КРАССПАС

Сообщение от МЧС

24DX.ru Радиолюбители г. Красноярска

Допиливание усилителя RM KL-203 на все КВ диапазоны

Всё никак руки не дойдут до обширных слесарных работ по усилителю на 4-х ГУ-50

Пока подходит тяжёлая артиллерия, решил дополнить походный FT-817 малогабаритным лёгким усилителем.
После просмотра готовых изделий, выбор пал на RM KL-203.

Почему именно 203-ий?
- малые габариты: 109 x 125 x 35 мм,
- малый вес: 315 грамм,
- высокая выходная мощность: до 100 Вт,
- требуемая мощность раскачки: до 5 Вт, хорошо стыкуется с возможностями FT-817,
- двухтактная схемотехника,
- недорогие транзисторы, можно заменить на IRF520.

Минусы конечно тоже есть:
- дешёвые ключевые транзисторы искажают сигнал. На выходе много мусора (внедиапазонных излучений). Создаются помехи (в том числе и ТВ-приёму).
- отсутствие на выходе даже простейшего фильтра усугубляет предыдущий недостаток.
- в первых версиях иногда "залипал" при работе на передачу,
- в оригинальном виде не работает на частотах ниже 20 МГц.
Так что требуется доработка.

Тем не менее, вчера приобрёл данный девайс у Юрия R0AEU, за что ему огромное спасибо:

Не зря же я обзавёлся АА-330М, начинаю тесты усила.

Мои соединительные кабели рассчитаны на 75 Ом, поэтому и нагрузку для начала я поставлю в 75 Ом.
Вот калибровочный прогон. Все кабели подключены, усилитель в режиме обхода:

Вложение:

KL-203_04.jpg

КСВ в пределах 1,0...1,5. Измерения более-менее точны.

Принудительно включаем усил на передачу.
Вот так будут вести себя входные цепи:

Вложение:

KL-203_05.jpg

На частотах ниже 10 МГц данный усил просто не воспринимает подводимый ВЧ-сигнал.

Всё ясно.
Вскрываем коробочку. Нижняя крышка усилителя - пластиковая... Пожопились итальянцы. На KL-300 стоит уже металлическая. Ну да ладно.
А вот присутствие металлической стружки между фланцем транзистора и радиатором - плохо! Про отсутствие термопасты я уже и не говорю.

Штатный входной транс намотан так:
первичка - 3 витка (шесть проходов по дыркам бинокля),
вторичка - 2 витка (четыре прохода).
Феррит серый, скорее всего - высокочастотный, с малой проницаемостью. На КВ не годится.

Замерил общий потребляемый ток в режиме покоя.
При напряжении питания ровно 12,00 В, потребляемый ток составил 0,19 А.
За вычетом тока через реле и светодиод, практически выходит примерно 40...45 мА на один транзистор. Очень мало.

Входные цепи надо переделывать. И увеличивать ток покоя чтобы вывести транзисторы на более-менее линейный участок.
Возможно также придётся добавить ФНЧ на выход усила.
Если не удастся добиться положительных результатов, то заменю транзисторы на RD16HHF1.

Выдрал родной входной транс.
На его место ставлю одно кольцо FT50-43.
Обмотки как в оригинале:
первичка - 3 витка,
вторичка - 2 витка.
Выполняем обмер входа:

KL-203_06.jpg

Уже лучше. Можно потихоньку работать на частотах выше 1,6 МГц. Хотя неравномерность по диапазону довольно велика. КСВ скачет от 1,5 до 5.
Проверим правильность соотношения витков. Меняем обмотки местами:
первичка - 2 витка,
вторичка - 3 витка.
Обмеряем:

KL-203_07.jpg

Полное рассогласование. КСВ выше 10.
Всё-таки транс должен быть понижающим.

Теперь попробую так:
Первичка - 5 витков,
Вторичка - 3 витка, и параллельно вторичке резистор 75 Ом.
Вот гораздо лучше:

KL-203_08.jpg

На НЧ-диапазонах КСВ от 1,2 до 3,3. Приемлимо, но лучше бы настроить поточнее.

