Modul měření výkonů verze 4
14.1.2020Po delší době jsem se vrátil k měření výkonů ve svém koncovém stupni. Původní měření sice fungovalo, Ale nebyl jsem s ním zcela spokojen. Hlavním důvodem byla různá rychlost náběhu při měření výstupního a odraženého výkonu. To způsobovalo časté vybavování PSV ochrany zejména při provozu SSB. Bylo to sice možné kompenzovat softwarově, ale toto řešení mě neuspokojovalo. Nakonec jsem se rozhodl postavit zcela nový modul měření s logaritmickými detektory AD8307.
Pro tento modul je nutné použít firmware pro procesorovou desku verze 3.0 nebo vyšší. Nižší verze je určena pro původní modul měření výkonů. Tato verze je určena pouze pro novou jednotku měření výkonu která je osazena 3x AD8307. Kromě jiných výpočtů pro uvedenou jednotku jsem zcela přepracoval načítání dat z A/D převodníků. To vedlo k výraznému zklidnění měřených hodnot a odstranění problémů s vypadáváním PSV ochrany. Vřele doporučuji použití nové jednotky měření výkonů a tento firmware.
Firmware verze 3.0 v binárním formátu.
Firmware verze 3.0 ve formátu Intel hex.
Navržený modul obsahuje 3 stejné obvody pro měření vstupního, výstupního a odraženého výkonu. Popisovat budu první kanál - měření vstupního výkonu. Detektory jsou navrženy v katalogovém zapojení, následuje zesilovač s OZ LM358 a obvod který posouvá naměřené napětí tak, abychom měřili požadovaný rozsah vstupního výkonu. Měřený výkon přichází do vstupního SMA konektoru X1. Následuje útlumový článek a logaritmický detektor AD8307. Nechtěl jsem předělávat i procesorovou jednotku a proto jsem musel upravit výstupní napětí z modulu na podobné úrovně jaké byly z původní jednotky měření výkonů. Proto následuje zesilovač s OZ LM358. Na jeho výstupu je napětí odpovídající převodu 1V/10dB. Přesnou hodnotu převodu lze nastavit trimrem R3. Následuje obvod který posouvá napěťové úrovně na výstupu tak abychom měřili v rozsahu cca 25dB a na výstupu bylo možné nastavit přesně napětí odpovídající určitému výkonu. Obvod tvoří druhá polovina OZ LM358 která je zapojena jako sledovač napětí z reference a komparační zesilovač osazený rail-to-rail operačním zesilovačem TS914. Tento typ jsem měl zrovna v šuplíku. Je možné zde použít jakýkoliv čtyřnásobný rail-to-rail OZ. Prodejci jich nabízí dostatek. Trimrem R7 se nastavuje rozsah měření. Napětí na výstupu odpovídá PŘESNĚ 4V/10dB. Přesnou hodnotu převodu lze nastavit trimrem R3.
Zde musím upozornit na možnou chybu při nákupu logaritmického detektoru AD8307. Na e-bay se nabízí tyto obvody velmi levně. Ale zde se jedná o šetření na nepravém místě. tyto levné obvody jsou buď napodobeniny nebo mimotoleranční výmět. Obvody které jsem měl k dispozici dokázaly na rozdílu 20dB udělat chybu i 2dB. to už není ani indikace, natož měření... Proto doporučuji kupte detektory od prodejce u kterého máte jistotu že jde o originál od Analog Devices.
Protože již nepoužívám kompenzační metodu nebylo možné použít původní detekci vstupního výkonu v ochranné desce. Nejprve jsem uvažoval o úpravě této desky ale moc ce mi v ní vrtat nechtělo. Nakonec jsem na vstup dal směrovou odbočnici zhotovenou ze dvou spájených Semirigid koaxiálních kabelů. Byl jsem docela mile překvapen jak dobře tato odbočnice funguje. Tento typ odbočnice před časem na stánkách OK2KKW popsal OK1VPZ. Na konektor X1 pro měření budícího výkonu tedy přivádím postupnou vlnu z této odbočnice.
Oživení a nastavení modulu
Nastavení je jednodušší než u původní měřící jednotky. Musíme nastavit na výstupu jednotky změny napětí odpovídající převodu 4V/10dB a nastavit aby zobrazený výkon odpovídal skutečnému. Celý modul by měl pracovat na první zapojení. Přesto ale doporučují osadit nejprve Stabilizátor IC4 a referenci IC5 a zkontrolovat jejich výstupní napětí. Pokud je vše v pořádku můžete osadit zbytek modulu.
Natavení je rovněž jednoduché. Nejprve musíme nastavit na výstupu převod 4V/10dB. Na vstup X1 připojte generátor naladěný na kmitočet 144MHz s výstupním výkonem +10dB. Trimrem R7 na výstupu nastavte napětí 10V. Snižte výkon z generátoru na 0dB. Na výstupu musí být 6V. Snižte napětí na -10dB a napětí na výstupu musí být 2V. Pokud napětí neodpovídají změňte nastavení trimru R3 a postup opakujte. Nastavení trimrů se vzájemně ovlivňuje proto je nutné po každé změně R3 zopakovat celý postup až dosáhneme přesně změny 4V na každých 10dB. Tento postup zopakujeme pro všechny 3 kanály. Při dalším oživování již na trimry R3, R17 a R31 nesahejte. Pak již můžeme modul zapojit do PA a postoupit ke konečnému nastavení.
Nejprve nastavíme měření výkonu. Na výstup PA připojíme umělou zátěž doplněnou Wattmetrem. PA vybudíme na plný výkon a měříme ho wattmetrem. Trimrem R37 nastavíme stejný výkon na displeji procesorové jednotky. Tím máme nastaveno měření výkonu.
Budeme pokračovat nastavením PSV. Na výstup PA připojíme mírně nepřízpůsobenou zátěž přes důvěryhodný PSV metr. Trimrem R23 nastavíme stejné PSV na displeji procesorové jednotky.
Trochu komplikovanější může být nastavení vstupního výkonu. Optimální bude zapojit na vstupní konektor modulu PA kalibrovanou směrovou odbočnici a nastavit trimrem R7 správný budící výkon na diagnostickém displeji procesorové jednotky. To ale může být problém. Směrovou odbočnici nemusí mít každý a její zapracování do obvodu taky nemusí být snadné. Proto si můžeme pomoci směrovou odbočnicí kterou měříme budící výkon. Nejprve vybudíme PA na plný výkon. Odpojíme odbočnici od vstupu nodulu PA a místo PA připojíme umělou zátěž s VF wattmetrem. Zaklíčujeme TCVR se stejným nastavením s jakým jsme předtím budili PA. Na diagnostickém displeji procesorové desky nastavíme trimrem R7 stejný výkon jaký ukazuje wattmetr. Pak mužeme odbočnici připojit zpět na vstup modulu PA a tím je nastavování měření výkonu hotové.
Mechanické Provedení jednotky
Protože jsem novým modulem nahrazoval původní kterému již byla mechanicky přizpůsobena konstrukce skříně PA musel jsem zachovat původní rozměry, rozmístění upevňovacích děr a vstupních konektorů. Tím je dáno to, že je navržená deska pro tuto konstrukci zbytečně velká. 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. Tlumivky nejsou ve schématu namalované ale doporučuji jimi modul doplnit.
