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IZ2DQB

oltre 100 messaggi sul Forum

Inserito il - 06/08/2017 : 23:19:14

Ciao a tutti,

spero possa essere di interesse.

Oggi, complice caldo torrido e banda dei 6 metri praticamente deserta (almeno in CW), mi sono divertito a fare qualche misura su un lineare a stato solido che avevo a portata di mano. Si tratta di un clone cecoslovacco basato su un noto p***et di origine italiana. E’ interessante come questo tipo di amplificatori permettano di misurare una serie di parametri da cui si possono trarre considerazioni interessanti: potenze (diretta e riflessa) tensioni (vdd sul drain) correnti (Idd e Idq) e temperatura del package del LDMOS. Una nota per le correnti: il valore letto sullo strumento del lineare comprende anche 0.5A che sono assorbiti sempre dal circuito di polarizzazione (zener + resistenza) di cui bisogna tenere conto per calcolare la vera Idd assorbita dai drain del LDMOS.

Le condizioni in cui ho fatto le misure delle grandezze sopra elencate sono state le seguenti:

dispositivo attivo: LDMOS BLF188XR

Bias: Idq = 1.5 A (valore letto circa 2.0 A comprensivo dell’ apporto del circuito di polarizzazione

alimentatore swithcing 53 V 1800W (un cinese che pero’ e’ ben filtrato, piccolo e molto stabile)

banda 50 MHz

carico antenna con RL di circa 40 dB (coefficiente di riflessione 0.007) con circa 20 metri di cavo a bassa perdita

Attenuatore 3dB a monte del p***et

Filtro passa basso e wattmetro stripline a valle del p***et

Dalle grandezze misurate si calcolano altre grandezze derivate, fra cui: potenza totale all’ ingresso dello stadio amplificatore Pt, potenza dissipata sotto forma di calore Pc (differenza fra potenza totale in ingresso e potenza RF out), rendimento dello stadio e guadagno.
Graficando le varie grandezze in funzione della potenza RF out, si notano dipendenze note e almeno una a me ignota finora. In particolare:

il rendimento dello stadio ha un massimo ben definito e attorno al 55% nelle mie condizioni di bias

il guadagno dello stadio si mantiene costante fino a circa 700W out, punto in cui comincia a comprimere sempre di piu’. Diciamo che lo stadio ha buona linearità per la SSB fino a poco piu’ di 700W. Con un bias maggiore probabilmente tale limite potrebbe aumentare (da verificare)

la potenza totale in ingresso ha un andamento crescente con la Pout, fatto abbastanza scontato

invece l’andamento della potenza dissipata come calore Pc e’ interessante e nuovo per me: la curva ha un punto di minimo relativo attorno a 650W: un punto in cui la potenza sprecata come calore viene minimizzata ed e’ di fatto minore che a Pout maggiori (questo e’ intuitivo) e anche a Pout inferiori (questo e’ interessante). Significa che l’amplificatore scalda di piu’ a 500W che non a 650W. L’ effetto non e’ eclatante ma e’ reale. Utile magari in queste giornate particolarmente fresche …

Penso che questo andamento sia dovuto al fatto che il rendimento e il guadagno hanno i punti di massimo per valori di Pout differenti fra loro: il guadagno ha il massimo a basse potenze per poi mantenersi quasi costante e cominciare a diminuire alle alte potenze, mentre il rendimento ha il massimo alle alte potenze. Questi differenti punti di massimo poi determinano un punto magico (uno sweet spot) in cui il calore generato (o meglio la potenza dissipata in calore) ha un punto di minimo relativo.

Volendo, magari ci penso il prossimo week end se la propagazione latita, si potrebbe parametrizzare tutto questo set di misure e calcoli in funzione del bias applicato (la Idq): mi aspetto che abbassando il bias il punto di compressione del guadagni si abbassi ancora, il rendimento si alzi e il guadagno si abbassi.

Allego qualche foto esplicativa. Spero possa essere di interesse a chi eventualmente voglia replicare queste misure, magari su macchine a valvole.

Ciao,
Francesco.

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Modificato da - IZ2DQB in Data 06/08/2017 23:24:02

Firma di IZ2DQB

73,
Francesco IZ2DQB.

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IW3INQ

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Inserito il - 08/08/2017 : 13:45:30

Ciao Francesco

E' molto strano che nessuno sia ancora intervenuto al tuo post a mio avviso molto interessante ...

Quello che mi sorprende è lo scarso rendimento che hai ottenuto .