Продолжаем.

Убрал конденсаторы 270 пФ с затворов полевиков (С7, С8 по схеме из первого поста - на моей плате у них другая маркировка).
Конденсатор первички Т1 (С4 по схеме, 180 пФ) заменил на 82 пФ.
Также оставил резистор 75 Ом параллельно вторичке Т1 (между затворами плеч).
Убрал 75-омные кабели, заменил их на короткие (по 5 см) отрезки монтажного провода.
Нагрузка усилителя - 50 Ом.
Обмотки входного трансформатора: I-4 вит, II-2 вит.
Вот что вышло:

KL-203_09.jpg

Резистор 75 Ом влияет на КСВ в нижней границе диапазона. Без него КСВ ниже 1,5 МГц зашкаливает за 10, а с ним - около 4.
Конденсатор первички Т1 определяет КСВ на верхней границе диапазона. Его увеличение или уменьшение ведёт к повышению КСВ на частотах выше 15 МГц.
Конденсаторы на затворах полевиков на КВ почти не влияют. Может и зря я их выдрал...

Попробовал поменять соотношение витков Т1: I-5 вит, II-2 вит.

KL-203_10.jpg

Стало хуже - вырос КСВ по интересующему меня нижнему КВ-диапазону (80 и 40 метров).
Изменяю в другую сторону, Т1: I-3 вит, II-2 вит.

KL-203_11.jpg

На диапазонах 160 и 80 метров КСВ практически единица. Да и на ВЧ-диапазонах КСВ не выходит за пределы 4.
Правда, выше 10 МГц появляется реактивность, которая при других соотношениях проявлялась на частотах выше 20 МГц.

Наверное оставлю последний вариант 3:2 (как было в оригинале).
При этом в диапазоне от 2,0 МГц до 10,0 МГц КСВ по входу не более 1,5, реактанс отсутствует:

Вложение:

KL-203_12.jpg

P.S.
Кстати, тут народ говорит, что АА-330М не показывает знак реактивности.
Это не совсем верно. Знака реактивности нет на компьютерных графиках, а на самом приборе он есть (фото не моё, только сейчас об этом подумал):

AA-330M.jpg

Когда настраивал конденсатором первичку Т1, то смотрю - если реактивность отрицательная, то добавляю ёмкости. А если положительная, то переборщил - отпаиваю обратно от настроечной "грозди".

Всё же думаю, какой Ктр выбрать для Т1.
Ясно, что он должен лежать в пределах от 0,5 до 0,66.

Вложение:

KL-203_13.jpg

Надо ещё раз попробовать измерить при Т1: I-5 вит, II-3 вит. К тому же, нужно учесть, что FT-817 будет сбрасывать мощность при КСВ выше 3. Т.е. получается полоса от 1 до 17...20 МГц.
И ещё вопрос - будет ли кольцо передавать мощность на транзисторы? А то вдруг получится, что я настраиваю хитрый тупиковый фильтр  
Вот определюсь с трансформатором, впаяю его, потом посажу транзисторы на радиатор (они сейчас просто в воздухе висят) и тогда можно попробовать снять мощу.

Попробовал 5:3, не понравилось:

KL-203_14.jpg

Перемотал транс МГТФ-ом, витки распределил более-менее равномерно по кольцу. Соотношение витков 4:2.
Вот что вышло:

KL-203_15.jpg

Попробовал также 3:2

KL-203_16.jpg

Вернусь к варианту 4:2.

Первое включение не удалось - на выходе не было мощности. Хм... факир был пьян и забыл закоротить С10 по схеме (на плате это С14) 

Ток покоя пока ещё тоже не добавлял. Включался в режиме FM.
Напряжение питания FT-817 при передаче 10,2 В (от отдельного Li-Ion АКБ).
Питаю УМ гелевым АКБ 12Вх7Ач (от бесперебойника). 
Прямую мощу замерял проходящим измерителем мощности антенного тюнера TRIO AT-200 на нагрузке 50 Ом в режиме обхода.
Вот таким (фото не моё):

