Amplificator U.S. cu LDMOS BLF188XR -...

41
Simpozionul de creatie tehnica Cluj-Napoca - 2015 Amplificator U.S. cu LDMOS BLF188XR Valentin TARALA - YO4RLN

Transcript of Amplificator U.S. cu LDMOS BLF188XR -...

Page 1: Amplificator U.S. cu LDMOS BLF188XR - tehnic.frr.org.rotehnic.frr.org.ro/wp-content/uploads/2017/05/Amplificator-U.S.-cu... · Este bine stiut faptul ca orice system de calcul functioneaza

Simpozionul de creatie tehnica Cluj-Napoca - 2015

Amplificator U.S. cu LDMOS

BLF188XR

Valentin TARALA - YO4RLN

Page 2: Amplificator U.S. cu LDMOS BLF188XR - tehnic.frr.org.rotehnic.frr.org.ro/wp-content/uploads/2017/05/Amplificator-U.S.-cu... · Este bine stiut faptul ca orice system de calcul functioneaza

Bibliografie:

Website www.nxp.com

Website www.antrice.ro

Website www.w6pql.com

Website www.arduino.cc

Website www.pjrc.com

Website http://en.radzio.dxp.pl/t6963/

Website https://code.google.com/p/arduino-t6963c/

Website http://datasheets.maximintegrated.com/en/ds/DS18S20.pdf

Documentarea s-a realizat din diverse surse de informatii , in mare parte discutii purtate cu inginerii de

proiectare de la NXP care mi-au oferit o serie de informatii utile in proiectare si modul de realizare in practica

a amplificatorului.

INTRODUCERE

Foarte multi dintre noi inclina in a construi amplificatoare de putere cu tuburi electronice din mai

multe motive, cel mai des motiv invocat fiind robustetea acestora in exploatare, rezistenta acestora in cazul in

care apar diverse probleme, rezistenta la unde stationare ridicate, pretul si disponibilitatea tuburilor etc… .

Dar sa nu uitam ca acestea lucreaza cu tensiuni anodice foarte mari si foarte periculoase, constructia necesita

componente deosebite care nu mai sunt de multi ani in fabricatie, fiind de cele mai multe ori destul de greu de

procurat iar sursa de alimentare este un bloc costisitor, complicat de pus in opera si cu un randament destul

de mic. Pe langa faptul ca in general tuburile metalo-ceramice necesita o atentie sporita in exploatare,

necesita si o racire foarte buna, ne mai luand in calcul si randamentul pe care il au tuburile electronice.

Personal, in primii ani de radioamatorism am cochetat cu tuburile electronice care sincer sa fiu m-au

fascinat si mi-a placut sa realizez diverse montaje in jurul lor. Dar componentele electronice au inceput sa

evolueze si mi-am propus sa realizez un amplificator complet tranzistorizat ceea ce a fost o mare provocare,

cel putin pentru mine. Am experimentat amplificatoare cu tranzistorii MRF150 si SD2933 in jurul schemei

realizate de Helge Granberg EB104, rezultatele fiind satisfacatoare, optinand perfomante foarte bune cu

puteri variind intre 600 – 900 w, dar marea provocare a fost insa realizarea unui amplificator in jurul

tranzistorului de la NXP BLF188XR.

In realizarea a amplificatorului cu tranzistorul BLF188XR m-am lovit de o serie de probleme, principala

fiind lipsa de informatii, ceea ce m-a impins sa port mai multe discutii cu inginerii de la NXP care au fost foarte

deschisi in discutii, in unele situatii nici ei neavand raspunsuri pentru ca tranzistorii LDMOS care sunt destul de

recent lansati (in anul 2013). Dupa ce am cules destule informatii am decis ca e cazul sa trec la faza de

implementare si aici a fost o etapa destul de grea. Procurarea componentelor, s-a dovedit a fi o adevarata

provocare, s-a realizat din tari precum America, Australia, Anglia, Germania si China.

Page 3: Amplificator U.S. cu LDMOS BLF188XR - tehnic.frr.org.rotehnic.frr.org.ro/wp-content/uploads/2017/05/Amplificator-U.S.-cu... · Este bine stiut faptul ca orice system de calcul functioneaza

Schema bloc

Amplificatorul a fost conceput modular fiind bine stiut faptul ca acest tip de constructie ofera o serie de

avantaje, mai ales in faza de proiectare:

1. In cazul in care s-a proiectat si/sau realizat un modul gresit, se va inlocui doar modulul respectiv.

2. Pe parcursul reglajelor un modul poate fi scos din circuit si reglat separat.

3. In cazul unui defect acesta este izolat.

4. Influenta inductiva este mult diminuata, fara a se lua masuri suplimentare.

In cele ce urmeaza am sa fac o mica descriere a fiecarui modul, ulterior urmand detalierea.

a) IN ALC

Modulul “IN ALC” are in componenta un sensor de RF care va masura amplitudinea semnalului de

intrare pe baza caruia ALC-ul transceiverului va mentine un nivel constant al puterii. Tot in componenta

acestului modul se va mai regasi si releul RX/TX de nivel mic si un prescaler DP111 care va divide cu 100

informatia ce urmeaza a fi prelucrata de C .

Page 4: Amplificator U.S. cu LDMOS BLF188XR - tehnic.frr.org.rotehnic.frr.org.ro/wp-content/uploads/2017/05/Amplificator-U.S.-cu... · Este bine stiut faptul ca orice system de calcul functioneaza

b) ATT

Atenuatorul este format din 5 grupe in ‘n’ cu valori de 10dB, 4db, 2db, 1dB si 3dB . Primele 4 sunt

secventiale, comandate de µC si ultiminul este fix (3dB) astfel ca in orice situatie tranzistorul va avea la

intrare o atenuare de minim 3dB. Secventierea se face aplicand un algoritm la nivel de uC bazat pe o

progresie aritmetica cu ratia 1.

c) PA

Modulul amplificator este conceput in jurul tranzistorului NXP BLF188XR, acesta este alimentat in

drene cu tensiunea de 50V si un curent de pana la 30A, prepolarizarea (Bias) se face cu o tensiune

stabilizata ajustabila, aceasta fiind strans legata de clasa de amplificare. Intrarea este realizata cu un

transformator cu raportul de 4:1 si un circuit de adaptare in grile. Iesirea este realizata intr-un mod mai

complex si are in componenta un transformator de adaptare cu raportul de 1:16 si un Balun 1:1.

d) SWR

Pentru protectie, in cazul in care unda reflectata are valori mari din varii motive (FTJ selectat gresit,

antena ne acordata, etc…), s-a intercalat intre amplificator si FTJ o punte de masura care va returna o

tensiune negativa circuitului de protectie apoi in functie de valoarea absoluta a undei reflectata va

inhiba aplificatorul.

e) FTJ

Componenta principala a acestui modul este Filtrul Trece Jos de tip Chebisev, realizat din 6 celule

pentru atenuarea armonicilor pana la un nivel minim acceptat de legislatia in vigoare. De asemenea tot

in componenta acestui modul se afla si releele destinate comutarii celor 2 antene si releul

emisie/receptie de putere. Pentru preluarea valorilor undei reflectate si a undei directe pe acest modul

s-a prevazut un reflectometru ce comunica uC-ului valorile, date absolut necesare operatorului.

f) Protectie + controller

Circuitul de protectie este conceput si realizat de catre James R. KLITZING - W6PQL . Acest circuit

indeplineste mai multe roluri, unul dintre cele mai importante este protectia la unde reflectate mari si

protectie la temperature ridicate. Pe langa aceste 2 functii mai are in componenta un secventiator la

emisie, un ALC control si comanda ventilatoarelor pentru o racire cat mai optima si silentioasa.

g) uC + Afisor

Elementul principal al acestui modul este microcontrolerul produs de catre Atmel - AT90USB1286, care

se ocupa de urmatoarele sarcini:

1. Achizitia parametrilor de functionare a amplificatorului.

2. Prelucrarea datelor achizitionate.

3. Afisarea informatiilor pe display-ul cu rezolutia de 240x120.

4. Transmiterea datelor prelucrate prin UART-USB catre un PC.

5. Interactiunea cu operatorul prin intermediul tastaturii.

6. Comanda filtrelor de banda, atenuatorului si selectia celor 2 antene.

7. Activarea si dezactivarea amplificatorului.

Pentru a indeplini toate sarcinile enumerate mai sus, sa dezvoltat un program in C++ care a fost

implementat in uC.

Page 5: Amplificator U.S. cu LDMOS BLF188XR - tehnic.frr.org.rotehnic.frr.org.ro/wp-content/uploads/2017/05/Amplificator-U.S.-cu... · Este bine stiut faptul ca orice system de calcul functioneaza

h) Tastatura

Tastatura are in componenta 9 taste functionale si este modul prin care operatorul va interactiona cu

amplificatorul, putand astfel sa controleze diverse functii de stare si functionalitate. Din punct de

vedere electric cele 9 taste sunt conectate intro matrice de divizoare resistive, iar functie de tasta

apasata va rezulta o tensiune electrica care este prelucrata de catre uC prin intermediul portului A3,

functie de valoarea preluata pe baza algoritmului se va face indentificare butonului la nivel de

program.

i) Sursele de alimentare

Avand in vedere faptul ca amplificatorul este destul de energofag, acesta necesitand alimentarea cu o

tensiune de 50V si un current de cca 30A, am luat in calcul utilizarea unei surse in comutatie, o sursa

liniara fiind foarte costisitoare, cu un randament destul de mic si foarte voluminoasa. Problema ce-a

mai spinoasa la sursele in comutatie este “zgomotul” RF pe care acestea il radiaza in jurul lor, ceea ce

este destul de rau avand in vedere sensibilitatea receptoarelor pe care le utilizam.

Ca atare am realizat un hybrid intre o sursa in comutatie care este utilizata doar la emisie, care asigura

alimentarea cu putere a modulului amplificator si o sursa liniara de current mic care alimenteaza restul

modulelor. Este de mentionat faptul ca in timpul emisiei nu suntem deranjati de nivelul ridicat al

radiatiilor RF nedorite generate de sursa in comutatie.

j) Comutatorul de curent mare

Atat timp cat amplificatorul este in regim de asteptare (RX), iesirea amplificatorului nu este cuplata la

nici o sarcina, astfel existand riscul ca tranzistorul sa intre in autooscilatie sau sa amplifice semnal ne

dorite fara a avea o sarcina pe care sa se descarce. Pentru a preveni eventuale probleme am considerat

ca este necesara decuplarea alimentarii tranzistorului in aceasta stare, alimentarea cu tensiune

facandu-se numai in timpul emisiei. In acest sens am utilizat un transistor MOS-FET cu canal P de

curent mare, care intra in stare de conductie doar atat timp cat este nevoie. Tot in componenta acestui

modul mai este si senzorul de curent si de tensiune, valori care sunt preluate de catre uC.

k) Software

Este bine stiut faptul ca orice system de calcul functioneaza pe baza unui program dezvolvat dezvoltat

in diverse limbaje de programare.

