Modul měření výkonů
Tento modul má za úkol měřit 3 výkony. Vstupní, výstupní a odražený. Z těchto údajů pak procesorová jednotka počítá i zisk a PSV. Měl jsem řadu možností jak měření výkonu realizovat. Vybíral jsem mezi oblíbeným logaritmickým detektorem AD8703, obyčejnou diodovou sondou nebo měřidlem na kompenzačním principu. Protože potřebuji měřit v dynamickém rozsahu pouhých přibližně 15dB vypadl z výběru logaritmický detektor. Jeho použití by zde bylo spíše nevýhodou. Vybíral jsem tedy mezi jednoduchou diodovou sondou a kompenzačním principem. Oba principy jsou pro tento účel dobře použitelné. Diodová sonda je primitivní hardwarově ale vyžaduje složitější nastavení a amplitudovou kompenzaci charakteristiky. Takový princip používá např VF watmetr od Mirka OK1DGI který popisuji na jiném místě mých stránek. Naproti tomu kompenzační princip je složitějsí hardwarově ale výstupní napěťová charakteristika je lineární. Proto stačí měřič nastavit v jednom bodě a softwarové je zpracování velmi jednoduché. Vzhledem k tomu, že firmware pro procesorovou desku bude můj první program pro procesor AVR a vlastně i první program pro nějaký procesor po velmi dlouhé době nechtěl jsem přecenit své síly a zvolil jsem variantu kompenzačního měření. Další důvod je samozřejmě i ten že jsem tento typ voltmetru použil již vícekrát a mám s ním dobré zkušenosti.
Modul sestává ze tří totožných měřičů VF napětí a napájecího zdroje. Princip měření jsem popsal v článku o mém VF voltmetru. Tento princip měření jsem použil již ve více měřidlech a všude se osvědčíl. Hlavní výhoda je v tom, že vstupní VF napětí převádí lineárně na výstupní stejnosměrné napětí. Výstupní a odražený výkon se měří pomocí směrové odbočnice Kathrein. Ta je běžně k dostání na radioamatérských setkáních. Přímý a odražený výkon je veden do vstupních konektorů X2 a X1. Detekční diody pro měření vstupního výkonu jsou umístěny na ochranné desce. K nim je do ochranné desky vedeno NF kompenzační napětí a výstupní kompenzační SS napětí se vrací zpět do měřiče. Odchylky od nulového napětí jsou vyhodnocovány pomocí OZ IC1 až IC3. Výstupní napětí z OZ napájí NF LC odcilátor s T1 až T3. NF napětí z oscilátoru se rozděluje na výstupní větvi s detektorem a kompenzační větev která vrací kompenzační napětí zpět k detektoru. Výstupní napětí z detektorů jdou do procesorové desky kde jsou vyhodnocována a zpracovávána.
Modul napájím napětím z rozvodu +12V v PA. K vytvoření záporného napětí pro OZ jsem použil nábojovou pumpu ICL7662. Pozor na kondenzátory C10 a C34. Jde o keramické kondenzátory které jsou zatíženy NF proudem o kmitočtu cca 10kHz a při provozu mohou nepříjemně pískat. Doporučuji proto použít mohutnější typy které procházejícím proudem pískají mnohem tišeji nebo téměř neznatelně.
Cívky L1 až L3 jsou navinuty na hrníčkovém jádru o průměru 12mm. Získal jsem je z nějakých starých inkurantních desek a neznám jejich parametry. Počty závitů je potřeba vyzkoušet tak aby indukčnost hlavního vinutí byla přibližně 500uH. Na přesné hodnotě tolik nezáleží - důležíté je aby se kmitočet oscilátoru pohyboval mezi cca 100 až 200kHz. Kondenzátory C15, C16 a C40 by měly být kvalitní fóliové typy. Počet závitů vazebního vinutí by měl být asi 6 až 10% počtu závitů hlavního vinutí a jeho indukčnost je okolo 40uH. S těmito cívkami jsem měl tentokrát docela problémy. Oscilace nenasazovaly plynule a oscilátory měly tendenci zakmitávat i na nízkých kmitočtech což způsobilo amplitudovou modulaci nosného kmitočtu. Nakonec jsem přišel na to, že je potřeba cívky namotat co nejtlustším drátem a vinout na divoko. Patrně je potřeba dosáhnout co nejvyššího Q. Je dobré použít hrníčky s co nejvyšším er a vinout tak tlustým drátem jaký se vejde.