Secondo la mia esperienza "poca" nel tuo caso c'è un non buono "per non dire un carrivo" adattamento, da valutare se IN o OUT e di conseguenza hai una resa bassa, oppure il dispositivo non è di prima scelta, ma su questo argomento mi sembra di aver già risposto, ormai cercare di fare distinzione se un componente è di prima o di seconda scelta non è facile e si riesce a capire solo provandolo, nel tuo caso dovresti provare a sostituirlo per curiosità.

Una domanda la Pout come la misuri ?

73 Alex iw3inq

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i1ndp

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Inserito il - 08/08/2017 : 14:09:09
Anche io non ho molta esperienza con i mosfet specie in HF ma non mi stupisce molto il rendimento del 55%. Per quello che ne so dipende molto dal punto di lavoro se ,sempre in classe AB, si polarizzano per una discreta corrente a vuoto la qualità del segnale cresce ma peggiora il rendimento. Credo che i costruttori cerchino il giusto compromesso tra le due esigenze. Mi ero invece già accorto anche io come il rapporto tra potenza di ingresso e quella di uscita non fosse costante e che il maggior guadagno non corrisponda nè al limite inferiore ne a quello superiore ma in modo vistoso e molto maggiore di quanto ci si potesse aspettare (questo in UHF e molto prima di saturare il device). nando


Regione Piemonte ~ Prov.: Biella ~ Città: magnano ~ Messaggi: 1378 ~ Membro dal: 03/07/2008 ~ Ultima visita: 23/08/2024

IZ2DQB

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Inserito il - 08/08/2017 : 15:31:08

Grazie Nando e Alex per le risposte.

Si, il rendimento e’ basso ma non anomalo per un classe AB che abbia caratteristiche di IMD buone per la SSB. In rete si trova chi dichiara rendimenti del 75% ma quando gli chiedi la Idq di bias non ti risponde piu’. La stessa NXP (o meglio Ampleon) nelle sue applicazioni raggiunge oltre il 70%, ma in classe B pura (Idq poche decine di mA) e con emissioni pulsate a basso duty cycle. Una buona fonte di notizie l’ ho trovata in una presentazione di K6YP in cui si misura un ampli con 2 BFL188XR in parallelo: in questo caso la classe e’ AB, c’e’ la presenza di un combiner dopo i p***et, c’e’ il filtro passa banda, e infatti alla fine il rendimento misurato e’ basso sui 50MHZ, non piu’ del 40%. Per inciso anche nelle misure fatte da questo OM si nota come la potenza totale in ingresso e quella dissipata in calore crescano in maniera diversa individuando anche in questo caso un punto ottimale di lavoro, anche se meno evidente rispetto al caso che ho misurato.

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Penso che come dice Nando dipenda molto dalle condizioni in cui questi LDMOS vengono fatti lavorare; del resto non sono stati sviluppati per applicazioni lineari (Ampleon nel datasheet non mi sembra che menzioni neanche misure di IMD) ma per applicazioni in classe B o C (FM) continue o pulsate.

Alex, la Pout la misuro con il wattmetro del lineare che sara’ quello che e’ ma alla fine e’ pur sempre un accoppiatore direzionale stripline opportunamente tarato.

Comunque un altro fatto interessante e’ che per qualche motivo non completamente chiaro il lineare in questione gradisce maggiormente lavorare sul carico fittizio che non su una antenna reale per quanto ben adattata. Su carico fittizio raggiunge senza problemi 950W senza che il rendimento cali sensibilmente come invece succede lavorando sull’ antenna; appena riesco magari faccio un po’ di misure anche in questa condizione. Penso che la differenza sia dovuta alla diversa condizione di carico del filtro passa banda che si riflette poi anche sul LDMOS come variazioni di carico: la antenna e’ pur sempre un sistema risonante che presenta un carico adattato solo sulla frequenza fondamentale mentre per le armoniche dispari la situazione e’ molto disadattata e questo penso faccia lavorare peggio il filtro passa banda e tutto l’ amplificatore rispetto al caso del carico fittizio che assorbe tutto, fondamentale e armoniche. Magari chi e' piu' esperto puo' confermare.

E’ interessante comunque come si possano fare valutazioni con i pochi strumenti gia’ compresi negli apparati moderni.

Ciao,
Francesco.

Modificato da - IZ2DQB in data 08/08/2017 22:37:02

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73,
Francesco IZ2DQB.

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iw5eij

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Inserito il - 09/08/2017 : 09:17:22

Molto interessante, grazie per aver condiviso queste riflessioni.

Siccome sono curioso si può sapere di che amplificatore si tratta? Se ciò non comporta problemi.

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IZ2DQB

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Inserito il - 09/08/2017 : 10:47:47

Ciao Leonardo,

ti ho mandato un messaggio privato.
Comunque se cerchi TAJFUN1000 su google, trovi un po' di notizie.