In cazul de fata plicatia scrisa pentru uC sa dezvoltat in limbajul de programare C++ si compilat cu

ajutorul compilatorului Arduino, dupa ce au fost adaugate cateva module pentru acest timp de

controller. In mare parte sau utilizat biblioteci standard dar si biblioteci specifice cum ar fi pentru

display sau comunicatia “onewire”, programul dezvoltat este destul de simplu avand in componenta

diversi algoritmi specifici aplicatiei. In mare parte programul preia diverse valori de functionare si stare,

le prelucreaza apoi pe baza algoritmului le transmite la afisare sau pe serial. I primite de la operator

prin intermediul trastaturii, uC-ul va controla filtrele de banda, attenuatorul, selectia antenelor si bine

inteles poate active sau dezactiva intreg bloc amplificator.

De retinut este faptul ca in algoritm nu s-a prevazut nici un mod automat de control al amplificatorului,

motivul v-a fi dezvoltat mai jos.

O alta aplicatie scrisa este pentru mediul Windows in limbajul avansat de programare C#, ca preia

valori prin serial de la uC si le afiseaza. De asemenea a fost prevazut si cu posbilitatea de a trimite

comenzi catre uC, simuland comenzile primate de la tastatura amplificatorului.

Page 6: Amplificator U.S. cu LDMOS BLF188XR - tehnic.frr.org.rotehnic.frr.org.ro/wp-content/uploads/2017/05/Amplificator-U.S.-cu... · Este bine stiut faptul ca orice system de calcul functioneaza

Am facut o trecere in revista , ce e drept sumara , a modulelor din care este alcatuit intregul ansamblu al

amplificatorului final. In cele ce urmeaza este descrierea detaliata a fiecarui modul in parte, functionarea

acestora si schemele aferente.

IN ALC

Este bine stiut faptul ca un semnal de intrare prea mare in amplificator poate duce la creterea nivelului

armonicilor, un semnal distorsionat mai ales in modul SSB si bine inteles cel mai rau poate duce la distrugerea

jonctiunilor drila-sursa ale tranzistorului. Astfel ca un ALC bine reglat preintampina aceste probleme

enumerate mai sus si bine inteles protejeaza tranzistorul final, aspect pe care personal am pus accent cel mai

mult avand in vedere pretul de achizitie al acestui element.

In cazul de fata ALC-ul este un circuit de detectie RF foarte simplu care genereaza o tensiune negativa functie

de amplitudinea semnalului RF aplicat la intrarea in atenuatorul R2-R3-R4 . Acest semnal este redresat de

catre diodele D2 si D3 si este filtrat cu ajutorul filtrului C5-C6-L1-C7. Valoarea tensiunii pentru comanda ALC

este reglata din semireglabilul multi tura R7 si aplicat prin dioda D4. Valoarea tensiunii negative rezultata in

urma masuratorilor si testelor facute a fost in jur de -5V pentru Kenwood dar aceasta valoare poate varia de la

caz la caz.

O alta situatie de care m-am lovit a fost selectarea automata a filtrului functie de banda in care se

doreste sa se opereze in acel moment. Unele transceivere gen Icom sau Yaesu au posibilitatea de a transmite

amplificatorului banda in care opereaza prin diverse metode, ceea ce nu este cazul si la Kenwood, astfel ca am

realizat un circuit care are posibilitatea pe baza unui algoritm de a selecta filtrul trece jos functie de frecventa

in care se opereaza. Problema la aceasta metoda este ca uC ofera un timp de reactie destul de scazut si exista

riscul ca in anumite situatii sa nu poate selecta banda la timp (in momentul trecerii comutarii pe TX). Un

exemplu ar fi o emisiune de tip SSB nu de fiecare data are un nivel de RF sufficient de mare in momentul

trecerii in emisie, astfel uC nu va putea analiza frecventa de lucru in acel moment de aici si problema

posibilitatii de a lua o decizie de comutare a filtrelor de banda.

Pentru a pune in practica acest lucru a trebuit ca uC-ul sa preia valoarea frecventei de lucru sa o

prelucreze si functie de valoarea acesteia sa comute filtrul, problema este ca uC-ul Atmel AT90USB1286 nu

poate sa esantioneze semnale cu frecventa mai mare de 7 Mhz, ceea ce s-a impus utilizarea un prescaler. In

acest caz am utilizat un prescaler DP111 care va divide cu 100 valoarea frecventei semnalului de intrare

oferind la intrarea in uC un semnal cu o frecventa mai mica care poate fi esantionat.

Page 7: Amplificator U.S. cu LDMOS BLF188XR - tehnic.frr.org.rotehnic.frr.org.ro/wp-content/uploads/2017/05/Amplificator-U.S.-cu... · Este bine stiut faptul ca orice system de calcul functioneaza

ATT

Datorita faptului ca tranzistorul BLF 188XR are o amplificare de in jur de 26-29dB, conform datelor de

catalog, practic un semnal cu puterea de 1W aplicat in grilele tranzistorului va avea drept rezultat la iesire un

semnal cu puterea de 794W. Cum o mare parte din transceivere au reglajul puterii semnalului la iesirea in

antena in trepte si in cele mai dese cazuri nu se poate scadea puterea sub 5W. Acest fapt m-a determinat sa

realizez un attenuator, cu o celula cu atenuarea fixa de 3dB si 4 celule secventiale comutabile cu relee avand

valori ale atenuarii de 1dB, 2dB, 4dB si 10db. Selectarea celor 4 grupe de celule se va face de catre uC folosind

un algoritm pe baza progresiei aritmetice cu ratia 1.

Fiecare celula are in componenta care un releu G5V, iar aceste relee sunt comandate de catre uC prin

intermediul unui circuit integrat cu iesiri de tipul “open collector” de curent mare ( tip ULN2004 ) . In

programul implementat in uC se foloseste o rutina prin care sunt transmise secvential valorile catre ULN2004,

selectarea facandu-se prin intermediul tastaturii de catre utilizator. Valorile incrementate sau decrementate

sunt afisate pe display pentru un control cat mai exact.

La punerea in practica a modulului attenuator am tinut cont de adaptarea impendantelor circuitului,

astfel cablajul imprimat sa tinut cont de impendanta liniilor de transmisie si bine inteles sau folosit valori ale

rezistentelor cat mai apropiate de valorile calculate pentru fiecare celula. Problema este ca la frecvente

ridicate circuitul prezinta o reactanta inductiva datorita tipului de rezentente utilizate, fapt ce se reflecta in

nivelul de putere cu care este atacat amplificatorul la frecvente ridicate. In momentul realizarii nu am avut

posibilitatea de a utiliza rezistente RF (datorita pretului foarte ridicat) sau cu o reactanta inductiva mica, avand

in vedere ca trebuie sa poata atenua puteri cuprinse intre 5-10W. O solutie ar fi fost utilizarea de attenuatore

digitale Mini-Circuits, dar acestea find pentru nivele de semnal destul de reduse.

Page 8: Amplificator U.S. cu LDMOS BLF188XR - tehnic.frr.org.rotehnic.frr.org.ro/wp-content/uploads/2017/05/Amplificator-U.S.-cu... · Este bine stiut faptul ca orice system de calcul functioneaza

Schema atenuatorului este prezentata mai sus .

Ca masura de precautie suplimentara in starea neutra (fara semnale de la uC) toate celulele fiind inseriate,

pentru a nu exista riscul supra exitarii tranzistorului din accidental.

Trebuie precizat faptul ca un semnal cu o putere mai mare de 5 W aplicat in grile poate duce la distrugerea

iremediabila a tranzistorului.

PA

Modulul amplificator, dupa opinia mea , este cel mai fascinant dintre toate modulele din componenta

intregului ansamblu. Prin urmare voi detalia cat mai mult problemele care au aparut atat in timpul proiectarii

cat si in timpul executiei si al testelor functionale .

Modulul are ca element principal tranzistorul BLF188XR, acesta fiind recent lansat pe piata motiv

pentru care informatiile referitoare la modul de comportare in diverse situatii sunt foarte putine. Eu am

obtinut foarte multe informatii de la inginerii din cadrul companiei NXP, de la diversi radioamatori si multe

discutii au fost purtate cu James R. KLITZING - W6PQL de la care am si achizitionat cablajul imprimat pe care s-

a realizat etajul final .

Am sa incep cu o problema destul de spinoasa si anume racirea tranzistorului . In tabelul de mai jos se

observa faptul ca randamentul este destul de bun la puteri mari , in zona de HF fiind de 75% . Prin urmare la

puterea de 1270 W la iesire avem o pierdere in caldura de 317,5 W. Aceasta cantitate de caldura trebuie

Page 9: Amplificator U.S. cu LDMOS BLF188XR - tehnic.frr.org.rotehnic.frr.org.ro/wp-content/uploads/2017/05/Amplificator-U.S.-cu... · Este bine stiut faptul ca orice system de calcul functioneaza

disipata cat mai eficient posibil, in unele cazuri am observant ca tranzistorul a fost lipit cu cositor de radiatorul

de cupru, eu nu am abordat o astfel de metoda, din opinia mea existand riscul de a distruge tranzistorul in

momentul lipirii. Aceasta operatiune trebuie facuta cu o deosebita atentie si bine inteles trebuie utilizat o

sursa de caldura termosatata.

Personal am procurat un radiator de aluminiu destul de mare cu o suprafata radianta de aproximativ

1m2 , recuperat de la un invertor dezafectat, peste care am prins cu suruburi M5 mm o placa de cupru groasa

de 10mm, iar de aceasta placa am prins tranzistorul cu doua suruburi de M3mm.

In imaginea de mai sus am reprezentat stilizat cum este dispus tranzistorul pe radiator, de retinut faptul la

contactul dintre radiatorul de AL si placa de CU si intre placa de CU si tranzistor s-a utilizat pasta siliconica de

buna calitate pe baza de argint.

Toata aceasta caldura generata in timpul functionarii trebuie scoasa afara din incinta amplificatoruli si in acest

scop am utilizat doua ventilatoare de 80 mm care au un debit de aer cuprins intre 2 si 3 m3/minut considerat

ca fiind suficient pentru evacuarea aerului cald.

In timp ce lucram la proiectarea cablajului imprimat pe suport tip FR4 am fost avertizat de catre cei cu

care faceam schimb de opinii de faptul ca sunt mari probleme in disipare a caldurii din jurul componentelor,

lucru asupra caruia mi-a atras atentia si W6PQL . Acesta mi-a comunicat faptul ca el a folosit cablaj imprimat

realizat pe suport tip TC-350 care are o excelenta conductibilitate termica. Ca multi radioamatori , ca si mine

de altfel , cand realizeaza cablaje nu pot face treceri metalizate si de aici alta problema tehnica. Toate aceste

probleme m-au determinat sa achizitionez cablajul de la W6PQL, cu care am rezolvat mai multe problem de

ordin tehnic.

