Налаживание УМ на IRF640

[rn3aus]

Приветствую, коллеги!
Собрал новый усилитель мощности: TDA2030 + оконечник на 4-х IRF640 (класс D, с токовым питанием через индуктивность от общей точки первичной обмотки выходного трансформатора), все по схемам от OM2TW и RA3YO. Столкнулся со следующими проблемами:
1. TDA2030 стала самовозбуждаться на ВЧ (около 15 МГц!). Частично поборол введением антипаразитной цепочки 1 Ом + 10нФ с выхода микросхемы на землю. Однако небольшой паразитный звон (маленькая борода на полезном сигнале) остался. На вход ТДАшки подаю сигнал 100-200 мВ, далее выходной сигнал ограничивается. Еще планирую зашунтировать вход микросхемы на землю емкостью порядка 1 нФ. От 12 В такой драйвер без входного сигнала ест 20 мА, с поданным сигналом порядка 200 мА.
2. Каков должен быть по своим моточным данным переходной трансформатор между ТДА и каскадом на IRFках? Первоначально намотал на кольце 20х7х7 (примерно) 1500НН как на схеме RA3YO: 18 витков первичная и 2х11 вторичная. Однако IRFки особо не открывались, видимо напряжения на затворах  было маловато (на выходе TDA имеем размах около 10 В, трансформатор понижающий, получается размах 6 В, то есть +-3 В - это мало). Перемотал: первичка 4 витка, вторичка 2х12 витков. Теперь на затворы приходит до +- 15 В, полевики открываются, видны импульсы большие на выходной обмотке. Ток потребления без нагрузки не очень большой - все вместе 500 мА, ничего не греется.
3. Подключил нагрузку на выходную обмотку трансформатора - резистор 10 Ом х 5Вт. Пошло потребление тока! (12 В - 3А). Несколько нагреваются выходные транзисторы на радиаторах (теплые). А вот TDA (на небольшом радиаторе)и дроссель питания выходного каскада - быстро нагреваются и становятся горячими! Нагрузка тоже нагревается, но не так сильно как хотелось бы - можно трогать пальцем. Увеличиваем напряжение питание до 18 В - ток не растет. 
4. Наблюдаем форму сигнала на нагрузке - серия коротких импульсов вместо ожидаемой синусоиды.  Точнее, есть небольшого уровня синусоида (размах вольт 10) и на ней сидят могучие острые импульсы-выбросы вверх и вниз гораздоо большей амплитуды.
5. При выключении входного сигнала на выходе тоже ничего нет.
Минимальная амплитуда входного сигнала, когда есть сигнал на выходе - несколько десятков милливольт.
О конструкции трансформаторов.
Переходной: К20х7х7 1500НН, I - 4витка,намотана на одной стороне кольца в виде сектора; II - 2х12 витков, намотаны сложенным вдвое проводом в оставшейся части кольца.
Выходной: К40х10х8 (примерно) 1000 НН, I - 2х5 витков сложенного вдвое провода, намотана поверх вторичной, распределена равномерно по кольцу. II - 39 витков, намотка по всему кольцу виток к витку.

Итак, помогите советом, pse:
а) Какую амплитуду нужно подавать на затворы IRFок, чтобы они хорошо открывались и закрывались?
б) Каков должен быть переходной трансформатор в моем случае? Не нужно ли увеличить количество витков в обмотках?
в) А конструкция выходного трансформатора?
г) Дроссель в цепи питания вых каскада - какой он должен быть? У меня 15 витков провода на стержне 8 мм диаметром и длиной около 25 мм.
д) Что-то еще?

Хочу 150 Ватт    73!

[rn3aus]

Для наглядности схема

[ew6gb]

Александр, привет.
Молодец, что уже РА склепал. В переходном трансе явно придется увеличивать количество, т.к. при таком сердечнике и 4-х витках индуктивное сопротивление может быть и маловато. Отсюда и нагрев ТДАшки. У меня применен отдельный трансформатор на выходе 2030 для согласования.
Соотношения витков не помню (подбирал экспериментально и давно) , но скоро, на днях, пойду ремонтировать усилитель и посмотрю.
На затворах достаточно вольт 10-12. Синусоиды на выходе не будет. Это плата за КПД.
Выходной трансформатор - довольно ответственный узел. Если нет хитрых колец 3с85, можно с небольшим ухудшением использовать сердечники от строчников мониторов. Посмотри http://g0mrf.com/300w.htm  Там есть и про них. И тут http://g0mrf.com/images/300w/PA_schematic.jpg 

[ua0aet]

to RN3AUS
Если возможно фото сигнала в цепи стока.