Ciao,
Francesco.

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73,
Francesco IZ2DQB.

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IW3INQ

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Inserito il - 09/08/2017 : 14:03:03

Buon giorno a tutti

Francesco

Dal tuo ulteriore test che il PA sul carico fittizio rende meglio ribadisco il mio concetto che c'è qualcosa che non è al 100%
Gentilmente se riesci fai tutti i test su carico fittizio e vediamo che esce fuori.

73 Alex iw3inq

P.s. Volevo precisare che non ho nessun interesse con la ditta in questione ma è sola curiosità visto che se ne sentono di tutti i tipi sugli SSPA in genere .

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IZ2DQB

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Inserito il - 09/08/2017 : 22:06:24

Ciao Alex,

si, appena posso lo rimisuro per bene con il carico fittizio, penso questo week end. I dati che ho per ora (con il carico fittizio) sono i seguenti, ma sono stati fatti con un bias diverso rispetto alle misure precedenti in antenna.

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Ho visto che e’ cosa nota che i PA con uscita a larga banda possono avere comportamenti differenti fra carico fittizio e antenna. Ad esempio Julian (VA3IUL, http://www.qsl.net/va3iul) dice:

When in saturation, a nonlinear PA’s gain, efficiency, and linearity are most affected by the reflections of its own harmonics back into its output port. These reflections are caused by the next stage, which will normally be a band-pass or low-pass filter, as well as an antenna.

Diverso discorso dovrebbe applicarsi ai PA con circuito di uscita accordato come i valvolari.

Ciao,
Francesco.

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73,
Francesco IZ2DQB.

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IZ2DQB

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Inserito il - 13/08/2017 : 21:32:11

Ciao a tutti,

Come detto, oggi, anche a causa del deserto sui 6 metri, ho fatto lo stesso set di misure gia’ fatto in precedenza ma con l’ampli collegato al carico fittizio. La potenza massima ottenibile e’ decisamente piu’ alta (965 W, dopodiché’ l’alimentatore va’ in crisi) e il picco del rendimento si sposta a potenze piu’ alte rispetto al caso precedente. Anche il punto di compressione a -1 dB della curva del guadagno viene raggiunto a potenze di uscita piu’ alte. Questo ampli gradisce quindi lavorare sul carico fittizio piuttosto che su un carico reale che, per quanto ben adattato e puramente resistivo alla frequenza fondamentale, e’ pur sempre reattivo sulla terza armonica e superiori. Questa differenza di carico porta a un disadattamento del filtro passa basso che poi si riflette anche sul MOSFET.
Se interessa riporto di seguito i grafici che riassumono le misure nei due casi.

Con antenna:

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Con carico fittizio:

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Comunque e’ cosa nota che la potenza dissipata in calore non cresca linearmente con la potenza di uscita RF: ad esempio per un classe B puro, la potenza dissipata ha un massimo per poi diminuire a potenze piu’ alte. La curva e' quella indicata con Pdis nel grafico qui sotto:

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Addirittura per un classe A la potenza massima dissipata si ha senza uscita RF e diminuisce all’ aumentare della potenza di uscita RF. Nei casi reali di classi AB che lavorano su carichi parzialmente reattivi e’ possibile che la potenza dissipata assuma dei punti di minimo locali in cui viene minimizzata. Vale la pena magari di ricercare questi punti di lavoro in cui di sicuro l’amplificatore lavora con il minimo stress termico in rapporto alla potenza out.

L’effetto e’ comunque sicuramente reale: a riprova ho misurato l’aumento della temperatura del dissipatore a seguito di una sequenza di trasmissione standard fissa (CQ DE IZ2DQB IZ2DQB K in CW) partendo sempre dalla stessa temperatura iniziale del dissipatore (37C):

Pout= 460W innalzamento temperatura = 8.5C
Pout= 620W innalzamento temperatura = 8.2C
Pout= 700W innalzamento temperatura = 8.4C

Si ha quindi un minimo a 620W out dell’ aumento della temperatura a conferma che questo e’ un punto di minimo per la potenza dissipata. Per potenze out superiori a 800W l’aumento della temperatura e’ sensibilmente maggiore, mentre per potenze inferiori a 400W l’aumento di temperatura e’ minore ma non di molto.

