Článek RZ4HD o 23cm PA s MRF8S9200
 

Dobrý den kolegové. Začnu nové téma o výkonovém zesilovači pro rozsah 1296 MHz pomocí tranzistorů MRF8S9200 a MRF8S9260. Myslím si, že takové designy budou mezi radioamatéry žádané a nebudou tak drahé, pokud si je vyrobíte sami. O to jde: docela jednoduchá mono deska pro dva tranzistory, která může pomoci vytvořit si vlastní domácí PA pomocí levných laminátů. Nejprve chci udělat krátký exkurz do topologie tištěných desky používané při výrobě výkonných zesilovačů pro rozsah 1296 MHz. Zkušení konstruktéři k tomu používají sdružené zesilovače - řada si bude pamatovat Jimův design (W6PQL). Tento design mnozí opakovali a jsou používané, včetně skládání 4 modulů, s výkonem asi 300 wattů. Jednalo se o nejčastěji používaný design PA. Bohužel další lidé o tomto designu prostě nevěděli a jednoduše to nebylo veřejně dostupné.

Ale, jak se říká, všechno plyne a všechno se mění. Nově se objevily jiné tranzistory a nové konstrukce. Jeden z úspěšných tranzistorů místo zastaralého tranzistoru MRF-286 se stal tranzistor MRFE6S9160. Tento tranzistor umožnil získat výkon asi 160 W a de facto nahradil dva tranzistory MRF-286 s přídavkem výkonu. Desky W6PQL, vyrobené z drahých laminátů Rogers pro dva tranzistory MRF-286 začaly odpočívat na policích ... Nezapomeňte na to, co je ještě potřeba použít dělič výkonu a sdružovač, celý návrh zesilovače je poměrně komplexní a má o dost větší rozměry ve vztahu k zesilovači s pomocí pouze jednoho tranzistoru, kde nejsou žádné děliče ani sdružovače. DF9IC udělal konstrukci desky PA pro tranzistor MRFE6S9160 a mnoho ruských radioamatérů tento návrh zopakovalo. Ano, tento zesilovač funguje, ale jeho design také není úplně povedený. Kdo ještě nikdy neměl 150 wattů výkonu na 23cm tahle malá destička prostě omráčila, ale kondensátory tam byly velmi horké a výstupní topologie transformačního obvodu byl založena na 50 ohmovém páskovém vedení, které není optimální pro transformaci výstupní impedance tranzistoru do impedance zátěže. Ale deska dala svých 140-160 wattů a byl použit pouze jeden tranzistor. Byl to určitý průlom v návrhové oblasti PA pro rozsah 1296 MHz.

Za nejúspěšnější návrh vstupních a výstupních desek, které mám, považuji konstrukci Pavla US4ICI. Viz obrázek modulu zesilovače

Tento závěr není založen na prázdném očekávání. Osobně jsem sám vyrobil spoustu zesilovačů k testování nejrůznějších provedení zesilovače v rozsahu 1296 MHz pomocí různých tranzistorů a směle mohu potvrdit, co jsem již napsal. Pokud je deska správně nakonfigurována, tak pomocí pomocí tranzistoru MRFE6S9160 můžete získat výkon řádu 150 wattů se vstupním výkonem pouze 2,5-3 wattů. A opravdu je to možné, ale musíte to zkusit. V tomto případě je nutné mít zařízení, ruce, které rostou ze správného místa a hlavu, ve které jsou znalosti a zkušenosti. Dostat 160 wattů při vstupním výkonu 5 wattů - to je jednoduchý úkol s tím tranzistorem. Následně Pavel udělal návrh pro 300 wattový zesilovač s pomocí dvou tranzistorů MRFE6S9160. Všimněte si kompaktnosti designu, protože na desce jsou umístěny dva tranzistory, dělič a sdružovač výkonu. Považuji tento design za velmi úspěšný. Běloruský radioamatér EU2AA Vladimír udělal před rokem další krok v návrhu podobného 300 wattového zesilovače. Originalita jeho vývoje je, že deska s plošnými spoji je vyrobena z velmi levného laminátu FR-4 o tloušťce 0,8 mm a desky plošných spojů je možné vyrobit v Číně. EU2AA zveřejnil kompletní dokumentaci k tomu zesilovači, za což mu od všech patří velký dík radioamatérů. Všechno funguje, neohřívá se a nevyhoří !!! Neukazuji zde fotografie. Kromě tranzistoru MRFE6S9160 vyráběl průmysl také tranzistory MRF8S9200. Myslím, že tento tranzistor je mnohem lepší, než tranzistor MRFE6S9160. Vysvětlím svůj názor. Průměrný výkon tranzistoru v digitálním režimu u MRFE6S9160 je pouze 35 W a průměrný výkon tranzistoru MRF8S9200 - 58 W, více než 1,6krát více než předchozí tranzistor. Proto jsem zastáncem používání při výkonu 160–170 W, které tranzistor, který má 1,6násobek rozptýleného výkonu lehce vydrží. Ano, tranzistor 9200 je trochu tupější než tranzistor 9160, ale při použití standardního transceiveru s výstupem s výkonem 10 wattů tranzistor 9200 bez problému dá výkon 180 W. Z tohoto důvodu jsem používání 9160 tranzistorů prakticky vzdal. pro výrobu zesilovačů pro rozsah 1296 MHz používám pouze tranzistory MRF8S9200. S dobře zvoleným párem tranzistorů můžete získejte výkon přibližně 380 W při použití standardního buzení 10 W. Vyrobil jsem takový zesilovač a otestoval ho. Kromě tranzistoru MRF8S9200 existuje ještě tranzistor MRF8S9260. Parametr "průměrný výkon" u tohoto tranzistoru je 75W. Před 5 lety jsem strávil experimentování s tímto tranzistorem pomocí různých topologií, které nebyly založeny na programu Microwave Office. Nevyužívám tento program. Praktický, ale těžce vybojovaný design dovolil získat 260 wattů výstupního výkonu z jednoho tranzistoru. Přidáním dvou modulů, bylo možné dosáhnout výkonu 500 wattů. Ale taková cesta k získání výkonu pro mě nebyla zajímavá. Více zábavy je při objevování nového návrhu. Podobný PA s využitím MRF8S9260 vyrobil F6BVA. Předkládám fotografie modulů zesilovače. Nepočítej mě mezi kritiky, jsem spíše analytik, ale design F6BVA je velmi podobný designu W6PQL, není optimální a jen 400 W výkonu PA se ukazuje podle všeho jako nepříliš úspěšný.

