Výkonové Moduly

První rozhodnutí které jsem musel učinit bylo zda použít jeden modul osazený vysoce výkonným tranzistorem nebo použít 2 moduly a sloučit je. V podstatě by mi pro EME stačilo použít jeden modul s tranzistorem o výkonu 1800W napájený ze zdroje 65V. To by jistě fungovalo a má to řadu výhod. Já ale používám pro EME digitální druhy provozu, které vysílají trvale plným výkonem podobně jako třeba FM. Jeden tak výkonný modul by se patrně neuchladil a shořely by transformační úseky kabelů nebo by se odpájely součástky na výstupní straně modulu. Toto riziko jsem nechtěl podstoupit a tak jsem zvolil dražší a náročnější systém se dvěma moduly. Druhé rozhodnutí bylo zda si DPS vyrobit a součástky nakoupit nebo použít stavebnici od W6PQL. Rozhodl jsem se pro nákup dvou sad od W6PQL. Ten na svých stránkách nabízí sady součástek, tranzistory, hotové osazené moduly i kompletní koncové stupně. Objednal jsem tedy 2 sady součástek včetně DPS a tranzistorů ART1k6. Měděnou vložku jsem zakoupil na e-shopu v ČR. W6PQL má na svých stránkách i velmi podrobný návod na sestavení a oživení dodávaných sad součástek.

W6PQL na svých stránkách uvádí že jeho moduly jsou použitelné pro výkony do cca 1kW a při digi provozu radši do 800W. Přítel který má se stavbou SSPA mnohem větší zkušenosti mi říkal, že se mu DPS neuchladí a proto nesnese větší výkon. Pokud se DPS připájí k měděné podložce mnohem lépe se chladí a snese podstatně větší výkon. Proto jsem použil výrazně větší měděnou podložku a výstupní DPS k ní připájel pastou s teplotou tavení 183°C. Vstupní desku jsem nepájel - není to potřeba. Navíc výstupní desky v PA ofukuji ventilátory. To by mělo zabezpečit dostatečné chlazení DPS a všech součástek na nich.

K pájení jsem použil vytápěnou desku s regulací teploty z Aliexpresu. Pro jistotu jsem teplotu ještě kontroloval teploměrem s termočlánky zasunutými do otvorů v DPS:

Výstupní desky připájené k měděné podložce:

Připájené desky ovšem umí velmi znepříjemnit až znemožnit připájení součástek protože odvod tepla je značný a většina páječek nedokáže v takové situaci pájený spoj dobře prohřát. Já používám stařičkou páječku ERS50 a hrot typu "dláto" 5mm. S tímto vybavením jsem dokázal součástky připájet bez větších problémů a ani jsem nemusel použít předehřev. Naprostá většina mě známých páječek si v takové situaci ani neškrtne. Například vychvalovaná KGSER s výkonem víc jak 2x vetším a hrotem T12 typu "kopyto" nemá šanci. Neumím to vysvětlit, ale je to tak.

Fotografie osazených modulů:

W6PQL se sadou součástek dodal i ověřené hodnoty jednotlivých koaxiálních kondenzátorů pro různé typy tranzistorů. Zbývalo tedy již jen nastříhat spočítané délky kabelů pro potřebnou kapacitu a ověřit ji kapacitním měřičem. Předpisy na výrobu transformačních úseků koaxiálních kabelu velmi podrobně popsal W6PQL - doporučuji postup dodržet.

Na vstupní desce jsem většinu součástek neosazoval protože používám jiný obvod předpětí pro Gate tranzistoru. Velmi důležitá je nenápadná poznámka W6PQL o osazování vstupního transformátoru. Jeho vzdáleností od tranzistoru lze v malých mezích přesně doladit vstupní odrazy na nejlepší hodnotu na kmitočtu 144MHz. Poloha zobrazená na fotografii přibližně odpovídá správnému nastavení. Při oddálení od tranzistoru se kmitočet snižuje, při přiblížení zvyšuje. Proto při osazování tohoto transformátoru doporučuji připájet ho jen lehce abychom při oživování mohli změnou jeho polohy přesně doladit vstup na ideální S11.

