600 Watts Linjärt FET slutsteg

Det är relativt enkelt att bygga ett 600 Watts slutsteg med 4 st Motorola  MFR150 FET'ar.
Man behöver ett nätaggregat som lämnar 50 Volt och ca 25 Amper för att kunna köra det fullt. Men det går även att köra med 40 Volt.
Driveffektien från sändaren behöver inte vara mer än ca 6 Watt för att få 600 Watt ut.
 

Slutsteget

Slutsteget är byggt enligt Motorolas EB-104 (Engineering Bulletin).

Schema på EB-104 slutsteget

Bild på slutstegets kretskort byggt enligt EB104
 
 

Eftersom denna typ av förstärkare ger väldigt mycke övertoner måste man använda LP-filter för att dämpa dessa.
Varje använt band behöver ha en eget filter. Här visas en version för 6 band. 28 MHz filtret överst har kortaste signalvägen genom reläna.
 


 
Förenklat schema över slutsteget.
 

Jag har använt 24 Volts kretskortsrelä där kontakterna är specade till 7 Amper 250 Volt. Eftersom alla relän switchas i par kan man koppla paren i serie. Jag navänder billiga switchtransistorer som klarar spänningen. Alla relän har en diod i parallell för att kortsluta mot-emk spänningen vid frånslag. För att förhindra att HF likriktas har jag även sattdit lite avkopplingskondensatorer.

Det finns också en logikdel som har till uppgift att styra reläna och strypa biasströmmen när man inte sänder.
En omkopplare på fronten sköter bandomkopplingen. Den är kopplad till logikenheten så man kan använda en billig omkopplare utan att vara rädd att man bränner sönder kontakterna. Omkopplingen sker ju med reläer.
Det finns även ett interface för extern styrning av bandomkopplingen om man vill använda dator för styrningen.
För att indikera vilket band som används har jag monterat 6 lysdioder på fronten ovanför bandomkopplaren.
Det borde vara ganska enkelt att bygga ett interface mellan den använda transceivern och PA't för bandstyrning.

Logikenheten består i huvudsak av en PAL-krets (22V10Z) och några switchtransistorer. Den styr även en rad med lysdioder för indikering av valt band.

Logikenheten arbetar med 5 Volt så en enkel 5 Volts regulator ingår också.

För att skydda slutsteget mot höga SWR värden eller felaktigt bandval bör man bygga in någon form av skyddskrets. Jag har inte gjort detta ännu och transistorerna verkar hålla trots en del hårdhänt behandling.
 
 

Lågpassfilter

De filter som jag har använt är en modifierad eliptisk konstruktion som är beskriven i QEX nr 4?? 1998.
Spolarna är lindade av 1.6 till 2 mm tjock emaljerad koppartråd. Alla kondensatorer är av typ silvermica. För att få rätt värde har jag parallellkopplat flera kondensatorer vid behov.

För att få låga förluster i spolarna har jag använt relativt tjock tråd 1.6 och 2.0 mm. Dessutom är spolarna placerade ca en halv till en spolradie ovanför plattan.
Jag har mätt upp förlusterna i filtret till ca 0.2 dB. Filtrenas stoppbandsdämpning är bättre än 50 dB.

För att minimera kopplingen mellan spolarna måste dom placeras ortogonalt. Om man inte gör det kommer filtret inte att få de egenskaper man eftersträvat. Koppling mellan spolarna i samma filter resulterar i felaktig frekvensgång och stoppbandsdämpningen kan bli lidande. Koppling mellan spolarna för de olika banden ger konstiga resonans fenomen. Om man vrider närliggande spolar 90 grader fungerar der ganska bra.

Det är viktigt att kondensatorvärdena är relativt rätt och att spolarna har rätt induktans annars kan filtret bli snett och få stora förluster. Spolarnas induktans bör mätas upp och trimmas till rätt värde. För att mäta upp induktansen på spolarna har jag använt en speciell koppling och en nätverksanalysator. Det fungerade bra men man borde kunna använda en signalgenerator och en RF nivådetektor lika gärna.

Den kopplingen som jag har använt för att mäta induktansen är en enkel parallellspärrkrets. Den är relativt okänslig för parallellkapacitanser men vid små induktansvärden får man se upp för serieinduktansen i kondansatorn. Induktansen i spolen beräknas genom att man hittar resonansfrekvensen för parralellspärrkretsen. Man sveper en generator och letar min signal.

L = 1/((2*pi*f)*(2*pi*f) * C)

C är tex en 390 pF 1% foliekonding med korta trådar.
 

Nätdel

Som nätdel har jag använt 2 st 500VA toroidtransformatorer på 2*24 volt. Det räcker precis till att få ut 48 Volt stabiliserad spänning.
Jag har använt två separata 35 Ampers likriktarbryggor för att likrikta spänningen en för varje transformator. Detta ger också möjligheten att mata från två olika faser om man vill.

Som filterkondensatorer har jag använt 2 st 10000uF /100 Volt elektrolytkondensatorer.

 

Förenklat schema över nätdelen.
 

