VRF2933 Endstufe
Transistoren wie der VRF2933 versprechen viel Ausgangsleistung und sollen hohe Fehlanpassungen verkraften, so die Hersteller.
Nach langer Überlegung habe ich mich vorerst für die VRF2933 entschieden. Andere OM's haben nachgewiesen das mit BLF188XR und ähnlichen Transistoren ebenfalls
erfolgreich in der 750Watt Klasse gearbeitet werden kann. Ich habe mich unter anderen auf den Webseiten von W6PQL, DG8DP, DK4SX und PA0FRI informiert und
dann meinen eigenen Versuch gestartet. Manchmal verraten die Erbauer nicht alle Details, ich empfehle freundlich nachzufragen, mir wurde bisher immer weitergeholfen.
An dieser Stelle vielen Dank.
Kurz nachdem ich dieses Bild aufgenommen habe hat ein leisen Klicken und ein recht hohes SWR am Kreuzzeiger die ersten Zusatzkosten angekündigt.
Nun gut mein 800 Watt Abschlusswiderstand war ja ohnehin zu klein. Ich habe ihn durch 2x 100 OHm/800Watt ersetzt.
Das Modul ohne Schutzschaltung hat das erhöhte SWR problemlos verkraftet bis die Schutzschaltung Mensch zuverlässig abgeschalten hat.
In das Gehäuse habe ich diesmal kein Netzteil eingebaut. W6PQL hat es vorgemacht, am Netzteil kann ja auch eine andere PA arbeiten z.B. für 2m.
Im 19 Zoll-Schrank befindet sich nun ein Netzteil 48V 23A und ein weiteres 48V 35A. Zur Inbetriebnahme ist es garnicht so schlecht nicht ganz so viel
Kurzschlußleistung zu haben. Das Gehäuse der PA ist recht groß, in der PA sind reichlich Abstände zwischen den Baugruppen und es gibt Platz für
Erweiterungen.
Schaltungsähnlichkeiten zur Motorola Applikation EB104 sind nicht zu übersehen. Am Ausgang arbeite ich mit einem TLT 1zu9 Leitungsübertrager, bei diesem
Übersetzungsverhältnis ist eine Ausgangsleistung von 750Watt bei 48V im Linearbetrieb zu erwarten.
Die Z-Dioden sollen eventuelle zu hohe Eingangssignale abschneiden und die Gates vor zu hoher Spannung schützen. An den Gates sind die Transistoren am
schnellsten zu beschädigen. Die VRF2933 sind deutlich robuster als der BLF188XR.
Die Bereitstellung der Gate- Vorspannung habe ich wieder aus meinen ersten Versuchen übernommen sie arbeitet stabil mit geringen Aufwand.
10mm dickes Kupfer zwischen dem Transistoren und dem ALU- Kühlkörper sollen die Wärme schnell vom Transistor aufnehmen und großflächig an den ALU-Kühlkörper abgeben.
Meine Kühlung ist nicht groß, wer die volle Leistung länger nutzen möchte sollte sich mehr Kupfer und ALU-Fläche beschaffen. Zwei 80x80mm Lüfter blasen den Kühlkörper an und werden bei Erreichen einer Temperaturschwelle auf volle Drehzahl geschalten. Bei zu hoher Temperatur soll die Schutzschaltung ausschalten.
5x100nF 200V parallel je Seite vor dem Ausgangs- TLT !
Hier noch ohne Speisedrossel, der TLT mit 3x50OHm Teflonkabel parallel angefertigt.
Speisedrossel und Gegenkopplung eingebaut
Am Eingang und Ausgang des TLT habe ich Glimmerkondensatoren zur Kompensation eingebaut, später wieder entfernt da nur
geringe Unterschiede messbar sind.
Messung des TLT am Eingang mit 5,5 OHm abgeschlossen und von der 50Ohm Seite aus am Messkopf angeschlossen.
Die ersten Versuche mit dem Modul haben mich positiv überrascht. Am unteren Frequenzbereich reichen ca. 5Watt aus um voll auszusteuern.
Bis zu 28MHz muss ich die Steuerleistung bis auf ca. 10Watt erhöhen um die selbe Leistung zu erreichen. Das Eingangs- SWR ist auf allen
Bändern sehr gut. Am Anfang hatte ich die Gegenkopplung deutlich loser, auf den unteren Bändern war damit noch weniger Steuerleistung
erforderlich.
Mein HiQSDR liefert maximal 40 Watt, das ist zuviel für das Modul, ich könnte die Ausgangsleistung herunterregeln. Eine andere Lösung wäre ein
Dämpfungsglied vorzusehen, damit kann die PA einfach zugeschalten werden, eine Schutzschaltung die zu hohe Eingangsleistung erkennt wäre dann nicht unbedingt nötig.
Schick wäre ein Dämpfungsglied das immer die "richtige" Dämpfung bereitstellt. Auf 160 und 80m sollten das über 9,5 db sein und auf 10m ca. 6 db.
Ein Kondensator über die Schaltung würde genau das bewerkstelligen, für die tiefen Frequenzen ist er unwirksam, je höher die Frequenz
ist desto mehr Einfluss hat er. Leider verschlechtert sich damit die Anpassung. Die Spule am Massepunkt kompensiert dieses Manko wieder.
