10 W/70 cm versterker
Als uitbreiding op de 70 cm transverter (zie mei en juni nummer 1981) volgt hier de beschrijving van een 70 cm versterker. Hiermee kan het vermogen van de transverter opgekrikt worden tot 10 Watt. Met dit vermogen kunnen bij goede kondities afstanden van vele honderden kilometers overbrugd worden. Bovendien is dit vermogen ook voldoende om via een amateursatelliet (bijvoorbeeld OSCAR 8) interkontinentale verbindingen te maken.
Doordat de versterker lineair is (klasse AB, er loopt dus een geringe ruststroom), kan hij zowel gebruikt worden voor de versterking van SSB- als van FM-signalen.
De versterker is temperatuur-gestabiliseerd en vertoont geen oscilleer-neigingen. Hierdoor zal de bouw van deze versterker - als men de transverter eenmaal gerealiseerd heeft - weinig problemen meer opleveren.
Er kan gekozen worden uit twee uitvoeringen: een 28 Volt, en een 12 Volt versie. In figuur 1 staat het principeschema van de versterker.
Figuur 1. Het principeschema van de tweetraps versterker, goed voor 10 Watt op 70 cm.
De 28 Volt uitvoering is uitgerust met een BLW 90 (T1) in de stuurtrap, en een BLW 91 (T2) in de eindtrap. Bij 10 Watt Output bedraagt de door de versterker opgenomen stroom ca. 850 mA. Het voordeel van de 28 Volt versie boven de 12 Volt uitvoering is dat deze wat meer versterkt. Bij een stuurvermogen van 50 milliwatt mag op een output van 10 Watt gerekend worden (de versterking bedraagt dus 23 dB). In de praktijk moet echter met exemplaar-spreiding van de transistoren rekening gehouden worden, zodat men over een dB meer of minder niet moet vallen.
Voor de "mobielers" onder ons is ook aan een 12... 14 Volt uitvoering gedacht voor aansluiting op de auto akku. Hoewel 12 Volt transistors doorgaans wat minder versterken dan 28 Volt typen, bleek dit verschil bij meting op het Elektuurlab mee te vallen. De versterking van de 12 Volt versie bedroeg namelijk 22 dB. Men moet er echter rekening mee houden dat als gevolg van de bovengenoemde exemplaar-spreiding de versterking ook hier wat lager kan uitvallen, zodat in een ongunstig geval bij 50 milliwatt input het uitgangsvermogen nog slechts 5 Watt bedraagt. Door het stuurvermogen in dit geval nog wat op te voeren, kan ook met de 12 Volt versie gemakkelijk een output van 10 Watt bereikt worden. De totaal opgenomen stroom van de versterker bedraagt dan ca. 2 A bij 12 Volt.
Het schema in detail
We zullen nu het schema (figuur 1) wat nader bekijken.
Vanaf de ingang wordt het 70 cm signaal via een aanpasnetwerk (C1, C2 en L1) aan de basis van T1 toegevoerd. Via smoorspoel L4 wordt de basisinstelling van Ti verzorgd. Deze smoorspoel zorgt ervoor dat de (U)HF-spanning die aan de basis wordt toegevoerd niet op het instelnetwerk terecht komt.
De rustinstelling voor T1 (dus de stroom door T1 zonder dat er stuurvermogen aan toegevoerd wordt) moet zo zijn, dat de kollektorstroom ca. 20 mA bedraagt voor de 28 Volt versie, en ca. 35 mA voor de 12 Volt versie.
Over diode D1 die in geleiding staat, valt een spanning van ca. 0,7 Volt. Via R1 wordt deze spanning aan twee elementen toegevoerd: naar de basis van T1, en naar potmeter P1. Daar de basis/ emitter-spanning van T1 wat lager is dan 0,7 Volt, vloeit er nog juist een stroompje door de basis/emitter overgang van T1. Door P1 op een grotere weerstand in te stellen vloeit er minder stroom door deze potmeter, waardoor er dus meer stroom beschikbaar is voor de basis van T1. Het omgekeerde geldt uiteraard ook, zodat we met P1 de basisstroom van T1 kunnen variëren en daarmee dus ook de kollektorstroom.
Een probleem bij versterkerschakelingen als deze is echter de temperatuur-stabilisatie. Vaak wordt gewerkt met een ontkoppelde emitterweerstand, maar dit geeft meestal aanleiding tot minder versterking van de transistortrap. De temperatuurstabilisatie wordt hier verkregen door diode D1 termisch te koppelen met T1. Deze termische koppeling kan bereikt worden door de diode tegen de transistor aan te drukken. Om de warmteweerstand tussen transistor en diode zo klein mogelijk te houden, wordt er wat warmtegeleidingspasta overheen gesmeerd, zie foto 2. Wanneer T1 flink warm wordt, dan wil deze meer stroom gaan trekken. D1 wordt nu echter net zo warm, waardoor de spanning over deze diode daalt. Daarmee daalt ook de instelstroom van T1. De door de hogere temperatuur ontstane stroomtoename door T1 wordt zo dus mooi gekompenseerd.
