LPF HF 1500wat sp2fp ver 2024

Uniwersalny zespół filtrów dolnoprzepustowych wzmacniacza mocy.
Zawiera filtry typu PI na sześć podstawowych pasm KF 1,8-30MHz Moc do 1500 wat wersja 2024

Zastosowane kondensatory C0G o napięciu 3000V

Przekaźniki sterowane napięciem +12V względem masy

Zdjęcie prototypowej pcb2021

PDF schematu do pobrania

Płytka ver.2024 o wymiarach 205/212mm

Doświadczenie z płytą LPF dla mocy 1kW ukazało istotny problem którym jest pojemność nie używanych dla danego pasma styków przekaźników oraz pojemność druku. Mimo zastosowania obliczeń dla linii paskowej 50 OHM na laminacie, nie uzyskałem oczekiwanego efektu. O ile taka linia działałaby w całości jako linia przenosząca sygnał, to było by wszystko ok. Niestety na jej długości dostawione są przekaźniki które dokładają co kawałek swoją pojemność 2-3pf. Do tego albo jedna linia przenosi sygnał na długiej drodze, a druga po krótkiej - zależy jaki przekaźnik jest załączony, to pozostała część linii, jest jakby w powietrzu i tworzy zwykły kondensator na laminacie między ścieżką a masą dokoła i pod spodem. Dla uniknięcia problemu dodatkowej pojemności stosuje się układ szeregowego łączenia przekaźników, ale dla przykładu pasmo 1,8 będzie załączone poprzez 6-8 styków szeregowo. Stosuje się też kombinację szeregowego łączenia dla pasma 30 i 50 MHz a niższe pasma w układzie równoległym i taki układ jest najlepszym kompromisem. Ja zrezygnowałem z pasma 50 MHz i udało się w układzie równoległym zestroić wszystkie zakresy.

Dla najwyższego pasma 30+24 MHz ma to wszystko największy wpływ, ponieważ obliczona pojemność zewnętrznych kondensatorów filtru jest stosunkowo mała i trzeba uwzględnić dodatkową pojemność pcb (w tym wypadku około 43pf) aby uzyskać zakładane parametry filtru. Pasmo 10metrów umieściłem na środku pcb, aby zachować symetrię doprowadzeń i pojemności pasożytniczych. Po wielu symulacjach, próbach i pomiarach uzyskałem oczekiwany efekt. W obecnej wersji zastosowałem rdzenie-karkasy dla środkowych cewek tego zakresu . Nie rozpraszają one pola magnetycznego w takim dużym stopniu jak cewki powietrzne.

Kolejne pasmo 21+18 MHz miało mieć cewki powietrzne i rdzenie, ale po pomiarach zostawiłem tylko cewki na rdzeniach z materiału 17. Średnica rdzenia T130 (33mm) może wydawać się za mała, ale podstawione w kalkulatorze Amidona, parametry dla dopuszczalnej mocy pokazują że rdzenie z tego materiału mają tak dobre parametry że dorównują cewce powietrznej, przy czym otrzymuje się większą dobroć dla cewki na rdzeniu, ze względu na mniejsze wytworzone pole magnetyczne, oraz krótszy drut, a co za tym idzie, jego niższą rezystancję. Pomiary pod pełnym obciążeniem potwierdzają rozważania teoretyczne. Obecna wersja to trzy cewki w układzie PI

Dla 14stki miały być tu rdzenie T150-6 ale znowu materiał 17 wygrał temperaturą rdzenia i punktem nasycenia, a ilość zwojów umożliwia swobodne nawinięcie na T130-17. Jedyny mankament to połączenie pasma z 10 MHz, tutaj tłumienie wydaje się za małe, ale większość dostępnych opracowań łączy je razem.

Nie jestem zwolennikiem pułapek LC, dzięki którym łatwiej uzyskać tłumienie 2giej i 3ciej harmonicznej, ale trzeba sobie uświadomić, że bez specjalnego układu podwójnego filtru z HPF i sztucznym obciążeniem odbierającym moc prążka harmonicznego, opisywana pułapka daje bardzo wysoki SWR widziany poprzez końcówkę mocy i moc harmonicznych zostaje odbita, zwarta i poprzez takie niefortunne zjawisko łatwiej jest uszkodzić tranzystor mocy. W przyrodzie nic nie ginie i moc harmonicznych (kilkudziesięciu wat) musi znaleźć ujście najlepiej w cieple.

Jest jeszcze kolejny kłopot przy realizacji filtrów LPF. Sama symulacja komputerowa pozwala na narysowanie schematu bardzo dobrego filtru, ale nie znamy faktycznej dobroci L i C, faktycznych patametrów płytki, przekaźników itd., które należałoby podstawić podczas symulacji. Nawijając cewkę na rdzeniu toroidalnym nie ma w zasadzie możliwości jej strojenia, przy założeniu że rozkładamy zwoje na całym obwodzie rdzenia. Dowinięcie lub odwinięcie jednego zwoju zmieni indukcyjność np 1,5/1,7/2 uH i nie da rady uzyskać dokładnie zasymulowanej wartości. Sam rdzeń też posiada różne AL w zależności od egzemplarza, różniące się o kilka procent, więc jak sami widzicie schemat to jedno a praktyczne wykonanie i zestrojenie to drugie.

Nad wykonaniem filtrów spędziłem wiele dni i mam nadzieję że przedstawione wiadomości pozwolą na łatwiejsze zmagania przy wykonaniu takiego zestawu.

Pomiary tłumienia wykonałem po dokładnej kalibracji analizatorem SIGLENT SSA3021X

Kable pomiarowe 2x100cm RG142, złącza SMA

Zapięte zewnętrzne tłumiki 10db/50ohm w celu zapewnienia impedancji 50 Ohm dla wejścia i wyjścia pomiaru

Sam analizator nie zapewnia zakładanej oporności 50 oHm dla wejścia i wyjscia, w całym zakresie częstotliwości.

Pomiary odbiciowe wykonałem u kolegi SP2BLB analizatorem z mostkiem i odpowiednim oprogramowaniem. Pomiar rezystora referencyjnego z metrowym przewodem rg142 pokazywał swr w granicach 1,05-1,06 więc dopasowanie filtrów jest bardzo dobre.

Montaż płytek wzmacniających. Zacząć od punktowego wlutowania jednej płytki dłuższego laminatu wzdłuż przekaźników, miedzią w stronę cewek. Następnie wlutować 4 poprzeczne i na koniec drugą długą wzdłuż przekaźników.

Opracowanie i parametry każdego pasma do pobrania poniżej:

Wykaz elementów potrzebnych do złożenia zestawu filtrów LPF.

100n x7r 50V: 18szt

C0G 3000V :

22pf 4szt

33pf 13szt