Ижевский АвтоРадиоКлуб "ИСКРА"

А кто говорил что то про авто? в авто свои подходы. Тут тема про УКВ усилители. Как я делаю усилитель.
А если по делу. То надо написать так:

Ну про твой вопрос, про как повысить мощности усилителя.
Все мы знаем вот это выражение для максимально возможной выкачиваемой мощности с транзисторного каскада:

Где Vs – напряжение стока (напряжение питания), Rs – сопротивление source (источника).
Ну если по простому, то есть два метода получить большую мощность:
1. Уменьшать сопротивление источника. Кстати сюда относится и распараллеливание каскадов. Это например на микроуровне – чип транзисторы распараллеливают, на уровне сборок – делают пуш-пульные усилители, на блочком – обьединяют сборки и паллеты.
2. Или повышать напряжение питания.
Других вариантов нет….
Раньше, когда транзисторы были слабенькими (или использование неспециализированных транзисторов), основной акцент был в распараллеливании. Вот например схемы и темы. Ну первые попавшиеся:
1. http://frenning.dk/OZ1PIF_HOMEPAGE/50MHz_IRF510.htm
2.
3.
И даже так
3.
Где каждый зубчик, это один транзистор.
ну ещё...
https://yadi.sk/i/hOm0WH_GciLJj
А если посмотреть колхозников на наших популярных сайтах, то вот простые примеры реализации. Их куча. И это не интересно. Распараллеливаешь и все… Компот короче.

А вот даже есть такое направление в электронике – дистрибутивные (распределённые) усилители. У которых полоса от 1ГГц, до 20ГГц с неравномерностью 1дБ и высокой выходной мощностью. Ну в общем инструментальные и исследовательские… см. американских TriQuint. или тут http://mwrf.com/active-components/acquisition-may-bring-gan-improvements-gaas-solution

При распараллеливании конечно есть свои достоинства но и куча недостатков: – это большие размеры и сложность трансформировать очень маленькие входные и выходные сопротивления, т.к. все параллельно. И основной сдерживающий фактор до недавнего времени было невозможность повысить рабочие напряжения на транзисторах в связи с физическими ограничениями. Хотя если смотреть на те же лампы, то там работают с большими напряжениями и все довольны.

В принципе если смотреть развитие технологий, то все тихонько ползет вверх. Хоть не быстро, но ползет.

Вот пример: Вообще жесть… Используют напряжение питания 300В, получают 1кВт, при КПД- 85%.
http://www.ixys.com/Documents/AppNotes/CO1.pdf

Но в транзисторной технологии совсем недавно появился новый тип транзисторов – GaN (нитрид галиевые), у которых рабочие напряжения очень офигенные. Да и КПД тоже классные. Это все позиционируют как прорыв. И даже если смотреть мировых лидеров по производству транзисторов – они уменьшают номенклатуру мощных полевых и увеличивают номенклатуру GaN, т.е. происходит замена полевых. Видимо неспроста. Пока большая часть этих GaN транзисторов идут для источников питания, но это только пока. Например американские производители транзюков для военной техники во всю производят СВЧ GaN, см. TriQuint, Nitronex - которых поглатил MACOM, Cree. Ну и европа начинает NXP, UMS. Япония – MitsubishiElectric, Да и вообще все начинают смотреть FreeScale, RFMD, Polyfet, Integra, Microsemi и т.д.
Хотя пока они раз 5 дороже обычных полевых. Ну и иногда их не продают в нашу банановую страну.
Коментарий: А то, что в автоМОБИЛЬНОЙ технике нет высоких напряжений, это временно. Например уже давно просится повышение бортсети легковушек. Щас дофига потребителей, и много энергии теряется в проводах автомобиля. Ну и сложнее делать высокотоковые соединители, и это надёжность. А не делают потому, что щас все завязано на 12В, и производителю придётся переделывать всю электронику внутри………
И ещё, сегодня повысить напряжение для питания усилителя в автомобиле очень просто, это даже не вызывает никаких сложностей. Снизу приделывается DC/DC – ну например 12В/50В. Для примера можно посчитать что будет лучше – DC/DC + 1высоковольтный усилитель, или десяток 12В усилителей. Возможно первый вариант будет выгоднее. Хз.
Ну в общем на любителя.


Это я опять поумномничал. А теперь о простом.

Обычно используют специальные транзюки для 12-ти вольтового питания. Ну этим славится MitsubishiElectric. У них почти вся линейка кремния расчитанна на 12В. Сложность такой реализации видна из формулы, см. вверху. Т.е. для получения большой мощи входные и выходные сопротивления у них сделаны очень маленькими. И для трансформирования их с величины в единицы и даже десятые ома, нужно очень сильно постараться. Ну и рабочие полосы получаются узкими.

