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Im Nachfolgenden wird ein Treiberverstärker für den Kurzwellenbereich beschrieben, der sich als intermodulationsarmer Nachsetzer für den KW-UKW-Transverter von DK1OF(1) eignet. Er liefert zwischen 1 und 30 MHz eine Leistung von 4 W PEP, die als qrp-Ausgang oder zum Aussteuern einer Röhrenendstufe mit 2 x 6JB6 oder 6146 verwendet werden kann. Mit zwei Verstärkern dieses Typs lassen sich rück-wirkungsarme Zweiton-Signale für die Messung von Intercept-Punkt-Werten > 40 dBm herstellen.

1. Technische Daten des Verstärkers

EingangswiderstandRe = 50 Ω
LastwiderstandRL = 50 Ω (bei Werten ≠ 50 Ω Frequenzgang und Intermodulationsabstand-Änderung)
RauschmaßNF = 3 dB bei 30 MHz
AusgangsleistungPo = 4W PEP ≡ 2 x 30 dBm ≡ 40 VSS an 50 Ω
VerstärkungGp = 44 ± 0.3 dB, 1 bis 30 MHz
Eingangssignal für VollaussteuerungPe = 2 x - 14 dBm 4 2 x 44 mV
Oberwellenabstand bei Po = 30 dBm = 1 W (gemessen bei 9 MHz)2 f1 = 22 dB, 3 f1 = 36 dB, 4 f1 = 56 dB, 5 f1 = 76 dB
Interceptpunkt dritter OrdnungIPe = 4 dBm IPa = 48 dBm
Intermodulationsabstand bei VollaussteuerungIM = 36 dB (42 dB bezogen auf PEP) (keine Produkte 7., 9. und 11. Ordnung wie bei bipolaren Leistungstransistorstufen).
Intermodulationswerte für andere Ausgangsleistungen gemäß der Gleichung IM = 2 (IPa - Pa), z.B. 36 = 2 (48 - 30) s.o.
Leistungsbedarf15 V/ 80 mA, 30 V/250 mA
Abmessungen72 × 110 × 45 (incl.Kühlkörper)

2. Schaltungsbeschreibung

Wie Bild 1 zeigt, wird das Eingangssignal kapazitiv an den Hochstrom-FET T1 des Typs P8002 gekoppelt, der in Gate-Schaltung einen Eingangswiderstand von 50 Ω besitzt. Die ihm nachfolgende, gegengekoppelte Stufe T 2 mit dem Transistor 2N5109 weist ebenfalls einen Eingangswiderstand von 50 Ω auf, der durch den Transformator Tr 1 für die erste Stufe zu einer Ausgangslast von 450 Ω herauftransformiert wird. Die Spule L1 wirkt zusammen mit dem Kondensator C1 zur Frequenzgangkompensation bei 30 MHz, indem sie die Gate-Drain-Kapazität von T1 zu einem π-Glied ergänzt. Die Spulen L2 und L3 dienen zur Frequenzgang-Verbesserung am oberen Bereichsende. Die zweite Stufe ist mit 56 Ω abgeschlossen, was eine Schwingneigung der V-MOS-FET-Leistungsstufe auch bei komplexen Lastwiderständen sicher unterbindet.

Bild 1
Bild 1: Kurzwellen-Breitbandverstärker mit 44 dB Verstärkung zwischen 1 und 30 MHz; Pout = 4 W PEP.

V-MOS-FETs sind Transistoren, bei denen innerhalb der Chip-Geometrie der Strom nicht wie üblich horizontal, sondern vertikal fließt. Sie zeichnen sich durch hohe Grenzfrequenz, Robustheit, Fehlen von Sekundärdurchbrüchen im Leistungsbereich und sinkende (!) Preise aus. Sie sind jedoch überspannungsempfindlich, weshalb die Betriebsspannung immer kleiner als die Hälfte der im Datenblatt angegebenen Maximal-Spannungsfestigkeit sein sollte.

Für 3 wurde der 90-V-/2-A-Typ VN89 mit 12 W Verlustleistung von Siliconix gewählt. Er arbeitet im A-Betrieb, wobei die Diode D1 dafür sorgt, daß bei steigender Ansteuerung die Gate-Vorspannung entsprechend mit vergrößert wird, so daß bei mehr Stromaufnahme auch größere Ausgangsleistungen als 4 W erzielbar sind. Die Ausgangskapazität von T3 wird durch L4 mit C2 kompensiert.

