U02 – SDR
Baumappe
Erweiterungen des OV U02
zu den Lima SDR RX und TX Platinen
10W MOSFET Gegentakt PA
Version: 1.4
Datum: 30.03.2011
Autor und Entwickler: DJ0ABR
OVV-U02 und Tester der Prototypen: DH5RAE
Die hier beschriebenen Baugruppen und alle zugehörigen
Informationen sind für rein private Zwecke frei verfügbar. Jede kommerzielle
Nutzung, jegliche Vervielfältigung oder Veröffentlichung (auch im Internet)
bedarf unserer Zustimmung. Wir weisen ausdrücklich darauf hin, dass diese
Baubeschreibung nur für technisch versierte Funkamateure vorgesehen ist. Vor
dem Aufbau sind alle Details sorgfältig zu prüfen, wir übernehmen keinerlei
Haftung für Irrtümer oder Fehler, die einwandfreie Funktion der Baugruppen
oder die Vollständigkeit oder Fehlerfreiheit der Stücklisten. Wer nicht über
die erforderlichen Fachkenntnisse verfügt, oder kein lizensierter Funkamateur
ist, darf diese Baugruppen nicht in Betrieb nehmen ! Bei einer Inbetriebnahmen
ist durch geeignete Messmittel festzustellen ob die gesetzlichen Grenzwerte
eingehalten werden.
Die Entwicklung einer leistungsfähigen KW-PA ist schon ein ziemlich anspruchsvolles Projekt. Es genügt nicht ein paar Transistoren nach einem Schaltplan aus dem Internet auf eine Platine zu nageln. Damit das zuverlässig und nachbausicher wird ist sehr viel mühsame Kleinarbeit und einige Test- und Versuchsaufbauten erforderlich, außerdem ist ein erheblicher Meßgerätepark notwendig.
Der Weg zu dieser PA führte über 3 Zwischenschritte:
1. Tests mit IRF510 Transistoren, als Eintakt-PA
2. Versuchsaufbau mit Gegentakt-PAs
3. vollwertige 10W-PA mit richtigen HF-Mosfets
4. es folgt: 100W Nachsetzer, der diese 10W PA als Treiber benutzt. Man kann
also mit 10W beginnen und später auf 100W aufrüsten
Die beiden obigen Links führen euch zur Beschreibung meiner teils abenteuerlichen Versuchsaufbauten, die inzwischen wieder zerlegt sind. Auch wenn diese nicht mehr im Einsatz sind, so waren sie sehr hilfreich um Erfahrung zu sammeln (z.B. dass Projekte mit dem IRF510 Mosfet nicht viel bringen).
Inzwischen ist die Version 4 dieser 10W-PA gebaut und geprüft und erst jetzt erfüllt sie alle meine Erwartungen zur vollsten Zufriedenheit.
Jetzt sind alle kleinen Probleme beim Frequenzgang, der Eingangsanpassung, den Trafos und der Gegenkopplung beseitigt. Dieses Konzept ist jetzt der Endstand und fertig um nachgebaut zu werden.
