Усилитель мощности 15-30Вт на RD15HVF1/RD16HHF1 и модуль ФНЧ
Posted: 14 Sep 2021, 21:38
В отличии от распространенных конструкций двухтактных усилителей мощности на RD16HHF1 в данном усилителе повышена чувствительность, введена цепь ALC и реализован модуль защиты усилителя по току. Изначально планировалось применить RD16HHF1, но более доступными оказались RD15HVF1 - на али можно купить недорого демонтаж который на 100% работоспособен. На RD15 и был собран этот усилитель, но нет никаких препятствий использовать в нем RD16.
Сигнал подается на вход усилителя - разъем J1 и через реле обхода поступает на первый каскад, выполненный на BF998. Использование двухзатворного полевого транзистора позволяет получить постоянное входное сопротивление 50ом (задается резистором R1). Кроме этого достаточно легко осуществляется ручная или автоматическая регулировка усиления.
Изначально была идея брать напряжение для ALC со стоков выходных транзисторов, но так как там присутствуют гармоники, а детектор - пиковый, то такая схема получается частотнозависимой и себя не оправдала.
Для реализации ALC потребуется внешний детектор. Его можно собрать по простейшей схеме слева, но лучше на трансформаторе тока. Если у вас стоит датчик КСВ то можно снять сигнал ALC с его выхода падающей волны. При возрастании уровня сигнала открывается транзистор Q6 и снижает усиление. Резистором R49 устанавливают требуемое максимальное напряжение на выходе услителя. Диод D1 в истоке VT6 нужен для расширения регулировочной характеристики.
В зависимости от емкости C27C31 и номиналов цепи разряда R27R29 меняется время отпускания. Приведенные номиналы задают быстрое отпускание и система ALC приобретает характеристики ВЧ-компрессора.
Для реализации ступенчатой регулировки (то есть режима работы с пониженной мощностью) достаточно подать в точку ALC сигнал логического уровня и подстроечным резистором R49 выставить требуемую выходную можность. Для плавной ручной регулировки можно подать в точку ALC напряжение с переменного резистора с регулировкой в диапазоне 0,5-2в.
Чувствительность усилителя в некоторых пределах можно варьировать с помощью изменения номинала R24. При указанном номинале усилитель выдает 14,5вт при 12в питания и входном напряжении 300мв пик-пик (150мв пикового или 100мв эфф). Увеличением этого резистора можно в 2-3 раза поднять чувствительность, но при этом несколько увеличится неравномерность АЧХ в области ВЧ бендов.
Дальнейшие каскады на Q1Q2Q3Q4Q5 не имеют каких-то особенностей и практически идентичны используемым в аналогичных усилителях. У RD16 выше порог открывания чем у RD15. Это корректируется номиналом R25.
Резисторы R14R15 антипаразитные. В случае отсутствия самовозбуда их можно не устанавливать - у меня вместо них перемычки.
L1L2 - smd 0805 помехоподавляющие дросселя на ток не менее 50-100мА. L6 стандартный "полосатый" дроссель.
L3L9 намотаны на сердечниках с высокой проницаемостью от каких-то импульсников и содержат по 8-10 витков. Можно использовать дросселя для БП на ток на менее 4-5А. Например 4,7uH 10% (DR 0912 4.7uH Bochen) (Idc=5А, Rdc max=0.05 Ohm, радиальные выводы, d=10mm, h=13,5mm)
Трансформаторы T1T3T4 намотаны скруткой в два провода на кольцах Epcos R10*6*4 N87 и содержат 8 витков.
Дроссель T2 намотан на Epcos R12,5*7,5*5 N87 скруткой в два провода 8 витков.
Выходной трансформатор T5 может быть выполнен скруткой в три провода 5 витков на кольце Epcos R20х10х7 N87. Соотношение витков обмоток 1:2 - вторичная обмотка получается соединением двух обмоток последовательно.
Более лучшие результаты в плане равномерности АЧХ дает выполнение выходного трансформатора в виде балуна 1:4 - см. рисунок "Замена T5". Было опробовано два конструктива балуна. В одном трансформаторы T6T7 были намотаны по 10 витков на кольцах TP4A-T22/14/6-C, во втором варианте - на ферритовых коротких помехоподавляющих трубках от компьютерных кабелей по 6 витков. Оба варианта показали себя очень хорошо.