[rn3aus]

Перемотал переходной трансформатор и впаял конденсатор 650 пф со входа тда на землю. Завтра испытаю и попробую сфоткать сигналы на осциллографе. Сегодня же закончил мотать вариометр-ведро, получилось 3.8-6.4 мГн.

[rn3aus]

Налаживание УМ успешно продвинулось!
В драйвере ТДА внесенные изменения (установка конденсатора 650 пф со входа микросхемы на землю и перемотка переходного трансформатора - кол-во витков в обмотках увеличено в три раза: 12 и 2х36) избавили от самовозбуждения и перегрева.
С выходным каскадом пришлось поэкспериментировать. Пришел к выводу, что наблюдающиеся хаотические импульсы-выбросы это возбуд. После попыток введения антипаразитных цепочек резистор+конденсатор со стока на затвор (10 нф+180 Ом) и со стока на землю (4,7 Ом + 10 нф) явление несколько уменьшилось, но не особенно. Кардинально решилась ситуация после установки конденсатора 2,2 мкф (керамического) со средней точки выходного трансформатора на землю! Самовозбуждение исчезло, на выходе красивый сигнал. При этом получилось, что схема из класса "коммутация тока" перешла в класс "коммутация напряжения".
При работе на нагрузку 50 Ом потребляется от 12 В ток в 5 А (больше не дает блок питания). Резисторы нагрузки горячие и дымятся, все остальное (транзисторы, дроссель и т.д) еле теплое. Судя по напряжению на нагрузке, мощность получилась около 50 Ватт.
Затем подключил резонансную нагрузку: один конец трансформатора на землю, к другому выводу катушку-вариометр и дальше антенну. Строю в резонанс - он острый, но ток потребляется всего 1,5 А. Неонка ярко горит на расстоянии 20 см от катушки. Неприятно, что по мере изменения настройки чуть перейдя через резонанс (только не отметил в какую сторону - когда индуктивность становится больше чем нужно или наоборот) происходит срыв в возбуд - снова хаотические выбросы заполняют экран осциллографа, от трансформатора (то ли выходного, то ли от переходного) идет шипящий шум. Вращаем вариометр немного в  обратную сторону - нормальная работа восстанавливается.
Итак, мне нужно теперь решить вопрос согласования УМ с резонансной нагрузкой и вопрос возбуда при этом. И еще хотелось бы побороть "ступеньку" в выходном сигнале. Может быть стоит подать небольшое положительное напряжение на затворы?
Прилагаю фотки - вид сигнала на нагрузке 50 Ом через делитель 1:10 (обратите внимание на "ступеньку" - когда сигнал на затворах меньше нескольких вольт, оба плеча УМ закрыты), вид самого усилителя и вид DDS на AtTiny2313 (по EW6GB - tnx!).
Какие будут советы? Не нужно ли еще подключить электролит большой емкости от средней точки выходного трансформатора на землю? Бороться ли со "ступенькой"? Не соединить ли стоки обоих плечей через цепочку 4R7+4.7 нф, как это сделано в киловатном усилителе одного из английских коллег?

[ew6gb]

Приветствую, Александр!
Для согласования с антенной тоже пошаманить придется. Все зависит от сопротивления земли (собственно с ним и согласовываем . Транс выходной можно сделать с отводами и не ограничиваться 39-ю витками на "последней миле", а сделать больше. Стандартный галлетник позволяет до 11 отводов. Вот так и получится согласование - переключаем, измеряем ток в антенне и т.д. Ну и 12 Вольт и 5 А очень даже хорошо. Повысишь напряжение и будет заветная мощность. Уже готовлюсь к QSO с тобой. 73! ГБ

[ua0aet]

