Amplificador FM de banda larga 150W
Este é um amplificador de potência de banda larga 150W para transmissão FM. Nenhuma sintonia é necessária para este amplificador linear. Embora a saída normal seja de 150W, sua potência máxima é de cerca de 170W. O projeto inicial é baseado no MRF9180 MOSFET. O amplificador também funciona muito bem com outros tipos semelhantes de MOSFET. O circuito também foi testado com o MRF186. Usando um MRF186 em vez do MRF9180, a saída normal é de 100W.
O design incorpora tecnologia de micro-faixa, um filtro passa-baixa e um acoplador direcional para leituras de tensão de saída direta e reversa. Tanto a entrada quanto a saída são otimizadas para impedância padrão de 50 Ohms.
A potência de entrada necessária para uma saída de 150W é de cerca de 3,5W. A eficiência típica do amplificador de banda larga é de cerca de 70% e seu ganho de potência é de quase 17db. O LPF (filtro passa-baixo) integrado oferece boa supressão de harmônicos. Quando este amplificador é acionado por um bom excitador, os harmônicos de saída ficam pelo menos 40db abaixo da carreira (-40dbc). O acoplador direcional integrado fornece duas saídas para leituras simultâneas de tensão de potência de saída direta (FW) e reversa (RW). As saídas do acoplador são exponenciais dependendo da potência. Essa dependência exponencial se deve à natureza dos diodos usados como detectores de energia. No entanto, com relação à potência em db (dbm ou dbW), as leituras de tensão são, na verdade, lineares.
Para operação normal, o amplificador requer fonte de alimentação de 26 Vcc. Para saída de 150W, a corrente de alimentação é de cerca de 7,5A. Para levar o amplificador até seus limites e obter quase 200W, você pode se aproximar de até 9A, mas não exceda este limite!
O amplificador requer um grande dissipador de calor. Um dissipador de calor típico para este amplificador deve ter pelo menos cerca de 200x120x80 mm. Ventilador de ar também deve ser aplicado a este dissipador de calor.
Como construir o amplificador
Os aspectos críticos a respeito deste amplificador são o balun T1 e a rede de correspondência de saída. T1 é um balun que funciona como uma rede de correspondência de entrada e deve ser construído com cuidado, de acordo com as instruções fornecidas a seguir. A falha na construção apropriada deste balun resultará em uma falha total de todo o projeto.
O MRF9180 foi projetado principalmente para operação em aplicações industriais em frequências de 865 a 895 MHz. É um dispositivo de banda larga sem correspondência interna, por isso é possível fazê-lo funcionar a 87-108MHz. O dispositivo contém um par de MOSFETs combinados e cada porta MOSFET tem uma impedância de entrada de RF de cerca de 10 ohms. Quando alimentados juntos resultarão no transformador compatível olhando para uma impedância de 5 ohms e, portanto, T1 é na verdade um transformador redutor de 9 para 1 ou com uma relação de espiras de 3 para 1.
A rede de saída é bastante direta. Consiste nos cabos coaxiais CB1, CB2 e CB3. Uma vez que o amplificador linear é um projeto sem sintonia, seus outros aspectos relativos à construção são relativamente simples. Você precisará da placa de circuito impresso, do MRF9180 e de alguns capacitores e resistores de boa qualidade. Você também precisará construir algumas bobinas helicoidais e soldá-las na placa.
A placa de circuito impresso recomendada tem algumas linhas de micro-tiras. Essas linhas têm dimensões exatas (largura e comprimento). A largura de uma linha de micro-faixa determina a impedância característica da linha, e seu comprimento determina o atraso apropriado (relações de fase) para o sinal de RF. As dimensões reais no PCB proposto são verdadeiras para substrato de circuito de fibra de vidro epóxi comum de constante dielétrica relativa er = 4,5 (@ 100 MHz) e espessura dielétrica de 0,062 polegadas (1,5 mm). Portanto, é importante notar que o projeto de layout pcb proposto funcionará apenas para o substrato FR4 especificado e falhará para qualquer outro substrato ou espessura de placa. Se você deseja usar um substrato diferente, você pode usar um pouco de escala para recalcular as dimensões apropriadas para as linhas de microfaixas em seu cartão personalizado.
O lado inferior do PCB serve como um plano de aterramento e sua superfície é completamente coberta por cobre. O lado inferior está conectado diretamente ao dissipador de calor. Todos os componentes são soldados na parte superior do PCB. Alguns remendos de cobre na parte superior são aterrados (conectados ao lado inferior) com vias de rebite.
