Усилитель 10 Вт на транзисторах IRF510

17 марта 2021

Рассмотрим выходной каскад КВ-трансивера uBITX. Он построен на паре полевых транзисторов IRF510 и выдает около 10 Вт. Схема примечательна тем, что использует дешевые и доступные компоненты. Интересно, удастся ли ее повторить.

Я старался придерживаться оригинальной схемы, чтобы при модификации ее в будущем было с чем сравнить результаты. Но за неимением нескольких компонентов все же пришлось внести пару изменений. Полная версия модели для LTspice доступна здесь. Рассмотрим ее по частям.

Первая ступень усилителя 10 Вт на IRF510

В первой ступени мы видим усилитель с обратной связью на паре параллельно соединенных 2N3904. С параллельным включением транзисторов мы уже знакомы, благодаря заметке о JBOT. Это усилитель класса А, ток покоя каждого транзистора около 20 мА. R13 и C4 фильтруют ВЧ наводки по шине питания. L1-L3 представляет собой обычный понижающий трансформатор 4:1.

Вторая ступень усилителя 10 Вт на IRF510

Во второй ступени пара таких же усилителей, как в первой ступени, используется по push-pull схеме. Push-pull нам уже доводилось видеть во все том же JBOT.

Третья ступень усилителя 10 Вт на IRF510

Наконец, в третьей ступени у нас пара IRF510, тоже по схеме push-pull. Верхняя и нижняя части схемы похожи на последнюю ступень ранее рассмотренного усилителя 5 Вт. Основные отличия заключаются в следующем. Во-первых, эталонное напряжение 5 В берется не со стабилитрона. В своем усилителе я использовал линейный регулятор LD1085-5.0. С тем же успехом подойдет LM7805 или LM317. Во-вторых, здесь имеются обратные связи через R15 и R19. Как и в предыдущих ступенях, обратные связи выравнивают АЧХ усилителя.

Схема была собрана на плате 7x12 см таким образом:

Усилитель 10 Вт на паре МОП-транзисторов IRF510

Усилитель тестировался при питании напряжением 13.8 В. Документация к uBITX рекомендует выставить токи покоя каждого из МОП-транзисторов в 100 мА. Было решено выставить сначала 50 мА, а затем 100 мА, и сравнить результаты.

Выходная мощность при 50 мА:

Iq = 2 x 50 mA, 0 dBm input
Freq [Mhz]   Power [dBm]   Power [W]
       1.8          40.6        11.4
       3.7          40.9        12.3
       7.1          41.0        12.5
      10.1          40.8        12.0
      14.2          39.8         9.5
      18.1          38.2         6.6
      21.2          37.0         5.0
      24.9          35.8         3.8
      29.7          34.5         2.8

… и при 100 мA:

Iq = 2 x 100 mA, 0 dBm input
Freq [Mhz]   Power [dBm]   Power [W]
       1.8         40.7         11.7
       3.7         41.0         12.5
       7.1         41.2         13.1
      10.1         41.0         12.5
      14.2         40.0         10.0
      18.1         38.5          7.1
      21.2         37.5          5.6
      24.9         36.3          4.3
      29.7         35.2          3.3

Измеренный уровень интермодуляционных продуктов составил -14 dBc. Эффективность — около 57%. По входу КСВ ≤ 1.6 во всей рабочей полосе. Выходной импеданс оказался ~40 Ом. Можно повысить выходную мощность на пару ватт, раскачивая усилитель от 7 dBm. Но при этом растут IMD, поэтому прием годится только для телеграфа.

Схема была проверена в самодельном SSB-трансивере. Ею можно заменить ступени выходного каскада на 2N2219A и IRF510. Никаких дополнительных аттенюаторов или еще чего-то не требуется. Было проведено несколько пробных радиосвязей. Все они прошли без проблем. Трансивер работает, как и раньше, только выдает большую мощность.

Усилитель мне очень понравился. В качестве альтернативы IRF510 в схеме uBITX предлагаются RD15HV. Интересно, как усилитель будет работать с ними.

Метки: , , .