Danas je nabavljeno tranzistorsko VF pojačalo snage izrađeno u samogradnji. Na kućištu pojačala nema nikakvih oznaka, također nemamo nikakve podatke o specifikacijama ili karakteristikama ovog pojačala. Pa ipak, VF pojačala snage relativno su jednostavni elektronički sklopovi te neće biti teško identificirati o čemu se ovdje radi.
Tranzistorska VF pojačala snage vrlo su rasprostranjeni radioamaterski uređaji koji su se zbog svoje (relativne) jednostavnosti često izrađivali u samogradnji za sve radioamaterske opsege. Izlazna snaga takvog pojačala obično je ovisila o cijeni i dobavljivosti VF tranzistora snage za tu namjenu (najčešća su bila pojačala sa jednim ili dva tranzistora u izlaznom krugu i snage do 200 W). Ulazna snaga za pojačala te klase obično treba iznositi do 5 W, pa ako sam predajnik nije mogao razviti dovoljnu snagu dodao bi se još stupanj ili dva VF pretpojačala.
Generalno gledano kod proračuna i gradnje VF pojačala snage teži se postizanju što boljih osnovnih karakteristika:
- ŠTO VEĆI STUPANJ KORISNOG DJELOVANJA – Na ukupni stupanj korisnog djelovanja pojačala najviše utječe odabrana klasa rada pojačala (A, B ili C), odnosno sama korisnost tranzistora u određenim klasama rada. Drugi važan je čimbenik korisnosti pojačala predstavljaju krugovi za prilagodbu ulaznih i izlaznih impedancija tranzistora (LC filtarske mreže), odnosno stupanj njihovog korisnog djelovanja kao i postignuti stupanj same prilagođenosti tranzistora na potrošač (antenu). U praksi se faktor dobrote LC krugova svodi na faktor dobrote postignut konstrukcijom zavojnica jer kondenzatori generalno imaju znatno veći faktor dobrote od zavojnica. Ukoliko pak prilagođenost nije u potpunosti postignuta, dio VF snage umjesto da se preda anteni pretvoriti će se na tranzistoru u toplinu, što dovodi do dvije negativne pojavnosti: gubitak izlazne snage i termičko opterećenje tranzistora koje može rezultirati njegovim uništenjem.
- ŠTO VEĆE POJAČANJE SNAGE – Vrijednost ukupnog pojačanja pojačala određena je karakteristikama samog tranzistora ali i postignutim stupnjem prilagodbe istog na potrošač (antenu) kao i gubicima u samim krugovima za prilagodbu.
- DOBRO POTISKIVANJE HARMONIKA – Generiranje harmonika ovisi o linearnosti prijenosne karakteristike tranzistora, a njihovo potiskivanje ovisi o kvaliteti i izvedbi izlaznog (kolektorskog) prilagodnog LC kruga tranzistora. Bolja linearnost unutar radnog opsega tranzistora osim što smanjuje pojavu harmonika, također smanjuje i pojavu intermodulacijskih smetnji (TVI) koje se ne potiskuju filtriranjem u izlaznom krugu. Stoga je za VF pojačala snage poželjno koristiti tranzistore sa što linearnijom prijenosnom karakteristikom, a sve parametre tranzistora (napon napajanja, snaga pobude, radna frekvencija, radna točka i dr.) držati na optimalnim vrijednostima, nikako ne na graničnim, kako se tranzistor ne bi doveo u neželjeni nelinearni rad, preopterećenje, osciliranje i slično.
- DOBRA ELEKTRIČNA I TEMPERATURNA STABILNOST – Da bi se osigurao stabilan rad tranzistora niti jedan njegov parametar ne smije se dovesti na granične deklarirane vrijednosti. Ovo se posebice odnosi na radnu frekvenciju (ne smije biti ni previsoka ni preniska), veličinu i stabilnost napona napajanja i osiguranje stabilne radne točke tranzistora (prednapon baze). Negativna povratna veza sa temperaturnog senzora (obično dioda) termički spregnutog sa tranzistorom na prednapon baze stabilizira radnu točku tranzistora i u određenoj mjeri ga štiti od uništenja.
