Modul PA 1kW na 144MHz

Tento modul vyvinul a popsal v Dubusu F1JRD. Protože byla jeho konstrukce dobře popsaná nemá smysl ji znovu popisovat ale soustředím se spíše na poznámky k důležitým konstrukčním detailům které nejsou všeobecně známé nebo dobře popsané.

Na fotografii vidíte moje provedení modulu PA během prvního měření.

Nejdůležitější věcí je dobře provedené chlazení tranzistoru. Pokud bychom přišroubovali tranzistor přímo na hliníkový chladič neodvádělo by se teplo vzniklé v tranzistoru dostatečně rychle a tranzistor by se rychle přehřál. Tomu lze zabránit tím, že mezi tranzistor a chladič vložíme mohutnou měděnou desku která zajistí dostatečně rychlý odvod tepla z tranzistoru a jeho rozvedení do velké plochy kterou je teplo předáno do hliníkového chladiče. Takové provedení zajistí kvalitní chlazení tranzistoru.

Tranzistor je na měděnou destu připájený. Není dobrý nápad ho jen přišroubovat. Styčnou plochou tranzistoru totiž prochází desítky ampér proudu (stejnosměrného i strídavého) Pri tak vysoké proudové hustotě by na styku mezi tranzistorem a měděnou deskou mohlo docházet k lokálním přehřátím a vypalování materiálu. Tak by se postupně zvyšoval přechodový odpor a oblasti přehřáti by se postupně rozšiřovaly až bydošlo ke zničení tranzistoru. Teplovodivá vazelina by tento jev jen urychlila. Proto je nutné tranzistor připájet. Pájení tranzistoru je poměrně kritická operace ale lze to zvládnout. Několik postupů můžete najít jako video na internetu. Popisují se postupy se SMD pájecí pastou nebo běžnou cínovou pájkou. Já jsem dal na doporučení přítele který již několik tranzistorů připájel a věděl tedy co je potřeba. Problém je v tom, že měděná deska velmi rychle odvádí teplo takže běžné pájení páječkou není možné. Já jsem k připájení použil starý plotýnkový vařič. Postup je jednoduchý. Nejprve přesně usadíme tranzistortak aby vývody přesně lícovaly s motivem na DPS. Pak odměříme šuplérou vzdálenost tranzistoru od okraje měděné desky. Tranzistor i DPS dáme pryč a připravíme si cínovou pájku.
Aby se styčná plocha tranzistoru dobře prohřála je nutné aby při pájení měla dobrý styk s měděnou deskou. Proto jsem ve strojním svěráku s hladkými čelistmi rozplácnul kousek tenké trubičkové pájky a vytvořil si tak teninký pásek cínové pájky. Tento pásek jsem nastříhal na délku tranzistoru a naskládal vedle sebe do frézované drážky pro tranzistor tak abych pokryl styčnou plochu. Pak jsem na tyto pásky nakapal tavidlo. Použil jsem výborné tavidlo Marmot MTL461 se kterým mám skvělé zkušenosti. Pak na takto připravený podklad položte tranzistor tak aby byl približně v poloze v jaké má být připájen.
Pak rozehřejte vařič a vedle si připravte chladič na který bude možno modul s připájeným tranzistorem odložit. Připravenou měděnou desku s tranzistorem položte na rozehřátý vařič. Sledujte jak se ohřívá deska, teplotu si můžete zkoušet kouskem cínu který přikládáme k měděné desce. Od okamžiku kdy cín začíná tát musíme pracovat rychle. Okamžik, kdy se roztavil cín pod tranzistorem poznáme snadno. tranzistor si "sedne" a jakoby zaplave v cínu. Aby došlo k dokonalému propájení jemně pohneme pinzetou tranzistorem o 1 až 2 mm na obě strany a sledujeme dokonalé rozlití cínu pod tranzistorem. V okamžiku, kdy je cín perfektně rozlitý dorazíme tranzistor na šupléru vysunutou na rozměr který jsme si na začátku změřili. Tím máme tranzistor ve správné poloze a můžeme ho nechat vychladnout. Nejprve modul přesuneme na kousek prkénka kde ho necháme vychládat dokud cín neztuhne. Přitom tranzistor jemně přitlačujeme k podložce. Tranzistor má totiž tendenci v cínu plavat a při tuhnutí cínu se zvednout. Tím by se zhoršil přestup tepla z připájeného tranzistoru. Aby to nenastalo, přitlačujeme ho dokud cín neztuhne. Pozor ale abychom přitom nepohnuli tranzistorem. Jakmile cín ztuhne přesuneme modul na chladič a necháme na něm vychladnout. Tento postup jsem při pájení použil já. Popis vypadá složitě ale je to snadné a rychlé. Po vychladnutí pod vývody tranzistoru nasuneme desku a zkontrolujeme že vývody tranzistoru lícují s motivem na desce. Pokud je vše v pořádku máme hotovo. V některých pramenech doporučují připájet k měděné desce i DPS. To ale vyžaduje cínovou pastu s nižší teplotou tání (aby se nám neodpájel již připájený tranzistor) a takovou pastu nemám. Proto jsem nakonec DPS k podložce jen přišrouboval.

