Broadband ενισχυτής FM - 50W

50w_broadband_amplifier_fm_broadcast_photo_1
50w_broadband_amplifier_fm_broadcast_photo_150w_broadband_amplifier_fm_broadcast_photo_350w_broadband_amplifier_fm_broadcast_photo_2_1179285529
4.75 5 4 Product


Ο γραμμικός ενισχυτής 50W για τα Fm που παρουσιάζουμε εδώ δεν απαιτεί κανένα συντονισμό. Πρόκειται για έναν ενισχυτή ραδιοφωνικού σήματος (RF) που αποδίδει το ίδιο καλά σε ολόκληρη τη μπάντα των Fm από τους 87.5 έως του 108 μεγακύκλους (MHz). Υπό κανονικές συνθήκες η ισχύς εξόδου του ενισχυτή είναι 50W, ωστόσο η μέγιστη ισχύς υπό ορισμένες συνθήκες μπορεί να φθάσει έως και τα 80W. Ο γραμμικός (linear) ενισχυτής ραδιοφωνικού σήματος βασίζεται στο MOSFET ισχύος MRF173 που έχει σχεδιαστεί για εφαρμογές ευρέος φάσματος (broadband) σε εμπορικές και στρατιωτικές εφαρμογές για συχνότητες έως και 200MHz.

Ο ενισχυτής σχεδιάστηκε βάσει τεχνολογίας micro-strip (γραμμές μικροταινίας), έχει ενσωματωμένο φίλτρο αρμονικών (low pass filter) και διαθέτει κατευθυντικό ζεύκτη για ταυτόχρονη παρακολούθηση της οδεύουσας και της επιστρεφόμενης ισχύος στην έξοδο. Ο κατευθυντικός ζεύκτης (directional coupler) διαθέτει δύο εξόδους. Στη μία από αυτές εμφανίζεται μία τάση που είναι ανάλογη της ισχύος εξόδου (Forward) και στην άλλη έξοδο εμφανίζεται μία τάση που είναι ανάλογη της επιστρεφόμενης (Reverse) ισχύος. Η είσοδος και η έξοδος του ενισχυτή είναι προσαρμοσμένες στη στάνταρτ αντίσταση των 50 Ωμ.

Με οδήγηση γύρω στα 1.2W (ισχύς εισόδου), η έξοδος είναι ίση η μεγαλύτερη από 50W σε όλη τη μπάντα των Fm, από 87.5 έως 108MHz. Με ισχύ εισόδου γύρω στα 2.5W, η ισχύς εξόδου μπορεί να φθάσει έως και τα 80W. Η τυπική απόδοση του ενισχυτή Fm είναι περίπου 60% και η απολαβή ισχύος του κυκλώματος είναι γύρω στα 17db.

50W - No tune Broadcast FM Amplifier
Ο ενισχυτής ραδιοφωνίας Fm - 50W Broadband

Το φίλτρο αρμονικών (φίλτρο διέλευσης χαμηλών συχνοτήτων - LPF) που βρίσκεται πάνω στην πλακέτα παρέχει ικανοποιητική απόρριψη αρμονικών. Όταν στην είσοδο του ενισχυτή εφαρμόζεται ένα σήμα καλής ποιότητας (από κάποιο καλό Fm - exciter) η στάθμη της ισχυρότερης αρμονικής στην έξοδο είναι αρκετά χαμηλά, περίπου 50db χαμηλότερα του φέροντος (-50dbc). Ο κατευθυντικός ζεύκτης που βρίσκεται επίσης πάνω στην πλακέτα παρέχει δύο τάσεις, για ταυτόχρονη ένδειξη της οδεύουσας και επιστρεφόμενης ισχύος στην έξοδο. Οι τυπικές τιμές των τάσεων στις εξόδους του κατευθυντικού ζεύκτη είναι περίπου 1.53V, 1.21V, 0.85V and 0.5V για 50W, 30W, 20W και 10W αντίστοιχα. Στην πραγματικότητα, η εξάρτηση της τάσης εξόδου του ζεύκτη από την ισχύ είναι εκθετική. Η εκθετική εξάρτηση είναι αποτέλεσμα της φύσης των διόδων που χρησιμοποιούμε στο ζεύκτη, στις οποίες το ρεύμα αυξάνεται εκθετικά με την εφαρμοζόμενη τάση (και επομένως και με την ισχύ). Παρόλο που σε απόλυτες τιμές η εξάρτηση είναι εκθετική, για ενδείξεις σε db (dbm ή dbW), η εξάρτηση της τάσης είναι γραμμική. Δηλαδή, οι έξοδοι του coupler (ζεύκτη) είναι εκθετικοί σε W και γραμμικοί σε db.

