automat ,
afișa banda de lucrul manual sau automat în funcție de modul de
lucru, indica temperatura radiatorului de cupru. Am utilizat un afișaj
oled de dimensiuni mici.
Foto
3 Foto 4
Un demo din faza de test se poate urmări aici: http://yo2bof.ro/Liniar/Decoder/index.html
Un scurt album foto se poate vedea aici: http://yo2bof.ro/Liniar/Decoder_foto/index.html
Aplificatorul este alimentat de la o
sursă externă de 50V capabilă să debiteze 35-40A. Restul
electronicii este alimentat de la o sursă stabiliztă de 12V / 3A
plasată în cutia amplificatorului.
Finalizat, amplificatorul a fost
așezat la locul cuvenit oferindu-mi multe satisfacții. Randamentul
amplificatorului este cuprins între 65% și 75% , puterea de ieșire
între 925W și 1200W în funcție de banda. La adresa: http://yo2bof.ro/Liniar/Power_1/index.html
puteți urmări un scurt demo.
Scheme, software decoder, cablaje
pentru decoder și sfaturi puteți obține de la autor scriind un
email la profdragan@yahoo.com
Acestă realizare este un exemplu
de control software minimalist (doar schimbarea automată a filtrelor de
bandă). În anii care au urmat am gasit pe Internet descrieri mai mult sau
mai puțin complete a implementarii software în cadrul amplificatoarelor cu
LDMOS. Deși la început am avut intenția de a modifica amplificatorul
pe care îl aveam atunci când lucrurile mi-au fost mai clare am ales să
construiesc unul nou. Câteva montaje de controler pentru amplificatoare liniare
cu LDMOS mi-au atras atenția. O documentație interesantă este
cea a lui DJ0ABR. Este foarte completă dar puțin cam scumpă.
O găsiți aici: https://projects.dj0abr.de/doku.php?id=en:dsp7:dsp7_overview
O altă documentație interesantă este pe sit-ul lui VK3AMP https://www.vk-amps.com/collections/home-page
Montaje executate impecabil, bănuiesc că și
funcționează perfect. Prețul uni kit nu mai justifică
achiziția la nivel de radioamator. Găsiți decodere de bandă
pentru Yaesu, Elekcaft etc. O documentație interesantă dar puțin
cam stufoasă este cea a lui S21RC pe care o găsiți aici: https://github.com/s21rc/Arduino-LDMOS-SSPA-Controller
A publicat numeroase videoclipuri pe Youtube.
La solicitarea lui YO8CYN de al ajuta la
finalizarea unui amplificator liniar am descoperit controlerul realizat de
RZ1ZR. Pe situl său găsiți o serie de oferte www.rz1zr.ru După circa două
săptămâni am reușit testarea în întregime a controlerului pentru
liniarul de 600W al lui Mihai. Rezultatul a fost unul excelent, lucru care m-a
mobilizat la realizarea unui nou amplificator.
Foto 5
Calitatea modulelor RF, precum și
funcționarea impecabilă, ma îndemnat să cercetez mai
amănunțit oferta de la https://www.dxworld-e.com/
Am ales un modul amplificator de 1200W
HF/6m https://www.dxworld-e.com/product-page/4x-mrf300-ldmos-1200w-hf-6m-linear-amplifier-160-6m-board,
un modul LPF cu 5 poli https://www.dxworld-e.com/product-page/hf-lpf-filters-160-6m-1500w,
un modul TX-RX switch https://www.dxworld-e.com/product-page/auto-rx-tx-switch-1-80mhz-1200w
și un modul SWR PWR Tandem match https://www.dxworld-e.com/product-page/swr-pwr-tandem-match1-5-54mhz-2500w
Tranzistoarele MHT1803 testate pe amplificatorul de 600W se comportă
excelent fiind în opinia mea mai bune ca MRF300 care sunt dublu ca preț.
Modulul amplificator utilizează 2xMHT1803A și 2xMHT1803B prețul
tranzistoarelor fiind foarte convenabil (vezi https://ro.mouser.com/c/?series=MHT1803)
Așa cum m-am așteptat coletul a
ajuns în o săptămână, neavând ce reproșa construcției
modulelor.
Am contactat pe Alexander RZ1ZR și
am solicitat software-ul pentru liniar de 1200W.