Asi před třemi lety jsem vyrobil zesilovač využívající dvou tranzistorů MRFE6S9160. Má dost neobvyklý design desky. Vstupní obvody tranzistory byly oddělené a každý vstup tranzistoru mohl být nastaven nezávisle na druhém, což bylo docela výhodné, ale pro k ovládání vstupního obvodu bylo nutné použít dělič výkonu.  Použil jsem standardní Wilkinsonův můstek. Kolektory obou tranzistorů byly připájeny k jednomu širokému mikropáskovému vedení, které hrálo roli obvodu pro transformaci shody. Nabízím vám fotografii tohoto designu. Bohužel se mi nepodařilo získat dobrou účinnost a očekávaný výstupní výkon ve formě, ve které jsem ho chtěl. Proto jsem zrušil tohle obvodové řešení, abych měl tranzistory pro další experimenty. Ale zážitek z nastavování jsem si odnesl v paměti.

 

Po rozebrání mě jen napadlo, že ty dva tranzistory 9260 by mohly být vloženy do dvou samostatně vyrobených a konfigurovaných modulů a sdružit je do součtu výkonu. Ale před časem se na internetu objevil popis zesilovače W6PQL využívající 750 wattový tranzistor MRF13750H. Existují další tranzistory podobné výkonem a rozsahem. Počáteční náklady na tento tranzistor a PA byly velice vysoké, ale před rokem a půl náklady na tranzistor klesly na 186 $. Jim nyní tyto tranzistory prodává za cenu 218 $ a desku plošného spoje za 45 $.

Radioamatéři tak dostali příležitost vyrobit si zesilovač s výkonem 500-600 wattů pracující s buzením od výkonu 10 W, přičemž výdaje na komponenty byly asi 300 dolarů.

Ale je tu jedno ale ... Ten, kdo sleduje toto téma 23cm zesilovačů ví, jaké konkrétní problémy měli radioamatéři, kteří si tu stavebnici koupili, sestavili a sami nastavili. Tady o tom psát nebudu. Měl jsem proto nápad vyvinout další zesilovač, místo toho, který jsem nemohl naladit, pravděpodobně z důvodu nesprávného návrhu výstupního mikropásku. Pro začátek jsem ten nápad hned rozšířil. Vstupní obvody obou tranzistorů musí být oddělené a nastavit samostatně. Ale výstup a nastavení impedanční transformace celého řetězce by měl vypadat podobně jako ten, který použil ve svém návrhu Jim. Když se podíváte na datový list tranzistoru MRF13750H, pak pochopíte že Jimův design je téměř bezproblémový design z datového listu. S cílem minimalizace peněžních nákladů za experiment, bylo rozhodnuto vyrobit takový zesilovač pomocí tranzistorů MRF8S9200, kterých jsem měl doma pět. Vybral jsem velmi dobrý pár DC. Náš kolega R1TX vyvinul design výstupní desky, kde ta mikropásková podkova vypadá podobně jako u W6PQL, ale rozměry obvodů odpovídajících transformátorů byly samozřejmě přesně přizpůsobeny tranzistoru MRF8S9200. Laminát-FAF-4D 1 mm tlustý. Při pohledu do budoucnosti řeknu, že jsem koupil a dostal 4 tranzistory MRF8S9260 za účelem vytvoření dalšího modulu a nebudu do něj instalovat tranzistory MRF8S9200, ale tranzistory MRF8S9260. Vstupní obvody budou prozatím stále oddělené, i když existuje nápad na výpočet pro vstupní obvod, který bude podobný obvodu, který použil Jim ve svém výstupním obvodu. No, v budoucnu, tak v průběhu šesti měsíců bych chtěl vyvíjet a potom vyrábět Doherty zesilovač, ve kterém jeden tranzistor by mohl být docela dobře tranzistor MRFE6S9160 s větším ziskem. Jako druhý tranzistor bude použit tranzistor MRF8S9260. Pokud je možné vypočítat a stanovit takový návrh, existuje pravděpodobnost získání 400 wattového zesilovače s účinností 70-75 procent, pracující s dobrou účinností v různých úrovně výstupního výkonu. A pak si jen sdružte dva takové moduly pro 800 Wattů výkonu.

