Blokdiagram:
Rævesender til 1825KHz med 10W Klasse E PA.
Amagerafdelingens gamle rævesendere har længe været udtjente p.g.a alder. Så efter at vi med en del succec har bygget et antal rævemodtagere er turen kommet til at bygge en ny moderne sender.
Kravene kan listes som følger:
- Op til 10W output
- Lavt strømforbrug
- Batteridrevet
- 3-4 timers driftid
- Nøglekredsløb og tidstagning styret af en u-Controller
- Antennetuner der kan tilpasse en kort trådantenne
- Vandtæt
- Krystalstyret
PA trinnet
Hvis vi starter med at kigge på senderens PA trin , så er det muligt at få en høj virknings grad , og dermed lavt strømforbrug , ved at vælge et PA trin der kører i klasse C, D eller E.
Efter at have kigget på de forskellige muligheder faldt valget på klasse E.
Denne type forstærker består af en transistor/FET som virker som en omskifter der enten er åben eller lukket med en duty cycle på 50%. Spolen L1 mellem DC forsyningen Vcc og transistoren har en høj impedans på arbejdsfrekvensen. Netværket C1, C2 og L2 former spændings og strøm-kurven således at der ikke er overlap mellem spænding og strøm, dermed kan der teoretisk opnås 100% virkningsgrad. I praksis vil der være tab fra ikke ideelle kondensatorer , switch transistoren og tab i spolerne. En ulempe er dog at collector/drain spændingen vil være 3-4x gange Vcc, så transistoren der bruges skal have en relativ høj breakdownspænding.
Som Switch har jeg valgt en IRFZ24NPbF, fordi den lå i skuffen og har nogle specifikationer der kan opfylde vores krav. De vigtigste er Vdds=55V,RDson=0,07 ohm, ID=17A. Den populære IRF510 kan sikkert også bruges. Som forsyningspænding har jeg valgt at bruge 10V DC, mere om det senere. For at bestemme værdierne R/C/L findes der formler i denne artikel:
N. Sokal’s “Class-E RF power amplifiers”, published in QEX Jan/Feb 2001 . Men der er også en genvej ved at benytte en online calculator på dennne adresse:
https://people.physics.anu.edu.au/~dxt103/calculators/class-e.php
For Q=5,VCC=10,Vo=0,F=1825,P=10.4W,L1=0.047 fås :
RL=5 ohm, C1=3.8nF,C2=4.7nF, L2=2.2uH. L4/L3 ratio=3.1.
L1 er valgt til 47uH (ZL1=538 ohm), for C1 vælges 3.3nF da MosFET’ens output capacitet skal medregnes.
L2 består af 18vind med Ø 0.5mm laktråd på en T50-2 jernpulverkerne.
C1 og C2 skal begge være en type med lave tab (lav tan. d) . Det kan være styroflex eller propylen typer.
Udgangsimpedansen er 5 ohm så jeg har viklet en transformator der stepper op til 50 ohm.
Forholdet for vindingerne på L4/L3 = 3.1
L4 skal have en impedans der er større end 50 ohm,så jeg har valgt 36vind med ø 0.5 mm tråd på en T68-2 jerpulver kerne, det giver ca 8uH og ZL4=90 ohm.
L3 laves med 11.5 vind med en Ø 0.8mm tråd.
Nu kan PA diagrammet tegnes
Forbind 50 ohm dummy load og power meter til J1. Exiter signal med ca 6V pp firkant på 1825kHZ forbindes til J2. Power supply 10V sættes til Vcc.
Strømforbruget bør nu være ca 1A og output power omkring 10W.
En eventuel finjustering kan gøres ved at skubbe tråden på L2 tættere sammen eller modsat – med større mellemrum.
Prøv også at mærke eller måle temperaturen på komponenterne, de må ikke blive varme , især C2/L2 kan blive varme hvis der er tab i dem.
Jeg har målt følgende på prototpyen:
Pout=9.5W
Vcc=10V , Idc=1.06A => PDC=10.6W
Effektivitet= 9.5/10.6= 89%
2nd harmonic= -18dBc
Transistoren bliver ikke varm og behøver ingen eller kun en lille køleplade.
På billedet herunder ses typiske kurveformer:
Blå: Gate input
Gul: Drain voltage
Pink: Output voltage
PA Driver
Driveren til PA trinnet består af en digital kreds med 4 nand gates, en 74HC00. Der er valgt 74HC serien fordi de kan køre på lidt højere spænding nemlig 6V. For at kunne drive den høje gate indgangs kapasitet på PA FET’en er 3 nand gates koblet i parallel. Den sidste gate bruges til at gate clocksignalet med key signalet fra MCU’en.
1825KHz Oscillator
Som oscillator har jeg lavet to forskellige løsninger , den ene er en digital oscillator lavet med en cypress kreds CY22801 der deler en tilfældig xtal frekvens ned til 1825KHZ, det er samme løsning som bruges i amager rævemodtageren, blot er deleforholdet ændret.
Den anden løsning består af en traditionel 1825 xtal oscillator, efter samme princip som i den originale EU79 modtager.
Strømforsyning
Strømforsyningen består af 3 LiOn batterier som i serie giver nominelt 11.1 V. Batterierne er forbundet til et BMS modul som sørger for at batterierne ikke lider overlast ved afladning og opladning. Jeg har valgt batterier af typen 18650 med 3300mAh kapacitet, det giver ca 3timers drift ved key down. Batterier er placeret i en batteriholder til 3 celler, så de kan udskiftes hvis nødvendigt. Batterispændingen tilføres en DC-DC stepdown converter modul , hvis udgangsspænding kan justeres , dermed kan output power justeres efter behov. Jeg har valgt at køre på 8.4V det giver i mit tilfælde 8W udgangseffekt.
Strømforsyning indeholder også en 6v lineær regulator til at forsyne TX driver kredsløbet.