Следующее решение - делают суммирование (т.е. распараллеливание). Ну это можно посмотреть на примере КВ усилков:
- можно распараллелить транзисторы
- можно распараллелить модули.
- А можно просто проссумировать блоки.
А если использовать повышенное напряжение, да пусть те же 27В, можно получить полосы на порядок шире.

Вот результаты замеров по мощности…




Нехватает мне КПД и чуток мощности..
Буду кумекать дальше, т.к. мне нужен КПД более 50%.
Ну в принципе видно, куда я буду дальше работать:
1. В требуемой полосе (200-250МГц) сделать усиление поровнее, как малого сигнала, так и большого. Виден завал при повышении частоты
2. Более лучше согласовать вход.
3. Согласовать выход т.к. КПД для меня низкое…

Буду работать

Далее
Я забыл нарисовать свою измерительную систему. Вот рисунок. Это при измерении в режиме малого сигнала.


Это прикидки по мощностям. Цели для чего нужно это прикинуть:
1. Измерительный прибор очень дорог. И стоимость ошибки в районе 300т.р. не менее. Тут все должно быть просчитано. Во всех возможных случаях и даже если вдруг завоет, то прибор должен продолжать работать… Реггруз моего прибора, не более 20дБм (100мВт).
2. Максимальная точность измерительного прибора в районе -10дБм (-5дБм…-15дБм). Нужно постараться это обеспечить. Например при измерении КСВ выхода мы уже проигрываем в точности. Если поставим большие аттенюаторы, то будет ещё хуже. А так пока терпимо.
3. Аттенюатор в данной схеме выполняет 2 функции: ослабление и «согласование».

Ну и вот прикидки по большим мощностям.

Тут в принципе все так же. Но с учетом того, что ни при каких условиях не должна быть превышена максимально допустимая мощность на входы.
Анализатор цепей используется для примерных измерений. А если вместо него прикрутить генератор и ваттметр, то измерения будут точнее.

темка интересная. Я даже не знал, что в современных уличных прожекторах есть клёвые усилки и блоки питания. И вообще много чего.
http://forum.vhfdx.ru/obshchiy/%27oaok%27-aotem-a-432-m/

Тоже читал, вот где генератор помех для р/л...

http://www.youtube.com/watch?v=KZF-FR8b71s Походу, та же тема...

Этот америкос совсем дурак. Без глаз останется. Такое СВЧ всю сетчатку выжгет, а потом будет снег зелёный.

Чего-то давно не писал. Ну в общем работаю.
Реально получил 20Вт при напряжении питания 16в и компрессии 1дБ. Но как обычно, были проблемы с малым КПД и ещё мне не нравится завал на 230МГц.
АЧХ макетки такая.

первая - АЧХ на малом сигнале,
вторая - АЧХ на большом сигнале, примерно P1дб
треться - разветрка по мощности на наилучшем КПД (170МГц). На выходе стоит аттенюатор 61дБ, т.е .к значению мощности на последнем графике прибавить 61дБ.
начальный ток стока - 400мА.
Схема макетки пока такая. Но будет изменяться. Тут пока удалил паразитные компоненты, чтоб не запутывать.



Долго разбирался с малым КПД схемы. Вот эти проблемы, которые были решены:
1. Обязательно делать подтягивающий резистор затвора на землю в районе 50 - 100Ом для данного типа.
2. Если смотреть рекомендации по применению от POLYFETa - 1997 MTT Presentation «Stabilizing Mosfet Amplifiers», то там рекомендуют делать обратную связь по ВЧ резистором. Что мной было проделано. Эта ОС выравнивает коэффициент усиления и устраняет самовозбуждение. Но и одновременно смещает импеданс цепи согласования в точку 50Ом, Что не позволяет получить оптимальное согласование. Я уменьшил эту ОС и получил более сносные результаты по КПД в районе 45…55%. Эта была основная моя заморочка. Вот статья на эту тему от RFMD.
3. А самостоятельно я пока не проверил КПД vs Vcc. Подозреваю, что есть зависимость. Поработаю в этом направлении. Пока тут оставлю пробел.

Ну ещё раз. Параметры получились примерно такие (ещё улучшаю, ещё не окончательные):
Полоса частот 150МГц…230МГц
Выходная мощность по уровню 1дБ– 18-20Вт
КПД в полосе частот на компрессии 3дБ – 42…50%
Напряжение питания – 16…17В. Начальный ток стока 200мА…400мА
Усиление 10…12дБ
Так как транзистор работает в сильно облегченном режиме, то он не должен портится при обрыве выхода. Но пока не проверял на мощности обрыв выхода.
Каскад устойчив.