Конденсатор C24 важен - он обеспечивает коррекцию усиления на частотах выше 20МГц. Без него там будет завал 3дб. Номинал его зависит от исполнения выходного трансформатора и может находится в пределах 100-300пф.
Узел защиты выполнен на Q10Q11Q12Q13Q15. Ключ выполнен на мощном p-канальном полевом транзисторе Q10Q11 - устанавливается только один так как разные корпуса. Принцип действия защиты следующий - при увеличении тока через резистор R40 начинает открываться транзистор Q12 и закрываться Q10Q11. Это вызывает ограничение тока в нагрузке. Одновременно начинает заряжаться конденсатор C54. Если перегрузка не снята то по достижении на C54 порогового напряжения открывания Q15 он откроется, следом откроется Q13 и это приведет к полному закрытию Q109Q11 - питание усилителя будет отключено. При этом загорится светодиод подключенный к разъему J5. Для сброса аварии необходимо нажать кнопку Reset, подключенную к этому же разъему.
Таким образом при непродолжительных перегрузках обеспечивается ограничение тока, а при более длительных полное отключение питания и переход в состояние "Авария".
Усилитель имеет практически ровную АЧХ в диапазоне 2-30МГц. Были получены такие энергетические характеристики:
При питании 12в и подаче на вход 300мв пик-пик на выходе 14.5вт (27в эфф). Ток потребления 2А.
При питании 13.8в и подаче на вход 340мв пик-пик на выходе 18вт (30в эфф). Ток потребления 2,5А.
При питании 19в и подаче на вход 500мв пик-пик на выходе 32вт (40в эфф). Ток потребления 3,2А.
Усилитель смонтирован на плате размерами 10*4см. Фото в сборе с выходным трансформатором в виде балуна
Реализация балуна на коротких помехоподавляющих трубках. Индуктивность обмоток 54uH (6 витков)
Все компоненты типоразмера 0805, за исключение C21C22R40 которые 1206.
Q10Q11 устанавливается только один в подходящем копусе. Полевик может быть любой p-канальный с током не менее 10А и минимальным сопротивлением открытого канала.
Реле применены HK19F-DC12V-SHG - 8 ног, две группы на переключение. Брал на али.
C24 выводный, но его не видно на фото - он под трансформаторами балуна. С29С30 - желтые выводные "капельки" установлены стоя и к ним припаиваются выводы T6T7.
Собирать лучше поэтапно. Вначале собираем схему защиты и тестируем ее. Потом собираем все остальное. Подбираем C24 для получения равномерной АЧХ.
Сигнал подается на вход усилителя - разъем J1 и через реле обхода поступает на первый каскад, выполненный на BF998. Использование двухзатворного полевого транзистора позволяет получить постоянное входное сопротивление 50ом (задается резистором R1). Кроме этого достаточно легко осуществляется ручная или автоматическая регулировка усиления.
Изначально была идея брать напряжение для ALC со стоков выходных транзисторов, но так как там присутствуют гармоники, а детектор - пиковый, то такая схема получается частотнозависимой и себя не оправдала.
Для реализации ALC потребуется внешний детектор. Его можно собрать по простейшей схеме слева, но лучше на трансформаторе тока. Если у вас стоит датчик КСВ то можно снять сигнал ALC с его выхода падающей волны. При возрастании уровня сигнала открывается транзистор Q6 и снижает усиление. Резистором R49 устанавливают требуемое максимальное напряжение на выходе услителя. Диод D1 в истоке VT6 нужен для расширения регулировочной характеристики.
В зависимости от емкости C27C31 и номиналов цепи разряда R27R29 меняется время отпускания. Приведенные номиналы задают быстрое отпускание и система ALC приобретает характеристики ВЧ-компрессора.
Для реализации ступенчатой регулировки (то есть режима работы с пониженной мощностью) достаточно подать в точку ALC сигнал логического уровня и подстроечным резистором R49 выставить требуемую выходную можность. Для плавной ручной регулировки можно подать в точку ALC напряжение с переменного резистора с регулировкой в диапазоне 0,5-2в.
Чувствительность усилителя в некоторых пределах можно варьировать с помощью изменения номинала R24. При указанном номинале усилитель выдает 14,5вт при 12в питания и входном напряжении 300мв пик-пик (150мв пикового или 100мв эфф). Увеличением этого резистора можно в 2-3 раза поднять чувствительность, но при этом несколько увеличится неравномерность АЧХ в области ВЧ бендов.