Page 10: Amplificator U.S. cu LDMOS BLF188XR - tehnic.frr.org.rotehnic.frr.org.ro/wp-content/uploads/2017/05/Amplificator-U.S.-cu... · Este bine stiut faptul ca orice system de calcul functioneaza

Prinderea tranzistorului pe radiatorul de cupru a fost o intreaga aventura, in momentul strangerii cu cele 2

suruburi de M3 , tranzistorul are o tendinta de a se curba, lucru ce va inrautati considerabil tranferul de

energie termina. Eu am gasit o solutie care s-a dovedit a fi mult mai eficienta, prin strangerea tranzistorului cu

ajutorul unei placi de aluminiu groasa de 4mm, in urma stragerii celor 2 suruburi placa de al nu va mai permite

curbarea tranzistorului. Solutia ideala ar fi fost confectionarea unei piese in forma de “U” care sa “imbrace”

tranzistorul, dar ne avand access la o masina de frezat, m-am multumit cu solutia de mai sus.

Schema electrica a amplificatorului este reprezentata in schema de mai sus, toate componentele cu

care s-a realizat sunt de tip SMD, accentual s-a pus in mod deosebit pe zona RF de putere, unde sunt curenti

destul de semnificativi ca valoare, iar componentele trebuie sa fie de calitate foarte buna.

In momentul in care amplificatorul trece in regim de emisie circuitul de secventiere v-a trimite

comanda pentru alimentarea drenelor cu 50v si se va aplica tensiunea de Bias.

Prin intermediul lui VR1 se va regla curentul de mers in gol, pentru a lucra in clasa AB curentul drena-

sursa va fi de 2A, circuitul de prepolarizare are in componenta 2 termistori (R8, R7) care previn ambalarea

termica a tranzistorului, prin diminuarea tensiunii de mers in gol (BIAS)

Aplicarea semnalului de RF se face prin intermediul intermediul unui transformator cu raportul de 4:1.

Din punct de vedere constructiv acesta este format din 2 cilindri de ferita (Laird 28B0375-300) prin care sau

bobinat 2 spire de cablu coaxial cu impendanta de 50 ohm , iar tresa acestui cablu formeaza doar o spira cu

priza la mijloc, prin intermediul caruia se face alimentarea cu tensiunea de BIAS.

Pentru adaptarea impendantei de iesire s-a utilizat un un grup de transformatoare cu raportul de 16:1

si 1:1. Transformatorul 16:1 este realizat din grupul T3 si T4 care impreuna adapteaza impendanta din drenele

tranzistorului la 50 Ohm, aceasta iesire este asimetrica si se utilizeaza un balun 1:1 de simetrizare. Pe ambele

Page 11: Amplificator U.S. cu LDMOS BLF188XR - tehnic.frr.org.rotehnic.frr.org.ro/wp-content/uploads/2017/05/Amplificator-U.S.-cu... · Este bine stiut faptul ca orice system de calcul functioneaza

tranfosrmatoare T3 si T4 sunt bobinate cate 4 sprire de cablu coaxial de 17 ohmi TC-18, iar conectarea in

circuit este reprezentata in schema.

Cele 2 grupe de 5 condensatori cu valoarea 10nF la 250V legati in parallel asigura separarea galvanica a

circuitului electric din drenele tranzistorului si tot odata asigura transferul de energie generat de amplificator.

Balunul 1:1 este realizat pe un cilindru de ferita Laird 28B1020-100, pe acesta fiind bobonate 4 spire de

cablu coaxial RG402 cu manta exterioara.

Alimentarea tranzistorului se face prin transformatorul T2, care este din punct de vedere electric un

soc RF. Acesta este realizat dintrun cilindru de ferita Laird 28B1020-100 pe care sau bobinat in paralel 5 spire

din sarma de CU emailat de 1,6mm in diametru.

Toate componentele electrice sunt lipite pe un cablaj Arlon TC-350, s-a ales acest tip de cablaj pentru

ca are o conductivitate termica foarte buna, iar componentele nu vor fi supuse la temperature ridicate in

timpul functionarii. Amplificatorul inca de la inceput s-a comportat foarte bine, nu a avut nici o tentinta de

auto-oscilatie iar in urma masuratorilor facute s-a observant un comportament foarte liniar in toate

frecventele de radioamatori. Evident ca am facut o serie de masuratori asupra parametrilor principali de

functionare (putere de intrare si iesire, curentul consumat, putere consumata).

Datele oferite de catre producator pentru tranzistorul NXP BLF188XR

Conform datelor din tabelul de mai jos s-a urmarit liniaritatea amplificatorului la diferite nivele de intrare.

Banda 80m 20m 10m

ATT Pout Iin Pin Pout Iin Pin Pout Iin Pin

20dB 18W 5A 270W 11W 5A 270W 9W 3A 162W

19dB 30W 6A 324W 15W 5A 270W 11W 4A 216W

18dB 35W 6A 324W 20W 6A 324W 14W 4A 216W

17dB 45W 7A 378W 26W 7A 378W 20W 5A 270W

16dB 55W 8A 432W 30W 7A 378W 26W 6A 324W

15dB 77W 9A 486W 45W 8A 432W 35W 6A 324W

14dB 100W 10A 540W 60W 9A 486W 48W 7A 378W

13dB 130W 12A 648W 75W 10A 540W 66W 7A 378W

10dB 320W 17A 918W 200W 15A 810W 160W 11A 594W

9dB 430W 18A 972W 260W 17A 918W 210W 12A 648W

Page 12: Amplificator U.S. cu LDMOS BLF188XR - tehnic.frr.org.rotehnic.frr.org.ro/wp-content/uploads/2017/05/Amplificator-U.S.-cu... · Este bine stiut faptul ca orice system de calcul functioneaza

Datele care au fost masurate s-a realizat graficul de mai jos si se poate observa liniaritatea amplificatorului la

diferite nivele de intrare.

Dupa cum se observa atat in 80m cat si in 20m amplificatorul se comporta liniar, in pofida faptului ca in

aceasta zona de putere redusa randamentul este foarte scazut.

In graficul de mai jos cu linia de culoare albastra este reprezentata puterea de intrare iar cu linia portocalie

puterea de iesire. Aceasta masuratoare s-a realizat in banda de 20m pentru a se putea urmari

comportamentul intro banda “de mijloc”.

O alta masuratoare ce e drept asemanatoare cu cele prezentate mai sus, am incercat sa urmaresc nivelul

amplificarii in diferite benzi de lucru si de asemenea comportamentul attenuatorului.

Se poate observa ca datorita componentelor cu care a fost realizat attenuatorul, componenta reactiva a

rezistentelor isi pune amprenta mult mai evident la frecvente ridicate.

Dar parametru cel mai semnificativ pe care l-am urmarit este amplificarea si comportamentul tranzistorului la

diferite frecvente de lucru. Conform datelor de mai jos pot spune ca acesta functioneaza in parametrii dati de

catre producator.

P-in

P-in

0

200

400

600

800

1000

20dB 19dB 18dB 17dB 16dB 15dB

14dB 13dB

10dB 9dB

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

20dB 19dB 18dB 17dB 16dB 15dB 14dB 13dB 10dB 9dB

Page 13: Amplificator U.S. cu LDMOS BLF188XR - tehnic.frr.org.rotehnic.frr.org.ro/wp-content/uploads/2017/05/Amplificator-U.S.-cu... · Este bine stiut faptul ca orice system de calcul functioneaza

ATT BANDA Uin Pout Pin Amplif

9dB

160m 5.67v 370w 0.321489w 30.61036dB 80m 5.34v 320w 0.285156w 30.50067 dB

40m 5.24v 350w 0.274576w 31.05405 dB 30m 5.44v 300w 0.295936w 30.05923 dB 20m 5.55v 195w 0.308025w 28.01449 dB 17m 4.9v 170w 0.2401w 28.50057 dB 15m 4.9v 150w 0.2401w 27.95699 dB 12m 4.9v 150w 0.2401w 27.95699 dB 10m 4.9v 155w 0.2401w 28.0994 dB 6m 4.32v 82w 0.186624w 26.42846 dB

Graficul de ma sus s-a realizat pe baza valorilor masurate la o attenuate de 9dB iar puterea de intrare,

furnizata de transceiver fiind de 4w, puterea cu care a fost exitat blocul final variind intre 0.18 si 0.32 W.

In tabelul alaturat oferit in fisa de catalog a tranzistorului se poate observa comportamentul acestuia in putere.

Un aspect foarte important este capacitatea amplificatorului de a opera cu unde reflectate mari si bine

inteles la puteri ridicate. Conform fisei de catalog acesta poate opera cu unde stationare de pana la 65:1, bine

inteles in anumite conditii alimentat cu 50V curentul de mers in gol de 40ma iar semnalul de intrare fiind

pulsatoriu. Eu personal nu am incercat decat sa vad comportamentul la 800W cu SWR de 3:1, ceea ce

inseamna ca la 800W din amplificator 600W vor reprezenta unda directa iar restul de 200W nivelul undei

stationare. In urma acestui test tranzistorul s-a comportat bine, nu s-a distrus dupa cum s-ar crede si in acelasi

timp am putut regla nivelul protectiei la care sa intervina in momentul in care valoarea undei reflectate creste

0

50

100

150

200

250

300

350

400

160 80 40 30 20 17 15 12 10 6

Uin Pout Aplificare

Page 14: Amplificator U.S. cu LDMOS BLF188XR - tehnic.frr.org.rotehnic.frr.org.ro/wp-content/uploads/2017/05/Amplificator-U.S.-cu... · Este bine stiut faptul ca orice system de calcul functioneaza

peste 100w. Practic cand se atinge aceasta valoare, amplificatorul este inhibat si trece in starea de “SWR

ridicat”, ceea ce inseamna ca trebuie acordata atentie circuitul de adaptare a atentei sau antenei.

SWR-metrul

Reflectometrul, dupa cum se stie, are ca scop masurarea undei directe si a undei reflectate, informatie

deosebit de utila in exploatarea echipamentelor de emisie. Prin urmare nu voi insista foarte mult pe aceasta

punte realizata in mod clasic . Puntea de masura are un factor nominal de cuplare de 1:30 , la iesirea din

torurile de ferita tensiunile fiind destul de mari vor fi scazute la o valoare acceptata prin intermediul a 2

atenuatoare de 27dB si respective 17dB.

Calculul se va regasi in cele ce urmeaza:

Calcul SWR

Rh=√𝑃𝑟𝑒𝑓

𝑃𝑑𝑖𝑟=√

100

1000=0.316

SWR=(1+𝑅ℎ)

(1−𝑅ℎ)=

(1+0.316)

(1−0.31.6)=1.92 2:1

Urf=√𝑃 ∗ 𝑅=> √1000 ∗ 50=223.6V

Urfvv=Urf*√2=316.2Vvv Udir=316.2/30=10.54V – pentru factorul de cuplare 1:30

Udir-att=V0*1027𝑑𝐵

20 = 0.47V (pt 1000W)

Se va proceda ca mai sus si pentru Reflectata Uref=0.47V (pt 100W)

Valoare tensiunii undei reflectate pentru 100W ( reflectati ) este 0.47, valoare care va fi aplicata circuitului de

protectie, pe baza careia va lua dezicia de inhibare a amplificatorului.

Altfel zis circuitul de protectie la SWR ridicat va “reactiona” in momentul cand la putere maxima se va depasi

raportul de unde stationare de 2:1

Page 15: Amplificator U.S. cu LDMOS BLF188XR - tehnic.frr.org.rotehnic.frr.org.ro/wp-content/uploads/2017/05/Amplificator-U.S.-cu... · Este bine stiut faptul ca orice system de calcul functioneaza

Schema este clasica realizata cu 2 toruri de ferita Laird 28B0570 pe care sa bobinat cate 30 de spire de cupru

emailat de 0.4mm. Insa o atentie deosebita trebuie acordate diodelor redresoare, am experimentat mai multe

tipuri atat 1n4148, diode cu germaniu cat si diode schottky, intradevar liniaritatea cea mai buna s-a regasit la

diodele schottky, dar avand in vedere ca pretul lor este destul de mare am folosit aproape cu acelasi rezultat

diodele cu siliciu 1n4148. Tin sa precizez faptul ca diodele cu germaniu sunt dezastroase din punct de vedere

al liniaritatii si nu sunt recomandate in astfel de aplicatii.

FTJ

Conform Regulamentului de Radiocomunicatii pentru Serviciul de amator din Romania si ETSI EN 301

783 emisiile nedorite masurate la borna de antenna nu trebuie sa depaseasca valoarea de -36 dBm in spectrul

de frecvente cuprinse intre 1,8 si 50 Mhz, ceea ce inseamna ca trebuie construit un filtru trece jos destul de

bun care sa poate atenua armonicile cat mai efficient.

In timpul punerii in practica, am experimentat un filtru diplexor care era compus dintrun filtru trece jos

si un filtru trece sus, filtrul trece sus avand destinatia de a canaliza energia generate de armonici catre o

sarcina rezistiva. Acest model s-a dovedit a fi foarte bun dar si foarte costisitor, destul de greu de realizat si

reglat. Dupa multe ore de stat in laborator, cu analizorul spectral am reusit sa scot o caracteristica foarte buna,

dar punand in balanta costurile generate, timpul realizarii si al reglarii s-a dovedit a nu fi cea mai buna solutie.

Este bine stiut faptul ca un filtru costisitor nu este de fiecare data o solutie ideala asa ca am obtat pentru un

filtru Cebasev de ordin 5 ca cel din figura de mai jos.

Raspunsul Cebasev este bine de folosit atunci cand parametru principal al filtrului este raspunsul in

frecventa al acestuia. Filtrele de tip Cebasev au cea mai abrupta caracteristica la tranzitia de la banda de

trecere la banda de oprire dintre toate filtrele care contin numai poli. Descrierea matematica a filtrelor

Cebasev este mai complicata decat a altor filter, dar se poate realiza relativ simplu cu calculatorul sau cu

tabele de valori. Faptul ca are in componenta numai poli punerea in practica este relative simpla si nu este

foarte costisitor.

Page 16: Amplificator U.S. cu LDMOS BLF188XR - tehnic.frr.org.rotehnic.frr.org.ro/wp-content/uploads/2017/05/Amplificator-U.S.-cu... · Este bine stiut faptul ca orice system de calcul functioneaza

Tabel cu valorile bobinelor si condensatoatelor utilizate in constructia filtrului.

L1 14 spire, tor T130-2 C1a 910p 1KV tip MC22 cu mica

L2 22 spire, tor T130-2 C1b 910p 1KV tip MC22 cu mica

L3 14 spire, tor T130-2 C2a 910p 1KV tip MC22 cu mica

L4 13 spire, tor T94-2 C2b 910p 1KV tip MC22 cu mica

L5 19 spire, tor T94-2 C3 820p 1KV tip MC22 cu mica

L6 13 spire, tor T94-2 C4 820p 1KV tip MC22 cu mica

L7 8 spire, tor T94-2 C5 390p 1KV tip MC22 cu mica

L8 12 spire, tor T94-2 C6 390p 1KV tip MC22 cu mica

L9 8 spire, tor T94-2 C7 180p 1KV tip MC22 cu mica

L10 9 spire, tor T80-10 C8 180p 1KV tip MC22 cu mica

L11 13 spire, tor T80-10 C9 120p 1KV tip MC22 cu mica

L12 9 spire, tor T80-10 C10 120p 1KV tip MC22 cu mica

L13 7 spire, tor T80-10 C11 56p 1KV tip MC22 cu mica

L14 11 spire, tor T80-10 C12 56p 1KV tip MC22 cu mica

L15 7 spire, tor T80-10

L16 5 spire, tor T80-10

L17 8 spire, tor T80-10

L18 5 spire, tor T80-10

Page 17: Amplificator U.S. cu LDMOS BLF188XR - tehnic.frr.org.rotehnic.frr.org.ro/wp-content/uploads/2017/05/Amplificator-U.S.-cu... · Este bine stiut faptul ca orice system de calcul functioneaza

Pentru realizarea bobinelor s-a folosit sarma de CU emailat cu grosimea de 1.4mm, suficient de groasa

pentru transferul de energie .

Dupa punerea in opera a filtrului s-au facut mai multe masuratori pe analizorul de spectru, iar

raspunsul filtrului fiind in parametrii propusi, in unele situatii armonicile fiind rejectate cu peste 40dB. Din

pacate analizorul pe care l-am utilizat nu dispune de un mod de a salva valorile masurate si din acest motiv nu

am nici un grafic de raspuns al filtrelor.

O poza realizata in timpul masuratorilor pe filtrul trece jos.

Ansamblul de filtrare al armonicilor pentru fiecare banda este format din 6 celule de filter trece jos

care sunt introduce in circuit functie de banda in care se opereaza cu ajutorul a cate 2 relee de curent mare.

Aceste relee sunt comandate de catre uC prin intermediul unui circuit integrat de tip ULN2004, care asigura

curentul necesar aclansarii releelor.

Filtrul a fost realizat utilizand toruri de ferita de la Amidon din seria T care sunt ideale la acest tip de aplicatii.

Problema cea mai mare a fost procurarea condensatoarelor de calitate necesare punerii in practica a filtrului,

eu am utilizat condensatoare SMD cu mica din seria MC22 cu tensiunea de lucru de 1KV, sa nu uitam faptul ca

la 1kw tensiunea de RF atinge valoarea de 316V pe o sarcina de 50ohm.

Cablajul a fost realizat pe support FR4 si am avut grija ca liniile de transmisie a semanului sa fie adaptat

pe 50ohm ca acestea sa nu introduca diverse reactante nedorite in circuit. Nu doresc sa intru foarte mult in

detalii dar trebuie precizat faptul ca pentru cablaj de tip FR4 de 1,5 mm grosime linia trebuie sa fie de 2.5 mm

latime pentru o impendanta de 52 Ω .

Tot acest modul mai are in componenta si doua relee pentru a putea selecta una din cele doua antene,

destul de util in multe situatii. Aceste doua relee, ca si in cazul releelor filtrelor, sunt comandate de catre uC

tot prin intermediul unui circuit integrat tip ULN2004.

O informatie foarte utila pentru operator este valoarea undei stationare si undei directe, pe acest

modul am prevazut un reflectometru care va masura aceste doua valori si le va transmite catre uC unde sunt

analizate si afisate. Reflectometru a fost realizat cu un tor binocular produs de firma Amidon BN43-202 care s-

Page 18: Amplificator U.S. cu LDMOS BLF188XR - tehnic.frr.org.rotehnic.frr.org.ro/wp-content/uploads/2017/05/Amplificator-U.S.-cu... · Este bine stiut faptul ca orice system de calcul functioneaza

au dovedit a avea o gama a frecventei de lucru foarte mare si un histerezis foarte ingust, acesti parametri fiind

foarte utili in acuratetea masuratorii. De asemenea trebuie si in acest caz o atentie deosebita la diodele de

redresare folosite si in cazul de fata am utilizat diode Shottky.

Protectie + Controler

Controlerul este conceput de catre W6PQL si eu l-am luat ca atare , oferind toate facilitatile necesare .

Acest modul are mai multe functii :

a. Protectie la SWR ;

b. Secventiator pentru releele RX/TX si tensiune de BIAS ;

c. Controlul ventilatoarelor si protectie la temperature ridicata .

d. ALC in momentul trecerii in mod TX.

W6PQL a proiectat ca modul de avertizare asupra diferitelor evenimente sa se faca prin intermediul ledurilor,

o solutie foarte interesanta, dar eu am intervenit cu o modificare in sensul ca preiau tensiunile de alimentare a

ledurilor, acestea fiind transmise la porturile digitale ale uC unde sunt analizate si functie de rutina sunt afisate

sau se iau diverse decizii.

Acest modul nu este creatia mea si pentru cei care sunt interesati am sa-i rog sa acceseze linkul

http://www.w6pql.com/amplifier_control_board.htm unde se pot documenta mult mai bine . Eu consider

dezvoltarea acestui subiect semanand mai mult a plagiat si de aceea nu o voi aborda in mod deosebit.

Personal am abordat si eu o constructie asemanatoare dar nu era atat de complexa si datorita faptului ca nu

am utilizat componente SMD, cea construita de mine era mult mai mare ca dimensiuni, acesta fiind un

inconvenient.

Logica combinationala care sta la baza acestui modul este foarte buna in aplicatiile de protectie, raspunsul

fiind foarte rapid in cazul unei avarii si ofera o solutie excelenta in cazul unei avarii.

Page 19: Amplificator U.S. cu LDMOS BLF188XR - tehnic.frr.org.rotehnic.frr.org.ro/wp-content/uploads/2017/05/Amplificator-U.S.-cu... · Este bine stiut faptul ca orice system de calcul functioneaza

Schema electrica este prezentata mai sus

uC + Afisor

Inca de la inceput am cautat sa utilizez un sistem de circuite logice care sa se ocupe de diverse sarcini,

dar acesta s-a dovedit a avea multe neajunsuri si foarte voluminous. In prima versiune am incercat cu circuite

logice CMOS dar am renuntat considerand ca este mult mai interesant sa utilizez un micro controler impreuna

cu un display, fapt care in cele din urma s-a concretizat in modul de fata.

Dupa multe cautari a unui uC suficient de puternic si cu destula memorie pentru programul ce va urma

sa fie implementat am ajuns la Atmel AT90USB1286 care este un micro controler pe 8 biti , cu 8 porturi ADC

Page 20: Amplificator U.S. cu LDMOS BLF188XR - tehnic.frr.org.rotehnic.frr.org.ro/wp-content/uploads/2017/05/Amplificator-U.S.-cu... · Este bine stiut faptul ca orice system de calcul functioneaza

pe 10 biti si 48 de porturi I/E programabile , acesta fiind suficient din toate punctele de vede pentru proiectul

meu.

Pentru afisare am folosit un display 240x128 pixeli de tip YB240128 , procurat din China si care

foloseste driverul T6963 produs de Toshiba, acesta s-a dovedit a fi destul de mare pentru si incapator pentru

toate informatiile pe care doream sa le afisez.

uC comunica cu displayul pe o magistrala de date 8 biti, iar controlul se face pe 4 biti, comunicarea

facandu-se bidirectional, un mod destul de simplu de comunicare.

Dupa cum bine se stie uC-ul lucreaza cu nivele logice de tip cmos, porturile digitale ale uC-ului vor necesita

urmatoarele valori conform imaginii de mai jos

VOH – Tensiune minima de iesire pentru 1 Logic . VIH - Nivelul minim al tensiunii de intrare pentru 1 Logic. VOL – Nivelul de iesire a tensiunii pentru 0 Logic . VIL – Nivelul maxim al tensiunii de intrare pt 0 logic. Banda hasurata (0.8 - 2) represinta zona de zgomot, sau altfel zis zona de dubiu. In aceasta zona nu este de dorit a se opera.

