Простой усилитель 5 Вт на основе IRF510

5 ноября 2020

Представленный ранее CW-передатчик на диапазон 40 метров имел выходную мощность 0.35 Вт. И хотя этого достаточно для проведения радиосвязей, с такой мощностью вам ответит далеко не каждый корреспондент. Поэтому сегодня мы рассмотрим схему, позволяющую усилить сигнал до полноценной QRP мощности 5 Вт.

Вот схема:

Схема усилителя 5 Вт на IRF510

Полную модель усилителя для LTspice вы можете скачать здесь.

Впервые схема встретилась мне в видео (первое, второе) на YouTube-канале австралийского радиолюбителя-конструктора Paul Taylor, VK3HN. Paul использовал данный усилитель в двух своих трансиверах — Summit Prowler 6B и Summit Prowler 7. Приведенные ссылки ведут на блог VK3HN, где подробно описаны оба трансивера и приведены их схемы. Позже аналогичная схема была найдена в статье «Stable HEXFET RF Power Amplifiers», написанной Wes Hayward, W7ZOI и опубликованной в журнале QST за декабрь 1989-го года, а также во второй главе книги Experimental Methods in RF Design.

Принцип работы усилителя прекрасно описан в статье на electronics-tutorials.ws. Здесь я не хотел бы ее пересказывать, и ограничусь лишь краткой выжимкой. IRF510 является N-канальным enhancement mode полевым МОП-транзистором (даташит [PDF]). Его можно рассматривать, как резистор, сопротивление которого меняется в зависимости от напряжения между затвором и стоком. Небольшое изменение Vgs приводит к большому изменению тока со стока на исток Id, что и обеспечивает усиление сигнала.

Примечание: Где у МОП-транзисторов находится затвор, сток и исток, мы разбирались в рамках поста Шпаргалка в картинках по использованию MOSFET’ов.

По закону Ома, большой ток означает низкий импеданс. Согласно LTspice, выходной импеданс схемы составляет ~14 Ом. L1-L2 является обычным автотрансформатором 1:4. Благодаря ему импеданс повышается до ~56 Ом. Для правильной работы схемы Vgs при отсутствии входного сигнала должен составлять где-то от 2 до 4 В, см Gate to Threshold Voltage в даташите. Ниже этого напряжения транзистор закрыт и потому не может ничего усиливать. Для получения эталонного напряжения в схеме использован стабилитрон 1N4736A на 6.8 В. Напряжение на затворе регулируется потенциометром R12-R14.

У меня усилитель получился таким:

Самодельный QRP-усидитель на IRF510

Он был проверен с помощью генератора сигналов и анализатора спектра при напряжении питания 13.8 В. На вход усилителя подавался сигнал с частотой 7 МГц и уровнем 23 dBm, или 0.2 Вт. На выходе удалось получить 37 dBm, или ровно 5 Вт:

Проверка QRP усилителя при помощи генератора сигналов и анализатора спектра

Важно! С анализатором спектра необходимо использовать подходящий аттенюатор 20+ дБ, рассчитанный на 5+ Вт. Для получения осмысленных результатов необходимо выставить внутренний аттенюатор анализатора на 30 дБ и выполнить нормализацию по следящему генератору с уровнем 0 dBm. Автор не несет ответственности за испорченное оборудование, чей допустимый уровень входного сигнала был многократно превышен.

Усилитель был опробован в CW-передатчике. Дополнительной фильтрации сигнала не потребовалось. С уже имеющимся фильтром любые побочные продукты подавляются на 47+ дБ. Пробная радиосвязь была проведена с радиолюбителем Val, LZ2PP из Болгарии (~1600 км). Был получен рапорт 559. В процессе выяснилось, что радиатор в усилителе лучше использовать побольше. Он справляется со своей задачей, но при длительной работе может нагреваться до 90+°C.

Передатчик успешно пережил кратковременную работу с высоким КСВ. Данный тест не был запланирован. В кабеле RG-174, который использован для соединения компонентов передатчика, легко плавится изоляция. После очередного перепаивания кабель между усилителем и ФНЧ закоротило. Так было сделано открытие о высокой живучести схемы.

В усилителе подкупают его простота, надежность, а также малое число и доступность компонентов. Из недостатков следует отметить неровную АЧХ на КВ. Мой экземпляр выдает 5 Вт на 3.5 и 7 МГц, однако лишь 2.5 Вт на частотах 1.8 и 14 МГц. Это затрудняет использование схемы, если вы хотите сделать передатчик или трансивер на несколько диапазонов.

Метки: , , .