40瓦调频(FM)广播射频功率放大电路
此放大器是依据Marconi的网页(一个为调频广播设计的40瓦宽频VHF无线电功率放大器)编译而成。电路的指标和特点:
40W 输出功率
88-108 MHz 频率范围
20dB 增益
+28V 3A DC电源
效率高(70%,MOSFET AB类放大器)
元件少
输出低通滤波器 (LPF)
电路图
元件清单:
编号 | 元件参数及描述 | FEC 型号(注1) | 数量 |
C1, C2, C4 | 5.5 - 50p 小型瓷介微调电容 | 148-161 | 3 |
C3 | 100p 50V 瓷介电容 (NP0) | 896-457 | 1 |
C5, C6, C7 | 100n 50V 瓷介电容 (X7R) | 146-227 | 3 |
C8 | 100u 35V 电解电容 | 667-419 | 1 |
C9 | 500p 500V 高频电容 (metal clad 注2) | 1 | |
C10 | 1n 穿线电容 | 149-150 | 1 |
C11 | 16 - 100p 云母微调电容 (Arco 424) |
1 | |
C12 | 25 - 150p 云母微调电容 (Arco 423 或 Sprague GMA30300) |
1 | |
C13 | 300p 500V 高频电容 (metal clad 注2) | 1 | |
C14, C17 | 25p 500V 高频电容 (metal clad 注2) | 2 | |
C15, C16 | 50p 500V 高频电容 (metal clad 注2) | 2 | |
C18 | 100n 200V 瓷介电容 | 1 | |
L1 | 64nH 电感 用直径1.2mm漆包线绕成的空心线圈 直径6.5mm 4匝 拉长到8mm | 1 | |
L2 | 25nH 电感 用直径1.2mm漆包线绕成的空心线圈 直径6.5mm 2匝 拉长到长4mm | 1 | |
L3 | 在6孔磁珠上用直径0.7mm漆包线绕2.5匝 | 219-850 | 1 |
L4 | 210nH 电感 用直径1.2mm漆包线绕成的空心线圈 直径6.5mm 8匝 密绕长约12mm | 1 | |
L5 | 21nH 电感 用直径0.8mm漆包线绕成的空心线圈 直径4mm 3匝 拉长到10mm | 1 | |
L6 | 41nH 电感 用直径0.8mm漆包线绕成的空心线圈 直径4mm 4匝 拉长到6mm | 1 | |
L7 | C10处套在电源引线上的两个磁珠 | 242-500 | 2 |
L8, L10 | 100nH 电感 用直径1.2mm漆包线绕成的空心线圈 直径6.5mm 5匝 拉长到8mm | 2 | |
L9 | 115nH 电感 用直径1.2mm漆包线绕成的空心线圈 直径6.5mm 6匝 拉长到12mm | 1 | |
R1 | 10K 0.5W 可调电阻(电位器) | 108-566 | 1 |
R2 | 1.8K 0.5W 金属膜电阻 | 333-864 | 1 |
R3 | 33R 0.5W 金属膜电阻 | 333-440 | 1 |
D1, D2 | BZX79C5V6 5.6V 400mW 稳压二极管 | 931-779 | 2 |
TR1 | MRF171A (Motorola) 射频功率MOSFET | 1 | |
SK1 | BNC 插座 | 583-509 | 1 |
SK2 | BNC或N型插座 | 310-025 | 1 |
16 x 60 x 89mm 3.4°C/W 散热器及风扇 | 170-088 | 1 |
注释:
FEC 型号仅供参考。
Metal clad 高频电容具有电感极小的短粗引线。
输入电路的电感线圈可以更小,但为了制作方便,采用了和输出电路同样大的线圈。
放大器照片
组装
准备一块 100 x 85mm 的双面印刷电路板(PCB)。
钻一个FETFET功率管可穿过的孔。
在PCB上钻4-6个孔,以将PCB固定在铸铝屏蔽盒中。
设计好如何装置、固定散热器及其风扇。
在铸铝屏蔽盒上设置电源、输入、输出所需要的插座孔。
参考上照片和电路图在PCB割出焊接区。PCB的背面和正面大部分面积是地线。
焊接元件。
将输出低通滤波器部分用铜片(或印刷电路板)与放大电路部分屏蔽隔离开。
输出低通滤波器的作用:滤波器是用来过滤高次谐波的,以减少对临近电台造成的干扰,这对大功率射频输出相当重要。例如,假设三次谐波的幅度比是-30dB。当放大器是1W时谐波功率是1mW,不算什么;但当放大器是40W时谐波功率就是40mW,干扰就是问题了。本电路的谐波抑制大于50dB。如果你不涉及干扰的问题,可以不用输出低通滤波器。
调试
偏置调整:
输入端用50欧姆电阻短路(注意:此电路在未接输入的的情况下会自激振荡),将所有可变电容调到中间,将R1调到电压最小。接上+28V电源,此时的电流应该是14mA左右。调整R1使供电电流为115mA。如果你发现电流突然增加很多,说明电路自激振荡,需要多加屏蔽隔离。
输入输出匹配调整:
推荐设备:
限流电源 (+28V, 3A)
50W VHF 假天线负载
500mW-1W FM 发射机
RF 40dB衰减器
RF 功率表
RF 频谱仪和网络分析仪
如果你有RF频谱仪和网络分析仪,可使用这些仪器调整。没有这些仪器也不要紧;在输入端通过FM发射机加入500mW-1W的射频信号,在输出端接一个50W假负载,并通过一个40dB衰减器用一台RF功率表测量输出功率。如果你没有RF功率表,干脆就用右面的检波电路测量监测点的电压。设定发射机的发射频率,调节微调电容C1、C2、C4、C11、C12,使放大器的输出功率为最大。
驻波保护(SWR Protection)电路
这是一个容易制作的简单驻波保护电路(SWR protection circuit)。定向耦合装置和探测装置是来自于一个旧的VHF驻波表(SWR meter)(10美元的便宜货)。发光二极管显示驻波比(SWR ratio)。当驻波比达到约为3时,继电器就会启动,切断进入放大器的RF输入。
驻波保护电路图
驻波表探测部分的照片。
其它射频放大电路及模块
- 6瓦调频(FM)广播放大器 (一级放大电路,增益只有10dB)
- 基于飞利浦BGY33/BGY133的20W放大器 (如能找到BGY33,这个电路很是简单实用!)
- 基于Motorola MFR240的40W放大器 (和以上的Marconi电路相比,优点是12V电源电压,缺点是电路有两级。)
- 基于TP9380的75W放大器 (TP9380可能比较难找。)
- Motorola MHL8018 0.4W 18.5dB 40-1000MHz (pdf)
- Motorola MHL8115 1W 17.5dB 40-1000MHz (pdf)
- 东芝 S-AV7 30W 20dB 10-148MHz (pdf)
- 东芝 S-AV17 50W 20dB 10-148MHz (pdf)
- 东芝 S-AU50M 10W 20dB 50-450MHz (pdf)
- 东芝 S-AU68M 10W 26dB 50-450MHz (pdf)
- 东芝 TA4002 小功率 20dB 10-1300MHz (pdf)
注:图中关于电感线圈的说明,如“3 turns #18 1/4" ID”的意思是用18号漆包线绕成直径1/4英寸、3匝的空心线圈。18号漆包线直径为1.2mm;22号漆包线直径为0.7mm。
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