Nastavení modulu
Nejprve je nutné oživit oscilátory všech tří jednotek. Zatím neosazujeme OZ IC1 a IC2. Přivedeme postupně na odpory R11, R12 a R32 napětí 12V. Oscilátor by se měl rozkmitat na kmitočtu mezi 100 až 200kHz. Pokud se nerozkmitá prohoďte vývody vazebního vinutí. Pak snižte napětí a sledujte jak se snižuje stejnosměrné napětí na výstupu. Oscilátor by měl vypadnout až při velmi nízkém napájecím napětí cca 100 až 200mV. Je dobré rovněž zkontrolovat sinusový průběh výstupního napětí z oscilátoru. Pokud by byl průběh ořezaný zmenšíme počet závitů vazebního vinutí. Pokud vše funguje jak má můžeme osadit operační zesilovače a přistoupit ke konečnému nastavení.
Díky lineární převodní charakteristice je nastavení modulu velmi jednoduché. Nejpve nastavíme měření výstupního výkonu. To provedeme při výkonu cca 500 až 1000W. Vybudíme PA na výkon při kterém budeme provádět měření a měříme jej vnějším kontrolním wattmetrem. Na displeji v procesorové jednotce by se měl zobrazit nějaký výkon. Trimrem R25 nastavíme měřený výkon na správnou hodnotu kterou zobrazuje vnější wattmetr. Tím je celé nastavení měření hotovo.
Nastavit odražený výkon je trochu složitější. Nejprve při vybuzení PA na 500 až 1000W změříme VF výkon. Potom na vstup Přímého signálu X2 přivedeme signál z generátoru a nastavíme stejný naměřený výkon. Na generátoru znížíme výstupní výkon o 6dB a připojíme ho na vstup odraženého signálu X1. Vstup X2 opět vybudíme na předtím naměřený výkon. Můžeme k tomu použít buď PA nebo druhý generátor. Tím máme na vstupu postupné vlny nějaký měřený signál a na vstupu odražené vlny signál o 6db menší. To odpovídá PSV 1:3. Proto trimrem R26 nastavíme naměřenou hodnotu zobrazenou na displeji procesorové jednotky na PSV = 3. Tím je nastavení skončeno.
Vstupní výkon nastavíme tak, že na výstupní konektor z ochranné desky připojíme VF wattmetr a na vstupní konektor přivedeme výkon cca 1 až 2W Na diagnostickém zobrazení displeje nastavíme správný výkon trimrem R39. Je vhodné toto měření provádět již přes vstupní útlumový článek aby poměry v obvodu byly stejné jako při skutečném měření. Takže v případě 10dB útlumu bude potřebný budící výkon 10 až 20W.
Tím je nastavení celé jednotky hotovo
Celou jednotku můžeme jednoduše přednastavit i mimo PA. To je výhodné abychom si ověřili, že vše správně funguje a nemuseli později dělat úpravy jednotky již zabudované v PA. Zjistíme si jaký útlum má naše směrová odbočnice. pak jednoduše spočítáme jaké výkony budou na výstupech přímého a odraženého výkonu aby odpovídaly výkonu 1200W a odraženému výkonu cca 100W. Tyto výkony pak přivedeme z generátoru na odpovídající vstupy měřící jednotky a na výstupech nastavíme sejnosměrné napětí přibližně 8 až 10V. Na přesných úrovních teď jěště nezáleží. Ty se nastaví až v hotovém PA při konečném nastavení jednotky která již byla popsána.
Mechanické Provedení jednotky
Jednotka je vyrobena na oboustranné DPS. Horní strana desky je ponechána celistvá a tvoří zemní stínící desku. Deska je osazena smíšenou montáží. Většína součástek je v provedení SMD ale jsou použity i součástky s drátovými vývody. Celá deska je zapájena do stínící ohrádky z pocínovaného plechu. Vývody jsou realizovány pomocí průchodkových kondenzátorů. Tlumivky v přívodech nejsou umístěny na DPS ale zapojeny mezi DPS a průchodkový kondenzátor. Na desce je umístěno několik prokovů které spojují horní stínící plochu se zemními plochami na straně spojů. Tyto prokovy jsou provedeny měděnými nýty o vnějším průměru 1,4mm. Ty je možné zakoupit u Conrada. Cena těchto nýtů není malá ale vyplatí se. Conrad prodává i nýtovačku ale její cena řádově převyšuje sumu kterou bych za ni byl ochoten vydat. Naštěstí lze tyto nýtky pohodlně nýtovat i standardním způsobem pomocí důlčíku.
Forografie modulu se strany spojů:
Forografie modulu se strany součástek:
