Considerazioni di progetto sugli ampli HF

[swl-Adur]

Salve a tutti,
sto rifacendo la parte preamplificatore/pilota/finale RF dell'SDR ADTRX2, che mi sono autocostruito, di cui allego il link.

http://www.abiks1.narod.ru/sdr/avala.pdf

il TRX SDR ADTRX2 da in uscita 10mW (10dB), prima avevo messo una serie di classici amplificatori in classe A con 2N3866 ed un finale in classe AB con 2 IRF630 ma la potenza era bassa per poter pilotare un lineare che necessitava di almeno 10W in ingresso e il guadagno scemava andando su in frequenza.

Ho deciso di seguire una strada alternativa utilizzando la parte pilota e finale dell'Avala sempre dello stesso autore, a pag. 4 c'è lo schema del trasmettitore, la mia domanda riguarda la costruzione del trasformatore 9:1 sui 2 IRF510.

Supponendo una frequenza minima di lavoro di 1,8MHz la regola dice che l'impedenza del trasformatore deve essere dalle 5 alle 6 volte
l'impedenza d'uscita (50 ohm) alla minima frequenza.
Quindi 5*ZL=WL ---> L=5xZL/2xPIxF = 250/6.28*1.8*10^6 = 22uH come da articolo (20/30uH) quindi alcuni giri di trifilare su toroide FT43 (che ho in casa).

Dal data sheet dell IRF510 abbiamo una RDSon di 0.54 ohm che, per la sua massima corrente di drain di 4 A corrisponde a circa 2,16 V (0,54x4) di VDSon.
L' impedenza di uscita è data dalla formula (VD-VDSon)^2 / Pout
da cui (12-2,16)^2 /4 = 96,8/4 circa 24 ohm e con 2 IRF510 in parallelo la Zout dovrebbe dimezzarsi a 12ohm.
Con un trafo 1:4 otterrei 48ohm ma con 1:9 otterrei 108ohm.
Nell'articolo l'autore dice che con il trafo 9:1 si otterrebbe una maggiore potenza alle frequenze più alte uniformando il guadagno.

La capacità di uscita del IRF510 è 81pF con 2 diventa 162pF e agli estremi della gamma avrei una Zout in 160m 546ohm e in 10m 35ohm mentre a 20MHz ottengo 50 ohm con il massimo trasferimento di energia.

Chiedo ai più esperti se le mie considerazioni sono corrette e se non sia il caso di optare per la variante di pag. 5 con 2 driver in serie e finale con trafo 4:1.
Vorrei migliorare la mia scarsa cultura in HF quindi tutti i consigli sono ben accetti.

Cordiali saluti
Antonio
IZ1QXJ

[IZ0IEN]

Re: Considerazioni di progetto sugli ampli HF

Chiedo ai più esperti se le mie considerazioni sono corrette e se non sia il caso di optare per la variante di pag. 5 con 2 driver in serie e finale con trafo 4:1.
Vorrei migliorare la mia scarsa cultura in HF quindi tutti i consigli sono ben accetti.

Cordiali saluti
Antonio
IZ1QXJ

Il meno esperto ti risponde con un link che ti può essere utile:
http://www.polyfet.com/mtt97.pdf
Da quanto mi è dato di capire sti tizi usano un 9:1 per adattare sia la parte reale che reattiva dei mosfet.
Io purtroppo gli ampli non li costruisco, li uso, a volte li sfascio, e per giunta sono allergico a PA costruiti col silicio.. ma nel mio archivio mnemonico di link qualcosa trovo a volte. Spero utile.

[IK4AUY]