Un altro punto interessante e’ il punto di compressione a -1 dB del guadagno: con il carico fittizio l’ampli e’ lineare fino a quasi 900W mentre con l’antenna bisognerebbe limitarsi a 750W/800W massimi, almeno con la SSB. Del resto come si legge nella bibbia degli SSLA di Helge Granberg se un dispositivo e’ stato caratterizzato per un certo rating di potenza out in applicazioni non lineari (tipo classe B o C impulsata) allora se lo si vuole usare in applicazioni lineari (SSB) bisognerebbe limitarsi a un terzo della rating massimo del dispositivo: per il BLF188XR questo si traduce in 1400W di potenza massima out in classe B con emissione pulsata a basso duty cycle, che non dovrebbero essere piu’ di 600W/700W in SSB.

Ciao,
Francesco.

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73,
Francesco IZ2DQB.

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IW3INQ

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Inserito il - 15/08/2017 : 00:24:37

Ciao Francesco

Ottime analisi quelle che hai fatto.

Ma una domanda il prodotto che stai "testando" si tratta di un SSPA commerciale hf + 6 m ?
Se cosi fosse i stessi test li farei in 20 m

Devo terminare un lavoro e poi mi meteròo a finire un SSPA con il "vecchio" ma collaudato 1K25 per le HF + 6 m

Grazie per la risposta

73 Alex iw3inq

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IZ2DQB

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Inserito il - 15/08/2017 : 20:09:05

Ciao Alex,
si, e’ un prodotto commerciale ma e’ un monobanda per i soli 6 m. Si tratta del TAJFUN1000 di costruzione slovacca, la versione solo 6 m e con il dissipatore piccolo (esiste anche una versione con dissipatore maggiorato).
Sostanzialmente si tratta di un p***et italab con filtro passa basso e wattmetro direzionale (potenza incidente e riflessa), 2 ventole assiali a velocita’ variabile, un alimentatore switching Eltek da 1800W, rele’ e scheda di protezione e controllo. L’ interfaccia grafica e’ molto bella con un LCD touchscreen che da’ molte informazioni. Praticamente e’ un assemblato di pezzi di varia provenienza, ma abbastanza ben fatto: il costo per watt e’ difficilmente battibile (sotto i 2 euro /W).

Il punto debole e’ che scalda parecchio e in queste giornate bisogna starci attenti: in CW e’ facile far salire la temperatura del dissipatore sopra i 50C. A quella temperatura le 2 ventole lavorano a piena velocita’ e dissipano un bel po’ di calore ma bisogna comunque starci attenti.

Comunque volendo restare in ambito di autocostruzione, in rete ho visto le schede di protezione e controllo della Helitron che sono interessanti. Tra le altre informazioni, calcolano anche il rendimento dell’amplificatore in tempo reale senza bisogno di fare i calcoli vari a mano. La grafica e’ carina.

Ciao,
Francesco.

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73,
Francesco IZ2DQB.

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IW3INQ

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Inserito il - 17/08/2017 : 12:13:08

Ciao Francesco

Ok capito di che prodotto stai parlando ... conosco abbastanza bene quel tipo di p***et, e per questo mi "permetto" di confermarti che secondo me c'è qualcosa che non va bene ...

Il rendimento è troppo basso in un SSPA monobanda per un semplicissimo fattore che tutto "dovrebbe" essere progettato per lavorare in una porzione di freq. ben devinita "trasformatore IN e OUT.
Diversamente se si parlasse di un prodotto a largabanda tipo hf e 6 m allora sono d'accordissimo che il 6 m il rendimento cala "ma qui ancora non ho molta esperienza" e non posso confermarlo con dati reali.

73 Alex iw3inq

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IZ2DQB

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Inserito il - 17/08/2017 : 22:12:07

Ciao Alex,

preciso una cosa: l' ampli e' monobanda, nel senso che opera solo sui 6 metri e ha il filtro passa basso solo per questa banda. Ma il p***et e' a larga banda per le VHF: di fatto e' lo stesso che viene usato anche per banda commerciale FM e per i 2 metri. Quindi non ha circuiti accordati sui 6 metri o simili ma e' di fatto un larga banda.

In ingresso c'e' un trasformatore 4:1 con presa centrale. In uscita c'e' un trasformatore a linee di trasmissione sempre 4:1 in cavo coassiale da 12 ohm seguito da un balun 1:1 sempre a linea di trasmissione.

In queste condizioni, efficienze del 55% / 60% ci stanno tutte, a valle del filtro.

Per inciso, se non ho fatto male i conti la configurazione dell' uscita con rapporto 4:1 carica i drain con un' impedenza che non e' quella ottimale per avere 900W di uscita a Vdd= 53V. Probabilmente un rapporto 9:1 sarebbe stato meglio anche se di piu' difficile realizzazione pratica.

Ciao,
Francesco.

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73,
Francesco IZ2DQB.

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