Leistungsdaten:
| Band | Eingangs-SWR | P-in für 10W out | P-in für P-out Max | P-out Max | 1.Oberwelle | 2.Oberwelle |
| 160 m | 1,25 : 1 | 12,1 dBm / 16,2 mW | 16,0 dBm / 40,0 mW | 42,0 dBm / 16 Watt | -18 dB | -29 dB |
| 80 m | 1,20 : 1 | 11,2 dBm / 13.2 mW | 14,8 dBm / 30,2 mW | 42,0 dBm / 16 Watt | -19 dB | -29 dB |
| 40 m | 1,14 : 1 | 10,9 dBm / 12.3 mW | 16,8 dBm / 47,9 mW | 43,0 dBm / 20 Watt | -21 dB | -28 dB |
| 30 m | 1,12 : 1 | 10,5 dBm / 11,2mW | 15,8 dBm / 38,0 mW | 43,0 dBm / 20 Watt | -22 dB | -27 dB |
| 20 m | 1,12 : 1 | 10,6 dBm / 11,5mW | 15,8 dBm / 38,0 mW | 42,0 dBm / 16 Watt | -25 dB | -32 dB |
| 17 m | 1,14 : 1 | 10,6 dBm / 11,5 mW | 17,8 dBm / 60,3 mW | 41,8 dBm / 15 Watt | -32 dB | -30 dB |
| 15 m | 1,14 : 1 | 10,6 dBm / 11,5 mW | 17,8 dBm / 60,3 mW | 41,5 dBm / 14 Watt | -44 dB | -32 dB |
| 12 m | 1,15 : 1 | 10,6 dBm / 11,5 mW | 17,8 dBm / 60,3 mW | 41,5 dBm / 14 Watt | -42 dB | -35 dB |
| 10 m | 1,17 : 1 | 11,6 dBm / 14,5 mW | 17,8 dBm / 60,3 mW | 41,8 dBm / 15 Watt | -35 dB | -46 dB |
Es lassen sich also sichere 10 Watt erreichen, meist sind noch 15 Watt problemlos möglich. Die Oberwellen sind recht gering, wenn man noch die Dämpfung des TX-Tiefpassfilters hinzurechnet, so bleibt an der Antenne kaum noch messbares übrig.
(bitte Anklicken für volle Größe und lesbare Auflösung !)
>>> Stückliste für den Materialeinkauf <<<
Schaltungsbeschreibung:
1. Eingangsdämpfungsglied
Das frei bestückbare Dämpfungsglied R4, R7, R8 dient zur Anpassung an den Steuersender. Mit dem vorgesehenen -3dB Dämpfungsglied ist die PA ideal an den U02-Preselector angepasst. Will man sie für anderen Transceiver benutzen, so kann man das Dämpfungsglied auch ändern.
2. schaltbares Dämpfungsglied
für QRP Anwendungen müßte man den Soundkartenausgang weit zurücknehmen. Das reduziert das Signal, aber leider nicht die Störträger. Für QRP ist es besser dieses Dämpfungsglied zuzuschalten und mit der Soundkarte nur die Feineinstellung zu machen.
3. Eingang zum Treiber
TR3, R9 und C7 koppeln die Steuerleistung in die Treiberstufe mit dem RD06HF1 Mosfet ein. Der Eingang wurde mit einer SWR Meßbrücke am HP Analyser gewobbelt und diese Bauteile auf bestes Eingangs-SWR optimiert. Von 160m bis 10m beträgt es ca. 1:1,3 bis 1:1,7. Bei Einsatz eines der Dämpfungsglieder verbessert es sich noch weiter. C6 und C7 kompensieren den Doppellochkern und sorgen für einen gleichmäßigen Frequenzgang.
4. Ausgangsübertrager
TR2 passt den Ausgang an 50 Ohm an. Damit die Oberwellen über den ganzen Frequenzbereich erträglich bleiben muss eine Kompensation erfolgen. Dazu dienen C2, C4 und C5. Es werden ca. 250pF benötigt. Da diese Kondensatoren relativ warm werden können (vor allem auf 10m) werden 3 Stk. 82pF Kondensatoren verwendet die sich die Leistung teilen.
5. Ruheströme
Die Treiberstufe verstärkt die 40mW am Eingang auf ca. 1 Watt an TR1. Die optimale Linearität habe ich bei einem Ruhestrom von 250mA gemessen.
Die Gegentakt-Endstufe wird pro Transistor auf 0,5A eingestellt, bei kaltem Kühlkörper. Bei heißem Kühlkörper steigt dieser Strom bis auf ca. 0,7A, was in Odnung ist.
Bei Volllast (15 Watt) braucht die ganze Endstufe ca. 2,5 bis 3,0 A. Das sind ca. 50% Wirkungsgrad, was ebenfalls in Ordnung ist. Bei nicht optimal angepassten Antennen kann die Stromaufnahme auch mal auf 3,5A hinaufgehen.
