dimanche 3 décembre 2017

EXPERIMENTATION SUR LES TRANSISTORS VHF DE PUISSANCE



  Par F1IEY – Novembre 2017

 Le but de cette expérimentation était de réaliser un amplificateur VHF de 25W pour donner du punch à un petit transceiver 144 MHz de 200mW. 







Le coût des transistors spécialisés m’aurait sans doute dissuadé mais aujourd’hui il est très facile d’en récupérer sur des vieux radiotéléphones obsolètes, les brocantes ou dans les entreprises qui jettent leur ancien stock au recyclage électronique.

Les transistors récupérés :
BLY87 : 12dB à 175MHz sous 13,5V. PW = 8W
SD1274 : 10dB à 160MHz sous 13,6V. PW=30W
















             







LE SCHÉMA





Amplificateur VHF – 25W – Classe C


1-     Un peu de théorie.

Le transceiver donne 200mW et nous voulons l’amplifier à 25W, cela demande un gain de 21 décibels.
Le SD1274 a un gain typique de 10 décibels (pour donner 25W il a besoin de 2,5W à l’entrée), l’amplificateur sera donc composé de 2 transistors, un BLY87 qui amplifie les 200mW à 2,5W et un SD1274 qui amplifie les 2,5W à 25W.

Ces types de transistors de puissance RF ont des impédances d’entrée et de sortie très faibles et réactives. Ci-dessous, les valeurs prises dans le datasheet du SD1274 :




 
Le transceiver délivre ses 200mW sous l’impédance normalisée de 50 Ohms, on ne peut donc pas le relier directement à la base du 1er transistor (BLY87) qui a une impédance d’entrée de 2,2 Ohms + j04). Un circuit d’adaptation d’impédance sera nécessaire, il sera réalisé avec une self (L1) et 2 condensateurs ajustables (voir ci-dessous).




La modélisation est faite avec RFSim99.









L’adaptateur est composé de 2 condensateurs,  17pF et 52pF et d’une self de 18,8n H.
Dans la pratique les condensateurs seront ajustables car le circuit est sélectif et demande un réglage précis.
 Les 2 condensateurs forment un diviseur capacitif qui est toujours tourné du côté de l’impédance la plus grande.

Calcul et réalisation de la self :

Toujours les mêmes outils, mini Ring Core Calculator de DL5SWB est une valeur sûre.






















La self sera bobinée avec du fil de cuivre de 0,8mm, sur un foret de 6mm. L’élasticité du cuivre augmentera légèrement le diamètre final de la self. Il suffit de bobiner une spire et demie sur un foret de Ø6mm et d’étirer cette self pour lui donner une longueur de 3mm.


1-     L’amplificateur en classe C.
Les 2 transistors sont polarisés en classe C. Cette classe de fonctionnement est très avantageuse pour de la FM mais interdite en AM et en BLU qui nécessitent une classe d’amplification linéaire (Classe B ou AB très souvent).
En classe C la base du transistor est reliée à la masse via une self qui empêche le signal d’excitation d’aller à la masse. Le transistor est donc bloqué en l’absence de signal à amplifier, il n’y a aucun courant de repos.
Lorsque l’alternance positive du signal d’excitation arrive sur la base, le transistor entre en conduction et laisse passer un fort courant à travers la self de collecteur qui emmagasine de l’énergie sous forme magnétique. Le montage du transistor en émetteur commun étant inverseur (180°) on retrouve en sortie notre alternance amplifiée et inversée.
Lorsque l’alternance négative du signal d’excitation arrive sur la base, le transistor se bloque et c’est la self de collecteur qui en restituant l’énergie qu’elle a stocké produit la deuxième alternance du signal de sortie.

Les avantages :

- Le transistor fonctionne un peu comme un commutateur, il ne reste pas longtemps dans la zone d’amplification, il dissipe donc moins de puissance que dans les modes linéaires, le radiateur sera plus petit. Idéal pour les signaux modulés en Fréquence ou en phase.
- Le rendement avoisine les 75 % !
Les inconvénients :

- L’amplification n’est pas linéaire, le signal amplifié contient beaucoup d’harmoniques qu’il faut éliminer avec un filtre passe bas efficace.
- Ne convient pas pour amplifier les signaux modulés en amplitude (AM ou SSB).
- Nécessite un niveau d’excitation plus généreux que les classes linéaires.


3 -   Le deuxième étage (SD1274) :

Copie presque conforme du 1er étage, il fonctionne de manière identique.
Nous avons 2,5W à disposition sur le collecteur du BLY87 mais avec une impédance plus grande que celle de la base du SD1274, il faudra encore une fois adapter avec une self (L2) et 2 condensateurs, le diviseur capacitif ira vers le collecteur du BLY87.
Au collecteur du SD1274 on obtient 25W  mais…. sous 2,3 Ohms ! Il faudra cette fois-ci élever l’impédance à la valeur de 50 Ohms, le principe de l’adaptateur reste le même mais vous remarquerez que le diviseur capacitif se trouve du côté antenne.
On a maintenant 25 Watts sous 50 Ohms mais il faut encore supprimer les harmoniques pour respecter la norme sur les rayonnements non essentiels. On va utiliser un filtre passe-bas.


4 -   La commutation TX / RX :

En RX les contacts du relais mettent l’amplificateur en Bypass, celui-ci ne consomme aucun courant (avantage de la classe C).
Lorsqu’on émet, une petite fraction du signal d’entrée arrive sur le détecteur à diodes via le condensateur de 4,7p F. La tension détectée est amplifiée par deux transistors 2N2222 (darlington)  qui commandent le relais. L’amplificateur se retrouve connecté entre le transceiver et l’antenne.


5 -   Le filtre passe-bas :

Modélisé avec RFSim99.




 


 















Le calcul des selfs :


 
 
68nH : 6 tours de fil de cuivre 8/10ème sur un foret de 4mm. Longueur de la self 7,2mm.
29,5nH : 3 tours de fil de cuivre 8/10ème sur un foret de 4mm. Longueur de la self 3,5mm.

73 - F1IEY – Jean-Luc


















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