Altfel zis pentru ca un port setat in mod INTRARE, sa treaca in mod “HIGH” va necesita o tensiune cuprinsa

intre 2 – 5V, iar pentru modul “LOW” valoarea tensiunii de intrare nu trebuie sa fie mai mare de 0.8. Daca

valoarea tensiunii de intrare in portul analogic va fi intre 0,8 – 2V atunci uC va fi in zona de dubiu, putand sa ia

orice valoare, zona nesigura.

Avand in vedere ca uC-ul achizitioneaza o serie de valori care nu de fiecare data sunt de max. 5V atunci s-a

impus utilizarea unui divizor rezistiv care sa ofere o tensiune intre 2-5V.

Page 21: Amplificator U.S. cu LDMOS BLF188XR - tehnic.frr.org.rotehnic.frr.org.ro/wp-content/uploads/2017/05/Amplificator-U.S.-cu... · Este bine stiut faptul ca orice system de calcul functioneaza

In cazul porturilor analogice, acestea pot citi valori discrete intre 0 si 1023, corespunzatoare in mod

proportional tensiunii de intrare (intre 0 si 5V), la modelul folosit de mine sunt disponibile 8 porturi. Pentru

interpretarea tensiunii aplicate portului analogic se calculeaza in modul urmator:

Rezolutia portului este : Rez = 𝟓

𝟏𝟎𝟐𝟑 = 0.0049 V / Unitate

Valoarea analogica: Dig_val = 𝑼𝒊𝒏

𝑹𝒆𝒛 =

𝑼𝒊𝒏 ∗ 𝟏𝟎𝟐𝟑

𝟓 rezultatul este valoare numerica de tip int

Daca pinul analogic nu este conectat la nimic, valoarea returnata de analogRead() va fluctua in functie de mai

multi factori (e.g. ce tensiuni sunt pe ceilalti pini analogici, apropierea mainii de placa…) !!!

Avand in vedere faptul ca portul analogic preia diverse valori de functionare, sau luat mai multe masuri de

protectie, in primul rand sau folosit condensatoare surpresoare pentru eliminarea componentei RF, bobine cu

Page 22: Amplificator U.S. cu LDMOS BLF188XR - tehnic.frr.org.rotehnic.frr.org.ro/wp-content/uploads/2017/05/Amplificator-U.S.-cu... · Este bine stiut faptul ca orice system de calcul functioneaza

valoarea de 470uH si in cazul in care accidental se aplica la intrarea portului o tensiune mai mare de 5V sau

folosit diode zenner de tip 5V1. Toate aceste masuri sunt absolut necesare avnd in vedere amplitudinea

semnalelor cu care opereaza. Pentru a aduce valoarea semnalului la un nivel acceptat de portul analogic sau

utilizat diverse divizoare resistive.

O facilitate foarte utila pentru operator este valoarea temperaturii de lucru, in acest sens am utilizat un circuit specializat DS18C20 produs de renumita companie Maxim. Acesta va citi valoarea temperaturii si o va comunica digital la uC cu o rezolutie de 12 biti si cu o gama de masura intre -55*C - +125*C, sufficient pentru aceasta aplicatie.

Releele utilizate necesita un curent de mentinere de cca 50mA la 12V, valori ce nu pot fi asigurate de catre uC, in acest sens s-a utilizat un un circuit specializat ULN2004 care contine o matrice cu 7 tranzistori Darlington “Open-Collector”, care vor asigura curentul si tensiunea necesara functionarii in conditii optime a releelor. Intrarea este compatibila CMOS, astfel nu este necesara un driver specializat pentru comanda.

O facilitate este de a masura frecventa de intrare in amplificator in acest sens sa utiliza un prescaller DP111 si un buffer 74HC14. Bufferul indeplineste sarcina de formator TTL a semnalului primit si sarcina de separator.

Afisarea informatiilor se va face pe un display monocrom de tip YB240128 care are ca driver integratul

specializat T6963Cprodus de renumita companie Toshiba.

Comunicarea de date se face pe o magistrala de 8biti si controlul se face pe 4biti, in timpul functionarii

comunicarea intre uC si display se face bidirectional.

Page 23: Amplificator U.S. cu LDMOS BLF188XR - tehnic.frr.org.rotehnic.frr.org.ro/wp-content/uploads/2017/05/Amplificator-U.S.-cu... · Este bine stiut faptul ca orice system de calcul functioneaza

Pentru comunicarea cu display-ului sau alocat porturile digitale D0 - 7 iar pentru control sau alocat porturile

C0 – 3, acestea au fost stabilite atat la nivel de program cat si la nivel hardware. In tabelul de mai jos este

descries modul de conectare display <-> uC

Display uC Display uC

D0 D0 WR C3

D1 D1 RD C2

D2 D2 CE C1

D3 D3 CD C0

D4 D4 RST 5V

D5 D5 FS GND

D6 D6

D7 D7

Tastatura

Tastatura este modul prin care operatorul poate sa transmita diverse comenzi uC-ului, care pe baza

algoritmului de programare va face diverse functii definite in program.

Tipul de tastatura utilizat de mine are in componenta 9 butoane, iar fiecaruia i-am atribuit cate o functie , in

tabelul de mai jos sunt definite functiile la nivel de program.

1. Antenna – functie ce permite selectarea uneia dintre cele 2 antene

2. Afisare – buton ce permite afisarea pe cele 2 cadrane a undei directe si reflectate sau valoarea

tensiunii si a curentului.

3. Putere redusa – va comuta amplificatorul pe putere redusa (cca 30w) functie utila in special la acordul

antenei

4. Comanda tunner – functie ce permite comandarea tunerului de antenna (functie inhibata momentan)

5. Sus – functie ce permite comutarea F.T.J. prin incrementarea cu un pas

6. Jos – functie ce permite comutarea F.T.J. prin decrementarea cu un pas

7. Sanga – functie ce decrementeaza un pas la valoarea attenuatorului

Page 24: Amplificator U.S. cu LDMOS BLF188XR - tehnic.frr.org.rotehnic.frr.org.ro/wp-content/uploads/2017/05/Amplificator-U.S.-cu... · Este bine stiut faptul ca orice system de calcul functioneaza

8. Dreapta - functie ce incrementeaza un pas la valoarea attenuatorului

9. OK – functie ce permite operatorului de a active sau dezactiva amplificatorul.

Din punct de vedere software fiecarei taste i-a fost atibuita cate o functie, realizand pe baza unui algoritm de

programare diverse sarcini.

In termini largi tastatura din punct de vedere electric este un divisor rezistiv in praguri, care in functie de tasta

apasata va transmite uC-ului o tensiune electrica cuprinsa intre 0-5V, uC-ul va indentifica tasta apasata in

functie de valoarea tensiunii primite.

Schema electrica este exemplificata mai sus, unde rezistenta RX cu valoarea de 1ko se va inseria cu

restul rezistentelor functie de butonul apasat, iar din punctul median se va culege valoarea tensiunii, care

ulterior este preluata de uC si analizata.

In tabelul de mai jos sunt valorile rezistentelor aferente butoanelor, valoarea tensiunilor si valoarea binara .

Page 25: Amplificator U.S. cu LDMOS BLF188XR - tehnic.frr.org.rotehnic.frr.org.ro/wp-content/uploads/2017/05/Amplificator-U.S.-cu... · Este bine stiut faptul ca orice system de calcul functioneaza

Valoare Tensiune INT uC

R1 200 4.17 853

R2 470 3.40 697

R3 1000 2.50 512

R4 1500 2.00 410

R5 2000 1.67 341

R6 2500 1.43 293

R7 4700 0.88 180

R8 7400 0.60 122

R9 10000 0.45 93

R10 1000

Aceast model de tastatura a fost ales de mine datorita simplitatii si in special faptul ca utilizeaza doar un singur

port al uC-ului. Dezavantajul principal al acestui tip de tastatura este ca uC nu are posibilitatea de a interpreta

2 butoate apasate concomitent.

Sursele de alimentare

Amplificatorul are un consum de energie electrica destul de mare, la varfuri putand ajunge pana la

1500W putere consumata, ceea ce inseamna cca 30A la 50V. Pentru a putea asigura acest consum de energie,

m-am orientat catre o sursa in comutatie, care este destul de mica si usoara. Am reusit sa achizitionez o sursa

Antrice de 37A la 50V, care a fost utilizata in diverse aplicatii de telecomunicatii, ce este laudabil la acesta

sursa in timpul de stand-by (receptie), aceasta intra intr-o stare neutra si zgomotul generat este extreme de

mic, in momentul in care intra in regim de comutatie si trebuie sa furnizeze un curent destul de mare, nivelul

radiatiilor parasite creste odata cu sarcina, fenomen care nu ne deranjeaza.

Pentru a alimenta restul componentelor din amplificator, am conceput o sursa liniara formata dintrun

transformator 220v/14v, redresare, filtrare si 3 circuite de stabilizare a tensiunii format din 2 CI 7812 si 1 CI

7805. Aceasta solutie hybrid de alimentare este datorita faptului ca sursa de 50V pe timpul receptiei sa nu

treaca in regim de comutatie.

Nu intru in detalii tehnice despre sursa liniara pentru ca este o schema clasica, am utilizat 2 CI7812 pentru a

separa sursele de alimentare pentru circuitul de protectie fara de restul componentelor, practice fiind o

masura de precautie in plus, daca apar diverse problem in functionare.

Comutatorul de curent mare

Atat timp cand amplificatorul este in asteptare sau altfel zis pe “receptie” acesta nu este alimentat din

sursa de current mare si nici tensiunea de BIAS nu este prezenta. In momentul cand este trecut in stare de

emisie, amplificatorului ii trebuie asigurat un current de pana la 30A cu tensiunea de 50V. In acest sens m-am

folosit de un comutator de curent mare, putandu-se face analogia cu un releu solid-state de curent mare.

Page 26: Amplificator U.S. cu LDMOS BLF188XR - tehnic.frr.org.rotehnic.frr.org.ro/wp-content/uploads/2017/05/Amplificator-U.S.-cu... · Este bine stiut faptul ca orice system de calcul functioneaza

Elementul principal al acestui modul este un transistor MOS-FET cu canal P care trebuie sa aiba un

curent de drena de peste 40A, in acest sens am folosit FQP47P06, care are posibilitatea de a controla un

curent de pana la 47A.

Din punct de vedere functional, in regim de stand-by in grila tranzistorului Q1 este prezenta o tensiune

pozitiva asigurata de rezistententele R1 si R4, in cazul in care se schimba starea in TX emitorul tranzistorului

Q2 prin intermediul diodei D2 este pus la masa astfel tranzistorul Q1 va intra in regim de conductive, moment

in care va alimenta cu energie electrica drenele tranzistorului BLF188XR. In cazul unei avarii pentru oprirea

alimentarii amplificatorului se va puna la masa baza tranzistorului Q2 prin intermediul diodei D2, tranzistorul

Q2 ne mai fiind in conductie, in grila lui Q1 va fi prezenta o tensiune pozitiva asigurata de rezistenta R1.

