50MHz 500W IRF510 SSPA

 

Af OZ1PIF Peter Frenning

OZ1PIF Peter Frenning har bygget et SSPA, baseret på billige IRF510 FET transistorer. Der er ikke tale om en byggebeskrivelse, men en beskrivelse til inspiration, hvis du skulle have planer om lidt QRO på 50 MHz


Det færdige PA-trin

Dette forstærkerprojekt var baseret på et prototype-kredsløb udviklet til HF-båndene af OZ3SW, Steen Møller. HF-projektet blev i sidste ende skrottet på grund af for varierende udbytte fra 160m til 10m.
Det så tilstrækkelig interessant ud til, at jeg kunne modne det grundlæggende kredsløbsdesign i en enkeltbånds 50 MHz forstærker.

Den grundlæggende byggesten er en 4+4 push-pull konfiguration, biased ved 500mA, og som leverer 250W ud ved 10W drive og 40V / 10A forsyningsspænding.

Valg af FET transistorer
For at gøre livet let for dig selv, så brug transistorer fra samme parti, da disse højst sandsynligt vil være tæt matchede.
Jeg har brugt transistorer fra Intersil (Fairchild). Disse produceres ikke længere, men der skal være en rigelig forsyning i distributionskanalerne.
FQP7N10-enheden ser ud til at være et meget egnet (og noget bedre) alternativ, men jeg har ikke kunnet få dem til at fungere (selvsving!) som en direkte erstatning, så jeg formoder, at de har et noget højere gain, og ville have brug for en lavere S / DV til at fungere korrekt.
Helt ærligt har jeg ikke tålmodigheden eller incitamentet til at eksperimentere yderligere med denne løsning, da min nuværende forstærker fungerer rigtig godt og ikke udviser nogen problemer, jeg har endda en lille forsyning med ekstra IRF510 fra den oprindelige batch – hvis noget uhyggeligt ske!
Vishay IRF510PBF er som de originale, med en Drain spredning på 43Watts, men er ikke blevet testet af mig.

Montering af transistorerne
De enkelte IRF510’er er monteret på kølepladen ved hjælp af en aluminiumoxid skive og silikonefedt til tilstrækkelig lav kobling mellem MOSFET’erne og kølepladen for at sikre stabilitet.
Typen af Aluminiumoxid skiver der anvendes til at overføre varmen, uden at indføre en stor kapacitet, er en Fischer Elektronik GmbH (Tyskland) type AOS220.
Jeg købte dem hos Arrow Electronics Nordic for 20 £ for 100 stykker for et par år siden.
Transformatorerne
Indgangstransformatoren (9:1) bruger 4C65 kerner, og udgangstransformeren (1: 4) bruger tynd luft!


Indgangstransformatoren (9:1) bruger 4C65 kerner.

L4 er bare en choke, og dermed ret ukritisk. Det klares med et par vindinger af forsyningskablet på ethvert tilgængeligt stykke ferrit.
T1 fremstilles ved at trække et stykke wire tre gange (primær) gennem et stykke coax skærm (sekundær),, viklet omkring fire 4C65 kerner, der er limet sammen med cyanoacrylat (Superglue).
Derved skabes en 9:1 impedanstransformation og et meget rimeligt input match. Se også fig. 4 & 5 i AN749


Udgangstransformator viklet på tynd luft

Udgangstransformatoren er lavet af to stykker tefloncoax (RG316) 14,5 cm i lange. De to yderledere forbindes i midten og enderne (primær). De to inderledere forbindes i serie som to viklinger (sekundær). Det giver et 1:4 forhold og et tæt match til 50 ohm. Finjustering sker med C41.
B+ forsyningen skal være så tæt på det primære midtpunkt som mulig.
Jeg har brugt 4 x Ferroxcube core Materiale TN14 / 9/5 (4C65). En tilsvarende Amidon ville være Material Type 61.
En meget grundig beskrivelse af konstruktionen af HF-transformere findes i: Motorola Application Note AN749
Den anvendte combiner er en simpel 1/4-lambda combiner lavet af 75Ohm Coax. Input splitter laves på samme måde.

Lavpasfilter
Udgangssignalet passer gennem et lavt-tab elliptisk LP-filter med er 70dB dyk ved 2. harmonisk og 80dB ved 3. orden.


Diagrammet til lavpasfilteret


Lavpasfilteret


Simuleret måleresultat på lavpasfilteret stemmer godt overens med målinger i virkeligheden.

Bias er 500mA pr. modul. IMD3 er ikke blevet målt, men rapporterne fra båndet har været ensartet gode.