Форма сигнала, согласно режима работы каскада.
Колебательный процесс в закрытом транзисторе пока невелик.
Когда мощность будет доведена до желаемой, тогда может и возникнуть
необходимость в RC цепочке со стоков на землю.
Хотя эти цепочки более актуальны при раскачке прямоугольными импульсами.
Не обязательно, но возможно, перевод каскада из режима D в режим В или AB,
приведет к возбуждению каскада.
Наверное надо сначала довести выходную мощность до желаемой на реальной нагрузке,
а далее по ситуации.
То что при реальной нагрузке ток мал, говорит о том, что приведенное к выходным транзисторам,
входное сопротивление антенны велико. Тут надо двигаться двумя путями.
Первое увеличивать  число вторичной обмотки трансформатора.
Второе уменьшать число витков первичной обмотки.
Выходной трансформатор в своем усилителе, я сначала изготовил с некоторой избыточностью по
виткам как в первичной так и во вторичной обмотке. Певичная обмотка изначально состояла из 2х6 витков,
в финале 2х2 витка, правда при размере сердечника 78х44х50.

[rn3aus]

Спасибо, друзья, за советы!
Сегодня, после экспериментов и изучения описаний английских аналогичных УМ ввел таки антипаразитную цепь Зобеля между стоками плеч выходного каскада. От этого убралась мелкая колебательность. Еще, на всякий случай, стоки подключены на землю через 2,4 нф.
Исследовано поведение УМ при различных нагрузках. Вот что получилось:
- 50 Ом : 13 В 5 А, на нагрузке мощность 58 Вт
- 100 Ом: 17 В (кажется, точно не записал), ток 5 А, на нагрузке 75 Вт.
- 220 Ом: 30 В и 3,3 А, на нагрузке 90 Вт.
Во всех этих случаях форма сигнала оставалась приемлемой, в самом УМ ничего не греется, только минирадиатор ТДА теплый.
Уменьшаем нагрузку: на 20 Омах и тем более на 10 Ом потребляемый ток быстро растет с увеличением напряжения питания и достигает 5 А (больше лабораторный БП не дает) уже при 10 В и где-то 6,5 В соответственно. Особенно неприятно, что форма сигнала начинает сильно искажаться - импульсы напряжения получают провал в середине, раздваиваются, а затем и вовсе начинается хаотический шум, слышимый как шипение из переходного трансформатора. ТДА становится горячей. То есть происходит шумовое возбуждение на низкой частоте (так как его в том числе и слышно). На осциллографе виден хаос из коротких импульсов различной амплитуды, длительности и периода повторения. Как бороться пока не придумал.
Теперь исследуем реактивные нагрузки - на индуктивность работает хорошо, красивые трапецевидные импульсы почти без звона. На емкость хуже - появляется колебательная "борода" на импульсах. При подключении к вариометру ("ведру") с антенной вдали от резонанса красивые импульсы, ток не жрется, меньше ампера. Подходим к резонансу- импульсы теряют форму, начинают хотеть раздваиваться, появляется колебательная борода, но и ток идет побольше, 2-2,5 А от 18 В. Неонка горит в руках. Меняем способы подключения к катушке,разные отводы - в целом картина аналогичная. Где коэффициент включения меньше, там появляется злая колебательность и даже самовозбуждение со свистом. Где катушка сильнее включена (отвод от большего числа витков), там картина получше, но ток потребляется меньше.
В следующий раз изготовлю, пожалуй, трансформатор на еще одном кольце с отводами как от первичной, так и от вторичной обмотки и галетники - будет согласующее устройство.
Мыслится выход УМ подключить к моему имеющемуся хорошему ФНЧ, так как он рассчитан на входное и выходное сопротивления в 50 Ом должно быть хорошее совпадение с выходным сопротивлением УМ. На выходе ФНЧ для согласования с ведром и антенной - трансформатор с переключением коэф-та трансформации. Думаю, так достигну нормальной работы.
Чтобы попробовать полную мощность, мне нужно еще изготовить БП, но вроде все необходимое есть, надеюсь за неск дней справиться.
Никто не присоветует, как бы мне избавится от шумового НЧ возбуждения?

PS Вообще я приятно удивлен, насколько хорошо работает режим Д! Нагрузка дымится, а транзисторы еле теплые!

