Úprava PA z NMT ( 2x MRF327 ) - modifikace s budičem MRF325

Před časem se sešel  zájem na nějaký 70cm SSB PA, který by bylo možno budit z transvertoru nebo TRX s malým výkonem do 5W. A to rovnou z několika míst.

 Známý a dostupný modul z Nokia BD34 jehož úprava je popsána na webu je hojně používaný, ale při budicím výkonu 4-5W lze s dvojicí tranzistorů MRF327 dosáhnout  "jen" 50-80W. Dá se vybrat kousek, který po pečlivém „doladění“ a kvalitním napájení na hranici katalogových údajů  32V dá  i víc. Měřitelné rozdíly jsou v tranzistorech  MRF327 , moduly jsou osazené tranzistory několika výrovců – lépe řečeno zemích původu.

 ( https://www.google.cz/search?q=MRF+327&client=firefox-a&hs=6ED&rls=org.mozilla:cs:official&source=lnms&tbm=isch&sa=X&ei=DVDZUrOJBYiZtQbn4oGAAQ&ved=0CAkQ_AUoAQ&biw=1344&bih=736    )

Standardně bývají osazené tranzistory z Malaysie, na některých tranzistorech je Singapur a jsou i takové, které ani nemají logo Motorola. Mám jeden modul, který není v AL odlitku jako ostatní ale je z frézovaného kusu hliníku. Ten má osazené nejspíš originální tranzistory, při buzení poslední dvojice 5W dávají při 25V  okolo 90W. Jenomže  pokud v setupu za  toto PA zapojíme relé a případně cikulátor a výstupní filtr, jsou 2dB zase pryč.

  Dle datasheetu tranzistoru MRF327  ( např:  http://www.macomtech.com/DataSheets/MRF327.pdf  )  lze na stránce 4 vyčíst v tabulce  č. 6  závislost výstupního výkonu na vstupním pro jeden tranzistor při standardním napájení 28V .

Pro kmitočet 400MHz a budicí výkon 5W je výstupní výkon cca 45W.   Pro dva tranzistory je to tedy 90W, ale nesmíme zapomínat, že je pro dva tranzistory nutné buzení 2x5W!  A navíc odečteno z grafu je to pro 400MHz kmitočet. Směrem nahoru pak zisk rychle klesá, při 500MHz je při buzení 5W udaný výstupní výkon už  jen 30W .  To že některé moduly jsou lepší a některé horší je dáno nejspíš rozptylem parametrů při výrobě, každý výrobce může mít trochu jinou technologii. Pro použití s 5W budičem je zisk malý, chce to pár dB přidat. Další rozdíly jsou v konstrukci samotných modulů.

  V původním modulu je před poslední dvojicí ještě driver, jehož poslední část s MRF325 jsem chtěl využít pro získání potřebného chybějícího zisku a využití modulu s plnými 100W výkonu pro soutěžní kategorii LP.  Rozdíl výkonu 50W a 100W jsou sice pouhé 3 dB, ale i tyhle 3 dB jsou dobré a někdy stojí za tím, jestli se spojení povede nebo ne. Navíc se v poslední době objevily poměrně zajímavé transvertory  e-bay
 za slušnou cenu a popsaná úprava modulů  je ve spojení s tímto transvertorem vyzko ušená.  Ve spojení s FT-817 důrazně doporučuji provést úpravu ALC  např. : http://www.radio-foto.eu/radio/alc.php   nebo http://ok1vvm.aitech.cz/projekty/upravaft817.htm  jinak vás z pásma vyženou.  Zajímavostí je, že v poslední verzi FT-817ND (bezolovnatá SRI) je již ALC obvod upraven tak, že náběh je velmi rychlý.

  Protože výsledek úpravy PA   je funkční, vyzkoušený  a opakovatelný a protože bych stejně jakouž takouž dokumetaci dělal, rozhodl jsem se úpravu zveřejnit. Spoustě HAMů modul doma zahálí nebo se dá za slušné peníze koupit na burzách. Modul po úpravě dá při buzení méně než 4W cca 110W vf výkonu ( včetně cirkulátoru a filtru na výstupu )  při napájení 28V. Lze využít např i pro FM závody při buzení z ručního TRX.  úpravu jsem provedl celkem ve dvou variantách – jeden modul Nokia obsahoval 2xMRF327+MRF325  další pak  2xQN4801+QN4800. Obě verze se zdají býti totožné, i když mám informace, že varianta s QN48xx tranzistory má mít menší zisk.  V mém případě se to ale neprojevilo. Vlastní úprava je poměrně jednoduchá a časově nenáročná.  Pro SSB provoz je samozřejmě nutné linearizovat všechny zesilovací prvky, v původním zapojení pracují ve třídě C.  Při úpravě lze vycházet z popisu dle OK2UKG. Postup úpravy plošného spoje je stejný, je třeba zemní ostrůvek u bází obou tranzistorů upravit tak, aby bylo možno báze stejnosměrně oddělit a zavést do nich předpětí.