Дальнейшие каскады на Q1Q2Q3Q4Q5 не имеют каких-то особенностей и практически идентичны используемым в аналогичных усилителях. У RD16 выше порог открывания чем у RD15. Это корректируется номиналом R25.
Резисторы R14R15 антипаразитные. В случае отсутствия самовозбуда их можно не устанавливать - у меня вместо них перемычки.
L1L2 - smd 0805 помехоподавляющие дросселя на ток не менее 50-100мА. L6 стандартный "полосатый" дроссель.
L3L9 намотаны на сердечниках с высокой проницаемостью от каких-то импульсников и содержат по 8-10 витков. Можно использовать дросселя для БП на ток на менее 4-5А. Например 4,7uH 10% (DR 0912 4.7uH Bochen) (Idc=5А, Rdc max=0.05 Ohm, радиальные выводы, d=10mm, h=13,5mm)
Трансформаторы T1T3T4 намотаны скруткой в два провода на кольцах Epcos R10*6*4 N87 и содержат 8 витков.
Дроссель T2 намотан на Epcos R12,5*7,5*5 N87 скруткой в два провода 8 витков.
Выходной трансформатор T5 может быть выполнен скруткой в три провода 5 витков на кольце Epcos R20х10х7 N87. Соотношение витков обмоток 1:2 - вторичная обмотка получается соединением двух обмоток последовательно.
Более лучшие результаты в плане равномерности АЧХ дает выполнение выходного трансформатора в виде балуна 1:4 - см. рисунок "Замена T5". Было опробовано два конструктива балуна. В одном трансформаторы T6T7 были намотаны по 10 витков на кольцах TP4A-T22/14/6-C, во втором варианте - на ферритовых коротких помехоподавляющих трубках от компьютерных кабелей по 6 витков. Оба варианта показали себя очень хорошо.
Конденсатор C24 важен - он обеспечивает коррекцию усиления на частотах выше 20МГц. Без него там будет завал 3дб. Номинал его зависит от исполнения выходного трансформатора и может находится в пределах 100-300пф.
Узел защиты выполнен на Q10Q11Q12Q13Q15. Ключ выполнен на мощном p-канальном полевом транзисторе Q10Q11 - устанавливается только один так как разные корпуса. Принцип действия защиты следующий - при увеличении тока через резистор R40 начинает открываться транзистор Q12 и закрываться Q10Q11. Это вызывает ограничение тока в нагрузке. Одновременно начинает заряжаться конденсатор C54. Если перегрузка не снята то по достижении на C54 порогового напряжения открывания Q15 он откроется, следом откроется Q13 и это приведет к полному закрытию Q109Q11 - питание усилителя будет отключено. При этом загорится светодиод подключенный к разъему J5. Для сброса аварии необходимо нажать кнопку Reset, подключенную к этому же разъему.
Таким образом при непродолжительных перегрузках обеспечивается ограничение тока, а при более длительных полное отключение питания и переход в состояние "Авария".
Усилитель имеет практически ровную АЧХ в диапазоне 2-30МГц. Были получены такие энергетические характеристики:
При питании 12в и подаче на вход 300мв пик-пик на выходе 14.5вт (27в эфф). Ток потребления 2А.
При питании 13.8в и подаче на вход 340мв пик-пик на выходе 18вт (30в эфф). Ток потребления 2,5А.
При питании 19в и подаче на вход 500мв пик-пик на выходе 32вт (40в эфф). Ток потребления 3,2А.
Усилитель смонтирован на плате размерами 10*4см. Фото в сборе с выходным трансформатором в виде балуна
Реализация балуна на коротких помехоподавляющих трубках. Индуктивность обмоток 54uH (6 витков)
Все компоненты типоразмера 0805, за исключение C21C22R40 которые 1206.
Q10Q11 устанавливается только один в подходящем копусе. Полевик может быть любой p-канальный с током не менее 10А и минимальным сопротивлением открытого канала.
Реле применены HK19F-DC12V-SHG - 8 ног, две группы на переключение. Брал на али.
C24 выводный, но его не видно на фото - он под трансформаторами балуна. С29С30 - желтые выводные "капельки" установлены стоя и к ним припаиваются выводы T6T7.
Собирать лучше поэтапно. Вначале собираем схему защиты и тестируем ее. Потом собираем все остальное. Подбираем C24 для получения равномерной АЧХ.