Display-ul de 7 inch l-am
achiziționat de la Emag
https://www.emag.ro/ecran-nextion-intelligent-nx8048p070-011r-iteadstudio-7-inch-800x480-compatibil-cu-raspberry-pi-arduino-rosu-im190402003/pd/DYL8PQMBM/
Pe baza experienței acumulate am
decis realizarea fizică a controlerului cu tot ce este necesar pentru buna
funcționare a amplificatorului. Pentru proiectare am utilizat software-ul
Sprint-Layout6.0
Inspirat de VK3AMP am conceput un PCB
care să poată fi fixat pe spatele monitorului. La elementele de
bază a schemelor de la RZ1ZR, am adăugat trei surse DC-DC (50V la
12V, 12V la 9V, 9V la 5V necesare în montaj precum si circutul de protecție
cu BTS50085-1TMB (https://www.tme.eu/ro/details/bts50080-1tmb/power-switches-circuite-integrate/infineon-technologies/?gclid=Cj0KCQjw0vWnBhC6ARIsAJpJM6cn5HvzXsHXy_QrccA7wcRH7buLhSqxxXuzKVK-xiPTYd7M7bBvP30aAkAeEALw_wcB)
Alexander a fost foarte promt și
după relizarea foto a PCB-ului am început primele teste ale controlerului.
Modulele Arduino Nano (compatibile) pe care le-am găsit in YO s-au dovedit
a fi doar compatibile nu și performante. Am decis achiziționarea unui
modul Arduino Nano de la producător (https://store.arduino.cc/products/arduino-nano).
Acum când scriu aceste rânduri consider ca alegerea a fost foarte bună
chiar dacă modulul este de 5 ori mai scump.
Ieșirile de la controlerul lui RZ1ZR
pun la masă linia când sunt active (așa funcționează
LPF-urile rusești). Modulele de la dxworld-e sunt active la +12V. Pentru a
inversa comenzile am utilizat relee reed miniatură pe care le gasiți
aici: https://www.tme.eu/ro/details/3570.1331.121/relee-electromagnetice-reed/comus/
Controlerul livrează o tensiune de
5V la emisie pentru Bias. Modulul de putere necesită +12V la Bias. Chiar
dacă tensiunea reală de Bias este +5V, stabilizatorul 12V la 5V
realizează o protecție termică a tranzistoarelor printr-o
diodă conectată termic la tranzistoare. In această situație
am adăugat controlerului un circuit suplimentar care prin optocuplor
deschide sau închide tranzistorul BDX54B și alimentează finalul cu
tensiunea de Bias de 12V.
MHT1803 necesită un curent de repaus
de 250mA (spre deosebire de MRF300 care lucrează cu 200mA). Controlerul
are în meniul de service un buton care trece Bias-ul pe on și puteți
regla curentul de repaus al tranzistoarelor. Manevra este simplă.
Puneți în prealabil toate semireglabilele pe zero și ajustați
curentul din 250mA în 250mA pe rând pentru fiecare tranzistor până la 1A
curent de repaus total.
Sistemul de răcire la acest
amplificator s-a realizat pe un radiator de 240x200x60mm suflat de 3
ventilatoare fixate elastic (pe pernă de burete - pentru micșorarea
transmisiei vibrațiilor ). Electric ele sunt alimentate la 6V , prin
comanda controlerului la depășirea temperaturii de 45 grade sunt
alimentate la tensiunea normală de 12V. Pentru micșorarea zgomotului
ventilatoarele se montează la minim 2cm de radiator, adică într-un
mini tunel. Între montaj și radiatorul de aluminiu am montat o placă
de Cu cu grosimea de 2mm pentru o dispersie mai bună a căldurii.
Pentru fixarea display-ului am utilizat o
mască realizată la imprimanta 3D pe care s-au înscris parametri
amplificatorului. În final amplificatorul arată așa:
Foto 6
Șasiul amplificatorului a fost
realizat din țeavă pătrată de aluminiu cu dimensiunea
10x10mm și grosimea peretelui de 1mm. Montarea s-a făcut pe tripozi
de 8mm. Tripozi au fost realizati la imprimanta 3D. Pentru întărirea
ansamblului și fixarea diferitelor module s-a utilizat cablaj de
sticlotextolit de 1,5mm grosime (frontal, baza, suport conectică etc.)
Capacul aparatului a fost realizat din tablă de aluminiu
găurită, asigurându-se astfel o ventilație suficientă.