Foto 2. Met behulp van warmte-geleidingspasta wordt een termische koppeling bereikt tussen de diode en de transistor. Een nog betere metode (koppeling van de diode met de koelplaat, direct bij de transistor) is praktisch veel moeilijker uitvoerbaar.
Hoewel L4 de HF-spanning naar het instelnetwerk blokkeert, is dit nog niet voldoende. Als extra ontkoppeling zijn C3, met C17 en C18 parallel en C4 aangebracht, die deze HF-spanning naar aarde kortsluiten. Al deze maatregelen zijn nodig om te voorkomen dat deze tweetraps versterker gaat oscilleren. Bij dit ontwerp is zeer veel aandacht aan dit aspekt besteed. Aan C3, C5, C12 en C13 staan meerdere kondensatoren parallel, om ter plaatse een zo laag mogelijke impedantie naar aarde te verkrijgen. Bovendien is het aanvoerpunt van de voeding nog ontkoppeld met C9 en C10. Hoewel dit extra onderdelen kost, staat hier tegenover dat de versterker vrij van oscilleerneigingen is, en dus probleemloos afgeregeld en in bedrijf gesteld kan worden.
In het kollektorcircuit van T1 wordt de gelijkstroom toegevoerd via L6. Om oscilleren te voorkomen, is voor L6 een ander type gekozen dan voor L4. Extra ontkoppeling vindt plaats met behulp van C5, R3, C19 en C20. R3 dient tevens als meetweerstand voor de kolllektorstroom van T1. Zo komt bijvoorbeeld een ruststroom van 20 mA door T1 overeen met een spanning van U = I × R = 20 mA × 10 Ω = 200 mV over R3. Op deze manier kan men met een voltmeter eenvoudig de stroom door T1 bepalen.
De door T1 versterkte spanning wordt via C6 naar een op 432 MHz afgestemde kring toegevoerd. Deze kring bestaat uit Lecherleiding L2 (een "soort spoel") en uit trimmer C7. Iets lager op L2 wordt de spanning via C8 afgetakt voor de volgende transistor T2. Met deze kring slaan we dus twee vliegen in een klap: optimale aanpassing tussen T1 en T2, en een selektief filter op 70 cm.
Voor de tweede versterkertrap rond T2 geldt in feite hetzelfde als voor T1, zodat we hier minder aandacht aan besteden. Met P2 kan de ruststroom van T2 ingesteld worden, en over R4 kan de kollektorstroom gemeten worden. De ruststroom van T2 moet voor de 28 Volt versie ca. 60 mA bedragen, en voor de 12 Volt versie ca. 100 mA. Via een aanpasnetwerk (L3, C14 en C15) wordt de kollektorimpedantie aangepast aan de uitgangsimpedantie (50 .... 75 Ohm).
De bouw
De aanwezigheid van een print (figuur 4) vergemakkelijkt de bouw natuurlijk aanzienlijk. Alle onderdelen worden boven op de print gesoldeerd. De spoelen zijn zodanig geplaatst, dat afschermschotten niet nodig zijn.
De print kan in een zogeheten "BIMBOX" (no. 5005/15) ondergebracht worden. Dit aluminium doosje dient dan tevens als koelplaat voor T1 en T2. Foto 1 laat zien wat de bedoeling is. Uiteraard zijn andere behuizingen ook bruikbaar, waarbij er natuurlijk wel voor gezorgd moet worden dat de transistoren voldoende gekoeld worden. Als de versterker in hetzelfde kastje als de transverter wordt ingebouwd, is een afschermblikje tussen de versterker en de transverter noodzakelijk.
Foto 1. Zo ziet de versterker eruit, gemonteerd in een "bimbox", die tevens als koelbox dienst doet.
Bij het monteren van de onderdelen moet erop gelet worden dat alle onderdelen op de sporenzijde vastgesoldeerd worden. De massa-aansluitingen van de komponenten moeten door de print worden gestoken (eerst gaatjes boren) en aan beide zijden vastgesoldeerd. Dit wordt gedaan om een zo goed mogelijk aardvlak te verkrijgen. Let ook op de doorverbinding bij de massa-aansluiting van L2. Ook de aardaansluiting bij de in- en output steekt aan beide zijden door de print.