- JEDNOSTAVNOST IZRADE I PODEŠAVANJA – Poželjno je da se VF pojačalo može izraditi, podesiti i servisirati bez upotrebe nekih specijalnih alata i instrumenata, te bez pretjerano kompliciranih postupaka.
Vidjeli smo da su sve značajne karakteristike VF pojačala međusobno više ili manje u vezi, te se promjenom jedne karakteristike mijenjanju i druge. U većini slučajeva poboljšanjem jedne karakteristike poboljšati će se i druge (kvaliteta i podešenost prilagodnih krugova, stabilnost napona), no ponegdje je potrebno odrediti kompromis (npr. između željenog pojačanja ili frekvencijskog opsega i stabilnosti).
Sada se možemo posveti našem primjerku VF pojačala. Vidimo da se bazira na dva VF tranzistora snage sa oznakom MRF247 proizvođača Motorola. Ovaj tranzistor čest je u radioamaterskim gradnjama VF pojačala. Predviđen je za rad u frekvencijskom opsegu 136-175 MHz, te uz napon napajanja od 12,5 V razvija izlaznu snagu od 75 W pri pobudi od 7-10 W (ovisno o frekvenciji). Praksa je pokazala da je maksimalna snaga koja se može izvući iz ovog tranzistora, a da je još dovoljno stabilan, čak 100 W pri naponu napajanja 13,8 V i uz pobudu od 10-12 W (ovisno o frekvenciji). Također, radioamateri su razvili VF pojačala s ovim tranzistorom i za niže radioamaterske opsege, pa čak i za kratki val, gdje se deklarirana snaga postiže i uz manju pobudu, no mi ćemo se ovdje držati tvorničkih podataka.
Vidimo da su oba tranzistora MRF247 povezana paralelno, i to po sva tri izvoda izravno (E-E, B-B, C-C) bez bilo kakve međusobne izolacije. Ovo je najjednostavniji način spajanja tranzistora za dobivanje dvostruke snage, no kod takvog spoja nemamo kontrolu nad svakim tranzistorom zasebno, te ne možemo podesiti optimalne radne uvjete posebno za svaki tranzistor (odvojeno podešavanje radne točke). Stoga, ukoliko električne karakteristike oba tranzistora nisu jednake ili barem gotovo jednake može lako doći do nejednolikog rada i nejednakog zagrijavanja tranzistora. Kod toga će jedan tranzistor uvijek biti više opterećen od drugog, može se čak dogoditi da i jedan troši snagu drugog, a uništenje jednog obično za sobom povlači i uništenje drugog tranzistora. Također, takav nejednak rad paralelno spojenih tranzistora kvari i njihovu linearnu karakteristiku, a to onda za sobom povlači povećano generiranje neželjenih harmonika i TVI smetnji. Dobra termička stabilizacija radne točke je stoga ovdje jako bitan sklop za očuvanje zdravlja tranzistora.
Termička stabilizacija izvedena je povratnom spregom dvije serijski spojene diode koje su termički povezane sa kućištima tranzistora. Na izvodu anode nalazi se prigušnica napravljena od feritne cjevčice, a same diode moraju biti dobro termički spregnute s tijelima tranzistora kako bi stabilizacija dobro radila i kako bi se održao linearan rad tranzistora. Veza dalje vodi na bazu tranzistora 2N1711 (NPN, 50V, 500mA) koji preko trimer potenciometra upravlja prednaponom baze tranzistora. Prekidač, koji se nalazi na prednjoj ploči, prespaja klizač potenciometra za prednapon baze na masu. Promjenom prednapona mijenja se i radna točka izlaznih tranzistora, pa se ovim prekidačem vrši pomicanje radne točke tranzistorskog pojačala sa klase AB na klasu C. Ova funkcija susreće se i kod drugih VF pojačala snage. Naime, pojačala u C klasi imaju bolji stupanj iskorištenja energije od pojačala u AB klasi, no imaju i veće izobličenje signala od AB klase. Vidimo da zapravo obje ove klase unose veće ili manje izobličenje (bez izobličenja pojačavaju samo jednu poluperiodu signala) pa je uloga LC mreže koja obavezno slijedi iza takvih VF pojačala da koliko je god to moguće ponovno linearizira signal iz pojačala (bolja LC mreža – bolja linearizacija). Tako u konačnici u AB klasi dobro prolaze sve vrste signala, no C klasa može se uspješno koristiti samo za FM telefoniju i telegrafiju i to isključivo zbog većeg stupnja iskorištenja. Ove dvije klase pojačala praktično su jedine koje se koriste za UKV područje, no jedino pojačala u klasi AB (AB1) mogli bi nazvati stvarno linearnima zbog manjih izobličenja od klase C.