[ua0aet]

Наверное первичную обмотку имеет смысл подобрать, исходя из напряжения
источника питания и мощности, а регулировку мощности осушествлять изменением
количества витков вторичной обмотки.
Слишком много органов управления, тоже не лучший вариант.

[rn3aus]

первичную обмотку имеет смысл подобрать, исходя из напряжения
источника питания и мощности, а регулировку мощности осушествлять изменением
количества витков вторичной обмотки

Это речь идет о согласующем трансформаторе, который я собираюсь сделать? Я вот что думаю: если вторичная обмотка выходного трансформатора содержит 39 витков, то не должна ли первичная обмотка согласующего транса также содержать 39 витков (кольца одинаковые)?

[ra3yo]

первичную обмотку имеет смысл подобрать, исходя из напряжения
источника питания и мощности, а регулировку мощности осушествлять изменением
количества витков вторичной обмотки

Это речь идет о согласующем трансформаторе, который я собираюсь сделать? Я вот что думаю: если вторичная обмотка выходного трансформатора содержит 39 витков, то не должна ли первичная обмотка согласующего транса также содержать 39 витков (кольца одинаковые)?

При небольших мощностях ток во вторичной обмотке 0.5-2 А, а в первичной: 5-20А, соответствующее соотношение витков в  обмотках должно быть.

[rn3aus]

Продолжение эпопеи.
Изготовил автотрансформатор с отводами и галетником. Испытал. Оказалось, напрасно старался. Выяснилось, что мой усилитель неустойчиво работает на реактивную нагрузку - чуть добавишь питания и все, начинается хаотический шум. На активную нагрузку нормально. Попробовал свой ФНЧ - плохо, возбуждается. Никак не удается перешагнуть мощность в 50 ватт.
Пока наилучшим остался вариант подключения удлиняющей катушки непосредственно к "горячему" выводу выходного трансформатора, второй его конец на заземление. Видимо, придется делать, как и у других моих коллег, выходной трансформатор с отводами (не хотелось переделывать первоначальную конструкцию).
Попробовал ввести цепочки ООС со стоков на затворы. Вместо шумового возбуждения теперь имею "тональное": импульсы выходного напряжения имеют провал, раздваиваются, глубина провала плавно меняется от импульса к импульсу (огибающая этого процесса имеет частоту примерно 10 кГц, ее слышно). Может быть, поможет экранирование всего, укорочение проводов и шунтирование входа дросселем на землю.
Итак, на сегодняшний день имеем устойчивые 30-40 Ватт на резонансной нагрузке. Это мало.
Для чего пишу - может быть, кто-то тоже будет делать такой усилитель, по крайней мере будет знать о подводных камнях. Если удастся довести до ума, выложу файлы с его окончательной схемой и конструкцией.
73!

[ew6gb]

Александр, попробуй еще  для очистки совести выкинуть дроссель, а на средний вывод первичной обмотки подать питание. Конденсаторы об землю, естественно остаются. 

[rn3aus]

Да, Андрей, нужно проверить эту версию с дросселем, больше уже ничего не остается, а он может пожалуй вызвать эти зловредные колебания.
Что сделано на сегодня:
- установлены цепочки ООС со стоков на затворы.
- установлен дроссель (7 мГн, на колечке, выпаян откуда-то) как шунт по входу схемы на TDA.
- уменьшены номиналы входной и выходной разделительных емкостей в каскаде на ТДА.
Таким образом, усилитель оброс всевозможными защитами и это дало положительный результат - при работе на 50 Ом и на реальный вариометр с антенной достигнута устойчивая мощность 80-90 Вт. Больше получить от БП не удалось.
Некоторая нестабильность сигнала на большой мощности объясняется, возможно, наводками от вариометра, стоящего тут же рядом.
На завтра планирую:
- исключить дроссель питания.
- сделать таки отводы в выходной обмотке, так как ощущается недостаточное согласование.
И потом все конструктивно оформить в виде модуля и заэкранировать.
Повещал в эфир в DFCW-3 и QRSS-3 на 137730 и в DFCW-60/120 и QRSS на 137779. Сигнал QRSS-3 DFCW-60 обнаружен на граббере Андрея RN3AGC, между граббером и мной было 150 км.