Co mohu stručně napsat o již vyrobeném zesilovači pro dva tranzistory MRF8S9200. Vstupní deska je vyrobena z 1 mm sklolaminátu FR-4. Deska byla prokovena pomocí mosazných nýtků, deska je připájena k měděné desce o rozměru 120 110 mm a tloušťce 10 milimetrů. Deska výstupního přizpůsobení je vyrobena z 1 mm laminátu FAF-4D. Prokovení se také provedl pomocí mosazných nýtků. Deska je připájena na měděný pomocný chladič. Vstupní obvody obou tranzistorů byly předkonfigurovány pro minimální VSWR. SWR vstup jednoho tranzistoru byl 1,17, u druhého byl prakticky 1:1. Předpětí bylo nastaveno tak, aby klidový proud každého tranzistoru byl 1A. Výstupní přizpůsobovací a transformační obvody lze nastavit pomocí dvou kondenzátorů. Mikropásky výstupního obvodu byly pocínovány a k nim byl připájen drát s průřezem 0,35 mm. To bylo provedeno proto, aby mikropásek o tloušťce 50 mikronů nevyhořel při provozním proudu každého z těch tranzistorů, které odebírají 12 ampér. K buzení modulu zesilovače jsem použil dělič výkonu vyrobený podle Wilkinsonova schématu s odporem 100 Ohm 30 W. Byl použit vlastní generátor - výkonný 25 wattový generátor na 1296 MHz, s nastavitelným výkonem. Mezi generátorem a vstupem zesilovače byl použit měřič výkonu a odraženého výkonu. Vstupní kabely zesilovače jsou připájeny na desce kde bylo umístěno mnoho nýtů. Také opletení výstupního kabelu připájeno k měděné desce, upevněné dvěma šrouby k mědi chladiče. Tento držák je tam čistě pro mechanické vykládání ohnutím kabelu tak, aby se nepoškodil DPS zesilovače. Pro K měření výstupního výkonu jsem použil dva měřicí přístroje: domácí 300 W měřič výkonu a směrový vazební člen pro 20 decibelů, což funguje v tandemu s M3-56. Parametry VUT byly měřeno v Moskvě na dobrých, přesných a ověřených přístrojích. Proč jsem použil dva metry? Domácí zařízení se okamžitě zobrazí procházející výkon, tranzistor se nestihne zahřát a parametry výstupního výkonu a spotřebovaného proudu se neodchylují. A tady měřič výkonu M3-56 se používá k přesným a dokončovacím měřením výstupní výkon pro přesný odhad účinnosti modul zesilovače. Kdo je z oboru, rozumí mi.

Když jsem zapnul zesilovač ze zdroje 25 voltů, můj měřič výkonu se stupnicí 300 W se dostal mimo rozsah. Uvědomil jsem si, že ten zesilovač zřejmě funguje víceméně normálně a přenastavil můj měřič výkonu na stupnici 600 wattů. To byla počáteční fáze testování. Použil jsem potom DC-DC převodník se schopností nastavení výstupního napětí a nastavení ochranného proudu. Velmi rychle jsem zjistil, že zesilovač funguje dobře, a nastavil napájecí napětí na 32 Voltů. Bez jakýchkoli úprav jsem při proudu 19,5 ampéru dostal výkon 346 W. Účinnost zesilovače je 54%. S ohledem na tři konektory, které mají útlum řádově 0,1 decibelu na frekvenci 1296 MHz a při započtení směrové odbočnice se svým SWR, pak si myslím, že skutečná účinnost zesilovače by měla být v oblasti 58-60 procent a výstupní výkon je pod 370 wattů. Toto je myslím velmi dobrá hodnota a z tohoto důvodu jsem na desce zatím nic neměnil. Nechal jsem tedy všechno tak, jak to je a pustil jsem se do výroby zesilovače se dvěma MRF8S9260. Doufám, že tento článek vám pomůže při vaší konstrukci PA.

73! Jurij.
RZ4HD

Volný překlad OK1VPZ

Zdroj: http://forum.vhfdx.ru/usiliteli-moshchnosti/ra-1296-mgc-mrf8s9200-mrf8s9260-rz4hdr1tx/?action=dlattach;attach=167983

Poznámka OK1VPZ: nedoporučuji pro podmínky SHF závodů používat PA stylu Doherty. Způsobuje rušení. A zdaleka ne se vším, co autor uvedl v článku, souhlasím.