Naše VF pojačalo opremljeno je i sklopom za automatsko preklapanje ulaznog i antenskog konektora između režima prijema (konektori međusobno kratko spojeni) i predaje kada je ulazni konektor preklopljen na ulaz pojačala, a izlazni konektor (antenski) na izlaz iz pojačala. Preklapanje se vrši preko dva releja sa paralelno spojenim svicima. Dio VF napona potrebnog za detekciju predaje uzima se sa ulazne priključnice i to preko kondenzatora (vrlo malog kapaciteta) i dvije diode kojima se taj napon zatim ispravlja i udvostručuje. Takav napon se dovodi na bazu tranzistora (na pločici ga vidimo sa montiranim hladnjakom, oznake su izbrisane) koji zatim provede i uključuje releje. Prilikom rada sa SSB modulacijom potrebno je osigurati veću vremensku konstantu držanja releja za automatsko preklapanje prijem/predaja kako relej ne bi reagirao na svaku najmanju odsutnost signala, kao što je npr. pauza između riječi u govoru ili kod telegrafije. Stoga se gore spomenutom sklopkom FM/SSB istovremeno na bazu tranzistora za automatsko preklapanje prijem/predaja uključuje kondenzator većeg kapaciteta kako bi tranzistor nakon nestanka signala ostao duže otvoren. Spomenimo za kraj da se osim relejskog prebacivanja prijem/predaja za tu namjenu ponekad koriste i posebne diode (PIN diode ili brze silicijeve diode Shottky) no preklapanje relejima je jednostavno, pouzdano i sa minimalnim gušenjima signala.
Sa kolektora izlaznih tranzistora MRF247 preko kondenzatora i ispravljačke diode uzima se dio VF napona za detekciju prisutnosti izlazne VF snage, odnosno za detekciju rada VF pojačala. Ovaj ispravljeni izlazni VF napon signalizira se na LED diodi, dok je druga crvena LED na prednjoj ploči za signalizaciju uključenosti napona napajanja.
Time smo identificirali sve elemente našeg pojačala te sad sa priličnom sigurnošću možemo zaključiti da je ovdje riječ o tranzistorskom VF pojačalu snage 150 W za FM/SSB rad na 2-metarskom radioamaterskom opsegu. Pobudna ulazna snaga za punu izlaznu snagu treba iznositi 7-10 W, no u praksi ne bi trebalo prelaziti vrijednosti od 5 W. Isto tako, za stabilan i siguran rad stabilizirano istosmjerno napajanje trebalo bi biti reda 12,5 V (15 A). S obzirom na ugrađene masivne hladnjake za tranzistore, moguće da bi se iz ovog pojačala moglo izvući i do 200 W izlazne snage (uz napajanje od 14 V) no ovakva pojačala, pogotovo sa paralelno spojenim izlaznim tranzistorima, ne isplati se tjerati do krajnjih granica.
Ostaje još samo ispitati da li je pojačalo u funkciji. S obzirom da se ovdje radi o osjetljivom VF pojačalu relativno velike snage, za testiranje je potrebno dobro pripremiti radni stol svom neophodnom opremom, a još važnije potrebno je i samog sebe opremiti neophodnim slobodnim vremenom i slobodnim mislima. Volju i želju pri tome ne treba spominjati, jer to jedino uvijek spremno nosim u sebi, porazbacano po bezbrojnim kutcima svog istraživačkog duha 🙂