Před časem jsem popsal malý budič s jedním obvodem Mitsubishi RA18H1213G. Bohužel se ukázalo, že 20W výkon tohoto budiče nestačí na plné vybuzení 4 výkonových modulů celkem s 8-mi tranzistory MRFE6S9160. Velký EME PA tedy bude muset dostat jiný budič a pokud bychom ho někdy chtěli použít v závodech, je nezbytné, aby splňoval i určité intermodulační požadavky. Což vede k zadání zkonstruovat budič o výkonu 40W s 1 až 2 dB kompresí. Ukázalo se však, že požadavek je tvrdší, než jsem očekával a předem sděluji, že se mi to nepodařilo. I tak však jsem se odhodlal tento budič popsat - částečně abych vyvrátil mýty o schopnostech obvodů RA18H1213G, částečně abych pomohl těm, kterým stačí na 23cm nepříliš lineární malý PA pro bateriové napájení. A dokonce možná to někoho i k lečcemus podnítí. Čas ukáže. Třeba to alespoň potom někdo ocení. Zejména pokud to povede k poznání, že do budiče žádné výkonové zesilovače s napájením 12 až 14V nepatří.

Mezi radioamatéry v OK i OM kolují divoké lidové pověsti, jak lze z uvedeného, 18W hybridního zesilovače (jednoho) dostat až 50W VF. Ačkoli jsem to na vlastní oči viděl (ukazoval mi to před lety Michael DB6NT), považuji to za nejhorší možný způsob, jak by se měl radioamatérský konstruktér chovat k výkonovým polovodičovým prvkům. Můj cíl byl tedy mnohem konzervativnější: sestavit kompaktní zesilovač s výkonem 50W, jenž by měl při 40W výkonu slušné parametry a jeho nelinearitu kompenzovat dynamickým zdrojem předpětí. Protože čas jsou peníze, použil jsem pro vývoj budiče opět obvody RA18H1213G, tentokrát dva. Vlastně ani žádný vývoj, jak jsem se domníval, nebyl zapotřebí, protože stačilo zopakovat známá obvodová řešení. Abych si zjednodušil práci, umístil jsem oba přizpůsobovací i další pomocné obvody na jednostrannou desku plošného spoje z běžného laminátu FR4, který bude otočen spoji nahoru a laminátovou stranou přišroubován pomocí (mnoha) šroubků M3 k chladiči. Nakreslil jsem dokonce dvě varianty - jednu s obvyklými 90 stupňovými děliči / sdružovači, druhou pro zapojení zesilovače stylu Doherty, protože jsem ve velkém PA neměl dost místa. Plošný spoj na desku budiče podle obvodového návrhu zmíněného pána:

Mojí ideou tedy byl budič ve stylu, kdy jeden zesilovač je provozován ve třídě AB a druhý ve třídě C a přidává svůj výkon k prvnímu zesilovači teprve tehdy, když první zesilovač se blíží k limitaci. Důvodem tohoto uspořádání je zvláště zvýšení energetické účinnosti, což je především u uvedených obvodů mimořádně důležité, neboť jejich klidový proud je tak velký, že zesilovač je provozován blízko třídě A - a rozměry mého chladiče jsou limitovány konstrukcí...

Obě verze zesilovačů jsem sestavil. První zádrhel se ukázal u vstupního přizpůsobení - pokud není dělič na svých výstupech správně přizpůsoben, není schopen rozdělit budicí výkon mezi oba hybridy správně - to se podařilo vyřešit malou kapacitou 1,8pF (C2 a C3), takže vstupní útlum odrazu se potom už pohyboval okolo slušných 20dB.

