Обратно към клас D - 10W АМ възбудител

[ahedproductions]

Привет колеги!
След местене, рамонти, боледуване и други разсейвания съм обратно на работното място. Преди няколко дни реших да се върна към старата тема - модулирани стъпала в клас D. Този път реших да опитам да съгласувам поне за една честота изходното съпротивление на транзистора и входното на филтъра. Резултатът, напълно задоволителен, е приведен в следната схема:


За възбуждане изполвам моя DDS с AD9850, който изкарва хубавки правоъгълни импулси с 5 волтова амплитуда. С тях бутам драйверът на Майкрочип TC4422, който се грижи за бързото насищане на транзистора. Търкаляха ми се няколко прозаични IRF510 и реших да видя какво мога да изцедя от тях в такава схема. Въпреки приликите с предавателя ВТа5510, тук има няколко разлики. Първо, модулаторът е с втори паралелен транзистор, което му позволява да си работи хладен и стабилен без вентилатор. И тъй като основните загуби в схемата са върху модулатора, реших да го заякча с още един транзистор и да го преопаковам на една малка платка на български радиатор. Стана компактно и удобно за монтаж. Второ, изходът на възбудителя е предвиден за 50 омов товар, а не за 2 метра жицъ. Това позволи не само съгласуващо звено, но и добавянето на изходен филтър от 5 ред за добро потискане на хармониците.
Захранващото напрежение е 13.7V от импулсно на V-Tac за 8А. Върху модулатора падат най-малко 2.1V до 11.6V максимално на изхода при 100% модулация (при 2А имаме 4.2W загуби върху него!), за това застопорих носещата на 5.5V, където получавам 2.5W носеща на изхода.
Останалото може да видите от снимките!
Изчисление на съгласуващото звено. Съвсем нарочно избрах толкова високо Q.


Изчисление на филтърът от 5 ред.


Общ изглед на възбудителя.


Поглед отгоре. Горе ляво - захранване. Долу ляво - модулатор, амперметър, аудио вход и ключ за прекъсване на захранването на модулатора. Нито един транзистор не обича да бъде захранен без драйв - гърмят като пуканки. Така че захранвам първо DDS модула и драйвера и след това подавам напрежение към крайното стъпало. Малката платка по средата с радиаторчето е стабилизатор с 7805 за DDS-а. Драйверчето е на малката вертикална платка между модула и транзистора с радиатора. Съгласуващото звено и изходния филтър са в дясно.


Друг изглед, изходния филтър се вижда ясно. Сърцевините са Т50-2.


Изход върху товара. 10V на деление, 32V пиково - 10.24W пик в товара. Вентилатора не е наложителен, но предпочитам да се застраховам.


Друг ъгъл.


Това е за сега от мен! Мисля че успях да подкарам прекрасно малко възбудителче, което може да се изполва за възбуждане на линеен усилвател или самостоятелно, като се добави подходящ тунер за някакъв вид компактна антена - наклонен лъч, хеликс с капацитивна шапка или дори вертикал с няколко радиала. Възможностите са много! На дъската има място за аудио процесор (филтър и компресор), както и за МР3 плейър, например.
Желая успехшна седмица и хубав уикенд на всички!
Билян
LZ1SWE
 

[ahedproductions]

И ето какво се случва, като забравя да пусна първo възбуждането, а после захранването на крайното стъпало - въпреки резистора между сорса и гейта. Това е от вчера, страшно силно пукване. 

[origo]

Супер разработка! Относно пукането на транзистора, проблема явно е в това че остава постоянно отпушен когато няма още импулси от DDS-а. Мисля си че е силно редно да се реши този проблем по някакъв схемотехнически начин, било то ограничение по ток от модулатора при достигане на такива големи токове, или пък да си сигурен че транзистора стои запушен преди да дойдат импулсите. Второто май е за предпочитане, и може би може да се постигне с разделяне по постоянен ток между DDS-а и драйверчето на микрочип. Като входа на драйверчето се свърже с резистор към маса (за неинвертиращ драйвер). Не знам дали това ще реши проблема, но определено според мен си заслужава да се потърси истинската причина за горене на транзистора и да се елиминира. Просто иначе може тока да спре докато не наблюдаваш схемата после да тръгне, и да ти остане работа да сменяш транзистор. Иначе останалото - импулсното захранване някак си не ми се връзва с АМ радиоразпръскването, все пак точно те са едни от най-големите източници на смущения в този спектър, вярно е че има такива които са с всички необходими филтри и не правят проблеми, както и че за големи мощности е по-трудно, тежко и скъпо да се слагат линейни захранвания и импулсните са почти неизбежни, но все пак аз мисля „ретро“ и бих заложил на конвенционално линейно захранване.