Povšiměte si na fotografii z boku vyvrtaných otvorů do měděné desky. Větší otvory jsou pro teplotní čidlo DS1820, menší pro termistor ochranné desky. Díry jsou hluboké cca 10mm.

Za zmínku stojí připojení výstupního vedení k oddělovacím ATC kondenzátorům:

V původním popisu je opletení koaxiálního kabelu připájeno přímo k ATC kondenzátorům. Bohužel zkušenosti ukázaly že pájení způsobuje pnutí v křehkých ATC kondenzátorech a jejich možné prasknutí. Když velká hmota cínu a opletení kabelu chladne smršťuje se a to způsobí zmíněné pnutí. Proto byla navržena úprava která je na fotografii. Konec koaxiálního kabelu je omotán páskem mědi a přes něj je připájen k plošce na DPS. Tak není konec kabelu přímo připájen na kondenzátory a nedojde k zmíněnému pnutí. Použil jsem běžný uzemňovací pásek tloušťky cca 0,5mm.

Bohužel jsem se pozdě dozvěděl další tip. V původním popisu je výkres s rozměry výstupního vedení. Podle tohoto výkresu je konec opletení zaříznut přesně s teflonovou isolací. Zkušenosti z PA 432MHz však ukázaly, že je lepší nechat isolaci o 1 až 2mm delší. Stávalo se totiž, že při plném výkonu docházelo k sršení mezi opletením a žílou. Pokud se ponechal přesah isolace problémy se neprojevily. Není důvod tuto úpravu nepoužít i u PA pro 144MHz.

jak by to mělo být provedeno je na fotografii:

Ještě mám jedno důležité doporučení. V žádném případě nezapínejte PA bez osazeného elektrolytického kondenzátoru v napájecím vedení. Bez něj PA velmi ochotně kmitá ma kmitočtech v řádu jednotek MHz. Já jsem při prvních pokusech neměl k dispozici vhodný kondenzátor a tak jsem začal modul oživovat bez něj. Naštěstí mě to stálo jen útlumový článek 30dB/10W který jsem měl na výstupu připojený a ne VNA nebo spektrální analyzátor. Kondenzátor by měl mít kapacitu v řádu stovek uF a důležité je aby šlo o typ LOW ESR s velkým povoleným rozsahem pracovních teplot.

S odstupem několika dní mi Standa OK1MS připomněl další úpravu kterou je vhodné na modulu udělat. Na vstup SS předpětí Ug jsem zapojil odpor cca 10k mezi toto napětí a zem. Je to z toho důvodu aby při odpojení přívodu napětí Ug nezůstaly Gate tranzistoru "viset ve vzduchu". V takovém případě by se mohlo stát že by nám statické napětí nebo rušení mohlo tranzistor otevřít a mohlo by dojít k jeho zničení. Uvedený odpor by takovému nekontrolovanému otevření tranzistoru měl zabránit.

DODATEK 15.1.2020 Během meteorického roje kdy jsem vysílal MSK144 se mi náhle z PA zakouřílo s doprovodem patřičných zvukových efektů :-). Došlo k zničení odpařením všech blokovacích kondenzátorů v napájecím napětí za kolektorovou tlumivkou. Tranzistor to bez problémů přežil, jen v DPS byla vypánená díra. Když jsem analyzoval důvod této závady přišel jsem na hloupou chybu které jsem se dopustil. F1JRD na tomto místě předepisuje kondenzátor ATC100B 1k. A zde se stala chyba. Nenapadlo mě přečíst si v katalohu parametry tohoto kondenzátrou a tak jsem přehlédl že je tento kondenzátor na DC napětí pouhých 50V ! Protože PA napájím napětím 49,5V pohyboval jsem se na samé hranici povoleného napětí a pak stačilo malé VF napětí superponované na DC a průšvih byl hotový. Zřejmě existují i ATC100B i se zvýšeným napětím ale takový jsem k dispozici neměl. Nahradil jsem tedy zničený kondenzátor paralelní kombinací 4 kusů kondenzátorů ATC100B 390pF které jsem měl v šuplíku. Tyto kondenzátory mají povolené napětí 200V takže je zde dostatečná rezerva. Doporučuji tedy všem použít na blokování paralelní kombinaci nejlépe 4 kusů ATC100B 470pF které jsou rovněž na 200V. To by mělo zcela odstranit podobné maléry jaký potkal mě. N tomto místě se opravdu šetřit nevyplatí.