Широкополосный QRP усилитель класса C на RD15HVF1

20 октября 2021

Ранее в этом блоге мы рассмотрели несколько усилителей класса AB (первый, второй, третий и далее по ссылкам). Линейные усилители универсальны, и могут быть использованы как для SSB, так и для телеграфа. Но в чисто телеграфном трансивере линейность ни к чему, ведь CW не несет информации в амплитуде. Здесь выгоднее использовать усилитель класса C, который пусть и не линеен, зато куда эффективнее.

Была поставлена задача сделать УМ класса C, способный выдавать 5+ Вт на радиолюбительских КВ-диапазонах. Разумеется, многие сталкивались с этой задачей до меня, и в сети можно найти больше одного решения. Схема усилителя из серии статей «The Handiman’s Guide to MOSFET Switched Mode Amplifiers» (часть 1 [PDF], часть 2 [PDF]) за авторством Paul Harden, NA5N, подкупила своей простотой и минимальным числом компонентов. Ставка была сделана на нее.

После некоторых экспериментов у меня получилось следующее:

Схема QRP усилителя класса C

Драйвер представляет собой усилитель с обратной связью класса А на ~20 dB. Транзистор КТ3142A (эквивалент 2N2369A) был выбран из-за fT = 500 МГц, чтобы драйвер имел полосу пошире. Обычный 2N3904 тоже будет работать, однако выходная мощность на 10 метрах наверняка просядет.

С драйвера сигнал идет на усилитель, сделанный по схеме из первой статьи. На схеме указан полевой транзистор IRF510. Практика показала, что работает он так себе. Выходная мощность проседает уже на 14 МГц, да и эффективность не на высоте. В итоге транзистор был заменен на RD15.

Усилитель в моем исполнении:

Самодельный усилитель класса C на RD15HVF1

Потенциометром R8-R9 выставляется напряжение на затворе RD15 так, чтобы в отсутствие сигнала транзистор был еле открыт. Ток покая за вычетом тока через драйвер не должен превышать 10 мА.

Результаты тестирования при питании от 13.8 В с сигналом 0 dBm на входе:

Freq [MHz]   Out [dBm]   Out [W]   Current [A]   Efficiency [%]
       1.8        35.9       3.9          0.45               63
       3.5        37.3       5.3          0.47               81
       7.0        37.6       5.8          0.52               81
      10.1        37.8       6.0          0.56               78
      14.0        38.1       6.5          0.60               78
      18.1        38.6       7.2          0.67               78
      21.0        38.8       7.6          0.72               76
      24.9        38.5       7.1          0.75               69
      28.0        37.8       6.0          0.72               60

Выходная мощность измерялась по анализатору спектра Rigol DSA815-TG на интересующей частоте, за вычетом гармоник. Потребляемый ток записан по показаниям блока питания. Я не думаю, что он очень точно измеряет ток, поэтому эффективность наверняка завышена. Важен тот факт, что эффективность получилась выше, чем была для усилителей класса AB. По показаниям того же блока питания она никогда не превышала 55%.

Рассмотрим напряжение на стоке RD15HVF1:

Напряжение на стоке полевого транзистора в усилителе класса C

Примерно половину времени транзистор практически закрыт. То есть, он работает, как очень быстрый переключатель. Выходной сигнал при этом, разумеется, получается богат гармониками, как нечетными, так и четными.

За счет более высокой эффективности меньше тепла рассеивается на радиаторе, и радиатор нужен меньшего размера. Тот радиатор, что изображен на фото, едва греется после передачи несущей в течение пяти минут.

Дополнение: Усилитель нашел применение в трансиверах AYN/A и AYN/P.

Метки: , , .