Настройка фильтра в CW-beacon

Продолжаем оптимизацию маяков и на этот раз настроим выходной фильтр телеграфного маяка на 74HC240 + УМ на BS170.
Полученные значения номинала фильтра для частоты 28 МГц    http://lavrinenkov.blogspot.com/2019/07/si5351-beacon.html
вполне подходят и для телеграфного варианта.
ФНЧ: СLC
Cвх=82 пФ
L=0.5 мкГн
Свых=180 пФ
По указанным значениям реактивности можно оценить полное выходное сопротивление УМ на BS170 как Z = 324-j22 Ом
Штатное питание от трансформаторного источника.
Uxx=10.9 В
Un=8.5 В.
УМ расположен снаружи корпуса маяка:

Компоненты маяка:

Радиатор на BS170 изготовлен из кусочка заглушки платы компьютера Сергеем R2AKT и это вполне удачная конструкция как по массе, так и по удобству использования!
Исходный материал (заглушка) типа такой:

Проверяем выход УМ без фильтра:

Добавляем катушку:

Добавляем ёмкости:

Вторая гармоника всего -2 дБм.
Теперь проверим возможности сдвига частоты емкостью в цепи кварца.
Минимальная емкость (5 пФ):

F1=28.23684 МГц

Максимальная емкость (180 пФ):

F1=28.22308 МГц

Прямое включение кварца без ёмкости:

F1=28.21964 МГц

Изменяем напряжение питания к +5В.
Получаем Iп=0.056 А, F(1)=8.4 dBm, Uz=0.7 В, маловато. Подкручиваем усиление делителем.
Получаем Iп=0.186 А, F(1)=26 dBm (400 мВт), Uz=3.28 В -это абсолютный максимум, при увеличении Uz далее, усиление не растет, а транзистор может быть пробит в любой момент. Итак, при питании +5В можно получить на выходе такой комбинации 74HC240+BS170 400 мВт мощности.
Стоит отметить что в данном маяке стоит +5В стабилизатор в цепи питания 74HC240, поэтому при подаче +5В напряжение на выходе такого стабилизатора несколько ниже и выходная мощность генератора около 15 мВт.. При подаче напряжения выше +5В, например 8.5 В получаем на выходе генератора 40 мВт (16 дБм).

Подстраивая делитель, добиваемся выходной мощности в 1 Вт, а усиление в данном случае получается 30 дБм - 17 дБм = 13 дБ.

Приведу измерения выходного уровня, КПД и напряжения на затворе Uz.
Up=8.5 В

Uz-напряжение на затворе;
I - ток;
G - уровень в дБ;
GW - уровень выхода в Вт;
P - потребляемая мощность;
n - КПД.

Предельный уровень достигается при Uz=2.8 В, усиление при этом 1.148 Вт, КПД=0.46.
Дальнейшее снижение характеристик - признак того, что мы покидаем рабочую зону транзистора, и он может быть поврежден. Поэтому рабочая точка выбрана с Uz=1.68 В и выходной мощностью 1 Вт.

На свой страх и риск повышаю напряжение питания усилителя до +12 В. Предельные значения, выше которых транзитор может быть поврежден:
U=12В, Iп=0.35 А, P=33 dBm (2 Вт!), Uz=2.2 В

Не устаю повторять: Радиатор на транзисторе BS170, обязателен при выходных мощностях более 200 мВт (23 дБм)!

Для связи mail:  lis-soft /*at*/rambler   точка   ру


Лавриненков Игорь / R2AJA

Настройка фильтра в si5351 beacon

Для оптимизации работы выходного каскада УМ на BS170 проведем настройку выходного фильтра. Фильтр решает следующие задачи:
1) Согласование выхода УМ с коаксиальной линией с R=50 Ом;
2) Подавление высших гармоник.

Маяк в коробочке:

 Подключение к анализатору 50-омным кабелем длиной около 1 метра:

Спектр выходного сигнала, первые пять гармоник:

Основная частота 28.1 МГц, уровень 20.87 дБм. Гармоники имеют уровни менее -10 дБм (0.1 мВт), П-фильтр уже установлен, но не настроен на данную частоту.

Более точное измерение мощности основной гармоники в дБм:

Более точное измерение мощности основной гармоники в мВт:

Всего 121.5 мВт.

Дополнительно проверим в работе заказанные в Китае транзисторы BS170:

20 штук BS170 MOSFET N-Channel 60 V 50mA TO-92
В том же усилителе:

Совершенно не усиливает, и даже ослабляет сигнал на 17 дБ!
Проверил все 20 штук. Пара отзывов на Али:
"Поставляемые товары на самом деле не MOSFET, они ведут себя Определенно больше, как NPN транзистор с высоким hFE (1000000) он имеет базовый-излучатель и базовый-коллекторный диод. Он не действует как mosfet либо в том смысле, что заряд может открыть или закрыть канал. "

"Продавец отправил мне поддельные товары. Вместо BS170 MOSFETs я получил только биполярные n-p-n транзисторы."

