pentru banda de 10 GHz - .amplificator este o problemă dificilă, ... Un circuit integrat specializat

  • View
    212

  • Download
    0

Embed Size (px)

Text of pentru banda de 10 GHz - .amplificator este o problemă dificilă, ... Un circuit integrat...

  • Amplificator de putere cu tub cu und progresiv

    pentru banda de 10 GHz

    1. Introducere. Pentru banda de 3 cm, procurarea unui amplificator de putere rmne o problem: cu toate c

    exist constructori care livreaz asemenea amplificatoare (gen DB6NT) , preul rmne prohibitiv - circa 50...100

    Euro pentru 1W. Dac pentru traficul terestru, unde ne putem mulumi cu 1 ... 8W, se mai pot procura

    amplificatoare solid state la preuri ct de ct rezonabile, pentru legturile EME sau pentru moduri de

    propagare mai deosebite (rain scatter) e nevoie de puteri de ordinul zecilor de wai. Construcia unui asemenea

    amplificator este o problem dificil, pe lng procurarea unor componente deosebite (stratificat cu teflon pentru

    circuitul imprimat, condensatoare fr terminale cu pierderi mici, coaxial semirigid i conectoare speciale N sau

    SMA, etc.) materiale speciale (adezivi cu argint coloidal pentru lipirea imprimatului n carcas), scule i maini

    unelte pentru prelucrri de mecanic fin, fiind necesare i cunotiine aprofundate i experien n utilizarea

    programelor de proiectare/simulare, utilizarea aparaturii de msur (i accesul la ea!).

    O soluie retro mai uor abordabil este construirea unui amplificator de microunde cu tub cu und progresiv.

    Tubul n sine este un amplificator complet, cu o amplificare mare (30 50 dB) i band larg. Problema aici este

    realizarea sursei de alimentare, care trebuie s furnizeze tensiuni de ordinul kilovolilor, unele din ele bine

    stabilizate. Construcia unui amplificator de microunde se rezum deci la procurarea unui tub (TWT - Travelling

    Wave Tube, circa 100 - 200 Euro la trgurile de radioamatori pentru un tub de 20 - 30 W Pout) i apoi construirea

    sursei de alimentare. TWT urile au devenit disponibile deoarece n toat lumea la staiile de sol pentru

    comunicaiile cu satelii (up-link) s-au nlocuit amplificatoarele de emisie cu construcii solid-state. Un TWT,

    chiar dac a fost utilizat zeci de ani, are toate ansele s mai funcioneze corect, fiind o construcie robust, cu

    mare fiabilitate, iar regimul de funcionare n instalaiile profesionale a fost controlat cu mare strictee, schemele

    electronice fiind prevzute cu protecii pentru toate situaiile potenial periculoase pentru viaa tubului. Un TWT

    obinuit are randamentul de ordinul 30%, unele construcii moderne de mare putere ajungnd i la peste 60%.

    Tensiunile necesare pentru funcionare sunt de ordinul 3,5kV la un tub de 20W, ajungnd la circa 10 kV la

    tuburile cu puteri de sute de W, caz n care sursa este mai mare i mai grea, alimentabil de regul numai din

    reea (chiar la trifazat pentru puteri de peste 500W out).

    Dac ne propunem construirea unui amplificator de 20 - 30 W, problemele sunt mult mai simple, iar pentru lucrul

    n portabil sursa se poate realiza n comutaie, la o mas i un gabarit redus.

    2. Surse de alimentare realizate de radioamatori. Dac se opteaz pentru o surs clasic, cu alimentare din reea,

    construcia este relativ simpl, reducndu-se la realizarea unor redresoare alimentate prin transformator (cu sau

    fr multiplicare de tensiune) urmate de celule de filtraj RC, cu mai muli condensatori nseriai pentru obinerea

    tensiunii de funcionare necesare, prevzui cu rezistene de egalizare, care funcioneaz i ca sarcin minimal

  • pentru evitarea creterii exagerate a tensiunii n perioada de recepie, cnd TWT nu consum curent. O asemenea

    schem simpl este descris de Claus Neie, DL7QY n revista DUBUS 3/1984 [1]. Schema utilizeaz redresoare

    n punte, separate pentru tensiunea de colector i cea de helix, i o stabilizare cu un ir de diode Zenner pentru

    tensiunea de helix. Filtrajul se face cu condensatori electrolitici obinuii, conectai n serie pentru a suporta

    tensiunea de lucru (n cele dou redresoare n total 21 condensatori de 800F/310V !). In lucrare se dau i cteva

    indicaii privind regimul de lucru , reglajele i performanele realizate, pentru un tub YH1191. Schema nu conine

    sisteme de protecie pentru limitarea curenilor de helix sau colector, singura automatic fiind temporizarea de

    prenclzire la pornire.

    Fig.1 Surs de alimentare din reea pentru un TWT de circa 20W redresoarele IT

    LA6LCA descrie n revista DUBUS 1/1988 [2] o surs asemntoare ca soluie constructiv, dar realizarea este

    mai abil, tensiunea de helix obinndu-se prin nserierea unui redresor (cu tensiune mai mic) cu redresorul

    pentru tensiunea de colector. Schema este conceput pentru tuburi Siemens, iar trecerea T/R se face prin

    comutarea simultan a tensiunii de helix i G2.