Tranzistory jsem připájel stejným způsobem jako výstupní DPS ale použil jsem nízkoteplotní pastu s teplotou tání 138°C. Pozor na příliš velké množství pasty! po roztavení pasty a přitisknutí tranzistoru k mědi má cín tendenci vystříknout z frézované drážky směrem nahoru ke křidélkům tranzistoru a zkratovat je na zemní potenciál. Použijte jen malé množství pasty. Po roztavení pasty tranzistor v cínu "zaplave". Pro dokonalé prolití cínu pod celou plochou tranzistoru s ním pinzetou několikrát pohneme do stran a teprve pak ho usadíme do správné polohy. V této poloze ho přitiskneme k mědi nejlépe nějakým malým závažím (já použil šroub M20) a odstavíme modul z topné desky. Právě při tom přitisknutí tranzistoru má cín tendenci vystříknout nahoru. Dejte si na to pozor.

Hotové moduly již zapojené uvnitř PA:

Oživení modulů dobře popsal W6PQL, nemám k tomu co dodat. Je dobré při oživování a měření modulů napájet ze stabilizovaného zdroje 55V s proudovým omezením nastaveným na cca 3A. Já použil laboratorní zdroj 60V/5A zakoupený na Aliexpresu.

styk mezi měděnou deskou a Al chladičem je nutné namazat tepelně vodivou vazelinou pro zlepšení přestupu tepla do chladiče. Vřele doporučuji zde nešetřit a použít kvalitní vazelinu s obsahem kovového plniva. Lze použít kvalitní vazeliny pro chlazení PC procesorů, nebo koupit vhodnou vazelinu v e-shopu. Já použil vazelinu z Aliexpresu. Ukázalo se že rozetřít tuto vazelinu po ploše měděné desky není jednoduché. Dříve jsem bílou vazelinu prostě rozetřel prstem. To ale s vazelinou z Aliexpresu nebylo možné protože vazelina je hutnější a nelepí se na desku. Při roztírání se trhala a nešlo ji rovnoměrně rozetřít po ploše. Po chvíli hledání na internetu jsem narazil na správnou radu. Vazelinu lze snadno rozetřít plastovou destičkou - třeba kreditní kartou. Já nakonec použil k rozetření kousek tenkého pružného plechu. Tím to šlo krásně. Vazelinu na Aliexpresu vybírejte podle co nejnižšího teplotního odporu který je u jednotlivých vazelín udáván. Že vazelina obsahuje skutečně kovové plnivo jsem poznal snadno protože kalíšek s touto vazelinou je výrazně těžší než kalíšek běžné bílé vazeliny kterou jsem dříve používal.

Naměřené charakteristiky jednotlivých modulů:

PA jsem poprvé nasadil v Perseidech 2024. Na ty si vždy beru 14 dní dovolenou při které "tábořím" na EME QTH a čas trávím intenzivním vysíláním digi provozy střídavě MS a EME. V roce 2024 bylo mimořádně teplé počasí a tak se teplota v měděných deskách pod tranzistory těsně přibližovala k teplotě 60°C na kterou byla nastavená teplotní ochrana PA. 10 dní jsem si tak vesele užíval provozu výkonem 2kW. Pak ale došlo k maléru. V jednom modulu vyhořely vazební kondenzátory. Odpařila se i část DPS ke které byly kondenzátory připájeny. Ochrana proti rozvážení Gyselu naštěstí spolehlivě zafungovala, takže nedošlo k výraznějšímu poškození DPS. I tak byla deska popálená, okolní součástky začouzené a motiv DPS poškozený. Po vyčištění a zjištění že nedošlo k propálení desky na zem jsem se rozhodl že se pokusím o opravu.