Todos os capacitores são de cerâmica de baixa tolerância e devem suportar pelo menos 100 V. Você pode usar SMD ou através do orifício, mas nunca deve usar capacitor multicamadas ou não-cerâmica. A placa de circuito impresso foi projetada para 1210 capacitores SMD (3,2 x 2,5 mm), mas você também pode usar capacitores SMD com caixas 1206, 1218 ou 2010 sem nenhum problema. Todos esses gabinetes se encaixarão perfeitamente no PCB. Além disso, se você não tiver nenhum componente SMD, pode até usar componentes de orifício passantes padrão. Eles também vão caber na placa, mas devem ser soldados como SMD (usando um monte de superfície). A opção preferida para C16-19 e C20-25 são as cerâmicas do tipo ATC.
Todos os resistores têm tolerância padrão de 5% ou melhor. O tipo de caixa recomendado é 1210 (3,2 x 2,5 mm). Novamente, você também pode usar os casos 1206, 1218 ou 2010 sem nenhum problema. Existem duas exceções para R1 e R2. Esses dois resistores devem ser do tipo de caixa SMD 2512 ou do tipo 1 / 4W normal através do orifício.
L1 e L2 e L3 são de 3 voltas de um fio esmaltado AWG 18 (1mm), de 6mm de diâmetro (diâmetro interno de cada volta). O RFC2 é um choke rf de alta frequência, feito de 4 voltas de um fio AWG 18. As 4 voltas são enroladas em um TF9X8X5 Ferrite toroidal da Ferrocore. O núcleo específico é um típico núcleo de ferrite Ni-Zn para TVs, sintonizadores FM e AM. A indutância do RFC2 é de cerca de 22 a 33uH e não é muito crítica, então você pode construir este estrangulamento em qualquer outra ferrite de alta frequência. Para RFC1, usamos um estrangulamento rf comum VK200 para VHF. Se você não conseguir encontrar o VK200 para VHF em qualquer loja local, você pode usar qualquer outro choke RF de alta frequência com as mesmas especificações de indutância (cerca de 22uH).
Para que o amplificador de RF funcione corretamente, apenas uma configuração é necessária. Você deve definir o potenciômetro R5 para obter cerca de 2,7 a 3 V na porta do MF1.
Como construir o balun T1
T1 é na verdade um transformador redutor de 9 para 1. Isso resulta em uma relação de espiras de 3 para 1. Seu enrolamento primário é feito de 3 espiras de um fio esmaltado AWG30 (0,254 mm). Seu secundário é feito de 2 tubos de metal e duas pequenas peças de placa de circuito. Essas pequenas peças da placa de circuito fazem parte da Arte do PCB que é fornecida abaixo.
O T1 é feito em um núcleo de ferrite binocular da Amidon. Em nosso projeto, usamos o núcleo Amidon BN43-202.
Os dois tubos devem ser empurrados através dos orifícios do núcleo binocular e as duas pequenas peças da placa de circuito devem ser posicionadas em cada extremidade e cuidadosamente soldadas aos dois tubos de metal (ver fotos para detalhes). Essencialmente, quando o núcleo do transformador montado é soldado ao pcb, esses dois tubos formam um loop de uma volta, que é na verdade o enrolamento secundário do transformador. Por fim, as três voltas do enrolamento primário do T1 devem passar por dentro dos tubos (ver foto 3).
Cada tubo metálico é estanhado e tem cerca de 17,5 mm de comprimento, e seu diâmetro externo é de 3,8 mm (igual ao diâmetro do furo do núcleo). Na verdade, é difícil encontrar tubos exatamente deste tamanho. Portanto, você pode construir o seu próprio a partir de uma folha fina de folha de estanho ou de uma folha de cobre. Uma solução alternativa poderia ser o uso da blindagem semirrígida de um fio coaxial RG142 - o mesmo fio que pode ser usado para o CB3.
Rede de correspondência de saída
A rede de correspondência de saída consiste nos cabos coaxiais CB1, CB2 e CB3. CB1 e CB2 são feitos de duas peças de um cabo coaxial semirrígido de 25 Ohm, e CB3 é feito de uma peça de um cabo coaxial semirrígido de 50 Ohm. Todos os três cabos têm o mesmo comprimento. Seu comprimento é 17cm. Usamos cabos semirrígidos à base de Teflon. O diâmetro externo dos cabos é de cerca de 2,1 e 4,5 mm, para cabos CB1-CB2 e CB3, respectivamente.
Anexos
Arte-final da placa de circuito impresso para o amplificador de banda larga FM 150 W de banda larga (download pago)
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