    Chiar dac nu se intenioneaz construirea unei asemene surse (cu mas relativ mare din cauza transformatorului

    i a numrului mare de condensatori electrolitici de filtraj, impus de tensiunile nalte redresate) este util studierea

    articolelor amintite pentru a nelege particularitile funcionrii TWT i a comutrii emisie/recepie.

    Pe scurt, cteva caracteristici ale schemei lui LA6LCA (redat n fig. 1 i 2) sunt :

    Utilizarea unei rezistene de limitare a curentului de filament la pornire (rezistena filamentului rece este

    de circa 5 ori mai mic dect n regimul termic stabilizat).

    Alimentarea colectorului cu tensiune nestabilizat. Colectorul nu este foarte pretenios la valoarea

    tensiunii de alimentare; aceasta trebuie s fie destul de mare pentru ca electronii secundari s nu fie captai

    de helix, dar ct mai mic pentru a nu mri inutil disipaia pe colector. In cataloagele de tuburi se dau

    limitele admise pentru tensiunile tuturor electrozilor.

  • Fig.2 Partea de comand, temporizarea la pornire, protecie la depire I helix

    Tensiunea de helix, care e cea mai pretenioas (n aplicaiile profesionale stabilitatea impus este de pn

    la 10-4

    ), este stabilizat cu un lan de diode Zener i reglabil prin comutarea numrului de diode nseriate.

    Comutarea Tx/Rx se face cu un releu de nalt tensiune (cele mai bune sunt releele n vid, care pot lucra la

    zeci de kV).

    Pentru msurarea curentului de helix i a celui de colector s-au prevzut dou miliampermetre, protejate

    cu diode antiparalel (e clar c nu se poate utiliza unul singur, comutabil, deoarece instrumentul pentru

    curentul colectorului este la circa 2 kV fa de mas). Aici trebuie remarcat c pot apare probleme la

    simpla conectare a unui instrument pe un conductor la 2 kV fa de mas, deoarece din cauza cmpului

    electrostatic este posibil ca acul instrumentului s se lipeasc de geamul de plastic (aa cum a pit un

    constructor) astfel c funcionarea instrumentului trebuie testat n prealabil. O soluie mai bun (valabil

    i la tensiuni mult mai mari) este cuplarea instrumentului printr-un optocuplor, caz n care ar trebui

    refcut etalonarea sa, din cauza neliniaritii optocuplorului, (dac aceasta nu se compenseaz cu o

    schema mai complicat).

    S-a prevzut o schem de ntrziere a pornirii cu 120 secunde (sau alt valoare, indicat de fabricantul

    tubului) pentru a permite nclzirea normal a catodului nainte de trecerea pe emisie.

    S-a prevzut o schem de blocare a emisiei n cazul depirii curentului maxim admis pe helix, care se

    reseteaz prin comand manual.

    O schem mai modern de surs n comutaie (fig. 3 i 4) este cea realizat de Luis Cupido - CT1DMK [3],

    destinat unor tuburi de putere mai mare. Sursa se alimenteaz din reea printr-un redresor n punte urmat de un

  • condensator de filtraj. Un circuit integrat specializat comand dou tranzistoare MOSFET care alimenteaz

    transformatorul principal (de colector) n contratimp. De pe o nfurare auxiliar a transformatorului principal se

    alimenteaz transformatorul de helix, cu un curent reglabil prin schema de stabilizare a tensiunii de helix (un

    tranzistor montat pe diagonala unei puni de diode, nseriat cu tensiunea de alimentare auxiliar). De pe o alt

    nfurare a transformatorului principal se ia o tensiune care, dup redresare, filtrare i stabilizare, servete la

    alimentarea filamentului tubului. Tensiunea de colector nestabilizat (de fapt dou tensiuni, pentru c exist

    tuburi cu 2 colectoare ) se obine prin redresare cu dublare de tensiune, iar cea de helix cu o multiplicare de ordin

    mai mare (de 8 ori). Soluia cu multiplicarea tensiunii de helix este des utilizat n sursele profesionale, deoarece

    curentul de helix este de obicei mult mai mic de circa 20 de ori dect curentul de colector. Protectia la

    supracurent (helix sau colector) acioneaz prin optocuploare asupra circuitului integrat din sursa PWM, blocnd

    generatea tensiunii nalte. In documentaia lui Luis Cupido, am gsit doar date sumare despre calculul

    transformatoarelor i nicio indicaie constructiv. Desigur, ele trebuie proiectate pentru datele concrete ale tubului

    utilizat, dar anumite principii constructive rmn comune la sursele de nalt tensiune. Dac la transformatoarele

    pentru sursele n comutaie de tensiune joas problema principal este asigurarea unui cuplaj magnetic ct mai

    bun ntre primar i secundar, la sursele de nalt tensiune accentul se pune pe reducerea capacitii proprii a

    nfurrii secundare i pe reducerea capacitii fa de mas a poriunilor de bobinaj care au tensiunea

    alternativ cea mai mare. Deasemenea trebuie asigurat izolarea corespunztoare a transformatorului prin

    amplasarea judicioas a nfurrilor, impregnare i pstrarea unor distane suficiente ntre nfurri i fa de

    miez pentru a asigura rezistena la strpungere i conturnare. Aceste aspecte constructive sunt discutate de Marko

    Cebokli, S57UUU n lucrarea sa [4] prezentat la Conferina EME din 1996 i completat doi ani mai trziu prin

    Correcti