Re: Considerazioni di progetto sugli ampli HF

Ti invito ad andare sul mio sito internet ove riportai anni fa l'articolo scritto assieme a mio padre Romano I4FAF e Roberto Danielli IK4AVZ e pubblicato su Radio Rivista Aprile 2000 pagg 23-29 (Roberto scrisse tra i primi su Radio Rivista su filtri di antenna RX per fettine di spettro per i ricevitori fatti con quarzi) circa il ns studio esperienza su amplificatore a Mosfet con 2XIRF510, mio padre oltre ad avere realizzato materialmente questi amplificatori disegnò a mano, con perizia, come sono fatti i trasformatori. Attenzione a non abusare in pretese di potenza out ed usare adeguato raffreddamento onde evitare lo scoppio dei mosfet. Se clicchi nella pagina al link Radio Rivista piu' di recente ha ripresentato l'articolo in formato pdf. Nota il ns ampli era stato ottimizzato per 28V DC. Il ns studio confronto' tale ampli con uno tradizionale a transistor a 13,8 V evidenziando i pregi dei mosfet (soprattutto, ma non solo, se alimentati a tensione piu' alta, vs. transistor). Nel mio sito il testo è in inglese, mentre se scarichi il pdf di Radio Rivista c'è l'articolo in Italiano inoltre trovi una foto molto grande del tutto. Dopo questo articolo ne uscirono altri anche su QST di altri autori anche a 13,8V. Il dettaglio trasformatori fu particolarmente curato per chiarezza. Oggi come oggi se vai a 13,8 Volt ritengo piu' opportuno progettare attorno ai mosfet Mitsubishi della serie RD15HVF1 dati per circa 15W (prezzo odierno negli USA sui 5 US dollar), con alimentazione a 13,8V DC molto piu' idonei all'uopo anche se costano un po' di piu' dei IRF510. Scusami ma non mi addentro nella teoria. I migliori 73 de Sergio Cartoceti, IK4AUY
http://ik4auy.xoom.it/article_4_english.htm

[swl-Adur]

Re: Considerazioni di progetto sugli ampli HF

Grazie ad entrambi per le informazioni.
Andrò avanti con gli IRF510 perchè ormai l'ho costruito ma mi riservo di provare prossimamente i RD15HVF1.
In Italia sono reperibili ad un prezzo decente?

73 de IZ1QXJ
Antonio

[IK4AUY]

Re: Considerazioni di progetto sugli ampli HF

Certo Antonio,
nel 2000 selezionammo gli IRF510 proprio perché erano i campioni "the winner" del rapporto prestazioni/prezzo, sebbene siano progettati per commutazione e non caratterizzati per servizio amplificazione lineare a RF avevano tempi di commutazione tali, abbinati a, e questo è pure importante, capacità di uscita (Coss) e capacità reversa (Crss) piuttosto contenute: dal data sheet
IRF510 Vishay ad esempio è riportato Cout sui 81pF e Crss di circa 15pF, queste piu' sono basse e meglio è, sia per la stabilità quanto alla Crss sia per creare meno problemi in combinazione al trasformatore di uscita nella caratteristica di guadagno vs frequenza al salire della frequenza (per cui arrivammo decentemente, dopo parecchie prove di trasformatori d'uscita idonei, anche sino ai 30MHz.
E con IMD ai due toni decenti, migliori rispetto alla coppia push pull di transistor a 13,8V usati per raffronto i 2SC1969, utilizzando un adeguato livello di corrente di quiescenza, bias compatibilmente alla tenuta in dissipazione di potenza calore del mosfet-raffreddatore.
Detto cio' solo a titolo informativo gli RD15HVF1 sono caratterizzati per guadagno a 175MHz, pertanto vanno molto piu' su di frequenza,
ed hanno, da data sheet Mitsubishi, capacità di uscita di circa 30pF (dato a 15V Vdd ad esempio) e una Crss di circa 3pF (sempre con Vdd di 15V) pertanto nettamente inferiori (cio' è meglio). Inoltre anche la capacità di ingresso (che in qualche modo influenza in combinazione con il trasformatore di ingresso) la limitazione alle caratteristiche di guadagno all'aumentare della frequenza di lavoro è piu' bassa. In effetti la Cin di altri IRF era nettamente piu' alta, per questo che gli IRF510, dotati anche di tempi di commutazioni piu' brevi, possono essere utilizzati sino a 30MHz con basse variazioni di guadagno rispetto alle frequenze piu' basse, guadagno ovviamente maggiore a frequenze piu' basse che va compensato con le opportune controreazioni tipiche di RF reverse feedback e combinazioni sui due rami di R e C in serie al segnale previste nel ns progetto.
Tieni presente che un rapporto di trasformazione d'uscita di 1:9 significa che in termini di avvolgimenti fisici il rapporto spire tra primario verso i drain (a bassa impedenza) rispetto all'uscita del secondario a 50 Ohm è di 1:3.
Saluti e buoni esperimenti. Sergio Cartoceti IK4AUY

[swl-Adur]