Bei einer Last von 50 Ω weist der Verstärker Intermodulationswerte auf, die diejenigen bipolarer Transistortreiber weit übertreffen. Bild 2 zeigt den Intermodulationsabstand bei Vollaussteuerung, wobei die Leistung eines Einzeltons 30 dBm ≡ 1 W, entsprechend 4 W PEP beträgt. Der IM-Abstand ist - bezogen auf einen Einzelton - 36 dB, entsprechend 42 dB bezogen auf PEP, was einem Intercept-Punkt dritter Ordnung IPa = 48 dBm entspricht. Bei einer Verstärkung von 44 dB beträgt somit der auf den Eingang bezogene IPe-Wert +4 dBm.

Bild 2
Bild 2: IM-Abstand bei Vollaussteuerung, gemessen bei 3,6 MHz mit Up = 30 V; Hor.: 20 kHz/Teil, Vert.: 10 dB/Teil.

Bild 3 zeigt den Verstärker bei gleichem Ansteuersignal, aber mit auf 15 V reduzierter Versorgungsspannung von T 3. Die Stufe sollte dann nur bis ca. 2 W PEP benutzt werden.

Bild 3
Bild 3: Bedingungen wie für Bild 1, aber Up=15V!

Bild 4 zeigt den Frequenzgang des Verstärkers zwischen 0 und 50 MHz.

Bild 4
Bild 4: Frequenzgang von 0 bis 50 MHz; Hor.: 5 MHz/Teil, Vert.: 10 dB/Teil.

Mit dem Relais RH 12 kann für VOX-Betrieb die Stromaufnahme im Stand-By-Fall zu null gemacht werden.

Bild 5 zeigt die Ansteuerschaltung für eine Röhrenendstufe mit einem 50 :450-Ω-Breitband-Transformator. Die Eingangskapazität Ce der Endröhren muß mit Lc kompensiert werden:

Eq 1

Bild 5
Bild 5: Über einen Breitband-Transformator kann man eine Endröhre in Kathodenbasisschaltung ansteuern.

Die an 450 Ω anstehenden 120 V (SpitzeSpitze-Wert) sind für alle gängigen Endröhrentypen mehr als ausreichend. Da der aus Lc und den Röhren- und Schaltungskapazitäten gebildete Schwingkreis mit 450 Ω bedämpft ist, erübrigt sich eine Treibernachstimmung innerhalb eines Bandes; auch ein eventuell auftretender Gitterstrom führt nicht so schnell zu der üblichen Signalabplattung hochohmiger Röhrentreiber (wie 12BY7 o.ä.).

2.1. Bauelemente-Hinweise

T1P8000 oder P8002 (TI) mit Kühlkörper: improvisieren oder wie im Text
T22N5109 oder BFW16 (Siemens) mit großem Kühlstem
T3VN88 oder VN89 (Siliconix) mit Glimmerscheibe
D11N4148 oder 1N4151
Tr1Ringkern R10-N30 (Siemens) mit 3 × 8 Windungen Kupfer-LackDraht 0,5 mm ø
Tr2Ringkern R10-N30 mit 2 × 9 Windungen Kupfer-Lack-Draht 0,5 mm ø
Alle Spulen und DrosselnFestinduktivitäten auf Stabkern, lackiert, RM 12,5 (z.B. Fa. Jahre Bauform 71.00)
L14,7µH
L20,68 µH
L30,33 µH
L40,47 µH
L5 ... L78,2 µH
1 × 22 µH
1 × 120 µH
2 × 6-Loch-Kern-Drossel (Valvo) in den Spannungszuführungen
C16,8 pF keramischer Scheibenkondensator, RM 5
C268 pF Styroflex-Kondensator RM 12,5
Kondensatoren bis 470 nFkeramische Scheiben-, Flachrohr- oder Vielschicht-Kond. RM 5, bei den großen Werten auch 7,5
1 × Tantal-Elko in Tropfenform 10 µF
3 × lötbare Durchführungskondensatoren ca. 2 nF
1 × Trimmpoti 100 kΩ, liegend, RM 10/5
1 × Relais RH-12 V (National)
2 × BNC-Einlochbuchsen mit Doppel-Lötfahne
1 × Weißblechgehäuse mit Kühlkörper (Fa. Schubert Nr. 7411130-K)

3. Aufbauhinweise

Der Verstärker kann auf der 70 mm × 90 mm großen, beidseitig kaschierten Platine DJ7VY 005 (Bild 6) aufgebaut und in ein Weißblechgehäuse 72 × 110 × 30 mit Kühlkörper eingebaut werden. Bild 7 zeigt den Probeaufbau, der auf einer 2,5-mm-Rasterplatine ausgeführt wurde. Durch die zwischen den Stufen angewandte 50-Ω-Technik ist der Aufbau unproblematisch.