 Nezapomeneme odstranit 10OHM odpory z bází proti zemi!!!

    Před započetím úpravy je vhodné desku z chladiče demontovat a pokud nepoužijeme chladič jiný a kvalitnější namontovat z5 do původního s tím, že kvalitně potřeme styčné plochy mezi tranzistorem a chladičem kvalitní teplovodivou pastou. V původním zapojení  modul pracuje s  menším výstupním výkonem a výrobce si s „podmazáním“ tranzistorů příliš nelámal hlavu.

Na některých modulech je sotva náznak vazelíny.  Po zpětné montáži na chladič můžeme z desky demontovat nepotřebné součástky. Na obrázku je patrné co musí ven a co musí zůstat. Když je deska venku, odvrtáme prokov v místě ostrůvku pro předpětí budiče ( viz. další popis )

Do volného místa se pak dá instalovat modul předpětí pro tranzistory.
Ideální by bylo desku přimontovat na jiný ( větší) chladič, musela by se ale mezi desku a nový chladič umístit distanční podložka.

Také je vhodné zkontrolovat tranzistory, zda jsou v pořádku. Stačí stejnosměrné měření přímo v zapojení. Kolektor každého tranzistoru je vyveden samostatně. Pokud necháme připojený i konektor CANON v modulu tak pozor, všecny první tři PINy z leva označené +24V propojuje dohromady. Tedy 24V napájení jde rovnou na oba tranzistory a driver. Pro ss měření nutno konektor odpojit. Měříme při proudu do max. 0,6A, část proudu teče kromě báze i do 10Ω odporů, které jsou v zapojení. Ic meříme pro každý T zvlášť, neměly by se nějak významně rozcházet. Max. Ic nesmí překročit katalogové honoty, já jsem nastavil při testu Ic na 3,5A. Modul se při tomto měření slušně ohřeje. Při měření musíme odpojit vstupní slučovací smyčku protože stejnosměrně zkratuje bázi jednoho tranzistoru na zem. Zde jsem našel rozdíly v modulech, některé – novější mají studený konec smyčky u vstupního konektoru stejnosměrně oddělen:

 

Zde nemusíme provádět stejnosměrné oddělení vstupu, stínění již oddělené je a živý vodič má oddělení v předhozím stupni – driveru, na jeho výstupu.

U některých modulů to ale  není:

… a oddělení musíme provést, jinak nám zkratuje předpětí pro jeden tranzistor. Můžeme to provést tak, jak to ve své úpravě udělal OK2UKG, tedy u horkého konce smyčky skalpelem udělat ve spoji mezeru a tam  do stínění smyčky zapojit kondenzátor 50-150pF. Nebo kondenzátor umístit na studený konec podobně jako ve verzi originálního modulu. Umístění kondenátoru není kritické, jedná se pouze o stejnosměrný blok , pro VF se chová kond jako zkrat. Ideální použít kvalitní kond. pro vyšší  vf proudy ( ATC čip) . Použití obyčejného SMD 1206 se nám může v budoucnu vymstít.  Živý vodič netřeba oddělovat,  stejnosměrné oddělení je totiž na výstupu budiče.

 Sdružovací koaxiální smyčku můžeme demontovat, použijeme totiž jinou - delší. Nová má pro kmitočet 431MHz  délku stínění 112mm. Z toho kouká 1,5mm střední vodič s izolací a z izolace další 4mm prostředního vodiče

. Stínění jsem pocínoval a obě původní smyčky ( i na vstupu )  nahradil těmito novými, delšími.  Dále osadíme blokovací kondenzátor 100pF,1n, a 10n

( klasika  rozměr 1206  atd. ) do každé větve předpětí báze. Směrem z kraje ostrůvku na zemní plochu:

Tím je úprava dvoutranzistorové koncové části PA u konce. V původním pramenu od OK2UKG se sice měnily ještě 12pF kapacity za 8,2pF v obvodu bází, ale po náhradě slučovacích koaxiálků  delšími to již není třeba a výměna nepřinese žádný další valný  účinek. Co má vliv na účinnost PA je kvalita výstupní slučovací smyčky. V provedení z pevného semirigidu je výstupní výkon cca o 5 procent vyšší. Otestováno ve verzi úpravy se dvěma originálními MRF od Motoroly - ve frézovaném modulu PA.

Nyní odletujeme tlumivku z báze driveru MRF 325 ( stranu co je připojená k zemi )  a dle obrázku vytvoříme ostrůvek.