Man kann sogar wieder ein gutes SWR erreichen.
Das Tiefpassfilter meiner MRF150-PA ist bis auf 80 und 40m mit 500V Glimmerkondensatoren ausgestattet. Die vier VRF2933 können über 1kW Ausgangsleistung
erreichen, damit sind nun schon mindestens 1000V Glimmerkondensatoren zu verwenden. Andere OM's haben erfolgreich Tiefpassfilter ohne die teuren Glimmer- C's
aufgebaut.
Ich möchte die doch recht teuren Transistoren gut schützen und habe vor und nach dem Tiefpassfilter zwei Stockton-Koppler installiert, sowie einen Kleineren für
die Messung der Steuerleistung.
Der Koppler vor dem Tiefpass soll die Abschaltung realisieren wenn ein zu tiefes Tiefpassfilter eingeschalten wurde, der Koppler danach die Leistung und Anpassung zur Antenne
messen. Es ist ja auch interessant wieviel Leistung an Oberwellen vorhanden ist und wieviel im Tiefpass verloren geht.
In meiner MRF150PA habe ich die Leistung mit 12LED angezeigt. Immer wenn ich mal ein SSB-QSO (ca. 5 pro Jahr) habe freue ich mich über die schnelle Anzeige, der Kreuzzeiger
meines Daiwa CN101L sagt mir nicht wirklich viel dazu aus.
160m Durchgangsdämpfung
W6PQL hat die Vorlage für die Dimensionierung meiner Filter geliefert, ich habe nur einige Kerne durch andere ersetzt. Es ist nicht mein Ziel die PA mit voller Leistung
zu nutzen, trotzdem muss das Filter das aushalten können. Das heißt die C's müssen entsprechen Spannungsfest sein, die Kerne könnten auch kleiner sein wenn nur kurzzeitig
mehr Leistung über das Filter kommt.
160m SWR
N2ADR ist der Urvater des HiQSDR und stellt neben dem Programm Quisk auch Quisk- VNA zur Verfügung, damit kann das Funkgerät als Messmittel helfen Dämpfung und
mit einem zusätzlichen Messkopf auch die Anpassung zu messen. DB1CC hat die HF- Eigenschaften der von N2ADR entwickelten Schaltung deutlich verbessert. Wie genau
diese Messdaten nun sind will ich nicht weiter beurteilen, zumindest kann man einige HF-Komponenten optimal einstellen und feststellen ob deren Funktion vorhanden ist.
Eine Dämpfung von 0,0 dB ist nicht zu erreichen, auch wenn es bei einigen Messungen so ausschaut als ob das geglückt ist.
80m Durchgangsdämpfung
80m SWR
40 + 30m Durchgangsdämpfung
40 + 30m SWR
20 + 17 + 15m Durchgangsdämpfung
20 + 17 + 15m SWR
12 + 10m Durchgangsdämpfung
12 + 10m SWR
6m Durchgangsdämpfung
Der HiQSDR- TRX als Messmittel ist schon eine feine Sache, leider ist bei 60MHz Schluss.
6m SWR
Am SWR- Verlauf erkennt man schon das auch das 6m Filter funktioniert, überprüfen werde ich es trotzdem müssen.
Eigentlich ist es falsch zuerst das Verstärker-Modul aufzubauen und zu testen ohne Schutzschaltung. Als mein Abschlusswiderstand
abgebrannt ist hätte das schnell einen Satz Transistoren kosten können.
Das Schema hilft bei der Planung der Schutzschaltung.
Die S/E-Umschaltung und Schutzschaltung habe ich auf eine Platine gesetzt. Im Fehlerfall wird nur die 12V-Versorgung des PA-Moduls abgeschalten, das S/E-Relais
bleibt in Stellung senden. Der TRX hat damit kein Problem, seine Last ist ja noch vorhanden. Fliest nach der Fehlerabschaltung immernoch Strom (Kurzschluss VRF2933)
löst die 48V-Sicherung aus, dann sollte man auch nicht mit dem Reset-Taster nochmal auf den Kurzschluß schalten können. Eine Fehlerüberwachung habe ich für zu hohe Eingangsleistung, zu hohe Stromaufnahme, zu hohe rücklaufende Leistung vor dem
Tiefpass und Übertemperatur vorgesehen. Die beiden Lüfter laufen mit verminderter Drehzahl und werden in zwei Stufen bei steigender Temperatur von zwei Pollin-Bausätzen
bis zur vollen Drehzahl geschalten. Das Lüftergeräusch signalisiert akustisch wenn die Temperatur steigt. Wird ein Thyristor der Schutzschaltung gezündet bleibt die Fehleranzeige anstehen bis der
Resettaster betätigt wird, vorher sollte man die Ursache beseitigen. Mit den 10-Gang-Einstellreglern können die Anregegrößen gut eingestellt werden. Wer sich die Frage stellt warum
ich einen IRF740 für die Umschaltung der S/E-Relais nutze, er lag in der Bastelkiste, eine Nummer kleiner hätte es auch getan.