Bild 6
Bild 6: Die beidseitig kaschierte Platine ist nur 90 × 70 groß und paßt in ein käufliches Weißblechgehäuse.

Transistor T1 wird auf den Gehäusedeckel unterhalb der Durchkontaktierungen geschraubt, nachdem seine Beine mit Drahtstücken zum Durchstecken durch die Platine verlängert wurden. Ebenso wird T3 nach Umbiegen der Kühlfahne um 90° durch den Deckel hindurch mit dem Kühlkörper verschraubt, wobei die Glimmerscheibe zur Drain-Isolation mit Wärmeleitpaste oder zwei Tropfen Maschinenöl eingerieben werden sollte.

Die Anordnung der Buchsen ist aus Bild 7 ersichtlich, Eingang und Ausgang können aber auch an einer anderen Gehäuseseite liegen. Falls sie nebeneinander angebracht werden sollen, so empfiehlt sich eine "dichte" Abschirmung der Eingangsbuchse und die Verwendung einer Mantelstromsperre auf dem kurzen Koaxialkabel zwischen Buchse und Platineneingang (Masse an beiden Seiten anlöten!). Die Mantelstromsperre wird durch einige Windungen Koaxialkabel auf einem R10/N30-Ringkern gebildet.

Bild 7
Bild 7: Im Probeaufbau auf einer Rasterplatine wurde T1 (links) mit zwei Sechskant-Abstandsbolzen gekühlt; T3 ist unter der Platine.

Nachdem die Übertrager bewickelt sind, wird die Platine bestückt, wobei die Größe von R1 durch Messen des Drainstromes bei verschiedenen Werten für R1 festgestellt wird. Nach dem Einfädeln der Anschlußdrähte von T1 und T3 durch die Durchkontaktierungen wird die Platine punktweise an den Gehäusewänden verlötet. Dann werden die Buchsen, die Versorgungsspannungen, sowie T1 und T3 angelötet. Mit P1 in Nullstellung wird die Betriebsspannung angelegt.

4. Inbetriebnahme und Abgleich

Zum Ansteuern des Verstärkers genügt ein in seiner Ausgangs-Amplitude einstellbarer Meßsender mit maximal 100 mV Ausgangsspannung, sowie eine aus zwei 100-Q/2-WKohlewiderständen gebildete Ausgangslast.

Mit Hilfe eines mA-Meters wird mit P1 der Ruhestrom von T3 auf 250 mA eingestellt, nachdem über Pt1 der Verstärker eingeschaltet wurde. Achtung: Die 15-V-Versorgung muß stabilisiert sein, da sich sonst bei geringen Spannungsschwankungen der Ruhestrom stark ändert !

Beim Durchstimmen des Meßsenders zwischen 1 und 30 MHz kann mit einem HF-Diodentastkopf an der Last eine Spannung von 40 V (Spitze-Spitze-Wert) bei Vollaussteuerung gemessen werden. Bei Vorhandensein eines Wobbelmeßplatzes läßt sich die Darstellung von Bild 4 nachvollziehen. Der Verstärker wurde bereits mehrfach auch mit anderen geometrischen Anordnungen nachgebaut und arbeitete stets auf Anhieb.

Beim Betrieb des Verstärkers als QRP-Sender sollte für einen guten 50-Ω-Abschluß eine Miniatur-Match-Box benutzt werden, die gleichzeitig für eine Oberwellendämpfung sorgt.

Falls die Verstärkung nicht hoch genug sein sollte, so kann mit einer weiteren P8002-Vorstufe mit 2 : 1 Übertrager im Drain eine Verstärkung von 6 dB, oder mit 3 : 1-Trafo 8 dB zusätzlich erzielt werden. Eine Frequenzgang-Kompensation ähnlich L1 mit C1 muß dann empirisch ermittelt werden.

Literatur

  1. Kestler, J., DK1O: Kurzwellen-Empfangskonverter für 2-m-Empfänger, UKW-Berichte 16 (1976) Heft 1, Seite 35 - 50

DJ7VY, Michael Martin.