Pokud je v místě ostrůvku nějaký prokov, odvrtáme ho vrtáčkem cca 1,6mm. Tím se zruší spojení ze zemní plochou desky vespod.

„Ostrůvek“ opět vysokofrekvenčně zablokujeme proti zemi kondy 100pF, 1n a 10n stejně jako u báze MRF327.  A připájíme zpět tlumuvku - odletovaným volným koncem na ostrůvek. K ostrůvku připojíme vodič – přívod předpětí pro tranzistor MRF325. 

 Nezapomeneme opět odstranit odpor 10OHMů z báze proti zemi - zkratoval by předpětí. I když jsem ho v jedné verzi úpravy neodstranil. Z modulu předpětí pak teče větší proud.

Na místě označeném na obr. připojíme kondenzátor 15-22pF. Měl by být opět kvalitní, v nouzi zde  ale postačí i 2x10pF v klasickém provedené 1206.

Tím je kompletní úprava  v modulu u konce, já doporučuji ještě osazení 1n SMD kondenzátorů paralelne k SMD keramice blokující napájení před feritovými tlumivkami.

Kondenzátory jsem měl v jednom modulu špatné a VF rozlezlé po napájení pak silně zahřívalo SMD elektrolytické kapacity na napájecích přívodech k tlumivkám. A celý modul občas zakmitával, než blokovací kondenzátor vystřelil. Z tohoto důvodu při oživování doporučuji nějaké brýle. Nikdo neví, v jakém stavu moduly před úpravou jsou, rozstřelení někaké součástky při oživování různých zařízení už se mi mnohokrát stalo, naposledy vyprsknul ATC čip u KV PA S BLF188.
   Další doporučená úprava je v posílení  napájecích přívodů ke kolektorům koncových tranzistorů. V původním provedení je na nich zbytečně velký úbytek napětí – spoje nejsou dimenzované na tak velké proudy. Stačí pocínovaný drát průměr 0,8mm - připájíme ho po celé délce spoje až k tlumivce. Pokud napájení přivádíme rovnou k tlumivkám, není samozřejmě nutné spoj proudově posilovat. Poslední doporučení se týká náhrady vinutí na feritových tlumivkách. Původní 0,5mm drát při proudu 5A dost zahřívá jádro. Vinutí jde při troše trpělivosti nahradit opět nesmaltovaným pocínovaným drátem 0,8mm.

Úprava není nutná u driveru MRF325 , proud  do kolektoru nepřekročí 1,5A.

Před oživením je třeba si připravit napájecí napětí pro předpětí tranzistorů provizorně buď pomocí laboratorních napájecích zdrojů, nebo rovnou postavit a připravit si moduly např. dle OK1VPZ.  Ty doporučuji! Jeden jsem kamarádovi před  časem vestavěl no nějakého  noname  FM CB zesilovače který na SSB úspěšně funguje. Návod, včetně motivu pro PS a možnosti desku objednat naleznete zde:

http://www.ok2kkw.com/00003016/bias/bias_new.htm   

 Doporučuji článek přečíst a předpětí pro tranzistory nešidit. Já měl s jedním modulem předpětí problém - pomohlo zablokování stabilizátoru kvalitními tantalovými kapacitami. Pro modul nastavujeme na koncové dvojici 2x 320mA Ic a pro budič 140 mA.   Předpětí se při přijmu vypíná, protože PA pak šumí a může rušit!

  Nejprve oživíme část budiče s MRF325. Připojíme napájecí napětí 24V , předpětí a nastavíme proud Ic na 140mA. Na výstup ( konec dutinky na kablíku ) připojíme zátěž 50Ω s měřením výkonu. Budíme nejprve menším výkonem a sledujeme SWR do vstupu. Nastavením  proměnné kapacity ve vstupním a výstupním obvodu tranzistoru se snažíme dosáhnout co největšího výstupního výkonu a co nejmenšího SWR na vstupu. Používáme nekovový přípravek na otáčení s trimry, kovový šroubovák ovlivňuje nastavení. Při buzení 4W lze dosáhnout výstupního výkonu tohoto stupně okolo 16W -20W při vstupním SWR do 1,3:

Ladění výstupu je poměrně ostré, maximum bylo v mém případě u všech modulů v cca 10° dráhy trimru.

Nyní připojíme napájení a předpětí ( nastavíme pro každý tranzistor 320mA )  i na koncovou dvojici a propojíme konektorem výstup budiče se vstupem 2xMRF327. Zátěž s měřením přesuneme na výstup a na vstup budiče připojíme cca 2W buzení. Na výstupu PA by se měl objevit vf výkon.  Protože impedance vstupu dvojice s 2x MRF327 není úplně přesně 50Ohmů, je třeba opět otáčením výstupního trimru budiče nalézt maximální výstupní výkon. Zároveň sledujeme SWR do vstupu a případně doladíme -  nastavení výstupního obvodu budiče trochu ovlivňuje i vstupní obvod.  Při napájení 24V a buzení 2W by měl být okolo 50-60W. Po zvýšení buzení na 4W by měl PA dávat okolo 110W výkonu.

Při zvýšení napájení na 26V pak modul dává v mém případě 120W , při 28V pak 140W.

SWR na výstupu ukazuje na měřiči 1,14 – pro 70cm totiž nemám tak výkonnou kvalitní zátěž a použitá s jedním 150W čipem na 430MHz již vykazuje zvýšené SWR. Pro potřeby měření to však nevadí.  Účinnost takto upraveného PA poklesla díky dalšímu proudu pro budič asi na 45 procent. Odběr z 26,4V napaječe je při výkonu 120W okolo 10A ( bez zdrojů předpětí). V nouzi lze použít k napájení dva PC zdroje - jejich 12Vvětve spojit do série, případně zdroje upravit na 13V. Pozor!!! Při sériovém spojování zdrojů je třeba vyřešit oddělení chasis zdrojů, jinak se nám výstup zkratuje.
:

 Účinnost samotné dvojice 2xMRF327 je okolo 50 procent.

   Při zajištění dostatečného chlazení ( stačí 60mm ventilátor )  provedeme zatěžkávací zkoušku, v mém případě cca hodinové testování při výkonu 120W prověřilo funkčnost úpravy. A to doslova, protože nevydržel čip v zátěži a PA jelo nevím jak dlouho bez zátěže. Čip v zátěži vystřelil, keramická kostička se rozletěla i když by měla vydržet 150W. PA ale přežilo, po výměmě čipu v zátěži jede bez ztráty kytičky.  I tak doporučuji  na výstupu použít originální cirkulátor z modulu, nemusíme pak mít starost, pokud nám někde upadne kabel k anténě, nebo se zhorší na anténě SWR.

Na výstupu by neměl chybět ani filtr harmonických, při souběžné práci na vyšších pásmech nutný doplněk. Inspirace např zde: http://www.ok2kkw.com/00003016/dp432/dp432.htm
Pokud se u modulu projeví nestabilita ( kmitání) je důležité mezi budič a dvojici PA umístit stínicí plech. V některých modulech chybí, doplnění není problematické. Je třeba spodní část připájet v co největší části k fólii na PS.  Lze také zmenšit zisk umístěním 3dB attenuátoru mezi budič a PA, ten by měl ale být dimenzován na patřičný výkon. V profesionální praxi se takovéto přispůsobení mezi stupni používá - přispívá k lepšímu impedančnímu přispůsobení jednotlivých aktivních prvků celého řetězce.

Po celkovém sestavení setupu doporučuji kontrolu PA  a změřit max. výkon pro kompresi 1dB. Ten brát jako maximum, a na případném „peakmetru“ na PA si udělat tlustou čáru s označením „víc už ne“.  A pamatovat na to, že i méně je někdy více a nehnat PA do limitace. Ostatní by nás za to neměli rádi. 

Já se dostal na 120W pro kompresi 1dB, ale je možné, že již začal omezovat spínaný zdroj, který má limit na 12A.

 100W je rozumné maximum pro toto PA ( původně využíváno v originálním zařízení s cca 40W)  a wýkon 100W je ještě únosný pro původní cirkulátor, který určitě  doporučuji použít. Z hlediska linearity a omezení nežádoucích produktů je výhodnější provozovat PA při napájení 28V a patřičně zmenšit buzení, než na hranici 24V a výkon dohánět buzením. Pro peakmetr a SWR metr jde po patřičné stejnosměrné úpravě signálů použít SWR meandr vytvořený na výstupu modulu. Je vyvedený vývod FWD i REF.  Celá modifikace není nijak náročná a vzhledem k ceně modulů na trhu okolo 250-400kč je celá úprava ve stylu "za málo peněz hodně muziky" .  Pokud bude PA používáno ve spojení s FT-817 zdůrazňuji nutnost úpravy ALC  transceivru a použití kvalitního zdroje předpětí pro tranzistory - viz výše. Předpětí lze sice řešit mnohem jednodušeji, ale varuji před použitím jednoduchých zapojení typu tanzistor-dioda. Podstatně se zhorší itermodulační produkty na výstupu zesilovače.

Ještě bych rád změřil PA známou dvoutónovou zkouškou, ale musí to nějaký čas vydržet než připravím generátor dle OK1GTH.  V současnosti modul upravuje i Václav OK1VRF, chystám se k němu s měřičem výkonu na otestování jeho úpravy.