Tot in componenta acestui modul a fost prevazut si un sensor de curent tip ACS758 produs de

compania Allegro. Modelul folosit de mine are posbilitatea de a masura curenti de pana la 50A in ambele

sensuri. Functionarea lui se bazeaza pe detectia campului magnetic generat de trecerea curentului electric pe

o portiune de circuit si convertirea acestuia in tensiune electrica.

Variant utlizata de mine este o versiune bidirectinala, care poate masura curenti de +/- 50A, acest fapt ofera si

un dezavantaj pentru ca punctul intermediar la 0A este jumatatea tensiunii de alimentare astfel Vout=𝑉𝑐𝑐

2=>

Vout=5

2=2.5v. Conform datelor de catalog furnizate de producator sensibilitatea acestui circuit este de 40mv/A,

sufficient de mare pentru a oferi o analiza precisa. Partea de interpretare a curentului este detaliata la

capitolul software.

De asemenea am utilizat si un divizor rezistiv pentru a putea masura si tensiunea de alimentare a

amplificatorului, acesta este format din R9 si R10, acest divizor vor furniza o tensiune de cca 2.6V care va fi

ulterior interpretata si analizata de catre uC.

Tin sa reamintesc faptul ca porturile analogice ale uC-ului permit analiza unei tensiuni de pana la 5V, orice

valoare peste 5V nu mai poate fi analizata si exista riscul distrugerii acestuia.

Page 27: Amplificator U.S. cu LDMOS BLF188XR - tehnic.frr.org.rotehnic.frr.org.ro/wp-content/uploads/2017/05/Amplificator-U.S.-cu... · Este bine stiut faptul ca orice system de calcul functioneaza

Software

In proiectarea amplificatorului am luat in calcul utilizarea unui microcontroller care sa se ocupe de

diverse sarcini si sa faciliteze interactiunea dintre utilizator si restul echipamentului. In acest scop m-am

orientat catre uC Atmel AT90USB1286 care dispune de suficiente porturi de comunicare cu perifericele si

puterea de calcul destul de mare pentru a face calculele necesare controlului amplificatorului.

Ca orice dispozitiv de calcul de noua generatie, acesta functioneaza pe baza unui program ( software ),

care deobicei este scris in diferite limbaje de programare. Faptul ca eu am folosit un uC de la Atmel am putut

sa scriu programul in C++ si sa ma folosesc de platforma de compilare de la Arduino.

Tin sa precizez faptul ca un uC de orice arhitectura si tip foloseste in functionare o logica secventiala,

ceea ce ofera o serie de avantaje dar si dezavantaje. In proiectarea programului pentru acest amplificator am

avut in vedere ca uC sa nu ia nici o decizie de protectie al amplificatorului datorita faptului ca ciclul program se

poate bloca din varii motive intro secventa si de asemenea timpul pe care il parcurge la fiecare ciclu este

destul de mare pentru a oferi o metoda de protectie fiabila. In schimb pentru protectia amplificatorului am

obtat catre o logica combinationala, acest mod are un timp de raspuns mult mai bun si nu prezinta riscul de a

se bloca in functionare.

In cele ce urmeaza am sa fac o mica trecere in revista a partii hardware ulterior integrarea acestuia cu

programul.

Tastatura

Tastatura este un mod de a interactiona cu uC, prin intermediul acesteia se pot transmite diverse comenzi.

In acest sens, am proiectat o tastatura destul de simpla care are in componenta 9 taste, legate la un divizor

rezistiv in trepte, oferind uC-ului o tensiune variabila funtie de tasta care a fost actionata.

In ciclul program starea tastaturii este verificata la fiecare ciclu program apeland functia read_LCD_buttons(),

aceasta preia valoarea binara al portului analogic A3, o analizeaza printr-o succesiune de contitionale si functie

de starea tastaturii returneaza o valoare care reprezinta numele tastei apasate sau dupa caz o valoare neutra

cand nu este actionat nici un buton al tastaturii.

int read_LCD_buttons()

adc_key_in = analogRead(3);

delay(5);

if (adc_key_in > 1000) return btnNONE; //

if (adc_key_in < 30) return btnWAIT;

if (adc_key_in < 65) return btnSUS;

if (adc_key_in < 140) return btnDSP;//

if (adc_key_in < 255) return btnDREAPTA;//

if (adc_key_in < 405) return btnDR1;//

if (adc_key_in < 490) return btnOK;

if (adc_key_in < 584) return btnJOS; //

Page 28: Amplificator U.S. cu LDMOS BLF188XR - tehnic.frr.org.rotehnic.frr.org.ro/wp-content/uploads/2017/05/Amplificator-U.S.-cu... · Este bine stiut faptul ca orice system de calcul functioneaza

if (adc_key_in < 650) return btnSTG1;//

if (adc_key_in < 690) return btnSTANGA;

if (adc_key_in < 725) return btnMNU; //

return btnNONE;

Informatia transmisa de functia read_LCD_buttons() este analizata de o structura switch-case care la

nivel de program in functie de algoritm si destinatia tastei apasate va apela diverse functii specifice. Structura

switch-case are forma de mai jos.

lcd_key = read_LCD_buttons(); //

switch (lcd_key) //

case btnSUS:

if(band >=0 && band <9 && previous == LOW && millis() - time > debounce)

band=band ++;

out_band(band);

time = millis();

EEPROM.write(eeprom_band, band);

break;

case btnJOS:

…………….

Citirea temperaturii

Este bine stiut faptul ca orice amplificator in timpul functionarii se incalzeste, iar temperatura de lucru

a radiatorului trebuie atent monitorizata. Cel putin in cazul tranzistorilor o temperatura de lucru prea mare, nu

neaparat ca duce la distrugerea iresersibila a tranzistorului, dar si timpul de viata al acestuia se diminuiaza

drastic. Pentru a urmari acest parametru am atasat pe radiatorul de racire un circuitul integrat DS18C20, care

pe baza unui mic program poate comunica uC-ului temperatura prin protocolul 1-Wire.

Pentru a prelua valoarea de la DS18C20 m-am folosit de biblioteca OneWire.h care este special scrisa pentru

acest tip de comunicatii seriale. La nivel hardware DS18C20 este atasat la portul digital B1 iar in program sa

definit ca fiind port OneWire.

La fiecare ciclu program este apelata functia getTemp(), care transmite o serie de informatii specifice catre

senzor si astepta din partea acestuia un raspuns cu valoare binara a temperaturii. Aceasta valoare este supusa

Page 29: Amplificator U.S. cu LDMOS BLF188XR - tehnic.frr.org.rotehnic.frr.org.ro/wp-content/uploads/2017/05/Amplificator-U.S.-cu... · Este bine stiut faptul ca orice system de calcul functioneaza

unui calcul de mediere, ulterior incrementeaza in varibila globala Whole valoarea temperaturii. Fara sa mai

intru in detalii aceasta funtie va este prezentata mai jos.

void getTemp()

int foo, bar;

ds.reset();

ds.select(addr);

ds.write(0x44,1);

present = ds.reset();

ds.select(addr);

ds.write(0xBE);

for ( i = 0; i < 9; i++)

data[i] = ds.read();

LowByte = data[0];

HighByte = data[1];

TReading = (HighByte << 8) + LowByte;

SignBit = TReading & 0x8000;

if (SignBit)

TReading = -TReading;

Tc_100 = (6 * TReading) + TReading / 4;

Whole = Tc_100 / 100;

Fract = Tc_100 % 100;

if (Fract > 49)

if (SignBit)

--Whole;

else

++Whole;

Page 30: Amplificator U.S. cu LDMOS BLF188XR - tehnic.frr.org.rotehnic.frr.org.ro/wp-content/uploads/2017/05/Amplificator-U.S.-cu... · Este bine stiut faptul ca orice system de calcul functioneaza

Nu am vrut ca programul sa ia decizii de functionarea a amplificatorului pe baza acestei infromatii, am

preferat doar sa o afisez, de protectia termica ocupandu-se un alt circuit mult mai rapid si mai sigur. Afisarea

temperaturii pe display se face utilizand liniile de program de mai jos.

getTemp(); // preia temperatura

LCD.TextGoTo(24,11); // trimite cursorul pe coloana 24 si linia 11

sprintf(myString, "T-%d' ", Whole); //functie ce transforma din valoare int in string

LCD.writeString(myString); // funtie ce se ocupa strict de afisarea stringului

Citirea tensiunii si curentului consumat de modulul amplificator.

In timpul functionarii este util ca operatorul sa aibe date despre tensiunea de alimentare a amplificatorului

si curentului consumat de acesta, in acest sens uC-ul preia valorile le analizeaza apoi le va afisa sau transmite

mai departe pe UART.

Din cauza tensiunii destul de mari cu care este alimentat tranzistorul final in comparatie cu tensiunea

maxima de lucru al portului analogic, se impune utilizarea unui divizor rezistiv de tensiune. Tensiunea de lucru

al finalului este de cca 54v iar tensiunea maxim acceptata de catre portul analogic al uC-ului este de maxim 5V.

In acest sens s-a proiectat divizorul de tensiune care funizeata portului A4 o tensiune de cca 2.6V. Aceasta

valoare a tensiunii este preluata la nivel de program cu ajutorul variabilei globale tens_a si are forma de mai

jos.

tens_a = (analogRead(4) * 0.00488)*35;

Valoarea returnata de portul A4 este transformata in tensiune inmultita cu valoarea 0.00488 ( aceasta valoare

este rezolutia portului pe 10 biti ), dupa care se inmulteste cu o valoare de offset.

Un alt aspect foarte important este masurarea curentului consumat de catre amplificator in momentul trecerii

in regim de emisie. Pentru acest lucru am utilizat un circuit specializat ACS758, care are in componenta un

detector HALL. Acest circuit va masura intensitatea campului magnetic generat de trecerea curentului electric

pe o portiune de circuit si o va converti intro tensiune electrica sufficient de mare pentru a fi masurata.

Modelul utilizat de mine este bidirectional, putand masura curenti de pana la +/- 50A. Senzorul de curent

acesta are posibilitatea de a masura curentul scurs in ambele sensuri. Practic in momentul in care este

strabatut de un current negative Uout va tinde spre zero si invers in cazul cand curentul este pozitiv, Uout va

tinde spre Vcc. In puntul intermediar cand valoarea curentului este de 0A valoarea lui Uout=Vcc/2.

Conform datelor de catalog sensibilitatea circuitului este de 40mV/A, practic la orice crestere de 1A prin circuit

valoarea lui Uout va creste cu 0.04V, aceasta valoare va fi preluata de catre portul analogic al uC-ului A2

utilizand liniile de cod de mai jos.

cur_a = analogRead(2); // preluare valoare binara

cur_c = (cur_a - 504)/6; // valoarea curentului functie de punctual de 0

Ca si in cazurile anterioare aceasta valoare a curentului este afisata pe display cu urmatoarea linie de cod.