Při analýze problému jsem došel k názoru že důvody poškození byly 3:

• Příliš vysoká teplota
• Nevhodný materiál DPS
• Levné použité kondenzátory

V první řadě jsem podcenil chlazení a jako hlavní ventilátory jsem použil běžné ventilátory z PC o výkonu necelé 2W. To se ukazuje jako nedostatečné a po opravě jsem použil ventilátory o výkonu přes 4W. Druhé podcenění bylo u ventilátorů které ofukují DPS zvrchu. Použil jsem málo výkonné tiché ventilátory z PC a ještě jsem jim snížil otáčky. To byla chyba ! Po opravě jsem opět použil výkonné ventilátory kterým jsem ponechal plné otáčky. PA bohužel už při TX není tichý :-(. Spolu s těmito opatřeními jsem snížil teplotu při které zareaguje teplotní ochrana PA na 56°C.

Další důvod který patrně ovlivnil poškození PA je materiál ze kterého je DPS vyrobená. Když mi kolega radil, abych desky připájel k měděné desce taky zdůrazňoval že musí být vyrobeny z materiálu s velmi nízkým teplotním odporem - např. některý vhodný Arlon. Nevím z jakého materiálu jsou vyrobené zakoupené desky ale evidentně mají poměrně vysoký tepelný odpor, takže součástky na DPS nebyly dostatečně chlazeny. Na této DPS připájené k měděné podložce jsem relativně snadno pájel. Když jsem se ale o to samé pokusil u DPS modulu 1296MHz nepodařilo se mi na ní pájet bez výrazného předehřevu. Evidentně tedy 144MHz DPS od W6PQL nejsou příliš vhodné pro vysoké výkony! To prosím není kritika W6PQL - já jsem překročil doporučované parametry a spoléhal jsem se na to že mnou provedené úpravy PA to umožňují...

Poslední důvod jsou patrně použité vazební kondenzátory. Když se podíváte k prodejcům na kondenzátory pro vysoké výkony hned Vás zarazí že jsou tam kondenzátory za dolar a pak ATC kondenzátory podobných parametrů za 8 dolarů. Kondenzátory ve stavebnici W6PQL zjevně nejsou ATC. ATC kondenzátory jsou větší a je na nich potisk. Domnívám se tedy že byly použity "dolarové" kondenzátory místo originálních ATC. Opět podotýkám, že jsem to já kdo překročil doporučovaný výkon. Doporučovaný výkon by tyto kondenzátory patrně přežily.

Takže co teď s tím nadělením ? Po očištění desky a zjištění že její poškození není tak velké jak to původně vypadalo jsem se rozhodl pokusit se o opravu. Napadlo mě že u vazebních a blokovacích kondenzátorů v podstatě příliš nezáleží na kapacitě - neovlivňuje naladění modulu. Proto jsem dokoupil ATC kondenzátory a u všech modulů jsem doplnil u vazebních kondenzátorů jeden kondenzátor navíc. Ten jeden se tam přesně ještě vešel. U blokovacích kondenzátorů jsem u každého doplnil 2 kusy - opět se tam přesně vejdou. Odpařený kousek DPS jsem nahradil kouskem měděného plíšku který jsem vytvaroval tak, aby tvořil i malé chladící křidélko velikosti cca 10 x 15mm. Podobná chladící křidélka jsem doplnil i u ostatních vazebních kondenzátorů. Na 144MHz v tomto místě takto vytvořené parazitní kapacity nemohou mít žádný vliv na naladění modulu. Doufám že doplnění kondenzátorů a chladících křidélek spolu se zvýšením výkonu ofukovaní modulů bude dostatečné aby se podobná "veselá příhoda" neopakovala. Zatím jsem si netroufl při digi provozu překročit cca 1800W :-). Popsané úpravy neovlivnily vlastnosti modulů a PA funguje stejně jako dříve. Vřele bych doporučil tyto změny provést i u nově budovaných PA. A pokud možno použít DPS vyrobené z vhodnějšího materiálu.

Fotografie popisovaných úprav: