JA1QVM

アマチュア無線機とアンテナを作ることそして温泉が大好き。
その5で 7MHz/300Wまで綺麗なSSB信号を電力増幅できるアンプが組み上がりました。
因みに、其の時のドライブ電力は 3W程です。
ゲインが 20dbで歪特性も素晴らしく、ケチの付け様の無い出来なのですが・・・ついフラフラと余計な事を考えました。
・・・・・「300Wぐらいの動作だと、このFETの持っている[ドレインの大電流だれが少ない]を有効活用してないのでは?」・・・・・
そこで実験も兼ねて、ヨセばイイのにやりました。

大電流域動作にするには?・・・負荷を重くする・・・
具体的には如何するの?・・・出力トランスの2次側の巻数を増やす・・・
簡単ですね、2Tを3Tにするだけです。
回路図を下に・・・
イメージ 1
赤字で示した事を細工しました。
アウト側に手動LPFと出力計、ドレインに10Aの電流計を繋ぎ、実験スタートです。
解り易い様に連続信号(シングルトーン)でやり始めましたが、 100W時のドレイン電流が4Aに達してしまい、怖く成り中止しました。

ここで、今回の動作・・・AB1・プッシュプルのドレイン電流を真面目に考えてみます。(素人ですから間違っていたらゴメンナサイ)

ドレイン電流計に表示される電流値はFET2個分のはず・・・当たり前
でも小アイドリング電流/AB1・PPでは片側づつの電流しか流れない・・・ん〜ん当たり前かな
と云う事は4A値はホボ片側のドレイン電流と見てよい・・・そうなるな〜
しかも、高周波(サインカーブ)でドライブしてるから、その平均値が4A・・・難しくなって来たぞ〜
サイン波電流の平均値だと実効値ではなく面積計算だと思う・・・勝手に思ってなさい
1/2サイクル(π)のサイン波形面積を同じ 1/2サイクル長の長方形に置き換える・・・?????
其の長方形の振幅方向の長さ(普通は短いほう)が今回の4Aに相当・・・結局、積分を使うわけ?
結論はドレイン電流計が表示している値の π/2倍(約 1.7倍)のピーク電流が1個のFETに流れている、と云う事かな・・・そんなに流れているんだ

上記の計算は私の勝手な理論から導かれたものですから真に受けない様に・・・
と云う事で、危ないので連続波の実験は止めて、SSB波で進めます。

実験用SSB波(あ〜)と云う母音に近い波形を作ってみましょう。
色んな作り方が有ると思いますが、私はウェーブ・ジェネレータ(WG)を使います。
イメージ 2
Wave 1,2,3,4を全てサイン波にする。
周波数を 1920,1680,1440,1200Hzに設定する。
出力値(-db)を -18,-15,-13,-15dbに設定する。
出力は全て[R]に統一する。

同じ様に
イメージ 3
Wave 5,6,7,8側も・・・
波形は全てサイン波
周波数を 960,720,480,240Hzに設定する。
出力値(-db)を -14,-24,-23,-25dbに設定する。
出力は全て[R]に統一する。
以上の条件で動作させると下の様な波形が出て来ます。
イメージ 4
上の信号をマイク入力に入れて、SSB出力波形をオシロで観測します。
リニアAMPの延び具合が一目瞭然ですね!

今回のブログは内容がイササカ疲れました。
此の辺で失礼します。  by    JA1QVM

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2SJ201を使って色々実験しながら、楽しい時間を過しています。
マトモなヒートシンク・ケースに入れたアンプが出来上がりましたので、写真を・・・
1枚目
イメージ 1
出力トランス・コアは今までと同じパッチンコア(TDK中型)です。

次はCBのアンプに使って有った正体不明のトロイダルコア*6で作ったトランス仕様です。
イメージ 2
少しデカクて重いせいか、此方の方が出力特性が良いです。

ついでに市販されているコアでも試してみました。
イメージ 3
写真左下:FT-82-72*8 μ=2000
   右下:FT-82-43*8 μ=850
   上:ノイズカットの目的でPCなどの電源コードの途中にある「こぶ」に入っていたモノ*2(不明)

トランスの巻数・・・各ドレイン間にぶら下っているコンデンサ容量(300p)・・・等、追い込む要素は有りますが、今回に限り優劣を付けると下記になりました。

FT-82-72<FT-82-43・PCの「こぶ」・パッチンコア(この3コは殆ど同じ)<CB用コア(他の物と比べると少し良い)
と云う事で今回のアンプは、得体の知れないCB用コア*6で組みました。

IMDは100W/150W/200Wで測定。
100W
イメージ 4

150W
イメージ 5

200W
イメージ 6
出力トランスの2次側の巻数が2Tでは、350Wが上限出力に成りますが、100Wぐらいで使うと素晴らしい歪特性です。

次回は「2次側の巻数を3Tにしたらドウナル」の実験をします。
まさに(ドレイン電流がダレない) 2SJ201の真髄に迫るでしょう。
by    JA1QVM

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今回の 2SJ201を使い始めて、最適負荷の壁にぶち当たっています。
回路図を下に・・・
イメージ 1
何時もの代わり映えしない回路です。
Pchですからケースを含めてアースに 95V電源のプラス側を繋ぎ、マイナス側はドレイン回路に繋ぎます。
当然バイアス回路は -95Vから・・・ -12V・・・ -5Vと順次落として行きます。

さて問題の最適負荷ですがトランス結合の場合、巻線比の二乗に比例すると云う宿命から逃げることは出来ません。
そこで、前から気になっていたLPFに使っているトロイダルコア歪(当然出力トランスコア歪も有りますが、[Q]が低いので無視)を含めて解決と考えて、外付けの「空しんコイル+バリコン付随」LPFとシャレこんで?みました。
写真を下に・・・
イメージ 2
コイル:単一乾電池に1.6mmのエナメル銅線を巻いて作った6Tの空しんコイルで、細かな調整は特性を見ながらのカット&トライです。

コンデンサ:耐圧 500V以上のデップマイカで、容量は 470p・・・1000p・・・470pのパイ型2段の構成です。
そして、入出力側のコンデンサ(470p)に 100pVCを並列に抱かせて、細かなインピ調整をします。

VCの位置を半分にした時の周波数特性は下のように成りました。
イメージ 3
フルスパンは 20MHzで画面中心が 10MHzになります。
剥き出しのコイルが90度で接近していますが、思いの他よい特性で、第2高調波の 14MHzは -30dbに減衰します。
元々プッシュプル動作で偶数時高調波は少ないですから此れで充分かと・・・

気休めのレベルメータを付けましたが、回路はメータのバイパスコンデンサ 103に並列にゲルマ・ダイオード 1N60をコレ又並列に繋げた・・・動作原理を全く無視した回路ですが、程よく指針が振れます。ハッハッハ
イメージ 4
外観はマアマアですかね?
でも此の外付けインピ変換型LPFのお陰で 2SJ201を心行くまで調整で追い込めました。
続きは次回のお楽しみに・・・by    JA1QVM

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一応、実験では 2SJ201が 7MHz/SSB波を低歪で電力増幅できることが確認されました。
歪/価格を考慮しなければ使えるデバイスは沢山あると思います。
でも、 100W出力で IMD3が -50dbに到達するのは素晴らしいです。
早速、注文していた 2SJ201が届いたので、真面目に実用アンプとして作ってみます。

ヒートシンク一体型のケースは、手持ちのDC/DC定電圧電源のモノを流用しました。
イメージ 1
内側は・・・
イメージ 2
此の中にピッタリ入る両面基板を用意して、色々細工をします。
イメージ 3
もちろん、こんな事もします。
イメージ 4
基板に得意の一刀彫をして・・・
イメージ 5
ケースに基板と各半導体を取り付けて・・・
イメージ 6
後は配線をするだけですね!  全く簡単です。
考えてみれば、たかだかFET1段の増幅器ですから・・・

今回は思考を凝らして、出力側のトランスコアを2種類で試してみます。
イメージ 7
左側は今迄に作った全てのアンプに採用した、通称パッチンコアと云われているモノを細工したトランスです。
右側は今回実験したいコアで、出所は違法CB無線のアンプに使われていたモノです。
当然μも何も解りませんが、27MHzでソコソコの出力は取り出して居た事でしょうから使えない事はないと思います。
結果が如何出るか楽しみです。
by    JA1QVM

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入力容量が大きなデバイスですから 7MHzのSSB信号を低歪で電力増幅できるか未だ解りません。
それをテストすべく実験を始めたのですが、いきなり手違いでMOSFETを昇天させてしまい、在庫が無くなり落ち込んでいました。
「あ〜ぁ、実験したくても出来ないじゃん・・・かと云って使えるかどうか分からない 2SJ201を新たに買うのも嫌だな〜」
そんな時、2SK1530用に作った 90Vの定電圧電源に 2SJ201を4個使って有るのを思い出しました。
わざわざ、もう使い道が無いだろうと PchのMOSFETを使った酔狂な電源ですが、此処でそれが役に立つとは・・・「お釈迦様でも御存知あるまい」
早速、電源を改造して4個の 2SJ201を取り出しました。(シメシメ)
当然、ソレナリの NchMOSFETに替え、±も逆転させついでに 90Vを 95Vに上げてフタを閉めます。

さあ、又実験スタートです。
回路図を下に・・・
イメージ 1
バイアス電圧値が良く分からないので、取りあえず乾電池4個の6Vでやってみます。
それと、電源電圧が95Vにしたので、出力トランスの2次側巻数を2回に減らしました。
計算上では此れでも300Wは余裕で出ます。
負荷が軽くなるので IMDも変化が有るかも・・・
見苦しい実験基板を・・・
イメージ 2
実験と実用と変わりなく汚いですが・・・それは云わない約束で・・・

100W時の2トーンスペクトルを下に貼って置きます。
イメージ 3
左端の信号は測定器のスプリアスです。
負荷が軽いせいでしょうか、簡単に IMDが -50dbに到達してしまい拍子抜けです。
これはヒョットしたら 2SK1530の上を行くかもしれません。
早速、注文しなくては・・・ハッハッハ。
by    JA1QVM

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