LCD.TextGoTo(24,13); // trimite cursorul display-ului pe linia 13 coloana 24

sprintf(myString, "I%dA ", cur_c); // converteste valoarea int a lui cur_c intron string

LCD.writeString(myString); // afisarea stringului

Page 31: Amplificator U.S. cu LDMOS BLF188XR - tehnic.frr.org.rotehnic.frr.org.ro/wp-content/uploads/2017/05/Amplificator-U.S.-cu... · Este bine stiut faptul ca orice system de calcul functioneaza

Prealuarea valorilor de unda directa si reflectata

Dupa cum am zis in randurile anterioare pe modulul FTJ sa instalat un reflectometru, de la care uC va

prelua valoarea undei directe si a undei reflectate. O valoare prea mare a undei stationare poate duce la

diverse probleme si in cel mai rau caz la distrugerea tranzistorului amplificator. Pentru a prelua cele 2 valori

am utilizat un reflectometru care este situate intre filtrul trece jos si sarcina. Aceste 2 valori sunt preluate de

catre uC prin porturile analogice A7 si A6, care in urma unor calcule sunt afisate atat numeric cat si grafic.

Preluarea valorii tensunii electrice se face cu urmatoarele linii de cod.

delay(4);

ref= analogRead(7); // preluare valoare unda stationara

delay(4);

dir = analogRead(6); // preluare valoare unda directa

…………………………….

valuea=ref;

value=dir;

putere_dir=pow((((float)dir*0.00488)/0.281),2)*9; // conversia in tensiune si inmultirea cu un offset

putere_ref=pow((((float)ref*0.00488)/0.281),2)*9; // conversia in tensiune si inmultirea cu un offset

…………………..............

Ca si in cazurile anterioare aceste 2 valori vor fi afisate pe display atat in format numeric pentru o interpretare

cat mai exacta cat si grafic in 2 cadrane care simuleaza 2 indicatoare analogice.

LCD.TextGoTo(5,4);

dtostrf(putere_dir, 1, 1, t_d);

sprintf(myString, "%sW ", t_d);

LCD.writeString(myString);

LCD.TextGoTo(21,4);

dtostrf(putere_ref, 1, 1, t_r);

sprintf(myString, "%sW ", t_r);

LCD.writeString(myString);

Pentru afisarea acului indicator a trebuit sa apelez la bine cunoscutele functii trigonometrice SIN si COS. La

nivel de program a trebuit sa transpun pe display o linie care are coordonatele de plecare X,Y si coordonate de

destinatie XD,YD. Practic a trebuit sa aplic mai multe formule de calcul in care sa se determine pozitia celor 2

coordonate necesare trasarii linie functie de valoarea analogica masurata.

Page 32: Amplificator U.S. cu LDMOS BLF188XR - tehnic.frr.org.rotehnic.frr.org.ro/wp-content/uploads/2017/05/Amplificator-U.S.-cu... · Este bine stiut faptul ca orice system de calcul functioneaza

Pentru a afisa “acul indicator” al uC-ul trebuie sa faca calculele de cosΘ si sinΘ de doua ori pentru a stabili puntele de inceput si sfarsit a liniei pe care o afiseaza. Θ este o variabila care se calculeaza functie de valoarea primita de la portul analogic.

Programul scris pentru afisarea acului indicator este redat in randurile urmatoare.

int ref=50;

int q=value/10;

int qa=valuea/10;

int j=100-q;

int k=100-qa;

int raza=65;

int raza_2=22;

int x=raza*cos((3.1415927/1.36)+(float)j*1.732/100.00)+79;

int y=raza*sin((3.1415927/1.36)+(float)j*1.732/100.00)+60;

int x_2=raza_2*cos((3.1415927/1.36)+(float)j*1.732/100.00)+79;

int y_2=raza_2*sin((3.1415927/1.36)+(float)j*1.732/100.00)+60;

int xx=raza*cos((3.1415927/1.36)+(float)k*1.732/100.00)+79;

int yx=raza*sin((3.1415927/1.36)+(float)k*1.732/100.00)+180;

int xx_2=raza_2*cos((3.1415927/1.36)+(float)k*1.732/100.00)+79;

int yx_2=raza_2*sin((3.1415927/1.36)+(float)k*1.732/100.00)+180;

if(yl || xl)

LCD.createLine (yl_2, xl_2, yl, xl,0);

// LCD.createLine (yl_2, xl_2, yl, xl,0);

// LCD.createLine (61, 59, yl, xl,0);

Page 33: Amplificator U.S. cu LDMOS BLF188XR - tehnic.frr.org.rotehnic.frr.org.ro/wp-content/uploads/2017/05/Amplificator-U.S.-cu... · Este bine stiut faptul ca orice system de calcul functioneaza

LCD.createLine (y_2, x_2, y, x,1);

// LCD.createLine (y_2, x_2, y, x,1);

// LCD.createLine (61, 59, y, x,1);

if(ylx || xlx)

LCD.createLine (ylx_2, xlx_2, ylx, xlx,0); // stergea liniei

// LCD.createLine (179, 79, ylx, xlx,0);

// LCD.createLine (181, 59, ylx, xlx,0);

LCD.createLine (yx_2, xx_2, yx, xx,1); // afisarea liniei

// LCD.createLine (179, 79, yx, xx,1);

// LCD.createLine (181, 59, yx, xx,1);

xl=x;

yl=y;

xl_2=x_2;

yl_2=y_2;

xlx=xx;

ylx=yx;

xlx_2=xx_2;

ylx_2=yx_2;

Cum valorile analogice preluate sunt variabile in timp, a trebuit ca in secventa programului sa aplez la

un conditional care verifica valoarea curenta cu valoarea precedenta, in cazul in care valorile nu sunt egale

atunci se va sterge linia cu valoarea precedenta si se va afisa o noua linie cu noile valori.

Comanda releelor de banda, atenuatorului si celor 2 antene

Amplificatorul are in componenta 6 celule de filtrare cu scopul de a atenua armonicile pana la un nivel

adminisibil. Fiecare celula are in componenta cate 2 relee, care sunt comandate de catre uC prin intermediul a

2 circuite integrate ULN2004 care asigura curentul necesar pentru mentinerea releelor.

In structura switch-case sunt definite cele 2 butoate responsabile cu schimbarea benzilor de lucru. In

functie de butonul apasat se va incrementa sau decrementa valoarea globala band, acest eveniment fiind

conditionat de stare amplificatorului, atat timp cat este in mod emisie nu se permite schimbarea benzilor de

lucru. Comutare benzilor de lucru putandu-se realiza doar atat timp cand este in mod receptie. In componeta

Page 34: Amplificator U.S. cu LDMOS BLF188XR - tehnic.frr.org.rotehnic.frr.org.ro/wp-content/uploads/2017/05/Amplificator-U.S.-cu... · Este bine stiut faptul ca orice system de calcul functioneaza

acestui conditional se apeleaza functia out_band(band) si de asemenea se va inregistra in memoria eeprom a

uC-ului banda curenta, optiune care este utilizata la pornirea amplificatorului, pentru ca acesta sa “stie” ultima

banda in care sa operat.

case btnSUS:

if(band >=0 && band <9 && previous == LOW && millis() - time > debounce && txrx != 1)

band=band ++;

out_band(band);

time = millis();

EEPROM.write(eeprom_band, band);

break;

case btnJOS:

if(band >=1 && band <=9 && previous == LOW && millis() - time > debounce && txrx != 1)

band=band --;

out_band(band);

time = millis();

EEPROM.write(eeprom_band, band);

break;

Functia out_band(band) este apelata de fiecare data cand se schimba banda de lucru. Aceasta functie

are in componenta o structura switch-case, care in functie de valoarea variabilei band va apela secvential

functia digitalWire(), punand portul alocat benzii respective in mod HIGH sau LOW.

Functia out_band(int x) este de forma de mai jos.

void out_band(int vara)

switch (vara)

case 0: //1,8

digitalWrite(PIN_A0, HIGH);//7mhz

digitalWrite(PIN_A1, LOW);//3.5mhz

digitalWrite(PIN_A2, LOW);//1.8mhz

Page 35: Amplificator U.S. cu LDMOS BLF188XR - tehnic.frr.org.rotehnic.frr.org.ro/wp-content/uploads/2017/05/Amplificator-U.S.-cu... · Este bine stiut faptul ca orice system de calcul functioneaza

digitalWrite(PIN_A4, LOW);//10-14Mhz

digitalWrite(PIN_A5, LOW);//18-24Mhz

digitalWrite(PIN_A6, LOW);//28Mhz

break;

………………….

Faptul ca tranzistorul BLF188XR are amplificarea foarte mare (29dB), am prevazut un modul care are in

componenta 5 celule de atenuare, dintre care 4 sunt selectabile. Avand la baza un algoritm cu o progresie

aritmetica, cele 5 celule sunt capabile sa ofere o atenuare in trepte intre 3dB – 20dB, suficient pentru

excitarea tranzistorului.In functie de atenuarea dorita uC va comanda cele 4 relee ale atenuatorului prin

intermediul circuitului ULN2004 care ofera curentul necesar functionarii releelor in conditii optime.

Ca si in cazul precedent cand uC sesizeaza ca s-a primit comanda de la tastatura de schimbare a valorii

atenuatorului, aceasta este analizata in structura switch-case si functie de comanda se va incrementa sau

decrementa variabila globala att_d. La fiecare eveniment valoarea lui att_d se va inregistra in memoria

eeprom si se va apela functia out_att(), care este responsabila de schimbarea starii releelor.

case btnSTANGA:

if (att_d <= 15 && att_d > 0 && previous == LOW && millis() - time > debounce ) att_d -= 1;

out_att(att_d);

time = millis();

EEPROM.write(eeprom_att, att_d);

break;

case btnDREAPTA:

if (att_d < 15 && att_d >= 0 && previous == LOW && millis() - time > debounce) att_d += 1;

out_att(att_d);

time = millis();

EEPROM.write(eeprom_att, att_d);

break;

Page 36: Amplificator U.S. cu LDMOS BLF188XR - tehnic.frr.org.rotehnic.frr.org.ro/wp-content/uploads/2017/05/Amplificator-U.S.-cu... · Este bine stiut faptul ca orice system de calcul functioneaza

In componenta functiei out_att() este o structura switch-case care schimba starea porturilor digitale

E0, C6, C5 SI B7 functie de valoarea variabilei globale att_d.

void out_att(int var)

switch (var)

//pinMode(PIN_E0, OUTPUT); //att 1db

//pinMode(PIN_C6, OUTPUT); //att 2db

//pinMode(PIN_C5, OUTPUT); //att 4db

//pinMode(PIN_B7, OUTPUT); //att 10db

case 0: //20DB

digitalWrite(PIN_E0, LOW);//att 1db

digitalWrite(PIN_C6, LOW);//att 2db

digitalWrite(PIN_C5, LOW);//att 4db

digitalWrite(PIN_B7, LOW);//att 10db

att_val=20;

break;

Am considerat ca este util ca amplificatorul sa fie prevazut cu un mod de a cupla 2 antene selectabile din

program. Acest lucru s-a realizat cu ajutorul a 2 relee care sunt comandate de catre uC prin intermediul

circuitului ULN2004. Modul lor de lucru este de tip Flip-Flop, practic se poate comuta cand pe o antenna cand

pe cealalta.