[ahedproductions]

А, достатъчно е да сложа 1 килоом на гейта и ще го дърпа надолу, обаче ми маже импулсите и ми пада КПД-то. В ВТа5510 го пробвах, спирах генератора - няма проблем. Иначе се прави с логика на входа, още една схемка и го държи запушен без импулси, но не ми се занимаваше. Цъкам си го подред, работи си. Импулсното е много послушно и има добра филрация. Не усещам каквото и да е от него в аудиото, заземен му е корпуса и всичко си е ок. Да, може и едно 5А трафче да се сложи, ще стане супер 100%. Дори ако се повиши захранващото напрежение може да се измъкнат и повече ватове от тоя транзистор, предполагам някъде 20 пик / 5 носеща, обаче не ми се искаше. Идеята ми е всичко да работи с голям резерв и да е стабилно неограничено време, както се прави по принцип в предавателите. Гледах едно наскоро едно възбудителче с ГУ-81М на края. Направено е да бута 10 киловатово крайно стъпало. 800 вата пиково / 200 вата носеща вади, а трафът за анодното е 5 киловатов, страшна котва. Та и аз така, исках не толкова мощност, колкото сигурност. Иначе за генератора - до сега никога не ми е забивал DDS-а. Нито той, нито ПИК-чето дето го управлява. Не че не може да се случи де...  Импулсните правят проблеми при радиоприема повечко, при предавателите не са проблем, ако са оразмерени и построени адекватно на нуждата. Все пак едни от най-безшумните специализирани захранвания на света са импулсни, едни модули на Vicor. Имат някакъв 1uV шум при 24V изход, или нещо такова беше. Ако си намеря линка ще пратя.

[ahedproductions]

Схемата на модулатора има две големи ограничения - големите загуби (при по-големи токове се минава в т.нар. клас Н иначе пече много) и максималното захранващо напрежение на операционния усилвател (18 волта). Най-добрия начин за постигане на по-големи мощности е повишаването на напрежението. За целта е нужен операционен усилвател с по-високо максимално захранващо напрежение, като за щастие сме заобиколени от такива - интегралните НЧУ! Ето линк към сайта на FAT5 - http://www.shortwaveradio.co.uk/fat5_mod_1.htm - неговите модулатори с перфектни за целта! Дори има вариант за лесна доработка на стъпалото с LM3886 за клас Н - най-долу - http://www.shortwaveradio.co.uk/fat5_circuits_mod.htm. Освен това има и прекрасна, но малко по-сложна схема на PWM модулатор, аудио процесор с модерен филтър от 8 ред и други готини работи. Определено ще пробвам някои от нещата!
 

[origo]

Ако питаш мен най-добрия модулатор ще стане с модулиращ трансформатор и НЧУ, ще намалиш значително загубите в статичен режим без модулация, и остава чисто КПД-то на НЧУ-то т.е. може да разчиташ на 50 - 60%. Модулаторите клас Д са отлични разбира се още повече че тук не се търсят честоти по-големи от 4.5к следователно една 50к носеща ще дойде прекрасно, обаче си мисля че за такива ниски мощости все още не си заслужава, виж ако се прави в крайното стъпало на 200+ ватов усилвател вече все повече се налага.

[ahedproductions]

Модулаторът не е в клас D а ВЧ стъпалото. Серийния модулатор дефакто е модулируем регулатор на напрежение, с всичките му недостатъци и плюсове. Иначе има модулатори клас Н и ШИМ модулатори, които могат и да бъдат определени като клас D.
Ето тук има информация - http://www.classeradio.com/modulate.htm

[origo]

Именно това имах предвид за модулатора с ШИМ който си споменал едно мнение преди моето. В тази схема се вижда че е линеен модулатора.

[ahedproductions]

Та като стана дума днес в темата за AD9850 на LZ2XL се присетих за възбудителя. Преди 2 дни намерих един обработен от циганите импулсен адаптор от нещо на НР, даващ 19 волта и 12 волта на общо 120 вата. Бяха му отрязали кабела и го бяха захвърлили в едни храсти по пътя ми към работата. Взех го, пуснах го и останах приятно изненадан. Не само че работи, но и е изпълнен страшно качествено, екраниран е, с добри компоненти. Веднага се сетих за възбудителя и че ще му дойде дюшеш по-високо напрежение на модулатора. Освен това 12-тте волта са си нужни за вентилаторите и ДДС-а. Смених захранването и ето какво се получи!
Условия:
Честота - 1200кХц
Захранване  - 19.1V, 57.3W
Захранване крайно стъпало при носеща - 7.6V, 22.8W
Ток  - 3А
Мощност върху модулатора - 34.5W - ето защо се прави PDM модулатор...основните загуби са тук.
Товар - 52.2 ома
Изходна мощност при носеща - 48Vp-p, 5.51W
Изходна мощност при 85% модулация - 80Vp-p, 15.32W, 67.2% КПД крайно стъпало (2.8А ток)
Изходна мощност при 90% модулация - 88Vp-p, 18.54W, 81.3% КПД крайно стъпало (2.8А ток)