Теперь борюсь с завалом на 230МГц.
Этот косяк вызван печатью. У меня печать плохо разведена. Основная проблема откуда ноги растут – это для того чтоб запаять торцевой соединитель 0732511150 molex, я сделал тонкую печатную плату из FR4 на 0,2мм, которую запаял на железное основание. Получился бутерброд: основание+припой+плата+соединитель.
Вот печать:

кубики просто, чтоб припаяться можно было. Никаких функций они не выполняют. Так решил и всё.

Щас прикинул в AWR. Каждый такой лепёхе по 20пФ. Подрезаю и укорачиваю щас эти лепёхи. Ну и конечно сегодня всё согласование уплыло. Щас снова с кабелями работать. Но КПД и АЧХ вроде выравниваются. Лучше.

Сегодня проверял обрывы и КЗ на транзисторе.
Выход не боится КЗ и ХХ при номинальной нагрузке по мощности. Чуток воет когда хочу 210МГц 20Вт при ХХ. Вообще сегодня подключал и отключал без соблюдения правил. Вкручивал/выкручивал при подачи мощности и без. Фигня. Работает. Ничего не греется. и не портится. В принципе, то что хотел. Так что теперь мой каскад будет работать на любой гвоздь.
Вот только решил для большей стабильности все же работать на 20вольтах питания. Так транзистор выдает 20Вт при 1дБ компрессии, вместо 16В и компрессии на 3дБ

Серега, с прискорбием сообщаю, что проект РА 1296МГц закрываю. Хоть и копейки затратил, на остальное еще 2000 гринов надо, и это без АФУ!
Детали продаю в Самару.

В развитие. Лучше конечно с антенн начинать.

Согласен. А там, доживем, и действительно на модулях забацаю...

Ещё нашел один косяк в своих измерениях.
Я использовал в работе вот такие аттенюаторы. Они хорошие. Мощу держат хоть и греются. А после них стоит ваттметр. Аттенюаторы я использовал для облегчения работы и защиты от всяких неприятностей мой ваттметр.
Эти аттенюаторы расчитаны на 20Вт. У меня имеются аттенюаторы на 3дБ и на 6дБ. Т.е. сначала стоит аттенюатор на 3дБ и он рассеивает половину мощности. А второй, на 6дБ, почти всю оставшуюся. И получается, что на каждом из них рассеивается по 10Вт, а я вдуваю 20Вт.
И недавно заметил, что с этими аттенюаторами на большой моще показания прыгают.
Снял аттенюаторы и показания более стабильны.
Видимо сильный температурный уход у них. Гады. Ничему нельзя верить. И в описании на него нет ничего про тепературный дрейф... Ну в общем сволочи эти америкосы.

Сравнил я размеры радиаторов у этих аттенюаторов и размер радиатора на прецизионном ваттметре Agilent на такуюже мощу - разница примерно в 6...10 раз. т.е. прецизионная техника от Agilent имеет запас на мощность рассеивания и тем самым у них меньше перегрев и меньше ошибок связанных с температурной нестабильностью.

Ну вот так. Примерно. Работаем далее.

Кстати недавно пообщался с умными дядьками и вот что в моих мыслях изменилось:
1. На GaN технологию очень сильно возлагали надежды. Туда много денег влили. Но пока ответной прибыли не много.
2. Пока GaN технология дорога. Но в принципе скоро стоимость её сильно снизится и для разных простых задачь её будут применять. Технология простая, но пока редкая и все выжимают из неё максимальные прибыли.
3. У этой технологии есть проблемма с теплоотводом. т.к. мелкий транзистор держит большие напряжения и токи, но при этом ни кто не отменял, что с маленького размера нужно отводить очень большие мощности. А это значит перегрев. Тут физика. А при перегреве все полупроводники быстрее портятся.
4. Эти транзисторы имеют очень неприятный завал по компрессии. т.е. он (завал) начинает вводить амплитудные искажения уже при малых мощностях, по сравнению с обычной поликоровой технологией.
5. Эти транзисторы имеют эффект "памяти". т.е. если они в прошлый раз выдавали 10Вт, то в следующий раз они могут аномально неправильно выдавать 1Вт. Короче не стабильны. И об этом обычно все умалчивают заменяя в своих отчетах на типовую фразу - "MemoryEffect".
6. Слышал, что некоторые фирмы пытаются уделать нормально закрытые транзисторы. ну типа для открытия нужно подать напряжение. А сей час для закрытия нужно подать отрицательное напряжение. Ну неудобно сей час. Нужно запариваться на порядок включения и выключения. А это сложно...