Amplificatorul a fost realizat în
două luni, iulie și august 2023. Aspecte din interiorul aparatului
precum și din timpul construcției aici: http://yo2bof.ro/Liniar/Amplificator/index.html
Controlul software
Controlul software al amplificatorului
s-a dovedit foarte eficace. În cele de mai jos voi prezenta o listă a
capabilităților software-ului lui Alexander RZ1ZR.
v Protectie
la suprasarcina.
v Limitarea
curentului.
v Protecție
la scurtcircuit.
v Protecție
împotriva temperaturii excesive a radiatorului. Dacă temperatura
radiatorului depașește un prag stabilit din setări
ventilatoarele cresc automat debitul aerului prin radiator.
v Protectie
de supravoltaj.
v Feedback
de diagnosticare cu sens de curent de sarcină.
v Tensiune
de lucru 5 – 58 VDC.
v Curent
de lucru 44 A max.
v Rezistență
directă 7,2 mΩ.
v Protecție
SWR pentru a deconecta amplificatorul de la sursa de alimentare dacă SWR
crește mai mult decât este prestabilit. Nivelul poate fi variat de
utilizator din setări.
v Citirea
tensiunii de undă directă și reflectată furnizate de un
tandem macth pentru a determina SWR-ul independent de nivelul de putere.
v Protecția
nivelului de putere de ieșire pentru a deconecta amplificatorul dacă
puterea de ieșire este mai mare decât nivelul prestabilit. Acest nivel
poate fi reglat de la 150W până la 1500 W.
v Protecție
de curent DC pentru a deconecta amplificatorul dacă consumul de curent
este mai mare decât nivelul prestabilit. Reglare fină a pragului de la 20
până la 40 A.
v Timp de
oprire de până la 30 de microsecunde, pentru a proteja amplificatorul în
caz de urgență.
v Protecție
la alegerea greșită a LPF-ului. Corelează puterea de ieșire
cu curentul consumat. Dacă la un curent mai mare de 5A puterea de
ieșire este mai mică de 50W amplificatorul este deconectat.
Această funcție de
protecție la alegerea greșită a LPF-ului este foarte
importantă. La prima variantă de amplificator prin pătrunderea
radiofrecvenței în circuitul de selecție a benzii, acesta nu a
comutat corect LPF-ul, cumulat cu faptul că protecția prin tandem
match nu a funcționat corect, indestructibilul BLF188XR a
cedat. Paguba a fost semnificativă având în vedere prețul
tranzistorului. Neajunsul a fost înlăturat prin decuplarea și
ecranarea corespunzătoare a circuitului de selecție a benzii,
respectiv prin reglarea atentă a celui de al doi-lea tandem match destinat
acestei protecții.
Asigurarea funcțiilor prezentate mai sus este
posibilă prin măsurarea unor parametrii electrici cu ajutorul
porturilor analog-digitale ale microcontrolerului Atmega 328 cu care este
înzestrat Arduino uno. Măsurarea acestor parametri s-a dovedit foarte
precisă. Frecvența de 16MHz la care lucrează microcontrolerul
este suficientă pentru un timp de răspuns rapid din partea
programului. Aici este meritul lui Alexander RZ1ZR, care a elaborat un firmware
excellent.
Softul permite funcția Bypass, foarte
utilă atunci cand dorești scoaterea temporară din funcție.
De exemplu pentru acordul antenei. Există ieșiri de comutare pentru
trei antene, fie la nivel de linear fie extern. În ecranul de setări,
oricărei benzi i se poate asocia una din cele trei antene.
Tot în ecranul de setări se pot stabili:
luminozitatea ecranului, activarea funcției sound a display-ului (intrând
astfel în funcțiune avertizarea acustică – la eroare), unitatea de
măsură a temperaturii Celsius / Fahrenheit, regimul de lucru manual
/ automat (decodare Icom).
Un al treilea ecran de setări expert denumit
Settings windows, vă permite setarea parametrilor în care doriți
să funcționeze interfața software. Corelarea acestor parametrii
cu hardware-ul pe care îl aveți este foarte importantă de aceea
sunteți atenționați printr-un mesaj de avertizare.
În cazul unui avarii sunteți avertizați
de un mesaj de eroare (și sonor dacă este cazul) , amplificatorul
fiind deconectat. Ieșirea din această stare se face instant cu
butonul RESET.
Proiectarea cablajului PCB s-a realizat cu softul
Sprint-Layout 6.0. Realizarea practică s-a făcut prin metoda foto. A
rezultat un montaj home made care funcționează foarte bine. O parte
din cele explicate mai sus se pot vedea aici : http://yo2bof.ro/Liniar/Controler/index.html
Foto 7
Rezultate
Funcționare excelentă.
Randamentul este cuprins între 70% și 90%. Protecțiile
reacționează foarte rapid și promt. Liniaritatea este mai
bună ca la primul amplificator. Puterea de ieșire
depășește lejer 1000W în toate benzile (inclusiv în 6m – aici nu
am testat decât pe sarcina artificială, nemaiavând în prezent
instalată antenă pentru 6m).
La adresa: http://yo2bof.ro/Liniar/Power_2/index.html
puteți urmări un scurt demo.
Evident noul amplificator și-a
câștigat locul bine meritat, înlocuindu-l pe cel din 2019
Foto 8
73! de la YO2BOF op. Adi
- prof. Aliodor Drăgan YO2BOF
-