TRIO AT-200.jpg

TRIO AT-200.jpg (33.74 KiB) Просмотров: 478

Никакие согласования не выполнялись.
Кубики КСВ - по индикации на FT-817. На выходе получил вот это:

1,9 МГц - КСВ = 0 кубиков - 120 Вт.
3,5 МГц - КСВ = 2 кубика - 90 Вт.
7,1 МГц - КСВ = 3 кубика - 50 Вт (тут замерил потребляемый ток 6,8 А, питание усилителя проседает до +11,4 В - АКБ уже подразряжен).
10 МГц - КСВ = 0 кубиков - 45 Вт.
14,2 МГц - КСВ = 1 кубик - 40 Вт.
18,0 МГц - КСВ - 4 кубика - 30 Вт.
21,2 МГц - КСВ = 3 кубика - 25 Вт.
24,5 МГц - КСВ = 1 кубиков - 25 Вт.
28,5 МГц - КСВ = 0 кубиков - 20 Вт.
50 МГц - КСВ = 7 кубиков - 0 Вт.

Отметил крестиками кубики КСВ:

KL-203_17.jpg

Что-то эта картина плохо соотносится с последними графиками. Рано завершать настройку.
Видимо надо было сначала дать нормальное смещение (выставить ток покоя), а потом уж настраивать.
Похоже, транзисторы как следует не открываются от слабого сигнала АА и не вносят своего влияния на графики... надо перемерять.

Тем не менее, хоть и плюс-минус лапоть, но на КВ попал  

KL-203_18.jpg

160 и 80 м - отдаётся около 100 ватт на выходе и хорошее согласование по входу.
Даже КПД на 40-ке порадовал - 57 %.

А я тут просто веду дневник  Ну чтобы не на бумажке записывать - потеряю, проверено. Тем более, можно сохранять картинки и править текст.

Итак. Попробую тезисно.

Зачем подключать усилитель к радиостанции, думаю пояснять не надо 
Вот подключили мы усил, и что происходит?
Усилитель должен принять наш сигнал, усилить его и отправить дальше (в антенну, например).
Мы ожидаем, что энергия сигнала, генерируемая радиостанцией, попадёт в усилитель.
Но это не так. Энергия-то высокочастотная! А она, зараза, просто так, как из батарейки по проводам в лампочку, передаваться не желает.
Требуется обеспечить гладенький и ровный путь, то есть - согласование.

Но мы ж ребята любопытные. Как немцы, чётко по инструкции делать не умеем  
Шибко интересно знать, что ж случиться если сунуть гвоздики в розетку ... точнее, что будет, если не согласовать выход радиостанции со входом усилителя?
Часть передаваемой ВЧ-энергии воспримется усилителем (будет поглощена), а оставшаяся часть "отразится" обратно, к радиостанции.
Соотношение поглощённой и отражённой частей определяется степенью согласования, которая обычно выражается в КСВ.

Другими словами, мы можем дудеть во всё горло, генерировать наши 5...10 ватт, и пытаться передать их усилителю, но усил гордо откажется их принимать и энергия отразиться от него, как от стенки горох.
Тем не менее, закон сохранения действует. Куда-то же этой энергии надо деваться! 
Куда? Да обратно, в радиостанцию - откуда вылезла. 
И всё бы ничего, но если радиостанция работает на пределе своей мощности, то дополнительная отражённая моща сложится с прямой мощой, в сумме они превысят предел прочности выхода радиостанции - и хлоп! - пошёл волшебный дым.

Ладно, а если сделать дубовый-предубовый выход радиостанции? Чтоб эту сложенную мощу выдержать. Технически вполне возможно, но...
Тоже мало приятного. Прямая и обратная мощности обычно складываются не синхронно, то есть, не в фазе. В результате форма сигнала меняется весьма причудливо - возникают неслабые искажения. Или, другими словами, появляются новые сигналы, которые мы не собирались формировать - помехи.
В общем, ситуация в точности соответствует проблеме согласования радиостанции с антенной.