Jag har använt ca 10 stycken effekt transistorer i parallell (0.1 Ohm i serie med emittern) för stabiliseringen. Dom matas med en vanlig 1 Ampers spänningsstabilisator. Här måste man se till att både spänningastabilisatorn och effekttransistorerna klarar spänningen.
 

Mekanisk uppbyggnad

Effekt FET'arna skall monteras på en kopparplatta för att sprida värmen till kylflänsen. Jag har använt en 160*350*40 mm stor kylfläns. På den har jag skruvat fast en kopparplatta med storleken 100*250*10 mm. FET-arna är fastskruvade i kopparplattan. Jag har borrat och gängat hål i den som passade FET-arna. Här krävs lite precition och försiktighet, det är lätt att bryta av en borr eller en gängtapp om man är oförsiktig. Att den få bort ett avbrytet verktyg är nästan omöjligt.

Filtrena är byggda på en 100x160 mm stort kopparlaminat som är placerade ovanför kopparplattan och fäst i densamma med hjälp av pålödda kopparlaminatsider.
Filterkortet lutar en del för att få plats.
 
 

KYLNING

Slutsteget utvecklar en hel del värme som måste tas om hand för att inte transistorerna skall förstöras.
Maximala junction temperaturen Tj är 200 C. R0jc är 0.6 C/W.

Med en kylfläns som har en termisk resistans på 0.35 C/W klarar man precis kyla den effekt som vanlig morse ger.
Skall man köra RTTY behövs bättre kylfläns eller en fläkt.

Man har också en hel del termisk tröghet i kylflänsen som kan ta upp en hel del energi innan temperaturen höjs för mycket.
Den kylfläns som jag har använt (3.5 Kg Aluminium och 2 Kg Koppar) ger en uppvärmningstid på ca 9 minuter innan den når 70 C.

Man kan också använda sig av en eller flera fläktar för att öka den termiska resistansen.
En 100 mm fläkt som blåser på en kylfläns minskar den termiska resistansen avsevärt.
Detta gör att man kan använda en mindre kylfläns och härigenom spara vikt om det är viktigt.

Jag har provat med en fläkt tagen ur nätaggregatet på en gammal PC och den sänker temperaturen avsevärt.
 

Låda

Jag har låtit göra en aluminium låda runt kylflänsen. Den består av två 7 mm tjocka plåtbitar som gavlar på kortsidoran och ett U foramt lock att trä på.
Det är viktigt att ha god elektrisk kontakt runt alla skarvar i lådan för att få den elektriskt tät. Man bör ävan se till att alla trådar är så korta som möjligt och att all RF är skärmad.

 

 

Lådan skall rymma logikkortet och filterbanken. Feriterna i slutsteget kan bli ganska varma så man bör nog inte bygga in dem för tätt.

Logikenheten har jag satt på baksidan av slutsteget. den innehåller också reläna för T/R omkopplingen. Man kan bygga in en SWR-brygga här också för skyddsändamål mm.
 

Kontakter på Baksidan

In:  UHF
Ut: UHF
Nyckling: Phono
Extern styrning: 9 polig D-sub

Funktion

Slutsteget fungerade på en gång. Man får dock vara försiktig med de ferrit kärnor som skall sitta på matningsspänningen, dom leder ström!.
Eftersom aluminium kan ta åt sig en kel del energi innan temperaturhölningen blir altför stor kan man köra med en "för liten" kylfläns en stund innan temperaturen blir för hög.
Effektförlusten i slutsteget rör sig om ca 300 Watt i medel vid sändning med morse telegrafi. Detta kräver rätt god kylning. I praktiken kan en "lite för liten" kylfläns klara ett par tre QSO'n utan problem men sen blir det varmt. FM, RTTY eller SSTV ger en effektförlust i storleksordningen 600 Watt.

Med en kylfläns som har en termisk resistans på 0.2 C / Watt får man en temperaturhöjning på 60 grader. Det är en rätt stor kylfläns.
Aluminium kan ta åt sig en hel del enerig per kilogram.

Med den kylfläns som jag använt hinner man köra ett CW QSO innan man märker att den blir het. Vid hård användning typ test har jag satt en liten fläkt som blåser på kylflänsen slutsteget går betydligt svalare då.

Jag har inte byggt in någon ALC. Det borde inte vara alltför svårt.
 

Länkar mm:

Designing Broadband, Multi-Octave High Power Amplifiers By Pieter Ibelings, N4IP

 450 watt 6m Amplifier Chris, G3WOS - July 1993

 Transistor PA från RF Electronic 500W och 1 KW

 Henry radio har snygga men dyra transistor PA

Communication-Consepts säljer matchade FET'ar, kretskort och komponenter till EB-104 slutsteget.Här finns också komponentlista till EB-104 mm. Filter, låda mm. får man göra själv.

Data på FET'arna finns på motorolas hemsida. Klicka på "RF transistors,..."
EB-104 verkar endast finns som FAX-back

Om tillräckligt intresse finns kan jag ta fram en komplett sats för att bygga ett slutsteg enligt ovan.

Frågor och tankar mottages tacksamt på adressen SM2EZT@eurab.se
 
Torvald