Měřicí postupy starých radioamatérů:  kontrola linearity PA

Dnes hovoříme o té bedně, která je zařazena mezi transceiverem a anténou většinou jako o PA (Power amplifier - výkonový zesilovač), ale ještě generace našich otců, radioamatérů, pamatujících nástup SSB, hovořila většinou o "lineáru". A to otvírá otázku: je takový "lineár" skutečně lineární? A jak to zkontrolovat, když nemáme drahé měřicí vybavení? Podívejme se, jak jednoduchá taková kontrola může být.

Pro kontrolu potřebujeme NF osciloskop a VF generátor, který umožňuje AM modulaci na pracovním kmitočtu PA (nebo na MF kmitočtu up konvertoru vysílací cesty). VF generátor ani nemusí být příliš stabilní. Zařízení zapojíme podle obrázku:

Na VF generátoru nastavíme AM modulaci cca 90 % sinusovým signálem o kmitočtu okolo 100Hz a tento modulační signál přivedeme na X vstup osciloskopu (horizontální. vstup). Na výstup PA připojíme obálkový detektor (většinou takový detektor již PA obsahuje a používá se pro monitoring VF výkonu). Signál z detektoru připojíme na Y vstup osciloskopu. Nastavením zisku obou zesilovacích kanálů osciloskopu nastavíme (je vypnutá časová základna a osciloskop je přepnutý do režimu zobrazení X-Y) tak, aby na stínítku byla při cca polovičním VF výkonu (PEP) vidět šikmá čára vedoucí z levého dolního rohu do cca 2/3 výšky stínítka u pravého okraje.

Při zvyšování výkonu uvidíme kompresi VF zesilovacího řetězce, jak je vidět na obrázcích. Výkonový řetězec je možno považovat za lineární, pokud v pravé horní části stínítka není vidět komprese. I taková orientační kontrola linearity může odhalit chybu, která na pásmu způsobuje potíže ostatním stanicím - například přebuzení některého budicího stupně...

Obrázky demonstrují testování 23cm zesilovače s oblíbeným hybridním obvodem RA18H1213G s napájením 12,5V

sinusový signál modulátoru, přivedený na horizontální vstup osciloskopu		obálkový detektor na výstupu polovodičového zesilovače. Je vidět, že filtrační kondenzátor 100nF není připojen, aby nezkresloval měření.		signál z detektoru, přivedený na vertikální vstup osciloskopu. Je vidět zkreslení signálu na nízké úrovni způsobené kolenem usměrňovací diody
zobrazení při výstupním signálu cca 3W PEP  (okolo -6dB)	zobrazení při výstupním signálu cca 5W PEP (cca -3dB)		zobrazení při výstupním výkonu cca 10W PEP (0dB)		zobrazení při výstupním výkonu 18W PEP (+3dB)

Je dobře vidět, že tento obvod je při výstupním výkonu 18W již velice nelineární (oproti 1W VF výkonu byla již naměřena komprese cca 6-7dB) a pro účely SSB by se při takovém výkonu již tento obvod používat neměl. Za limit pro použití SSB bych považoval na 23cm výkon z tohoto zesilovače cca 10W (komprese je do 2dB). Tomu také odpovídá max. VF výkon, uváděný u komerčních zařízení (IC9100, TS2000), jenž takový obvod používají na výstupu svého 23cm vysílače.

Ale zpět k měřicí metodě: pokud chceme testovat vysílač na nízkých kmitočtech (například na dvoumetru), kde je osciloskop schopen na svém vertikálním vstupu tento kmitočet přímo zobrazit, je možno vynechat VF obálkový detektor a na Y vstup přivést přímo vzorek VF signálu (např. z vazební odbočky směrové vazby na výstupu PA). Osciloskop potom nebude zobrazovat čáru, ale lichoběžníkový obrazec, u kterého bude směrnice jeho horní a dolní hrany zobrazovat, zda je zesílení lineární, či nikoli.  Výhoda tohoto způsobu zobrazení je možnost "live" kontroly linearity, protože na horizontální vstup osciloskopu lze přivést NF signál přímo z NF modulátoru SSB vysílače. Pokud chceme kontrolovat pouze linearitu PA a nikoli celého vysílacího řetězce, lze použít obálkový detektor na vstupu PA a demodulovaným signálem řídit horizontální vstup osciloskopu - viz obrázek.

Pokud si takový jednoduchý měřicí systém sestavíme na stole, budeme schopni porovnávat i PA různých konstrukcí. Pokud to zkusíme, zjistíme například, že polovodičové zesilovače výkonu s 12V napájením mají linearitu prakticky vždy horší, než PA s větším napájecím napětím a že z hlediska linearity není fundamentální rozdíl mezi PA s bipolárními tranzistory a FETy (pokud tedy ty bipolární tranzistory mají vhodný zdroj předpětí...). A rovněž zjistíme, že některé komerční výkonové zesilovače , u nichž je výrobcem deklarován výstupní výkon např. 100W, jsou lineárně stěží schopny dát výkon poloviční. Ale to dnes asi zase nikoho tak moc nepřekvapí, že..