Усилитель для QRP трансивера по схеме JBOT

1 марта 2021

JBOT (Just a Bunch of Transistors) — популярная среди радиолюбителей схема ВЧ усилителя. JBOT позиционируется, как легкий в повторении линейный усилитель с выходной мощностью 5 Вт, не содержащий дефицитных компонентов. В 2009-м году схему предложил Ashhar VU2ESE, более известный, как создатель uBITX. Давайте выясним, насколько хорошо работает JBOT.

Оригинальная схема основана на транзисторах 2N2218A. В России транзисторы достать можно. Но стоят они дороговато (4.8$/шт на момент написания статьи), и ждать доставки придется несколько недель. Плюс к этому, оказывается, что в Индии трудно купить Amidon’овские ферритовые кольца. Поэтому в своем усилителе Ashhar использовал местные бинокли, которые он называет TV balun. Соответственно, предстояло адаптировать схему под доступные компоненты.

Подгон осуществлялся при помощи LTspice. Полученную в итоге модель можно скачать здесь. Рассмотрим ее по частям.

Усилитель по схеме JBOT: первая ступень

Первая ступень представляет собой усилитель с обратной связью. Транзистор был заменен на 2N2219A. Трансформатор намотан на кольце FT37-43, рекомендованном здесь в качестве замены самим Ashhar. В остальном данная ступень осталась без изменений.

Усилитель по схеме JBOT: вторая ступень

Снова усилитель с обратной связью, и снова транзистор был заменен на 2N2219A. Номиналы R5, R6 и R10 в оригинальной схеме — 10 Ом, а C8 — 1 мкФ. Таких не нашлось, поэтому компоненты были заменены на те, что были. LTspice не возражал. D1 на оригинальной схеме не подписан. Он задает напряжение на базе транзисторов следующей ступени. По идее, на его месте может быть любой кремниевый диод. Был использован 1N4148. Трансформатор был намотан на FT50-43 вместо FT37-43, который здесь предлагает на замену Ashhar. Просто FT37-43 кончаются у меня очень быстро, а запасы FT50-43 почти не используются. Было желание применить здесь «менее нужное» кольцо.

Усилитель по схеме JBOT: третья ступень

В третьей ступени у нас две пары параллельно соединенных транзисторов по схеме push-pull. Входной и выходной трансформаторы этой ступени в сущности представляют собой делитель и сумматор соответственно. Входной сигнал делится на первом трансформаторе. Его половинки проходят через нижнюю и верхнюю часть схемы, естественно, усиливаясь. Затем половинки соединяются в один сигнал большей мощности на втором трансформаторе. Таким образом, верхняя и нижняя часть схемы делают по половине работы.

Обе части используют пару параллельно соединенных транзисторов. Каждая пара работает, как один транзистор, а значит отдельный транзитор выполняет четверть от общей работы. Резисторы с небольшим сопротивлением, которые мы видим на эмиттерах, всегда используются в таких схемах. Благодаря им через транзисторы пойдет примерно одинаковый ток, даже если транзисторы сильно отличаются друг от друга.

Транзисторы изначально планировалось использовать 2N2219A, как и в предыдущих двух ступенях. Но выяснилось, что они здесь плохо работают. Один из транзисторов очень сильно грелся даже в отсутствии входного сигнала. Несколько попыток исправить проблему не увенчались успехом. В итоге было решено попробовать BD139. Эти транзисторы заработали как надо с первого раза.

Трансформаторы на входе и выходе сделаны одинаковыми. Это упрощает сборку. L10 намотан, как рекомендует автор. C9 был увеличен с 0.1 мкФ до 10 мкФ. Опять же, конденсаторов 0.1 мкФ у меня мало, и улетают они вмиг, а 10 мкФ много, и лежат они без дела. Номинал C9 не производит впечатление критичного.

Усилитель был сделан по методу ugly construction:

Самодельный высокочастотный усилитель по схеме JBOT

Зависимость выходной мощности от частоты при питании напряжением 13.8 В и входном сигнале 0 dBm:

Freq [Mhz]   Power [dBm]   Power [W]
       1.8          35.6         3.6
       3.7          38.6         7.2
       7.1          37.1         5.1
      10.1          35.6         3.6
      14.2          33.1         2.0
      18.1          30.8         1.2
      21.2          28.4         0.7
      24.9          25.8         0.4
      29.7          23.2         0.2

Ток покоя составляет 0.25 А. В пике усилитель потребляет 0.9 А. Эффективность составляет ~43%. Продукты интермодуляции идут с уровнем -11 dBc. Измеренный выходной импеданс на 7 МГц составил 51 Ом. КСВ не превышает 3 на всех КВ диапазонах и не превышает 2 на интервале 3.5-18.2 МГц:

КСВ высокочастотного усилителя JBOT

Приведенный график КСВ построен при помощи антенного анализатора EU1KY. Уровень его выходного сигнала составляет примерно -20 dBm. Поэтому между антенным анализатором и JBOT использован усилитель с обратной связью, добавляющий сигналу еще 20 dB. Строго говоря, здесь измеряется КСВ не самого JBOT, а JBOT с «предрайвером».

Представленный усилитель по всем параметрам уступает нашему предыдущему QRP усилителю. Тем не менее, он работает, и позволяет проводить радиосвязи. Схема является неплохой отправной точкой для будущих экспериментов. Можно попробовать увеличить усиление, уменьшив номиналы R12-R15 до 4 Ом. Еще было бы интересно применить транзисторы с более высоким fT.

А можно оставить все как есть. Ведь главное преимущество JBOT — в возможности собрать усилитель на тех транзисторах, что есть под рукой. Ожидать выдающихся характеристик от него не следует.

Дополнение: Усилитель 10 Вт на транзисторах IRF510

Метки: , , .