L1 en L3 worden bij voorkeur van verzilverd koperdraad gewikkeld, en gemaakt zoals in figuur 2 is geschetst. L2 is gemaakt van een stukje koper of messing plaat (zie figuur 2) dat ca. 0,5 mm dik is. Desnoods kan hier ook een stukje blik voor gebruikt worden. Het ene eind van L2 wordt tegen de zijkant van C7 gesoldeerd. Op deze plaats wordt ook de ene aansluitdraad van C6 gesoldeerd. Daarna kan de andere kant van L2 aan massa gesoldeerd worden.
Figuur 2. Zo maak je de "spoelen".
C8 wordt met twee pootjes boven op L2 geplaatst, zoals in de printtekening is aangegeven. Foto 3 geeft een duidelijke weergave van deze montage-details.
Foto 3. Montagedetails van de komponenten C7, C8 en L2. Duidelijk zijn ook een aantal aardvlakverbindingen zichtbaar. In de prototypes zijn ook onder de transistoren verbindingen met massa aangebracht.
De doorvoerkondensatoren (C3, C5, C10, C12 en C13) worden wat "oneigenlijk" gebruikt, en plat op de print gesoldeerd. Van de overige ontkoppelkondensatoren moeten de aansluit-draden zo kort mogelijk worden gehouden om zo weinig mogelijk zelfinduktie te introduceren. Tenslotte moeten de transistoren gemonteerd worden.
Let erop dat de kollektor op de goede plaats terecht komt. De kollektor wordt aangegeven door een C of een bobbeltje op de behuizing, of door een afwijkende vorm van de aansluitstrip. Soldeer de transistoren met een goede soldeerbout (30 ... 50 Watt) vast. Het tin moet goed doorvloeien. Anderzijds moet er voor gezorgd worden dat de transistoren niet te heet worden. In plaats van alle aansluitingen direkt na elkaar vast te solderen, kan men tussen het solderen van de verschillende aansluitingen beter even wachten tot de transistor weer is afgekoeld. De transistoren zijn namelijk nogal prijzig.
Als de transistoren goed vastgesoldeerd zijn, steken de flenzen hiervan wat aan de onderkant van de printplaat uit, zie figuur 3. Deze flens moet tegen de koelplaat drukken, of tegen de onderkant van de bimbox. Daar via deze flens de warmte van de transistor wordt afgevoerd, kan hier het beste wat warmte-geleidingspasta opgesmeerd worden. De soldeerverbindingen aan de onderzijde van de printplaat (aardvlak) mogen niet te ver uitsteken, daar anders de flens niet tegen de koelplaat drukt.
Figuur 3. Voor een goede koeling is de juiste montage van de transistoren van groot belang.
Als de hele versterker gemonteerd is, kan deze in de bimbox of op de koelplaat bevestigd worden door de montage-schroeven van de transistoren voorzichtig (!) vast te draaien. Denk erom dat de gaten die hiervoor in de bimbox of koelplaat moeten worden geboord op de juiste plaats komen, zodat er door de montage geen onnodige mechanische krachten op de transistoren of print worden uitgeoefend.
Ga niet met de versterker experimenteren, alvorens de transistoren gekoeld worden!
Hierna kunnen de in- en output-konnektors gemonteerd worden. De massa-aansluiting van deze konnektoren wordt op twee plaatsen met de print verbonden. Daar deze aansluitdraden aan weerszijden van de print vastgesoldeerd moeten worden, moeten ze uiteraard reeds aangebracht worden voordat de print in de bimbox wordt vastgeschroefd. De voedingsspanning kan door een gat aan de zijkant worden toegevoerd. Een fraaie oplossing is om hiervoor een doorvoerkondensator met schroefdraad te gebruiken (aluminium soldeert namelijk zo slecht).
De massa van de voeding kan eenvoudig met de massa van de in- of outputkonnektor verbonden worden.
Figuur 4. Koperzijde en komponentenopstelling van de (dubbelzijdige) print voor de 70 cm-versterker. De witte strepen langs de rand van de print geven de plaatsen aan waar boven- en onderzijde met elkaar moeten worden verbonden. Alle komponenten worden direkt op de sporen-zijde (bovenzijde) gesoldeerd. De achterkant bestaat uit een groot kopervlak.