Теперь рассмотрим ситуации обрыва транзистора, т.е. просто исключаем его из схемы:

Сигнал совсем маленький, т.к. ВЧ остается перетекать на выход УМ только по эфиру.
Теперь посмотрим, как УМ с фильтром обработает сигнал на частоте 7 МГц:

Основная гармоника около 23 дБм, высшие гармоники подавлены хуже, т.к. срез фильтра в районе 21 МГц.
Измерение мощности:

Теперь вместо транзистора установим перемычку между затвором и стоком (G-D) и посмотрим сигнал By-Pass от si5351:

Сигнал около 9.4 дБм, что близко к ожидаемым 10 дБм. Часть теряется на согласовании и на разъемах.
Текущие напряжения Ug-gnd=2.2 В, Ug-d=2.75 В, Up = 5 В.
Замена соединительного кабеля на уголковый переход, только снизила сигнал на 0.4 дБ:

Рабочее напряжение питания Up=4.5 В (через преобразователь интерфейсов USB/RS232). Просадка напряжения не позволяет получить максимум мощности, поэтому штатно используется питание через стабилизатор ардуино от внешнего БП.

Перейдем к настройке фильтра. Для начала рассмотрим спектр маяка, при отсутствии фильтра на выходе. 

От 1 до 150 МГц:

От 1 до 450 МГц:

Теперь добавляем катушку, 5 витков, диаметр 1 см, провод 1 мм. Что составляет около 500 мкГн.

И возвращаемся в полосу от 1 до 150 МГц

Уже ощущается снижение высших гармоник.
Добавляем емкость со стороны транзистора:

Добавляем емкость со стороны нагрузки:

В моем случае получились значения для CLC фильтра: Странз=82 пФ, Свых=180 пФ, L=0.5 мкГн, настройка по максимальному выходу основной гармоники.  Подавление высших гармоник тоже неплохое, так 6 дБм второй гармоники ослабляются до -10 дБм, т.е. на 16 дБ.
Еще раз посмотрим выходной сигнал с Si5351 (c ФНЧ, но без УМ):

Точное измерение частоты WSPR:

f=28.126.133.84 МГц
Теперь посмотрим на эффективность полученного ФНЧ на остальных, более низкочастотных диапазонах.

24.926 МГц
Si5351+ ФНЧ

Si5351+УМ+ФНЧ

Вторая гармоника имеет уровень -6 дБм, что вполне допустимо.

21.096 МГц
Si5351+ ФНЧ

Si5351+УМ+ФНЧ

Вторая гармоника имеет уровень 0 дБм, что уже может быть хорошо заметно вблизи маяка
18.1 МГц
Si5351+ ФНЧ

Si5351+УМ+ФНЧ

Вторая гармоника имеет уровень 6 дБм

14.1 МГц
Si5351+ ФНЧ

Si5351+УМ+ФНЧ

Вторая гармоника имеет уровень почти 13 дБм.

10.1 МГц
Si5351+ ФНЧ

Si5351+УМ+ФНЧ

Третья гармоника имеет уровень почти 13 дБм.

7.04 МГц
Si5351+ ФНЧ

Si5351+УМ+ФНЧ

Третья гармоника имеет уровень почти 13 дБм. 2,4,5 гармоники около 6 дБм

3.570 МГц
Si5351+ ФНЧ

Si5351+УМ+ФНЧ

Вторая гармоника имеет уровень  13 дБм.
Третья гармоника имеет уровень  почти 11 дБм.

1.8381 МГц
Si5351+ ФНЧ

Si5351+УМ+ФНЧ

Вторая гармоника имеет уровень  14 дБм.
Третья гармоника имеет уровень   13.5 дБм.
Четвертая гармоника имеет уровень   9.5 дБм.
Пятая гармоника имеет уровень   8.76 дБм.

Как видим, уровни гармоник при работе на частотах ниже 21 МГц уже большие и работа маяка не оптимальна с таким ФНЧ.

Теперь проведем контрольные измерения мощности на основном диапазоне 10М.
Источник питания - внешний импульсный БП "кубик". Uxx=5.2 В, Udr=4.99 В, Usr=4.8 В

Имеем честные 200 мВт или 23 дБм.

При работе через программатор было Uxx=5.2 В, Udr=4.7 В, Usr=4.44 В, что снижает выходную мощность примерно на 1 дБ.

Пробное включение на диполь с плечами по 2.5 метра.

В качестве антеннки к анализатору кусочек провода 30 см.
"Горячий" конец ближе к анализатору:

"Холодный" конец ближе к анализатору:

Как будто все наоборот должно быть?
Примерно 2 метра от анализатора до края диполя. Окно на Юг.
Споты пришли с С-З - OZ7IT. Над окном еще 4 этажа ж/б здания.
С-З по-сути за зданием.

Мощность установлена, проверка пройдена! Можно ставить WSPR маяк на штатное место.

Для связи mail:  lis-soft /*at*/rambler   точка   ру

Лавриненков Игорь / R2AJA