Nastavil jsem předpětí cca 4,5V pro oba hybridy (přitom mají - každý z nich - klidový proud cca 3,6A) a začal zesilovač budit z laboratorního generátoru přes 1W širokopásmový mezizesilovač. Výsledky byly dost ubohé. Zesilovač s těmito obvody je silně nelineární. Naměřil jsem (při max. úrovni buzení 600mW) zhruba tohle:

Lepší to nebylo ani na desce A44, ani na desce A45. Dokonce jsem z nějaké starší konstrukce vybral uvedené obvody, abych vyloučil, že špatné výsledky byly způsobeny tím, že hybridy, které jsem koupil za slušnou cenu, byly nějaké "cinklé". Pochopitelně tomu tak nebylo... A kontrolní měření na jiném PA s tímto obvodem ukazovalo stejně hanebné nelinearity. Abych si zjednodušil testování, sestavil jsem si dokonce na stole přístroje, jak bylo popsáno tady.

Teprve potom jsem o věci začal přemýšlet a pochopil, že je to vlastně logické. Nízké napětí napájení 3 zesilovacích stupňů (v hybridu) má za následek krátkou převodní charakteristiku a výrazný posun parametrů jednotlivých stupňu podle stupně vybuzení. Čím více jsou stupně vybuzeny, tím více jsou (mezi sebou) nepřizpůsobeny a tím větší je pokles zisku. Navíc se k tomu ještě přidává dosti značný úbytek napětí mezi posledním výkonových stupněm a budičem - odpor tlustovrstvových obvodů napařených na keramice je prostě značný... Ostatně - pokud bych si už tehdy přečetl tento článek, mohl jsem si ušetřit spoustu času...

Co s tím? Výrobce píše: "This module is designed for non-linear FM modulation, but may also be used for linear modulation by setting the drain quiescent current with the gate voltage and controlling the output power with the input power." Začal jsem si tedy hrát s jakýmsi kompenzačním obvodem, který - na základě napětí, naměřeného na výstupu PA - v jisté kladné zpětné vazbě (rychlejší, než odezva SSB modulace) bude regulovat předpětí obvodu tak, aby při malém výkonu byl zisk omezen zhruba o 10dB (z téměř 30 na 20dB) a s postupujícím zvyšováním výkonu se zvětšoval i řídící napětí pro hradla FETů v hybridu tak, aby při max. výkonu (okolo 50W pro 2x RA18H1213G) byla komprese zase jen okolo 1dB. Zkrátím to - strávil jsem na tom několik týdnů a konstatoval, že tudy cesta nevede - zamýšlený kompenzační obvod s dvěma operačními zesilovači nedokázal splnit požadované zadání. Důvodem je nejen teplotní nestabilita takové regulace, ale také rozdílnost obou obvodů a nakonec citlivost na hodnotu napájecího napětí. A tak jsem toho nechal - ne snad proto, že úkol je nerealizovatelný, ale proto, že poměr vloženého úsilí versus výsledek už byl hodně  neefektivní. Nicméně - pokud by se někdo chtěl inspirovat - asi nejlepší by bylo naprogramovat kompenzační tabulku do nějakého mikročipáku, který obsahuje alespoň 10-ti bitové A/D a D/A převodníky a tahat předpětí tohoto hybridu tímto způsobem. Jistě by to přineslo výrazné zlepšení chování takového PA především pro malé soutěžní stanice s bateriovým napájením, protože klidový proud takového zesilovače by byl jen okolo 1,5A a strmě by vzrostla jeho energetická účinnost (a tedy také se snížila produkce tepla). Ale zda by to pomohlo vyřešit spletry, produkované nelinearitami tohoto PA na pásmu, je více než pochybné - pravděpodobně by výsledek byl ještě horší... Ale pokud se do toho někdo pustí, rád se nechám poučit a nabízím své měření k ověření linearity i intermodulačních parametrů.

Závěrem tedy konstatuji: zase jsem nic podstatného nevymyslel - ostatně podívejte se na konstrukci RW3XA (byť s poněkud přehnaným dosažitelným výkonem). A pokud byste se i přesto chtěli pustit do stavby tohoto malého PA, tak všechny podklady jsou uvedeny níže. A určitě nebude od věci, pokud si nejprve přečtete články zde a tady.

A pokud potřebujete slušný budič řádu desítek wattů pro velký PA, sáhněte raději pro tranzistorech s napájecím napětím 28V! Ale o tom zase až někdy příště..

73! OK1VPZ