Für den Abgleich der Ruheströme benutze ich ein kleines 48V Netzteil mit 3A. Wenn ein Regler zur Ruhestromeinstellung falsch eingestellt wurde kann nicht viel passieren, das Netzteil schaltet ab.
Auch teste ich das Modul auf sein Verhalten bei offenem Ein- und Ausgang, beginnt es zu Schwingen kommt man in den Gefahrenbereich der Transistoren. Erst nachdem die Einstellung und ersten Tests
erfolgreich waren habe ich ein 46V 30A Netzteil für die weite Inbetriebnahme verwendet.
Dann kommt der große Moment auf den man so lange hingearbeitet hat, nach Versuchen mit kleiner Leistung steigert man sich bis zur errechneten/erhofften Maximalleistung. Immer mit Blick auf Strom und
Temperatur. Etwas Reserve einplanen würde ich mir auch...wenn im Datenblatt 1200 Watt max angegeben ist werde ich nicht absichtlich 1600 erreichen wollen, zumal ich die ja nicht benötige.
Die oberste LED-Reihe zeigt die vorlaufende Leistung zur Antenne an, alle LED leuchten entspricht ca. 900Watt!
Die Reihe darunter meldet die rücklaufende Leistung der Antenne, nicht das SWR (am 50 OHm Abschlusswiderstand).
Reihe drei wieder die vorlaufende Leistung, aber vor dem Tiefpassfilter.
Reihe vier die rücklaufende Leistung nun vor dem Tiefpassfilter, im Grunde den Oberwellenanteil.
Die untere Reihe ist am Stromsensor angeschlossen.
Für die LED-Reihen zur Messung der rücklaufenden Leistungen muss ich eine sinnvolle Einstellung des Messbereiches erproben, im Moment habe ich ca. 150 Watt eingestellt.
Der verwendete Stromsensor kann bis 50 A messen, im Bild also etwa 35A.
Ich finde es gut zumindest in der Erprobung etwas mehr Messwerte im Blick zu haben als nötig.
Wieviel Leistung geht im TP verloren?
Ist der Oberwellenanteil immer gleich auch von Band zu Band?
Wie verändert sich die Anpassung vor dem TP wenn sich die Antennenanpassung verschlechtert? Sollte mich die Fülle von Anzeigen stören kann ich sie ja später noch abschaltbar machen.
Für die Messungen hätte sich sicher auch ein Prozessor mit Display geeignet, hier könnte man Wirkungsgrad und SWR errechnen und die Verluste gleich noch schick darstellen und man kann fernsteuern und Vieles mehr.
Für die Schutzschaltungen die schnell und sicher arbeiten müssen würde ich keinen Prozessor nutzen wollen, hängt sich das Programm auf wäre das fatal.
Es gibt aber auch Nachteile die mich davon abgehalten haben. Jedes digitale Gerät kann Störungen verursachen und selbst gestört werden,
die Ersatzteile sind eventuell nur kurze Zeit verfügbar und man sollte Programmieren können (zumindest etwas).
Fertige Lösungen sind oft nicht ganz passend, haben mir nicht gefallen und oder sind mir einfach zu teuer.
Das heist nicht es ist nicht machbar, da sollte jeder Endstufenbauer sich entscheiden. Die nächste PA bekommt einen analoge Abschaltung wie diese und
einen Arduino mit Display zum Anzeigen aller interessanten Daten. Dann werde ich per Software z.B. bei 35A abschalten und per analoger Abschaltung
bei 37A, nur um zu sehen wie zuverlässig das mit dem Arduino klappt :-)
Meine PA erreicht die gewünschten 750 Watt und überschreitet sie auch, im Bild mit einem FT817 auf 40m mit 5 Watt Ansteuerung. Auf 10m sind ca. 400 Watt mit dem FT817 erreichbar.
Natürlich werde ich nicht mit FT817 und PA an einer Antenne arbeiten. Auch die 950 Watt die ich hier erreiche sind keine sinnvolle Ausgangsleistung, weil bei 48V und einem 1zu9 Ausgangsübertrager kein Linearbetrieb
mehr erreicht werden kann. Auf den oberen Bändern wird ebenfalls legal Limit erreicht mit etwas mehr Ansteuerleistung.
Hier steht das gute Stück an seinem vorgesehen Platz aber noch ohne Gehäuse, ich nutze ein kleineres Netzteil 48V 23A und betreibe die Endstufe am 50 OHm Widerstand sowie an der Antenne.
Mit 23A werden nur etwa 350Watt erreicht bei etwa 30% Wirkungsgrad, mit einer guten Linearität.
Mein HiQSDR ist ein recht guter Steuersender und nebenbei kann ich gut beurteilen ob das Ausgangssignal auch an die Antenne darf. Im Bild habe ich auf 14MHz 300Watt in CW angesteuert, auf IMD umgeschalten und
dann im Quisk die Taste FDX gedrückt damit die Spitze im Bild bleibt noch -30db eingeschalten. Der HiQSDR kann duplex und ich sehe mein eigenes Sendesignal, feine Sache....(danke Jim, danke Helmut).
Bilder von der Baustelle....
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