| 28V | 14V | |
|---|---|---|
| R1,R5 | 56 Ω | 56 Ω |
| R2,R6 | 1k5 | 680 Ω |
| R3 | 10 Ω | 10 Ω |
| R4 | 2Ω2 | 1 Ω |
| C1,C8 | 2 ... 22 p folietrimmer | |
| C2,C7,C14,C15 | 1,5 ... 11 p "tronser"-trimmer | |
| C3,C5,C10,C12,C13 | 470 p doorvoer-C met flens | |
| C4,C11 | 4n7 keramisch | |
| C6 | 270 p keramisch | |
| C9 | 10 µ/35 V tantaal | |
| C16 | 22 p keramisch (alleen bij Motorola transistoren) | |
| C17,C19,C21,C23 | 1 n keramisch | |
| C18,C20,C22,C24 | 10 n keramisch | |
| 28V | 14V | |
| T1 | BLW90, BLX92A | BLW80, BLX67, 2N5944 |
| T2 | BLW91, BLX93A | BLW81, BLX68, 2N5946 |
| L1 | 1 wdg. 1 mm CuAg 4 5 mm | |
| L2 | stripline (zie figuur 2) messing of koper strip 0,5 mm | |
| L3 | 1,5 wdg. 1 mm CuAg 4 7 mm | |
| L4,L5 | 2,5 wdg. 0,2 mm CuL op ferrietkraal | |
| L6,L7 | 6 wdg. 0,5 mm CuL 4 4 mm | |
| EPS 82043 | ||
Het afregelen
We zeiden het al: UHF zendtransistoren zijn nogal duur. Daarom moet bij het afregelen en het in bedrijfstellen met zorg te werk worden gegaan. Om brokken te voorkomen sluiten we de voedingsspanning eerst via een weerstand aan, die de maximale stroom beperkt. Als we hiervoor een fiets- of autolampje gebruiken (500... 1000 mA, 6 . .. 12 Volt), zien we meteen of er iets mis gaat. Een voeding met instelbare stroombegrenzing is natuurlijk nog mooier. Verder moeten we er voor zorgen dat T2 zijn uitgangsvermogen kwijt kan, door op de output een antenne of dummyload aan te sluiten.
We gaan nu als volgt te werk:
- Draai P1 en P2 helemaal linksom zodat de basisspanning minimaal is.
- Sluit de voedingsspanning (28 Volt of 12 ... 14 Volt) aan via een lampje.
- Regel de ruststromen van de transistoren af:
- Met P1 de stroom door T1 of 20 mA (200 mV over 10 Ω) bij 28 V of op 35 mA (350 mV over 10 Ω) bij 12 V
- Met P2 de stroom door T2 op 60 mA (132 mV over 2,2 Ω) bij 28 V of op 100 mA (100 mV over 1 Ω) bij 12 V
- Verwijder de stroombegrenzende weerstand (het lampje), of stel de stroombegrenzing hoger in.
- Sluit eerst nu de transverter aan met een uitgangsvermogen van ca. 50 mW.
- Regel nu C1 en C2 af op maximale stroom door T1 (meten over R3). Deze stroom mag echter niet groter zijn dan ca. 200 mA voor de 28 V versie, en max. 400 mA voor de 12 V versie. In de meeste gevallen zal de stroom hier echter ver onder blijven.
- Regel vervolgens C7 en C8 af op maximale stroom door T2 (meten over R4). Hier mag de stroom max. 1 A bedragen voor de 28 V versie en max. 2 A voor de 12 V versie. Deze stroom mag echter niet te lang lopen, daar T2 zijn vermogen nog niet kwijt kan omdat het output-circuit nog niet is afgeregeld.
- Met C14 en C15 wordt vervolgens het output-circuit afgeregeld op maximaal vermogen. Om het uitgangsvermogen te meten kan een staande-golf meter tussen de versterker en dummy-load (of antenne) geschakeld worden.
- Tenslotte worden alle trimmers van voor naar achter (te beginnen met C1 en te eindigen met C15) nog eens op maximum output afgeregeld. Hou hierbij de kollektorstroom van T2 in de gaten, zodat deze de maximum waarde niet overschrijdt.
Nog enkele tips
- Voor het omschakelen van de antenne is een goed koaxiaal relais nodig. Als men dit niet heeft is ompluggen met de hand aan te bevelen. Met een gewoon relais gaat het dus niet zo goed en lopen de verliezen al gauw op tot boven de 3 dB.
- Tijdens het ontvangen kan de spanning van de zendversterker het best afgeschakeld worden. Voor de 28 V versie is hiervoor een extra relais-kontakt nodig op het zend/ontvang-relais.
- Als men niet voldoende ruststroom door T2 kan laten lopen, dient er een extra diode in serie met D2 geschakeld te worden. Uiteraard moeten in dit geval beide diodes termisch met T2 gekoppeld worden.
- Tenslotte is een waarschuwing op zijn plaats. De hier gebruikte transistoren bevatten namelijk het giftige beryllium oxide. Zolang de transistor niet beschadigd is, brengt het werken met deze transistoren geen gevaar met zich mee. Mocht de omhulling van de transistor toch stuk gaan, vermijd dan aanraking met het beryllium oxide. Zelfs de damp ervan is giftig! Breng de transistor naar een plaats voor chemisch afval.
PA0JOU, J. Oudelaar.