Хотя... Ну очень вкусные эти GaN. Даже сегодня с учетом этих проблемм.

Чо за схема непонятно.

Вона чо! http://ru.aliexpress.com/item/100W-FM-V ... 52398.html хотя и дешевле есть...

Оч чет чахлый вход 1-4 вт. И питалово 24в.

Серега, чот я в дебри залез...
Доступно можешь объяснить матрицу S параметров 4х полюсника?

Как я понял: S11 для РА(МШУ) это - его КСВ по входу. S22 то же самое по выходу. В общем случае неважно речь о МШУ, фильтре, ответвителе или любой другом устройстве. S21 у случае МШУ это коэф. передачи от выхода (второй порт) ко входу (первый порт), а по простому то же коэф усиления МШУ.

И как учесть температурные шумы?

Ту задал такой глобальный вопрос, который в универе должен преподаваться семестр.

Эта матрица очень полезна. Ну по простому это тоже самое что входное/выходное сопротивление и "сопротивление" на проход в двух направлених, только нормированно и по хитрому измерено.

История:
Раньше, до изобретения полупроводников в расчетах использовали другие матрицы:
Z-матрица - матрица сопротивлений
Y-матрица - матрица проводимостей
A-матрица - я уж и не помню.
H-матрица - тоже непомню.
Они все математически могут друг из друга выколупываться.
Но для получения этих матриц необходимо или чего то замкнуть между собой и измерить или чего то в ХХ и тоже измерить. Что для транзистора не очень хорошо.

Изобрели эту матрицу S-параметров почти одновременно наш профессор Вольперт и супостат Смитт. Кто первооткрыватель до сих пор спорят, т.к. у нас в СССР всё засекречено было. Ну и америкос разрекламировал себя.
Популярность матрицы S-параметров возникла из-за метода измерения, в котором не требуется чего то коротить или размыкать, а используется волновой метод. т.е.
пускается зондирующая волна и смотрится на сколько она отражается от исследуемого устройства. Если ничо не отражается, то матрица находится в центре кружочка и система согласована на волновое сопротивление измерительного тракта.
В последствии производитель измериловки и разработчик СВЧ программ моделирования с названием ХюлетПаркер(потом он стал Аджилент щас он стал Кейсайт) дополнил эту матрицу шумовыми параметрами. Но фактически это две разные матрицы находящиеся в одном файле. А иногда файл бывает без шумовых параметров.
Наиболее полезна эта матрица S-параметров для МШУ. Но и для других штук её тоже успешно применяют.

Короче мне надоело писать.
Чо ты хотел то? Тебе зачем это? Это надо только для разработчиков. И тех у кого есть приборы умеющие рисовать эти кружочки.

для образования
https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%92%D0%BE%D0%BB%D1%8C%D0%BF%D0%B5%D1%80%D1%82,_%D0%90%D0%BC%D0%B8%D1%8D%D0%BB%D1%8C_%D0%A0%D0%B0%D1%84%D0%B0%D0%B8%D0%BB%D0%BE%D0%B2%D0%B8%D1%87

Просто, для самообразования...

Что скажешь? Брешет?
http://forum.vhfdx.ru/mshu/lna-atf531/m ... #msg254470

1. Ещё раз повторю: US4ICI хорошие блоки делает. Если бы у меня ЗП и бюджет позволял, то спокойняк у него покупал. И цена у него адекватная. Кстати, для меня электроника больше интерес, чем радиолюбительские достижения. Я небуду его одёргивать, поправлять и т.д., т.к. это его бизнес. Я знаю как сложно делать электронику на "капризных" радиолюбителей. То одно не нравится, то конкурент слух пустил. Хорошие блоки. По критериям - Лучше и дешевле я пока не встречал аналога.

2. Тебе эта тема интересна, ну и разговаривай. Я подключаться к Вашему диалогу не буду. Я боюсь ошибиться в цифрах, т.к. мне лень смотреть даташиты и выискивать косяки.

3. Если тебе интересна эта тема, то литературой или добрым советом или ещё чем - помогу. Но за тебя изучать такой интересный раздел или делать что то я нехочу и небуду, т.к. пока мне некогда. Разрывают меня. Ну и есть другие задачи у меня самого.

4. Ну и про лисичек чего то ты поостыл. Рвения в бой не вижу у тебя. Дальше слов не вижу действий.