6. Trafos Wickeln
TR3, ein kleiner BN73-2402 Doppellochkern. Einfach zu wickeln: 3 Wdg auf einer Seite und 7 Wdg auf der anderen, fertig. Einfach nacheinander wickeln, nichts verdrillen. Draht: CuL 0,22.
TR1, ein BN73-202 Doppellochkern. Zunächst 2 Wdg wickeln, dann ein längeres Stück Draht für die Mittelanzapfung stehen lassen und gleich die zweiten 2 Wdg wickeln. Danach die andere Seite mit 8 Wdg wickeln. Draht: CuL 0,35. Einfach nacheinander wickeln, nichts verdrillen.
TR2: Primärseite (Seite der Mosfets): hier 2 Windungen mit versilberter Teflonlitze (1,8qmm) wickeln. Nach einer Windung stellt man einen Abgriff für die Mittelanzapfung her, indem man die Isolation etwas entfernt und ein Stück Draht anlötet.
Die Sekundärseite wickelt man mit 4 Windungen mit versilberter Teflonlitze (0,22 qmm).
7. PTT
Mit der Lötbrücke SJ1 kann man wählen ob die PTT beim Senden auf Ground oder auf + geht. Beim Lima SDR geht sie auf +3V, bei den meisten anderen Sendern auf Ground.
Bestückungsplan Oberseite:
Bestückungsplan Lötseite:
Layout Oberseite:
Montage der PAs auf einem Kühlkörper:
zuerst werden die Platinen voll bestückt, außer den MosFets, die bleiben
noch unbestückt.
Diese Platinen lege ich auf den Kühlkörper und habe so eine Bohrschablone.
Durch die Befestigungslöcher werden die 6 Bohrpositionen angezeichnet.
(rechts im Bild liegt die Platine der 100W PA, diese wird getrennt besprochen).
Gebohrt wird mit 2,5mm und dann wird ein M3 Gewinde geschnitten. Ein guter Rat von DH5RAE: beim Bohren und vor allem beim Gewindeschneiden viel (!) Öl zugeben. So läßt sich das Alu wie Butter bearbeiten. Ohne Öl klemmen die Bohrer und brechen leicht ab.
Die Platine wird mit 5mm Distanzhülsen wie folgt montiert:
* Man steckt die Transistoren von unten in ihre Löcher, dazu werden die Beinchen der Transistoren rechtwinkelig nach oben abgebogen.
* Mit den lose eingesteckten Transistoren montiert man die Platine probeweise leicht auf dem Kühlkörper.
* jetzt zeichnet man die drei Löcher für die Transistoren an, entfernt die Platine wieder, bohrt die 3 Löcher und schneidet wieder M3 Gewinde.
* Nun versieht man die Transistoren mit Wärmeleitpaste und montiert die Platine wieder, die Transistoren nur lose eingesteckt (noch nicht gelötet).
* Die folgenden Bilder zeigen, wie mit Hilfe von 3mm-Lötösen eine zusätzliche Masseverbindung hergestellt wird.
* sind die Transistoren korrekt justiert und handfest angeschraubt, lötet man die Beinchen fest. Danach schraubt man die Schrauben der Transistoren richtig fest.
Nach der Montage erfolgt die Prüfung der 10W-PA:
hier mein Prüfaufbau. Aus einem HF Generator (nicht im Bild) wird die PA mit 7 MHz und ca. 13 dB (20 mW) gespeist.
An einer guten 50 Ohm Dummyload kann man am Ausgang der PA eine Spannung von 80 Volt Spitze-Spitze messen (hier im Bild mit 1:10 Tastkopf gemessen). Das entspricht genau 16 Watt, was knapp unter der maximal möglichen Leistung ist.
Der Stromverbrauch ist dabei 2,3A an 13,8V. Das ist eine Speiseleistung von 31,7 Watt.
Bei der gemessenen Ausgangsleistung von 16 Watt ist der Wirkungsgrad daher etwas über 50%.