In momentul in care uC-ul a sesizat ca s-a primit comanda de comutare a antenei, acesta cu ajutorul

unui conditional, verifica starea amplificatorului ca acesta sa nu fie pe emisie si daca este conditia indeplinita,

va schimba starea variabilei ant_s in 0 sau in 1 apeland functia set_ant(x) si inregistrarea valorii lui ant_s in

memoria eeprom.

case btnMNU:

if(ant_s == 1 && previous == LOW && millis() - time > debounce && txrx != 1)

ant_s = 0;

set_ant(ant_s);

EEPROM.write(eeprom_ant, ant_s);

time = millis();

Page 37: Amplificator U.S. cu LDMOS BLF188XR - tehnic.frr.org.rotehnic.frr.org.ro/wp-content/uploads/2017/05/Amplificator-U.S.-cu... · Este bine stiut faptul ca orice system de calcul functioneaza

if(ant_s == 0 && previous == LOW && millis() - time > debounce )

ant_s = 1;

set_ant(ant_s);

EEPROM.write(eeprom_ant, ant_s);

time = millis();

break;

Functia set_ant(ant_s), are in componenta un conditional care in functie de valoarea lui ant_s va

schimba starea porturilor A7 si C7.

void set_ant(int var)

if( var == 0 )

digitalWrite(PIN_A7, LOW);

delay(50);

digitalWrite(PIN_C7, HIGH);

if( var == 1 )

digitalWrite(PIN_A7, HIGH);

delay(50);

digitalWrite(PIN_C7, LOW);

Afisarea informatiilor

Toate informatiile care sunt prelucrate de catre uC sunt afisate pe un display grafic monocrom cu

rezolutia de 240x128 pixeli. Am ales acest tip de display din mai multe puncte de vedere, cel mai important

este marimea lui ceea ce face ca informatiile afisate sa fie destul de mari si lizibile. In faza incipienta am fost

incantat sa folosesc un display color, dar dezavantajul acestuia era ca trebuia un uC destul de puternic, si nu

justifica investitia in comparatie cu informatiile afisate. Tipul displayului grafic folosit este YB240128 si are ca

element principal modulul dezvoltat de Tohiba T6963C.

Pentru afisarea informatiei pe display sa utilizat o biblioteca special scrisa pentru T6963, aceasta contine mai

multe instructiuni care pot fi apelate din programul dezvoltat de mine.

Page 38: Amplificator U.S. cu LDMOS BLF188XR - tehnic.frr.org.rotehnic.frr.org.ro/wp-content/uploads/2017/05/Amplificator-U.S.-cu... · Este bine stiut faptul ca orice system de calcul functioneaza

Tin sa mentionez ca aceasta biblioteca nu a fost dezvoltata de catre mine, dar pentru a functiona pe uC-ul

AT90USB1286 a trebuit sa intervin in cod si sa fac cateva modificari, a trebuit sa redefines porturile de

comunicare si sa elimin cateva linii de program care erau specifice placilor de la Arduino.

Porturile de comunicare au fost setate in modul urmator:

#define GLCD_DATA_PORT PORTD

#define GLCD_DATA_PIN PIND //Arduino Mega Pins 49-42

#define GLCD_DATA_DDR DDRD

// control port Arduino Mega

#define GLCD_CTRL_PORT PORTC

#define GLCD_CTRL_PIN PINC //Arduino Mega Pins 37-34

#define GLCD_CTRL_DDR DDRC

# endif

// control signals

#define GLCD_WR 4

#define GLCD_RD 2

#define GLCD_CE 1 //Should be able to XNOR this with WR and RD

#define GLCD_CD 0

Pentru cei care doresc mai multe informatii, acestea pot fi consultate pe internet, eu am specificat la

bibliografie de unde am cules informatiile necesare.

Comunicarea USB

Microcontroleru AT90USB1286 are posibilitatea de a comunica serial prin protocolul UART, numai ca

producatorul placii Teensy a prevazut si un convertor USB-UART prin intermediul caruia se realizeaza

programarea uC-ului, iar ca o facilitate tot prin intermediul acestui port se poate realiza si comunicarea seriala

cu un calculator.

Aceasta facilitate am explotat-o si am preluat diverse informatii din uC pe PC prin intermediul unei aplicatii

scrise in C#. Aceasta aplicatie este in acest moment numai pentru sistemele de operare windows, ulterior am

sa incerc sa o scriu in QT sa fie compatibila si cu alte sisteme de operare.

Punerea in practica a fost destul de simplu, uC-ul transmite prin serial diverse informatii si sunt preluate de

catre PC.

Transmiterea se face cu rutina

sprintf(serial_string, "%d,%d,%d,%d,%d,%s,%s,%d,%d", stare, txrx, ant_s, banda_array[band] ,att_val,t_d,t_r,tens_a,cur_a);

Serial.println(serial_string);

Page 39: Amplificator U.S. cu LDMOS BLF188XR - tehnic.frr.org.rotehnic.frr.org.ro/wp-content/uploads/2017/05/Amplificator-U.S.-cu... · Este bine stiut faptul ca orice system de calcul functioneaza

Iar preluarea in C# se face cu urmatorul eveniment

private void serialPort_DataReceived(object sender, SerialDataReceivedEventArgs e) InputData = ComPort.ReadExisting(); if (InputData != String.Empty) this.BeginInvoke(new SetTextCallback(SetText), new object[] InputData );

Ulterior aceste variabile sunt afisate pe ecranul calculatorului. Scopul acestei aplicatii este de a oferi

posibilitatea de a interactiona cu aplificatorul de la distanta, am observat ca este o tendinta de lucru “remote”

Programul Windows

Pentru ca in zilele noastre calculatorul a nevenit o unealta utila in radioamatorism, am decis sa dezvolt si o

aplicatie care sa controleze amplificatorul si sa preia informatiile de functionare, accesibile dintro interfata

grafica (GUI).

In acest sens am dezvoltat aplicatia in .Net utilizand limbajul de programare C#, dezavantajul major este ca

aplicatia ruleaza doar in mediul Windows, dar cred ca pot aborda si o aplicatie portabila si pe sistemele de

operare Linux utilizand limbajul QT, asta ramane un task pe viitor.

Interfata grafica arata ca in imaginea de mai sus, sau utilizat biblioteci standard al limbajului C# dar si biblioteci

special create pentru a crea cadranele analogice.

Page 40: Amplificator U.S. cu LDMOS BLF188XR - tehnic.frr.org.rotehnic.frr.org.ro/wp-content/uploads/2017/05/Amplificator-U.S.-cu... · Este bine stiut faptul ca orice system de calcul functioneaza

Programul este destul de simplu acesta apeleaza o functie de conectare la portul serial de unde preia un

ARRAY care contine toate datele de functionare. Datele achizitionate astfel sunt prelucrate si afisate atat

numeric cat si graphic pentru o interpretare cat mai usoara.

O facilitate destul de utila a fost sa creez un graphic dynamic in care sa se afiseze in timp real puterea

consumata, puterea directa si puterea reflectata, aceste sunt informatii vor crea operatorului o imagine de

ansamblu asupra randamentului.

Foarte util pentru operator este si faptul ca poate controla amplificatorul din interfata grafica de pe calculator,

sa incercat sa se copieze cat mai fidel faclitatile de la bordul amplificatorului.

Programul a fost prevazut ca atat timp cat amplificatorul este in mod TX anumite functii sa fie dezactivate,

acesta este un mod de protectie, atat timp cat amplificatorul este in emisie, filtrele nu se pot comanda, etc…

Punerea in functiune

Punerea in functiune este o etapa destul de complexa din multe puncte de vedere, in cele ce urmeaza

sunt descrisi pasii urmati.

1. Primul pas a fost verificarea celor doua surse de elimentare daca furnizeaza tensiunile dorite si asigura

curentul necesar si nu introduc paraziti sau alte semnale nedorite.

2. Cum nu toti avem echipamentele necesare unui laborator radio, a trebuit sa aplezez la resursele

Facultatii de Telecomunicatii, unde cu ajutorul analizorului de spectru am aliniat filtrele trece jos. Din

pacate echipamentul respectiv nu dispune de mod de a salva carateristicile filtrelor, multumindu-ma

doar cu faptul ca sunt in parametri. Aici am acordat o atentie deosebita, pentru ca un filtru prost

executat si/sau reglat duce la o serie de probleme si neplaceri.

3. Avand la indemana analizorul de spectru am verificat si attenuatorul care s-a dovedit a fi foarte bun

pana la 30Mhz, aici imi asum responsabilitatea, pentru ca am folosit la realizarea practica a

atenuatorului rezistente THT care nu sunt ideale in RF.

4. Dupa retusarea programului am verificat daca toate comenzile functioneaza conform cerintelor,

releele functioneaza in parametri si nu sunt disfunctionalitati.

5. Am reglat pragul la ALC de cca -5V pentru Kenwood TS590s pentru o putere de cca 4w care il poate

furniza transceiverul.

6. Cred ca a fost cel mai stresant pas, punerea sub tensiune al blocului final si reglarea curentului de BIAS.

Avand in vedere ca sursa de alimentare al modulului final poate suporta un current de 40A la o

tensiune de 50V, iar pretul unui tranzistor nu este deloc de neglizat. Procedura a fost urmatoarea:

Am reglat redus la minim tensiunea de BIAS din grilele tranzistorului, facand uz de un voltmetru.

Am alimentat amplificatorul cu tensiunea de 50V prin intermediul unei rezistente de 5 Ohm, in

cazul unui scurt sau autooscilatii curentul de drena sa fie limitat.

Dupa ce am observat ca tot blocul este “stabil” am reglat curentul de mers in gol la cca 2A prin

marirea tensiunii de BIAS, bine inteles prin rezistenta de 5 Ohm.

Am eliminat rezistenta de limitare si am reglat iarasi curentul de mers in gol.

Si primul test cu RF s-a soldat cu sarcina artificiala distrusa, aceasta nu a putut suporta puterea de

400W care au fost generate de amplificator.

Page 41: Amplificator U.S. cu LDMOS BLF188XR - tehnic.frr.org.rotehnic.frr.org.ro/wp-content/uploads/2017/05/Amplificator-U.S.-cu... · Este bine stiut faptul ca orice system de calcul functioneaza

Dupa ce s-a realizat cablarea si montarea pe pozitie a tuturor componentelor s-a trecut la reglarea

tuturor parametrilor .

7. Un alt pas energofag a fost etalonarea valorilor de tensiune, current, unda directa, unda stationara,

temperatura de lucru, toti acesti pasi sau facut cu o serie de masuratori, comparii, reglaje si bine

inteles de introducerea de diverse valori de offset in program.

8. Dupa ce sau pus la punct si sau reglat toti parametrii totul s-a facut pe sarcina artificiala, urmat testul

suprem, sa il conectez la antenna, cu ajutotul anttenei tuner am fost extrem de incantat sa primesc

controle de peste 59+, cu doar 400W.

In momentul de fata s-au facut cateva zeci de legaturi in diverse benzi si moduri, iar controalele primate au

fost foarte bune, toti corespondentii au fost rugati sa fie rigurosi la toate aspectele emisiunii si nu au fost

semnalate inca probleme de modulatie sau alte aspect de corectat.