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MODULO AMPLIFICATORE DA 400 WATT CON 1,5 WATT IN INGRESSO PER I 2m
Derivato dalla modifica di un amplificatore televisivo
Prima parte
Premessa
I buoni risultati ottenuti dalle modifiche apportate ad un modulo amplificatore televisivo per utilizzarlo nella banda dei 70 cm, seguendo il progetto descritto su Radio Kit Elettronica n. 12/2019, (Rif. 1) mi hanno spinto ad eseguire un altro paio di interventi su due moduli amplificatori RF di potenza. Uno dei due moduli proveniva da un ripetitore radio FM per le frequenze 88-106 MHz, mentre l’altro modulo amplificatore era stato utilizzato in ponte ripetitore televisivo per la banda III VHF per le frequenze 160-282 MHz. Le modifiche eseguite sono state apportate per far funzionare i due moduli sulla gamma dei 2 metri per emissioni SSB, CW oltre ad FM e modi digitali.
Il presente articolo fa riferimento agli interventi eseguiti solo al modulo relativo alla banda III VHF. Preciso che questi interventi sono specifici e finalizzati a far funzionare correttamente, sulla banda dei 2 metri, un amplificatore progettato come amplificatore per la televisione analogica. Le soluzioni che ho adottato derivano da un insieme di esperienze pratiche e teoriche. Le modifiche sono semplici, poco invasive e ridotte al minimo indispensabile; nonostante tutto questo, il risultato ottenuto si è dimostrato valido, con riscontri positivi sia a livello strumentale che nell’utilizzo come amplificatore di potenza amatoriale. Naturalmente, anche questo progetto così come quello per l’amplificatore per i 70 cm, necessita di alcuni accessori per renderlo funzionale all’utilizzo proposto. Questi sono i circuiti di protezione per salvaguardare l’amplificatore da eventuali danni che potrebbero essere causati da un improvviso malfunzionamento di qualche circuito. Non descrivo questi accessori poiché alcuni degli stessi sono quelli che ho impiegato per l’amplificatore dei 70 cm così come descritto nell’articolo sopracitato. L’alimentazione per il modulo è stata ottenuta utilizzando due alimentatori swiching da 12 V e 50 A acquistati on-line. Ho collegato i due alimentatori in serie dopo aver regolato la tensione di ciascun alimentatore a 14 V. (foto n.1)
La tensione di ciascun alimentatore può essere regolata mediante un trimmer resistivo in grado di far variare la tensione di uscita da circa 11 V ad oltre 14 V. Gli alimentatori non emettono alcun disturbo RF, sono provvisti di protezioni contro i cortocircuiti e sono stati provati oltre alla massima corrente disponibile fino a far scattare le protezioni senza alcun danno. Ho verificato che alla tensione di uscita a 28 V, la massima corrente che può essere erogata di 50 A, cala solamente di pochi millivolt.
Modulo
base
Il modulo amplificatore televisivo, in mio possesso, riporta ancora una etichetta autoadesiva sulla quale è indicata la potenza di uscita di 300 W e la data della sua realizzazione del 13.12.1996. (foto n.2). Questo modulo base è composto da un generoso dissipatore di alluminio dalle misure di 350 mm x 200 mm x 40 mm che sorregge una piastra di alluminio dalle misure 420 mm x 200 mm x 70 mm sulla quale sono posizionate le singole schede degli amplificatori e quelle relative per i servizi ausiliari degli stessi. Il modulo, dal peso complessivo di 4,1 kg, dopo essere stato dismesso è rimasto accantonato per diverso tempo e parecchia polvere si è depositata sui componenti e col passare del tempo la sporcizia ha ossidato alcune piste dei circuiti stampati. E’stata quindi necessaria una drastica pulizia con lo scopo di eliminare tutta la polvere accumulata e ripulire le piste argentate. Ogni scheda che compone l’amplificatore viene alimentata separatamente mediante conduttori dedicati. La tensione di funzionamento del modulo è prevista a 28 V. Al fine di comprenderne il funzionamento del modulo principale possiamo osservare, dalla (figura 1), la disposizione delle singole schede.
Descrizione
delle singole schede
Sul modulo base possiamo riscontrare
la presenza di quattro accoppiatori ibridi a -3dB 90° prodotti dalla Anaren che
riportano la dicitura 1H0262-3 con specifiche “militar grade”. (Rif. 2) Questi accoppiatori ibridi sono in grado di sopportare
una potenza in radiofrequenza di 400 W. Il range di funzionamento ottimale e’ 160-230
MHz, però funzionano ancora bene anche a 145 MHz. Osservando la disposizione delle
schede ed iniziando dal basso verso sinistra, possiamo riscontrare una prima scheda
che svolge le funzioni di preamplificatore di potenza, su questa sono montati due
transistor di potenza BLW33F. I due stadi sono collegati a due accoppiatori
ibridi a – 3dB 90°. Il primo accoppiatore, quello disposto verso l’ingresso,
provvede a dividere, la potenza di pilotaggio, in due parti uguali per inviarla
alle basi dei due transistor, mentre l’altro accoppiatore posizionato verso
l’uscita ha la funzione di sommare le potenze in uscita dai collettori dei
corrispondenti transistor. Collegati in questo modo i due accoppiatori ci
permettono di ottenere una potenza
doppia di quella che può erogare un solo transistor. La potenza sommata e
presente sull’uscita del secondo accoppiatore ibrido a -3dB viene iniettata in
un altro accoppiatore -3dB simile a precedente il quale provvede a dividere questa
potenza in due parti uguali per essere iniettata all’ingresso di altre due schede
con funzioni di amplificatoti finali di potenza. Questi due amplificatori sono
perfettamente uguali ed utilizzano un doppio transistor siglato SD1485 che è composto
da due transistor di potenza collegati in push-pull (coppia di due in
parallelo). Ogni singola scheda amplificatore è in grado di erogare una potenza
di circa 200 W. Infine la potenza in uscita da ogni scheda amplificatore entra
in un altro accoppiatore ibrido a -3dB, simile a precedente, con la funzione di
sommare le due potenze al fine di ottenere una potenza di circa 400 W.