Зачем нам это нужно при переделке усилителя KL-203? Он же как раз и предназначен для работы с радиостанциями!
Да, предназначен. Но на других частотах.
Посмотрим на первую картинку, что я снял анализатором. Возможно она не совсем точна в деталях, но общую тенденцию отражает верно:

KL-203_05.jpg

Красная линия - это график изменения КСВ (шкала слева) в зависимости от частоты (шкала снизу).
Считается, что более-менее безаварийный режим работы обеспечивается при КСВ не более трёх.
На графике это частоты выше 10 МГц.

Если мы подадим не вход непеределанного усилителя частоту ниже 8 МГц, то согласования не будет вообще никакого. КСВ > 10.
То есть, усилитель неспособен принять этот сигнал -> усиления не будет. Только зря нагреем радиостанцию, и хорошо, если не сожжём.

Почему так происходит?
В данном случае, виной всему входной трансформатор усилителя.
Он выполнен на феррите с малой магнитной проницаемостью. В результате, высокочастотная энергия (например, 28 МГц) способна передаваться с первичной обмотки такого трансформатора на вторичную, а низкочастотная (например, 3 МГц) - нет.
Поэтому первым делом надо заменить именно материал сердечника. Не так уж важно, какой формы он будет - бинокль, как в оригинале, или кольцо, как применил я. 
Главное, чтобы свойства сердечника позволяли трансформировать частоты нижней части КВ-диапазона.
Я много раз нарывался на проблемы с отечественными ферритами. Это просто мучение какое-то! Проницаемость очень нестабильна, довольно сильно меняется вместе с температурой, да ещё и кромки острые... Поэтому взял импортное кольцо. Из подходящих у меня были FT50-43 - они очень распространены у радиолюбителей. Если же есть отечественные кольца, то можно взять штук 6 наших К10х6х4 или близких по размерам, проницаемостью не менее 600, и склеить в бинокль 3+3.
Можно было и из двух моих колец склеить бинокль (хотя по форме он напоминал бы очки), я уверен, что в этом случае характеристика была бы более равномерной, но два 50-ых кольца по габаритам не помещались на место старого трансформатора. А применять кольца меньшего размера, да ещё и отечественные, не было никакого желания.
Тем более, входной трансформатор должен передавать мощность порядка 5...10 ватт, и не может быть очень миниатюрным. Больше - пожалуйста, меньше - нельзя.

Заменил R5 (по схеме) с 3,3 кОм на 3,9 кОм.
Общий ток покоя вырос до 0,65А. На каждый транзистор по 150 мА. Уже кое-что.
Нагрузочный резистор по вторичке Т1 (между затворами плеч) поставил 51 Ом 1 Вт.

В результате получил вот такой график на анализаторе:

KL-203_19.jpg

Выходная мощность подросла, и более равномерно распределилась по диапазонам:

KL-203_20.JPG

Замеры КСВ по индикатору FT-817 сильно зависят от мощности возбуждения.
Первичка 4, вторичка 2 витка.
Мощность распределилась практически так же, но отдачи стало побольше:

KL-203_24.jpg

Промерил при разных уровнях подаваемой от FT-817 мощности.
По прежнему, при уровне Рвых > 50 Вт на двухтональном сигнале - ограничение.

KL-203_ATT.JPG

Выходная мощность снизилась до 20 Вт, но форма сигнала на 160 м так и осталась корявой.

Похоже, на этих транзисторах никак не получить равномерного и линейного усиления на всём КВ-диапазоне :( 
Поскольку лично мне этот усил нужен для работы через АЗИ, то и рабочие частоты будут в интервале 1...8 МГц.
Попробую подогнать именно под нижний КВ.

Выдрал все конденсаторы с первички выходного трансформатора, и заменил одним КСО на 4300 пФ.
Аттенюатор тоже исключил.
Сигнал на 3,5 МГц выправился. На 1,9 МГц ещё остались кривульки, ну да ладно. 7,1 МГц и раньше был ровным, таким и остался.
Мощности на этих диапазонах почти не изменились.
А вот выше 10 МГц усиления нет. Да и не особо-то нужно.

