Российский УКВ портал
Главная arrow Статьи arrow Аппаратура arrow Транзисторный усилитель мощности 144-148 МГц 500 Вт MRF300AN, MRF300BN


Транзисторный усилитель мощности 144-148 МГц 500 Вт MRF300AN, MRF300BN

Версия в формате PDF Версия для печати
Автор Виктор, R3KR   
Четверг, 23 Январь 2020
В 2019 году компания NXP анонсировала выпуск новых LDMOS транзисторов MRF300. Теперь эти транзисторы стали доступны и для радиолюбителей. Принципиальное преимущество данного транзистора — это простой пластмассовый корпус, который позволяет устанавливать транзистор при помощи обычной термопасты на радиатор. Решающий фактор для тех, кто занимается радио хобби, это доступная цена — 30 долларов за транзистор.


Следует учитывать, что оптимальная мощность, которую можно получать от одного транзистора, составляет 250 Вт, не смотря на заявленные производителем максимальные 330 Вт. Это связано с тем, что в радиолюбительских конструкциях отсутствуют жестко заданные эксплуатационные параметры, а именно, например, в режиме SSB меняется ток в зависимости от уровня громкости голоса оператора. Изменение радио частоты приводит к изменению КСВ в нагрузке, что также изменяет ток и ВЧ напряжение на транзисторе. Изменение тока приводит к изменению сопротивления транзистора. Существует множество параметров, которые можно было бы приводить для демонстрации отклонения от технических условий эксплуатации транзистора, которые рекомендует производитель. Исходя из этого, необходимо иметь 20-25% «запаса прочности».

При конструировании транзисторного усилителя мощности, необходимо учитывать такой важный параметр, как температура. Кристалл LDMOS транзистора похож на сердце человека. Пока транзистор молод и находится в руках конструктора, он может вынести повышенные нагрузки. Но наступает момент постоянной эксплуатации, и каждый стресс (перегрев, защитное отключение и пр.) оставляет маленький шрам на сердце транзистора. Накопленные шрамы приводят к «синдрому внезапной смерти», и совсем необязательно в момент перегрузки.


Производитель не скрывает повышенную чувствительность транзистора к перегреву или циклированию (нагрев\остывание), и дает такой эксплуатационный параметр, как «время жизни». Многие неправильно понимают эту характеристику, ложно полагая о столетиях возможной эксплуатации. На самом деле, производитель хочет сказать не о том, что транзистор будет жить вечно, а том, что он как раз имеет срок жизни, который зависит от перегрузок.

Практическое применение двух транзисторов MRF300 показало возможность их использования в двухтактной схеме усилителя 144-148 МГц для получения 500 Вт выходной мощности.

Image 

В предлагаемом варианте схемного решения применены широкополосные трансформаторы 4:1 на выходе и 9:1 на входе. Преимущество широкополосных трансформаторов заключается в отсутствии резонанса. Они способны работать в полосе нескольких октав. Усилители с широкополосными трансформаторами не склонны к возбуждению из-за отсутствия резонанса, в следствие чего они имеют меньший нагрев элементов. Кроме того они менее критичны к изменениям нагрузки. Так же данный тип трансформаторов просты в изготовлении без использования высоких технологий, например, изготовления печатных плат из мало доступных материалов. Каждый радиолюбитель может изготовить это самостоятельно, и допущенная ошибка в расчетах 20-30% не приведет к ухудшению параметров, т. к. данный трансформатор является широкополосным.

Недостатком широкополосного трансформатора является ограниченное количество вариантов трансформации — 4:1 или 9:1, в тоже время резонансные трансформаторы имеют гибкий коэффициент трансформации.
Резонансные трансформаторы являются хорошим средством для демонстрации максимальных возможностей транзистора производителем. На производстве так же изготовление трансформаторов резонансного типа является экономически оправданным, т. к. это не предполагает использование кабеля (резка, зачистка, разделка - ручной труд), и заключается в изготовлении печатной платы. На производстве важно выполнить тех. условия, поставленные заказчиком. Это не возможно с применение широкополосных трансформаторов т. к. у них всего два коэффициента трансформации.

