Driver/Amplificateur QRP (1W) HF 2N5109 Push-Pull large bande

Petit montage fait rapidement pour tester une hypothèse, celle d’utiliser des transistors de moyenne puissance en Push-Pull pour faire un PA linéaire QRP (ou un driver de PA)  présentant un bon rendement, et utilisable sur les bandes MF et HF.

la construction (cliquer pour agrandir):

Schéma issus de la simulation LTSpice

La réalisation (cliquer pour agrandir):

Et une fois les refroidissements rajoutés (cliquer pour agrandir)

 

C’est un amplificateur qui fonctionne en classe AB, qui consomme 165mA sous une tension de 12V pour fournir une puissance de 1W ( 20V VPP sur une charge de 50 Ohms).

Ce qui lui confère un rendement de 1 * 100 / ( 12 * 0.165 ) = 50.5%, valeur non surprenante avec des amplificateur en classe AB contenant des transformateurs large bande.

Si on sature l’amplificateur ( et qu’on rajoute un filtre passe bas derrière), jusqu’à se rapprocher d’un signal carré en sortie le rendement se rapproche des 80% ( et la puissance de sortie de 2W), mais nous n’avons plus la alors quelque chose de vraiment linéaire. Cette utilisation aurait cependant du sens dans un TX QRP monobande utilisé en CW ou dans un mode FSK, ou même dans une balise WSPR.

Le montage ne chauffe pas beaucoup, chaque transistor dissipe moins de 250mW. C’est normalement en dessous des capacités de dissipation d’un 2N5109, mais il vaut mieux quand même le refroidir, afin de limiter la variations des caractéristiques de l’amplificateur quand la température monte.

Sur le montage en question, le gain maximal ( 18dB) est atteint pour une fréquence de 4Mhz, sur la bande des 630M il baisse a 17dB et sur la bande des 10M ( 28 Mhz ) il n’est plus que de 15.5dB. La bande passante a -3dB est de 350Khz à 34Mhz.

J’ai mesuré sur mon montage 10mA sur l’émetteur des 2 transistors quand aucun signal n’est appliqué en entrée ( courant de bias ) et que le montage est a température ambiante. Si on le laisse chauffer plusieurs minutes, ce courant se stabilise vers 23mA.

Quelques remarques sur le montage:

il faut bien voir que le transformateur d’entrée est cablé avec 2 tours de quadrifilaire dans une ferrite BN43-2402. La fonction est double, fournir un signal d’entrée symétrique indispensable au push-pull, mais aussi abaisser l’impédance vue par les bases des transistors ( les 50 Ohms de l’entrée sont transformés en 12 Ohms ). Ceci permet de limiter fortement les effet de la contre réaction capacitive collecteur -> base ( effet Miller) qui a pour conséquence d’altérer le gain de l’amplificateur sur les fréquences élevées tout en présentant une impédance de plus en plus capacitive à l’entrée.

une première version de l’amplificateur n’intégrait pas cet abaissement d’impédance. Elle présentait 6dB de plus de gain ( donc 24dB de gain )… mais la bande passante a -3dB n’était plus que de 18Mhz.

Les émetteurs des transistors sont chargés par une résistance de 2 Ohms, elle présente 4 avantages:

  • Elle rend le gain du montage moins dépendant du gain intrinsèque des transistors.
  • Elle linéarise la réponse du transistor
  • Elle limite les conséquences de l’augmentation du gain du transistor par dérive thermique, notamment sur l’augmentation du courant de bias ( risque d’emballement)
  • Elle réduit le gain de amplificateur et augmente la bande passante.

Il y a une contre réaction collecteur -> base ( résistance de 470 Ohms et condensateur de 100nF mis en série), elle présente plusieurs avantages

  • Elle permet de fixer l’impédance d’entrée, tout en la rendant relativement indépendante du gain intrinsèque des transistors.
  • Elle abaisse l’impédance de sortie de l’amplificateur sur une valeur proche de 50 Ohms.
  • Elle linéarise la réponse du transistor

 

La sortie est assez propre, comme on peut le voir sur cette capture d’oscilloscope prise à 4MHz

Sortie non filtrée à 4MHz. La courbe bleue correspond à la sortie, et la courbe jaune à l’entrée.

Il présente quasiment 50 Ohms d’impédance d’entrée résistive sur toute la bande passante ( variations de 48Ohms à 52 Ohms mesurées).

Voila le comportement en signal à deux tons

Signal à deux tons, 10Mhz

 

Bande passante de 0 à 100MHz

Horizontal : 10 MHz/Div Vertical : 10dB/Div Output of amplifier

On voit bien les 18dB de gain à basse fréquence ( que j’avais initialement mesuré a l’oscilloscope) et une décroissance de l’ordre de 1dB tous les 10MHz.

Pour comparaison, voila ce que donne la source de bruit connectée directement à l’analyseur de spectre

Noise source alone. 10MHz/Div horizontaly 10dB/DIV verticaly

David, F4HTQ.

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