Υπό κανονική λειτουργία ο ενισχυτής απαιτεί τάση τροφοδοσίας 28V DC. Με ισχύ 50W στην έξοδο, το ρεύμα τροφοδοσίας είναι περίπου 3.7A (στα 28V). Με τάση τροφοδοσίας έως και 30V και με καλή ψύκτρα και ανεμιστήρα, η έξοδος μπορεί να φθάσει έως και τα 80W και το ρεύμα τροφοδοσίας θα είναι τότε γύρω στα 5A. Προσοχή όμως, αυτές είναι και οι μέγιστες επιτρεπόμενες τιμές τάσης και ρεύματος! Δηλαδή αν υπερβείτε τα 30V ή τα 5A, το MRF173 σίγουρα θα καεί!

The electronic circuit of the 50W Broadband Amplifier with MRF173
Το ηλεκτρονικό κύκλωμα του ενισχυτή ραδιοφωνίας 50W - broadband, για τα Fm

Για τη σωστή ψύξη του κυκλώματος απαιτείται η χρήση μιας σχετικά μεγάλης ψύκτρας καθώς και ανεμιστήρα. Τυπικά συνίσταται μία ψύκτρα αλουμινίου διαστάσεων 150x80x40mm ή μεγαλύτερη. Το τρανζίστορ βιδώνεται κατευθείαν πάνω στην ψύκτρα. Με ψύξη με βεβιασμένη ροή αέρα (από ανεμιστήρα) η θερμοκρασία στην ψύκτρα δεν θα πρέπει να υπερβαίνει τους 50°C (122°F).

Πώς να κατασκευάσετε τον ενισχυτή ραδιοφωνίας

Επειδή πρόκειται για έναν ευρυζωνικό ενισχυτή ραδιοφωνίας και δεν υπάρχουν συντονισμένα κυκλώματα, η κατασκευή είναι σχετικά εύκολη. Για να κατασκευάσετε τον ενισχυτή, χρειάζεστε μόνο το κατάλληλο τυπωμένο κύκλωμα (πλακέτα), το MRF173, μερικές αντιστάσεις, πυκνωτές και διόδους. Θα χρειαστεί επίσης να κατασκευάσετε και μερικά ελικοειδή πηνία από τυπικό σύρμα περιελίξεων συγκεκριμένης διατομής.

Το τυπωμένο κύκλωμα (η πλακέτα) του ενισχυτή ραδιοφωνίας με το MRF173 έχει τυπωμένες γραμμές micro-strip. Οι γραμμές micro-strip λειτουργούν ως γραμμές μεταφοράς σήματος (ομοαξονικά καλώδια) και έχουν συγκεκριμένες και προσεκτικά σχεδιασμένες διαστάσεις. Το πλάτος μίας γραμμής micro-strip καθορίζει τη χαρακτηριστική αντίσταση της γραμμής ενώ το μήκος της καθορίζει τη χρονική καθυστέρηση (φάση) στη διάδοση του σήματος κατά μήκος της γραμμής. Οι συγκεκριμένες διαστάσεις των γραμμών microstrip πάνω στο προτεινόμενο τυπωμένο κύκλωμα ισχύουν μόνο για πλακέτα που θα φτιαχτεί από διηλεκτρικό epoxy fibre-glass (FR4) με διηλεκτρική σταθερά er=4.5 (@100MHz) και πάχος 1/16inch (1.59mm). Πρόκειται για το υλικό που χρησιμοποιείται στις περισσότερες πλακέτες και θα το βρείτε εύκολα στο εμπόριο. Προσοχή όμως στο πάχος της πλακέτας που πρέπει να είναι ακριβώς 1.59mm. Αν φτιάξετε το τυπωμένο σε πλακέτα διαφορετικού υλικού ή πάχους, το κύκλωμα δεν θα λειτουργήσει σωστά ή και καθόλου. Στην πραγματικότητα, υπάρχει τρόπος να φτιάξετε την πλακέτα με άλλο διηλεκτρικό ή με άλλο πάχος διηλεκτρικού, θα πρέπει όμως να διαθέτετε γνώσεις σχεδιασμού γραμμών micro-strip και βάσει αυτών να επανασχεδιάσετε την πλακέτα σε νέα κλίμακα (scaling) βάσει του νέου διηλεκτρικού.

Η πλακέτα του ενισχυτή έχει τυπωμένες γραμμές μόνο στη μία της όψη και η άλλη της όψη καλύπτεται πλήρως από χαλκό και λειτουργεί ως επίπεδο γείωσης. Η πλευρά του χαλκού είναι αυτή που εφάπτεται επακριβώς πάνω στην ψύκτρα. Όλα τα εξαρτήματα τοποθετούνται στην πλευρά των τυπωμένων  γραμμών. Το τρανζίστορ τοποθετείται κι αυτό στην πλευρά των γραμμών και μέσω μίας οπής, το σώμα του διέρχεται στην άλλη όψη για να βιδωθεί πάνω στην ψύκτρα. Σε μερικές τυπωμένες γραμμές στην όψη των εξαρτημάτων υπάρχουν οπές. Αυτές είναι είτε επιμεταλλωμένες εσωτερικά ή μέσα σε αυτές τοποθετούνται συρματάκια για να ενωθούν με το επίπεδο γείωσης στην άλλη όψη της πλακέτας. Οι οπές λειτουργούν δηλαδή ως vias και οι γραμμές με τα vias είναι γειωμένες.