Image 

Image 

Для эффективного распределения и отвода тепла необходимо использовать медную подложку между транзисторами и алюминиевым радиатором. Следует учитывать, что площадь такой подложки не должна быть минимальной, например только под транзисторами. Чем больше площадь меди, тем равномернее «растаскивается» тепло по алюминиевому радиатору. Место установки транзисторов должно быть «зеркально» гладким, так рекомендует производитель. Несколько слов о том, стоит ли фрезеровать медь для установки транзистора. Углубление, которое делается фрезой, имеет следы и не ровности после обработки. Добиться «зеркальной» гладкости, плоскости этого посадочного места очень сложно, практически не возможно. Многие, припаивая транзистор на медь, считают, что теплопередача сохранится, но это не так. Теплопередача припоя приблизительно в пять раз хуже, чем у меди, поэтому толщина теплоинтерфейса должна быть минимальной. Таким образом «зеркальная» полировка меди — это лучшее решение. Избежать фрезеровки и последующих проблем, можно путем формования выводов транзистора. Вообще, трудно сказать, откуда появилась мода на фрезерование меди под транзистор...

И к вопросу о ремонтопригодности припаянного транзистора. Трудно представить себе моральное состояние обычного пользователя, столкнувшегося с такой проблемой.

Image

В усилителе мощности использовано защитное устройство на основе ключа BTS500. Это решение позволяет с высокой скоростью в случае аварии отключать питание усилителя.

Image 

Главное преимущество данного ключа заключается в отсутствии необходимости использовании шунта контроля тока, малого внутреннего сопротивления, как следствие небольшого нагрева. Данная система автоматики не подвержена ВЧ наводкам  и позволяет с высокой скоростью осуществлять защиту от высокого КСВ, от превышения выходной мощности, от превышения тока. Также, данная схема позволяет получить информацию для индикации тока, потребляемого усилителем.

Для фильтрации гармоник используется фильтр нижних частот седьмого порядка, который прост в изготовлении. ФНЧ изготовлен на печатной пате из материала FR4, на которой нанесены только контактные площадки, не имеющие технологической емкости. Поскольку нет технологической емкости, отсутствует нагрев. Параметры фильтра рассчитаны в программе ELISE.

Image 

Направленный ответвитель изготовлен на основе кабеля RG-141, путем снятия части оплетки высокооборотной фрезой, которая применяется в стоматологии. Печатная плата не несет никакой ВЧ нагрузки.

Image 

Image 

а плате приема передачи установлены реле TIANBO TRA2 L-12VDC-S-Z , которые проверенны временем и сотнями тысяч пользователей. Значение КСВ платы 1.1:1.

Image   Image

Характеристики:

 

Диапазон частот

144-148 МГц

Виды излучения

SSB, CW, DIGI, RTTY

Входная мощность

50 Вт

Выходная мощность

500 Вт (SSB/CW, DIGI, RTTY)

Максимальный КСВ в антенне

1.5:1

Напряжение питания

+30 … +53В

Ток потребления

15А max (по +53В)

Входной импеданс

50 Ом (несимметричный)

Выходной импеданс

50 Ом (несимметричный)

Входные/выходные разъемы

UHF SO-239

Схема усилителя

двухтактная, класс АВ

Транзисторы выходного каскада

MRF300AN, MRF300BN

Размеры - ш х в х г (мм)

290х14205

Вес (гр.)

3900

 

Схемы защиты усилителя мощности:

1. Защита от перегрева.

В случае превышения температуры корпуса транзистора более чем +70С, произойдет срабатывание биметаллического термического переключателя, находящегося на корпусе транзистора и передача становится невозможной, вплоть до его остывания до +65С.

2. Защита от превышения максимальной допустимой выходной мощности.

Если уровень выходной мощности превысит допустимый порог, произойдет срабатывание защиты, отключающей от выходных транзисторов питание. На передней панели загорается светодиод Р. Для сброса защиты необходимо источник питания.

3. Защита от высокого КСВ.

Если КСВ в нагрузке превысит значении 1.5:1, то произойдет срабатывание системы защиты. На передней панели загорается светодиод SWR. Для сброса защиты необходимо выключить питание. В случае срабатывания защиты, рекомендуем проверить КСВ антенны.

4. Защита от превышения максимальнго допустимого тока.

Если величина тока выходных транзисторов превысит допустимый порог, произойдет срабатывание защиты, отключающей от выходных транзисторов питание. На передней панели загорается светодиод I. Для сброса защиты необходимо выключить питание.

Image

Image

Image 

Виктор
R3KR

Последнее обновление ( Четверг, 23 Январь 2020 )
 

У Вас недостаточно прав для добавления комментариев.
Возможно, Вам необходимо зарегистрироваться на сайте.