Да и ещё - при всех тестах (этих и проводимых ранее) при входной мощности более 2 Вт на диапазонах 20-28 МГц окружающее оборудование вело себя странно: лабораторный блок питания уходил в защиту, вентилятор охлаждения останавливался, клавиатура пикала об ошибке ввода, изображение на мониторе шло полосами :D 
Мой осцилл на частотах выше 5...7 МГц форму сигнала различает очень плохо, не могу проконтролировать результат. Видимо прут гармошки.
Попробую поставить на выходе простенький ФНЧ на частоту 8 МГц. Может поможет...

Вообще же, думается мне, что:
- ключевые полевики с изолированным затвором имеют большущую входную ёмкость, порядка 330 пФ каждый. В оригинальном исполнении усила, она была зашунтирована малой индуктивностью вторички входного транса. В результате получалась настройка на Си-Би диапазон.
- когда же мы ставим низкочастотные ферриты на вход, резонанс уходит в самый низ КВ-диапазона. И поправить это никак нельзя (не заменив транзисторы).

Так что остаются два варианта:
1. заменить транзисторы на RD16HHF1 и получить схему навроде вот этой:
http://ur4qbp.ucoz.ua/forum/14-18-3#1206

Вообще же, лежат парочка RD100HHF1. Мог бы и их засунуть, чтобы уж наверняка :)
От 5 ватт они как раз до сотни раскачиваются при 12-вольтовом питании:

RD100.JPG

Но это был бы уже не переделанный KL-203, а новый усил на радиаторе от 203-его.

Вот подожду, пока эти транзюки не сгорят, а там посмотрим 

Сейчас всё вот в таком состоянии:

DSCF3667.jpg

По нижним диапазонам замеры вот такие:

KL-203_25.JPG

Аттенюатор всё равно нужно ставить - разница в отдаче при снижении возбуждения невелика, значит усил в насыщении...

P.S.
Я всё поменял. Убрал кондёр 82 пФ и шунт в 51 Ом.
Добавил неотключаемый аттенюатор на -7,7 дБ (после реле, естественно). 
Это 120+51+120 Ом.
Кондер на первичке выходного транса поставил 1000 пФ (можно было бы оставить родной).
Поменял мощность возбуждения по ступеням.
Вот усил:

 

DSCF3669.jpg

Вот выходная мощность:

KL-203_26.JPG

первая ступень - 0,5 Вт, выход на 3,6 МГц = 17 Вт, потребляемый усилом ток = 4 А.
вторая ступень - 1 Вт, выход на 3,6 МГц = 40 Вт, потребляемый усилом ток = 7 А.
третья ступень - 2 Вт, выход на 3,6 МГц = 70 Вт, потребляемый усилом ток = 11 А.
четвёртая ступень - 4 Вт, выход на 3,6 МГц = 90 Вт.
Мощность меня вполне устраивает.

КСВ по входу везде - 0 кубиков, аттенюатор всё выровнял.
Огибающая АМ искажается только на четвёртой ступени.
Вершины синусоиды несущей имеют сглаженные ограничения - то ли аккум подсел, то ли надо ставить ФНЧ. 
При включениях оборудование уже не шалило :)

Отключать аттенюатор на НЧ-диапазонах не вижу смысла - чутьё усила и так слишком большое.
Если только есть желание получить больше мощности на частотах от 5 до 10 МГц - тогда да.
Выше 10 МГц усил с этим ферритом работает плохо, в этом разе надо вернуть родной бинокль :)

Так что, либо ВЧ-диапазоны, либо НЧ.

Сейчас схема вот такая:

KL-203 ver 6.1_my.JPG

Красным пометил изменённые элементы.
Удалённых элементов на схеме не видно (чтобы не загромождали) - это конденсаторы в затворах транзисторов, разделительный конденсатор на выходе и конденсатор входного трансформатора. По оригинальной схеме можно проследить.

Без аттенюатора было усиление что-то около +20...23 дБ, при 0,5 Вт на входе усил уже перегружался.
С аттенюатором получилось усиление +15...16 дБ (~35 раз) по мощности. На четвёртой ступени уже идёт небольшой перегруз.
Теперь больше 2,5 ватт на вход подавать смысла мало.

ru0aog Станислав