Re: Considerazioni di progetto sugli ampli HF

Grazie Sergio,
sei stato molto chiaro.
Questa estate ho fatto un QSO con un radioamatore che mi ha detto che sugli amplificatori larga banda diversi costruttori (anche commerciali) usano paralleli di IRF510 o IRF511 e la cosa mi ha incuriosito, tu mi confermi che per essere dei MOSFET non dedicati alla RF con alcuni accorgimenti riesci ad ottenere dei buoni risultati quindi la cosa è realistica.
Quello che vorrei ottenere io è un'amplificazione da 10mW a 20W (10dB->43dB) più lineare possibile da 1,8 a 30MHz, per me che non conosco molto bene la materia è un bel banco di prova.
Ho visto che vengono usati degli attenuatori tra stadi, suppongo per adattare gli stadi e proteggerli da ciò che succede a valle.

73
Antonio

[IK4AUY]

Re: Considerazioni di progetto sugli ampli HF

Antonio,
ti invito ancora a leggere attentamente le tabelle risultati prove che sono presenti nel mio sito web al link che ti ho già fornito e ora ti fornisco anche il link alla pagina del mio sito in italiano http://ik4auy.xoom.it/article_4.htm . Al livello di 20W PEP di uscita a 2Toni spaziati 2KHz la IMD dei 2X IRF510 alimentati a 28Volt e con una forte corrente di bias (pertanto in una configurazione piu' performante ai fini di abbassare la IMD rispetto ad una configurazione alimentata a 13,8V) si siede attorno a -20 - 22dB tra picco segnale voluto e risposta IMD di terzo ordine, il che significa una meno che ottimale IMD, mentre puoi leggere lo stesso dato ottenuto al livello out di 10W pep, migliore ed accettabile. Io credo che se operi solo in CW potrebbe anche andare (ammesso che a 20W fornisci adeguata dissipazione del calore) se operi in SSB la tua IMD puo' essere peggiore di un apparato commerciale medio e per un autocostruttore che mira a fare un qualcosa di meglio della media non è appagante. Ti consiglierei, anche per la maggior sicurezza di tenuta, di limitarti ai 10W out con gli IRF510. Scrivi sopra "....ho visto che vengono usati attenuatori tra stadi".... Nel ns schema non ci sono attenuatori inter stadio.
Ad ogni modo questi aiutano ad una maggior stabilità del tutto (intendo al fine di evitare autooscillazioni da troppo guadagno se non sono usate controreazionati di RF feedback adeguate, oltre che limitare il guadagno totale degli stadi).
A titolo di pura tua curiosità un progetto di G6ALU per il pic a star trx di G3XJP, è da un po' su internet, ed è dato per 20W con mosfet a 13,8V appunto usando 2x RD16HHF1 come finali pilotati a 2x RD06HHF1 come driver nel primo stadio, della Mitsubishi. il link è http://www.radio-kits.co.uk/ scorri la pagina a sinistra clicca G6ALU FET AMPL c'è poi sia le immagini da analizzatore di spettro sia il pdf con schema e descrizione del progetto.
Ad ogni modo il progetto di YU1LM sopra da te riportato è un bel progetto complessivo, ed anche lui indica e consiglia che con 2xIRF510di non superare i 10W e, ripeto, a 10W vanno bene e possono durare e lavorare in modo idoneo, con il vantaggio che mai si dovessero bruciare li puoi ricomperare con 1 o 2 euro. I migliori 73 Sergio IK4AUY

[swl-Adur]

Re: Considerazioni di progetto sugli ampli HF

Grazie ancora Sergio,
andrò in parallelo con un pò di progetti per farmi le ossa.
Credo che il PA con i fet mitsubishi RD06HHF1 e RD16HHF1 siano i più lineari.
Vedo di reperirli e provarli per la versione definitiva x il mio TRX sdr autocostruito.
Nel weekend, vista la sitauzione drammatica qui in Liguria, ho provato a fare modifiche al mio vecchio finalino col push pull di 2 IRF510; dai più di 10W in 80m, 7.5W in 40m in 20m scendo a 2W e in 10m a meno di 1W.

Mi sto leggendo il vs articolo molto interessante prossimamente lo proverò.