Test
Mere end 2000 QSO’er er lavet indtil videre med denne forstærker.
Eneste uheld var under en F2 åbning til NA i 2001, da jeg glemte at reducere transceiverens output til 20W. Jeg nåede at lave 4½ QSO, før tingene gik galt. 12 af de 16 IRF510 brændte af, larmende og ildelugtende.
Disse blev hurtigt udskiftet, og ingen har nogensinde kommenteret signalet på trods af den store overstyring.
Denne begivenhed har lært mig, aldrig at stole på manuel neddrosling af styreeffekten til et PA-trin. Tingene vil gå galt, som Murphy har lært os, og det vil ske, når det er mest ubelejligt, f.eks når man står midt i en enorm pile-up for en sjælden DX.
Denne SSPA har nu en indbygget attenuator, der reducerer 100W til 20W, som er alt hvad der kræves for fuld effekt.
En ekstra fordel er reduktionen af splatter forårsaget af overstyringen fra transceiverens ALC styring. Jo mere du regulerer ned, jo værre bliver det- Nogle moderne tranceivers producerer spidser på mere end 150W på VHF, og FT-847 er langt fra den værste til det.

Flere moduler for højere effekt
Du kan kombinere et vilkårligr antal 250W moduler for at opnå dit ønskede effektniveau. Jeg valgte 500W fordi det passede til den power supply jeg havde til rådighed.
Printene er 118mm x 85mm delt langs den vandrette linje. Ætset på dobbeltsidet materiale.
Alle huller skal undersænkes på bagsiden, resten bruges til “gennemplettering” for at forbinde stelarealerne på begge sider af printkortet.
PCB kan nu købes hos Far Circuits som har reproduceret mit design med tilladelse fra mig.


Printudlæg


Det færdige modul

Siden jeg udlagde printet, har jeg tilføjet et bias kredsløb i øverste højre hjørne.
Det lille kredsløb monteret på køleprofilet, ved siden af biaskredsløbet, er en regulator til blæserkølingen.


Her ses den færdige SSPA

I bunden ses en surplus kommerciel 800W Switch Mode Power Supply, samt det elliptiske LP filter.
Det lille PCB over PS indeholder 12- og 24V regulatorer og relæer.
Der anvendes ikke coax-relæer, men billige 20A vaskemaskine type. De holder bedre end -20dB returtab ved denne frekvens.
Det grå RS-232 kabel forbinder kontrol LED’s på forsiden til PS.
Spolerne af coaxkabel er splittere og combinere


Og her er det køreklare PA-trin

Klar til plug-&-play. Vægt lige under 12,5 kg, ideel til /P brug eller DXpedition.
Hvis jeg udskifter stålkabinettet med en aluminiumkasse, kan jeg sikkert reducere vægten med yderligere 3-4 kg.

Et lille støjproblem
Jeg har haft et lille, men meget irriterende problem lige fra starten. I RX-mode var der en svag, men hørbar bredbåndsstøj, når man lyttede på et stille sted på båndet.
Det var ikke noget problem under contest, ES-åbning eller F2, men nok til at være et problem, når der arbejdes med meget svage signaler i JT6M eller JT65-mode.
For nylig var jeg på jagt på et meget sjældent norsk square, og måtte slukke for PA-trinnet i løbet af RX-perioden, for at kunne afkode ham. Det var på det tidspunkt jeg besluttede endelig at gøre noget ved det.
Det viste sig hurtigt at være RF-støj fra SMPS og blæser, men forskellige forsøg på at slippe af med det viste sig at være nyttesløse.
Støjen kom ind i signalvejen via flere punkter internt i forstærkeren.
De væsentlige syndere var de uafskærmede vaskemaskinerelæer og simple coax forbindelser.
Derfor besluttede jeg at udføre den interne RF-kabling udelukkende ved hjælp af højkvalitets coax relæer, kabel (RG400) og krympede N-stik hele vejen igennem.
Jeg besluttede også at redesigne 25V og 12V reguleringerne, og tilføjede et transistoriseret PTT-kredsløb, mens jeg nu var ved det.
Ombygningen har været en komplet succes, jeg kan ikke måle eller høre noget, der kommer fra trinnet i RX-mode (det ligger mindst under -100dBm).


Det ændrede interne layout

Kilder:

Beskrivelsen af denne SSPA kan findes på OZ1PIFs hjemmeside http://www.frenning.dk/OZ1PIF_HOMEPAGE/50MHz_IRF510.htm
Her kan også læses en række kommentarer fra andre amatører der har efterbygget trinnet og bidraget med deres erfaringer.

Relaterede

Leave a Comment