Questa potenza prima di essere inviata al connettore di antenna passa attraverso un filtro passa basso con funzioni di attenuazione delle armoniche indesiderate. Infine per completare da descrizione possiamo osservare che la scheda posizionata superiormente alla scheda del preamplificatore di potenza serve a generare e regolare la corrente di riposo di ciascun transistor BLW33F. Questa corrente di riposo può essere variata regolando due trimmer resistivi. Anche le due schede relative agli amplificatori di potenza hanno al loro fianco una scheda che provvede a fornire e regolare la corrente di riposo dei suddetti transistor di potenza mediante la regolazione di due trimmer resistivi.
Verifiche
e misure preliminari
Dopo aver analizzato la disposizione e la funzione delle varie schede e prima di affrontare le modifiche, il mio metodo è quello di fare alcune considerazioni che mi permettono di capire se eventuali problemi debbono essere ricercati nei dispositivi attivi di amplificazione oppure nelle schede dei vari servizi. Considerato che il modulo amplificatore è piuttosto datato, conviene procedere per gradi iniziando ad osservare attentamente le varie schede per cercare di vedere se vi possono essere alcuni componenti danneggiati da urti inappropriati o da qualche malfunzionamento. Occorre prestare particolare attenzione ai condensatori elettrolitici e verificare se questi presentano rigonfiamenti o fuoriuscite del dielettrico in essi contenuto. Dopo questa prima verifica e nel caso non sia stata riscontrato nulla di anomalo si può procedere ad alimentare le varie schede. Comunque prima vanno inseriti, sui connettori di ingresso e di uscita del modulo amplificatore, due carichi resistivi da 50 Ω, e occorre collegare in serie su di ogni cavo di alimentazione di ciascuna scheda un fusibile da 1 A, con lo scopo di proteggere le schede da eventuali cortocircuiti. Subito dopo aver fornito l’alimentazione a 28 V è intervenuta la protezione contro i cortocircuiti dell’alimentatore. Per questo motivo ho messo in serie al conduttore positivo dell’alimentatore una resistenza da 0,68 Ω 10 W ed in questo modo la protezione dell’alimentatore non interveniva ed i 4 fusibili messi in serie ad ogni scheda restavano integri. La corrente complessivamente assorbita dal modulo base era di circa 3,8 A quale somma delle singole correnti di riposo assorbite da ciascuna scheda. In questo modo ho potuto constatare che il corto-circuito iniziale era dovuto ad una dispersione causata da qualche condensatore elettrolitico. Infatti dopo aver verificato ciascun condensatore elettrolitico ne ho individuati due della capacità di 2200 µF 40 Volt che erano in forte perdita. Dopo averli momentaneamente esclusi e poi sostituiti con altri due analoghi l’inconveniente è stato eliminato.
Analizzando lo schema a blocchi dei vari stadi che è riportato nella (figura 2) possiamo comprendere il funzionamento dell’intero modulo e successivamente capire dove intervenire per eseguire le modifiche proposte. Inizialmente ho provveduto a misurare il valore della corrente di riposo di ciascun transistor. La corrente di riposo riscontrata nella prima scheda del preamplificatore, che monta due transistor BLV33F, è stata di 1,7 A per ciascun transistor. Questo valore di corrente, come si evince nel data-sheet (Rif. 3) risulta più adatto per polarizzare il transistor verso la classe A, mentre nella modifica proposta dovendo far funzionare i transistor in classe AB la corrente di riposo deve essere circa 0,2 A. Ho quindi regolato il relativo trimmer resistivo per fissare il nuovo valore della corrente di riposo a 200 mA. Anche la corrente di riposo dell’altro transistor BLV33F è stata fissata allo stesso valore di 200 mA.
Successivamente, intervenendo sulle altre due schede con i due SD1485 collegati in push-pull, ho riscontrato che la corrente di riposo per ognuno dei due transistor era di 2 x 500 mA, valore che corrisponde esattamente a quello indicato nel data-sheet (Rif. 4) e cioè per una corretta polarizzazione dei transistor per funzionare in classe AB. In questo caso non è stato necessario modificare il valore della corrente di riposo. Ho voluto comunque constatare, mediante la regolazione del corrispondente trimmer resistivo, che tale corrente poteva essere regolarmente variata. Analoga misura della corrente di riposo è stata eseguita anche per l’altra scheda composta sempre da 2 xSD1485 ed anche in questo caso il valore della corrente di riposo è rimasto sul valore riscontrato di 2 x 500 mA.
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