73
Antonio

[IK4AUY]

Re: Considerazioni di progetto sugli ampli HF

Ok Antonio,
come hai potuto vedere qui entra in gioco veramente la sperimentazione. Vedi che differenza di amplificazione tra basse frequenze e piu' alte frequenze, quello è il vero problema nei push pull a larga banda.
Per ottenere un risultato migliore di guadagno al variare della frequenza da 1,8MHz a 30MHz bisogna fare parecchie prove soprattutto sia nel trasformatore di ingresso che in quello di uscita, avendo l'accortezza di usare ferriti di certa e comprovata mescola (permeabilità).
Ok per il circuito che ti ho linkato con i mosfet Mitsubishi, per quello non ho una esperienza diretta, ma l'inglese ha documentato il proprio progetto abbastanza bene. Saluti e buone prove.

[swl-Adur]

Re: Considerazioni di progetto sugli ampli HF

Si Sergio,
come tu dici giustamente è il guadagno uniforme su tutta la gamma HF il problema.
Proprio per ovviare a questo (garantisce un guadagno quasi costante su tutta la gamma entro i 3dB) nelle varie ricerche ho trovato questo interessante articolo :

http://lnx.arimi.it/wp-content/uploa...0W_Iellici.pdf

Avendo fumato un PT9784 di un finale push-pull e rimanendomene 1 avrei pensato, di cercare di riprodurre questo progetto ampli classe AB di I2BUM, essendo un transistor dedicato alla HF e protetto dai ros elevati penso sia la soluzione migliore.
Il mio dubbio è il lay out essendoci solo lo schema elettrico e non ho esperienza su ampli di potenza non push pull, a parte gli stadi in classe A con i classici 2n3866 o 2N5109.

Inoltre questo transistor ha l'inconveniente di avere una Zin che diminuisce all'aumentare della frequenza.

Il tr1 2SC2711 è un 4 piedini c'è qualche corrispondente più facile da reperire?

Ci sarà da penare.

73
Antonio

[IK4AUY]

Re: Considerazioni di progetto sugli ampli HF

Antonio, il fatto che il tuo 2x IRF510 pushpull a mosfet, da prime tue prove, ha in uscita piu' potenza verso il basso range delle HF e cala l'output verso i 30MHz non vuole dire che questo sia un dato definitivo. Anzi come avevo sottolineato più sopra deve essere solo un pungolo ad iniziare la sperimentazione di differenti trasformatori di ingresso ed uscita, prendendo spunto anche da quanto ti ho indicato come link ove i dettagli costruttivi sono stati riportati e curati al massimo e le prove con strumenti da laboratorio le abbiamo fatte. Abbiamo dimostrato che sono ottenibili dai suddetti mosfet in push pull uscita adeguatamente lineare come guadagno sino ai 30MHz e buona intermodulazione per un livello out sino a 10W pep.
Non scoraggiarti di fronte a primi risultati non soddisfacenti.
L'autocostruzione è sperimentazione per migliorare ed apprendere cose nuove.
Tieni presente che i mosfet in push pull hanno dei vantaggi propri del push pull e dei mosfet rispetto ai transistor. Tipo che il bilanciamento nel push pull contribuisce ad avere una seconda armonica pari (la piu' vicina alla fondamentale) piu' attenuata rispetto ad un singolo transistor, cio' ne beneficia lo studio e la messa a punto dei filtri passa basso. Ad ogni modo la linearità del guadagno rispetto la frequenza anche in quel progetto che hai richiamato tu con transistor "single ended" va ricercata nei trasformatori di ingresso ed uscita. Ultima cosa e concludo questo tread di interventi, potresti anche provare o con una sonda RF o bolometro la tua uscita di pilotaggio del predriver per verificare che anche quello sia abbastanza lineare, altrimenti, è ovvio, il risultato finale non può essere adeguato per lo stadio finale. Ciò vale anche per la prova di IMD con i 2T, ma per questa bisogna essere attrezzati con un analizzatore di spettro.
Non disdegnerei, come esperienza, il livello dei 10W, tenendo presente che ora esistono
in commercio dei lineari HF che con 10W puoi arrivare al livello di 100W o in altri casi sino ai 200/250W (vedi anche marche italiane a costi ragionevoli e con buon prestazioni tipo i nuovi modelli aggiornati della ditta RM di Ponte della Venturina-BO, tipo l'HLA305).
Saluti e 73.
Ancora buona sperimentazione e saluti.