Това е някъде 85% модулация:



Ще се опитам по-нататък да модифицирам модулатора по този начин - http://www.shortwaveradio.co.uk/puwma.htm и ще видим. Общото КПД е 32% при 90% модулация. Тепърва ще си поиграя с този възбудител. Но мисля първо да махна изходните вериги и да видим какво ще изкараме в клас E! Очаквайте новости.
 

[origo]

Както е в момента на осцилоскопа се забелязва изкривяване на модулацията. Дали това е заради прекалено висок Q фактор на изходния филтър поради което вече напрежението в изхода на модулатора е станало 0 но все още трептенията в изхода на схемата затихват по експоненциален закон? Може би трябва да бъдат взети мерки за разумно разширяване на изходната лента, та да пропуска поне 10kHz без значителни затихвания.

[ahedproductions]

Кривините са от серийния модулатор. Тази вечер сглобявам ШИМ вариант и ще го махам, че само грее и криви и нищо смислено не прави.

[origo]

Успех! ШИМ модулатора е хубаво нещо и ще повиши значително КПД ако бъде изпълнен както му е реда. Но мисля че кривенето не е от модулатора, мисля че е заради тясна изходна честотна лента и с ШИМ модулатора ще си остане по същия начин. Ако е по-силно изразен този ефект с кривоча при високи честоти на модулиращото трептение от колкото при по-ниски (например 200 херца) то значи почти сигурно е заради теснолентов изходен филтър. И с моя предавател със съвсем различен вид модулация имах много подобно кривене при тясна изходна лента и високи честоти на модулиращото трептение, затова подозирам че от там е проблема и тук, но е възможно и да не е.

[ahedproductions]

Аз не меня модулационната честота, 400 херца е. Кривоча е от режимът на работа на транзисторите в модулатора.

[origo]

Това доказано ли е? С осцилоскоп в емитера на модулиращите транзистори криво ли е? Ако все пак там в емитера не си личи много добре, то в базата със сигурност ще си личи защото ОУ ще се опитва да компенсира изходното напрежение което не следва входното и ще даде рязко изхода си към потенциал близък до маса. Т.е. кривоча ако е причинен от модулатора ще си личи като рязък и нелинеен спад в изходното напрежение на ОУ. Ако наистина това е проблема (макар че аз силно се съмнявам) схемата на модулатора следва да се направи двутактна, т.е. като на стандартно НЧУ. Винаги горния транзистор разбира се ще носи почти целия товар но няма да възникват такива нелинейности. Пробвай, направи измервания, но личното ми мнение е че нелинейността е от нещата след модулатора. Модулатора си е идеален, само КПД е единствения му кусур според мен. Честотната лента на филтъра след стъпалото клас D е много тясна и модулиращата честота е с намалена амплитуда (страничните съставки в спектъра са потиснати) и въпреки че на осцилограмата се вижда около 70 процента модулация, в същност модулацията от модулатора вече над 100 % т.е. той е довел до ограничение на амплитудата вече и от там и изкривяванията в изхода. Започни да намаляваш дълбочината на модулация да видиш как в един момент ще стане линейна формата. Виж и в емитера на модулиращите транзистори кога точно се получава премодулация и ще си обясниш процесите. Ето начертах набързо какво имам предвид:

Със зелено е как би трябвало да се развива носещата във времето при безкрайно широка изходна честотна лента, със синьо е разликата на носещата във времето спрямо идеалната форма. Отдолу със синусоида как възникват изкривяванията според мен. С моя предавател имах същите проблеми и те са от висок качествен фактор и тясна честотна лента на изходния филтър.

[ahedproductions]

Интересно. Не би казал, че Q-то в изхода е много високо, но пък след като прочетах какво си написал си дадох сметка, че звената в изхода са 3 едно след друго и цялата комбинация се получава от 7 ред. Възможно е да си прав, но има една особенност. В същност като замодулирам повече формата не става като тази, която си нарисувал, а като прикачената. Същия ефект се получава и на пика горе. Това явление може да се поизследва повече.
Но така и така махам линейния модулатор, след като направя ШИМ-а ще се позанимавам подробно с този ефект. По принцип ми се иска да избягам от клас Д и да го превърна в клас Ф. Там КПД-то ще е по-високо и хармоничния състав ще е по-нисък.