Здрассьте. Тема живая? А то хотел уважаемому Бурундуку вопросы позадавать глупые.
Насчёт усилков, естественно.

Задавайте конечно.

Спасибо, что ответили. Нарыл эту тему через Гуголь и специально зарегистрировался, чтобы хорошего человека помучать вопросами.
Вижу, вы собаку съели на усилках, а у меня что-то затык. Видать, старею.
Теперь о деле: решил сделать себе усилитель. Частоты меня интересуют исключительно 144-145Мгц, поэтому на широкополосность наплевать.
Закупил десяток MRF9180, пару метров 25 Ом кабеля. Собираюсь сделать усилитель с мощностью 150 ватт, если без фанатизма - транзистор это легко делает при наличии
соответствующего теплоотвода и обдува. В дальнейшем собираюсь суммировать 2 или 4 модуля, RG179 есть целая бухта.
К схемотехнике никаких вопросов нет - тут всё понятно. Основные непонятки связаны с расчётом согласующих трансформаторов. Вернее - их физической длины.
Я тут порассуждаю, а вы потом скажите, где я ошибся.
Примерный режим по питанию усилка - 28в и 10А. То есть 5А на один транзистор.
При этом выходное сопротивление плеча - около 6 Ом.
Везде пишут, что делается это с помощью четвертьволнового трансформатора. Но четверть волны на 144 Мгц на коэффициент укорочения (для моего кабеля я намерял Ку=0.58) это 30 см. В реальных же конструкциях везде вдвое, а то и втрое меньше.
Теперь вопрос: как рассчитать длину трансформатора для частоты 144Мгц и для кабеля 25 Ом с коэффициентом укорочения 0.58?
То же самое относится к симметрирующему тр-ру. В реальных конструкциях он везде 160мм или около, а в известной конструкции от YU1AW даже 95мм, но там на него кольца надеты.
Это раз.
Ну и второй вопрос: как вы относитесь к исполнению входной цепи на ферритовом сердечнике? Аналогично тому, как делается в ШПУ на более низких частотах.
Дело в том, что мощность драйвера избыточна, придётся даже гасить аттенюаторами. Как выполнить трансформатор 9:1 на кусочках жёсткого кабеля, я так и не понял, несмотря на наличие фото реальных конструкций.
А вот на феррите это делается легко. Неизбежное отличие входного импеданса от 50 Ом неважно - на входе будут резисторные аттенюаторы 3 или даже 6 дб.
Ещё одно соображение - наличие такого трансформатора положительно скажется на устойчивости усилителя на СВЧ. Ну, а возбуды на НЧ чаще всего, по моим наблюдениям, происходят из-за неправильных цепей по питанию. Надо ставить много разных конденсаторов везде, где можно и шунтировать дроссели резисторами.
Ну и последнее - как вы относитесь к необходимости раздельного смещения для транзисторов в плечах? Усилитель узкополосный, на выходе всё равно будет ФНЧ, некоторый рост уровня второй гармоники не страшен.
Пока всё...

Много сразу информации написал. Давай отделим /разделим на отдельные. Пару вопросов:
Почему MRF9180? Он же на 800мгц... Это плохо. Радиолюбители их используют на 144мгц? Есть примеры? Покажи примеры. Или из-за стоимости на них глаз положил?
Философский опус: Я не разработчик транзисторов но почему они нормируют свои транзисторы на определённую частоту? У меня есть предложение, что когда они разваривают кристалл в корпус то количеством проволочек и их длинной они добиваются нуля реактивного импеданса на требуемой частоте. И тогда нам(апликаторам) останется трансформаторами переместить этот импеданс на 50ом. И не требует компенсации реактивностей между трансформаторами и транзистором...

Это не то, чтобы хорошо и не очень плохо, это нормально. Это данность.

Ещё как!!! Я на одном наполовину убитом стабилизатор по питанию сделал - работает даже на постоянном токе... Вот же гад.


Показываю:
Вот наборчики с Али https://ru.aliexpress.com/item/1xblue-C ... autifyAB=0
Купил два таких, успешно замучил транзюки экпериментами. Отлично работают.
Вот здесь обсуждение: http://vrtp.ru/index.php?showtopic=25926&st=0


И это тоже немаловажно. Более мощные транзисторы и более дорогие к тому же требуют уже весьма специфических конденсаторов в выходных цепях, которых у меня нет,
а менее мощные как то неактуально.
Кроме MRF9180 экспериментировал и с другими транзисторами вовсе предназначенными для частот 1800-2200Мгц. Тоже работают.
Вот ссылка на мою страничку: http://r1zh.ru/pa_144_100w/pa_2m_100w.htm