OK1UFC
  Design a naladění obvodů PA pomocí emulace vstupní impedance polovodiče

březen 2021    

   
Úvod

Někdy máme k dispozici pro realizaci PA pouze jeden nebo dva kusy ne zrovna levného polovodiče. A nehodí se nám mít finální výrobek s mikropásky rozřezanými, odškrábanými a opět pájenými od mnoha pokusů, než se nám podaří vstupní a výstupní obvody uspokojivě doladit.

Pro pásmo 13 cm jsem si z důvodů vlastního technického sebevzdělávání navrhl a realizoval 3 koncové stupně středního výkonu, včetně jednoduchých transformačních obvodů na vstupu a na výstupu. Při ověřování vlastního návrhu musíme mít polovodič napájený, jeho kapacity jsou na napětí závislé, musíme mít nastavený klidový proud, což znamená, že polovodič musí být na chladiči. A pokud se nám něco nepovede, s velkou pravděpodobností se musíme s polovodičem rozloučit, protože ho z pokusného bastlu s největší pravděpodobností bez úhony nevypájíme. Tedy mnoho nevýhod. Proto mě zajímalo, zda lze vstupní a výstupní impedanci LDMOSu emulovat pomocí SMD rezistorů a kapacit.

Postup

V datasheetu si najdeme pro navržený pracovní bod hodnoty Z in a Zol. Příklad, který popisuji platí pro návrh vstupního obvodu a Zin = 7.5 - j1.85 Ohmu:

Místo polovodiče použijeme pro vývoj vstupního obvodu R a C, jejichž hodnoty si určíme ve Smith. diagramu takto, jako paralelní kombinaci:

Já jsem použil nejbližší hodnoty z řady, které jsem měl doma, R = 9.1 Ohmu a C = 2.2 pF. Ve Smithově diagramu můžeme pokračovat dál a stanovit impedance a délky transformačních vedení:

Použil jsem zapojení, které jsem popsal včetně způsobu ladění klasickým způsobem, se zapojeným tranzistorem.

Deska vstupního obvodu

Vyrobil jsem si desku vstupního obvodu. Místo polovodiče jsou použity R a C, místo chladiče kus kuprextitu, který slouží jako zemní plocha, protože deska nemá prokovené díry, takže je propojená se zemní plochou jen tak, jak vidíte na fotografii. K této desce jsou připájeny R a C a koaxiální kabel tak, jako u reálného zesilovače:

Vedení jsou na fotografii "oletovaná", protože jsem pomocí letovačky a malých drátěných oček zkoumal, jak se dá obvod doladit. Očka, která jsem při pokusu používal, byla z měděného drátu (obrázek vpravo).

Pro finální výrobek bych použil plíšky, ale pokud nemáte transformační obvod úplně ujetý do pryč, jde to na pásmu 2.4 GHz naladit i s drátky.

Nebudu dále napínat. Dole jsou obrazovky měřeného obvodu bez doladění a s doladěním pomocí těch drátků:

VSWR a RL nedoladěného obvodu

VSWR a RL doladěného obvodu


 

Závěr

1. Emulovaná vstupní impedance polovodiče šla doladit.
2. Výsledné VSWR bylo lepší než 1.1 (RL téměř - 30 dB) a výsledek odpovídal experimentu, který jsem provedl na reálném zesilovači s polovodičem.
3. Než používat ladicí plíšky a drátky, je lepší navrhnout desku tak, aby měla pájecí plošky, čtverečky mědi, kterými změníme kapacitu nebo impedanci/délku transformačního obvodu.
 

 
   TU 73, Mira, ok1ufc