Πώς να συναρμολογήσετε τον ενισχυτή ραδιοφωνίας 50W broadband για τα Fm
Οδηγός συναρμολόγησης του ενισχυτή ραδιοφωνίας 50W

Όλοι οι πυκνωτές που χρησιμοποιούμε είναι κεραμικοί, τυπικής ανοχής 5% ή λιγότερο και αντέχουν τουλάχιστο 100V. Μπορείτε να χρησιμοποιήσετε πυκνωτές επιφανειακής στήριξης (SMD) ή συμβατικής στήριξης (through hole) αλλά θα πρέπει να είναι αποκλειστικά κεραμικοί. Μη χρησιμοποιείτε multilayer ή πολυεστέρα διότι είναι ακατάλληλοι για RF. Στην πραγματικότητα, το τυπωμένο κύκλωμα του ενισχυτή έχει σχεδιαστεί για πυκνωτές επιφανειακής στήριξης (SMD) με κέλυφος 1210 (3.2 x 2.5mm), ωστόσο ταιριάζουν εξίσου καλά και πυκνωτές SMD τύπου 1206, 1218 ή και 2010 χωρίς κανένα πρόβλημα. Επιπλέον, αν δεν μπορείτε να βρείτε πυκνωτές SMD, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε ακόμη και πυκνωτές συμβατικής στήριξης (through hole) με ίχνος έως και 5mm. Ωστόσο, οι συμβατικοί πυκνωτές θα πρέπει να κολληθούν σαν SMD - δηλαδή επιφανειακά στη μία όψη της πλακέτας.

Όλες οι αντιστάσεις είναι τυπικής ανοχής 5% ή λιγότερο. Το τυπωμένο κύκλωμα έχει σχεδιαστεί για αντιστάσεις SMD με κέλυφος 1210 (3.2 x 2.5mm). Ωστόσο, όπως και για τους πυκνωτές, ταιριάζουν εξίσου καλά και οι τύπου 1206, 1218 ή 2010. Υπάρχουν δύο αντιστάσεις που αποτελούν εξαίρεση και αυτές είναι οι R1 και η R5. Αυτές θα πρέπει να έχουν κέλυφος 2512 ή εναλλακτικά θα πρέπει να είναι τυπικές αντιστάσεις άνθρακα συμβατικής στήριξης (through hole) τύπου 1/4W.

Όλα τα πηνία, εκτός από τα L7 και L8 φτιάχνονται από σύρμα περιέλιξης SWG 20 (διατομής 0.914mm). Τα L1, L2, L3 και L4 έχουν 4, 2, 2 και 5 σπείρες αντίστοιχα και η εσωτερική διάμετρος των σπειρών τους είναι 3.5mm - δηλαδή θα πρέπει να τα τυλίξετε πάνω σε ενα τρυπανάκι 3.5mm. Τα L5 και L6 είναι πανομοιότυπα πηνία και έχουν 5 σπείρες έκαστο, με εσωτερική διάμετρο σπείρας 4.5mm. Το L7 φτιάχνεται από σύρμα περιέλιξης SWG 21 (διατομής 0.813mm) και αποτελείται από 18 σπείρες των 6mm (ασωτερική διάμετρος σπείρας). Το L8 είναι ένα τυπικό αποπνηκτικό πηνίο για VHF που αντέχει ρεύμα έως και 5A και η αυτεπαγωγή του είναι περίπου 100μΗ. Στο πρωτότυπο χρησιμοποιήσαμε για το L8 ένα τυπικό τσοκ τύπου VK200 για VHF. Αν δεν μπορέσετε να βρείτε το VK200 μπορείτε να χρησιμοποιήσετε ένα οποιοδήποτε αντίστοιχο με τα ίδια χαρακτηριστικά ή να τυλίξετε εσείς ένα σε κατάλληλο φερίτη.

Αφού συναρμολογήσετε τον ενισχυτή και πριν τον δοκιμάσετε οδηγώντας τον με κάποιο ταλαντωτή ή exciter, απαιτείται να κάνετε μόνο μία ρύθμιση. Θα πρέπει να ρυθμίσετε το τρίμερ R3 έτσι ώστε να πετύχετε από 2.8 έως 3V στην πύλη του τρανζίστορ Q1.

Το φάσμα στην έξοδο του ενισχυτή Fm(Φέρον @ 100MHz και δεύτερη αρμονική @ -50dbc)
Τυπικό φάσμα στην έξοδο του ενισχυτή Fm(Φέρον @ 100MHz και δεύτερη αρμονική @ -50dbc)

Συννημενα

Το τυπωμένο κύκλωμα του Broadband ενισχυτή ραδιοφωνίας FM (πρόσβαση κατόπν πληρωμής - δωρεάν για χρήστες ειδικών κατηγοριών)

 

Λίστα με όλα τα σχόλια:
Δεν υπάρχουν σχόλια προς το παρόν.
Πρέπει να είστε μέλος για να σχολιάσετε