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Amplificateur HF 6 x IRFP250

 

   AMPLIFICATEUR LINEAIRE HF  MOSFET 6 X IRFP250

 

     Voici un ampli de forte puissance à très faible cout qui donne suite à mon précédent ampli à mosfet de puissance avec 4 X IRFP250. Le but de cette réalisation était de disposer de 200w à 300w en mobile sur les bandes 80m et 40m seulement, avec plus de transistors (X6) pour compenser la faible tension drain fournie par la batterie de 12V du véhicule. Les essais et relevés en bas de page montrent qu’il n’y a pas intérêt à construire un ampli pour une si faible tension drain, en effet ; l’ampli sature à 50 watts pour une puissance drive de 8w à 10w. Cet ampli sera donc destiné à une utilisation en fixe avec une tension drain située entre 40v et 55v.

 

1/ Analyse du schéma :

Je suis pari du schéma de F6EHJ, dans la revue Mégahertz N° 298 de janvier 2008 que l’on peu télécharger en bas de page. J’ai changé quelques valeurs mais le principe reste le même. J’y ai rajouté la commutation émission/réception. Bien soigner tous les découplages et les liaisons de masse.

                                                 

 

Nomenclature des composants :

 

C1 à C13 : 100nF céramique

C14, C15 : 47µF 63V chimique

C16 : 10nF céramique

C17 : 1nF céramique

C18 à C23: 68nF plastique

D1 à D7: 1N4148

RV1 à RV6: 20k ohms multi tours

R1 R2 : 3,9 ohms 7W céramique (inductive ou non, peu importe)

R3 à R8 : 1k ohms

R9 : 270 ohms 1W

Q1 à Q6 : IRFP250   ou  IRFP450 prix : 4 euros pièce environ.

RL1 : relais 12V 3RT FINDER

T1 : BN43-202, 4 spires (fil émaillé ou fil gaine téflon) côté primaire (TX) et 1 spire côté secondaire (transistors)

T2 : empilage de 8 X 2 tores FT82-43 sur tuyau de plomberie diamètre 12mm longueur 5,5cm et deux pièces de circuit imprimé de 2,2cm X 4,4cm et fil 2mm carré gaine téflon.

Prix des tores pour T1 et T2 aux USA : 20$ environ.

RFC1 : tube ferrite matériaux 43 récupérée sur un vieux moniteur à tube.

    

  

  DATA SHEET DU IRFP250 :::)     

  

 

2/ Le Circuit imprimé :

 

Sur mon premier PA à Mosfet, j’ai utilisé une meuleuse, et pour cette réalisation, j’ai eu l’aide précieuse de F4GMS qui a lui-même mis au point à ma demande le typon de ce circuit à l’aide d’un logiciel approprié, et je l’en remercie vivement. On peut télécharger le typon la : TYPON.RAR

 

 

     

     Ci-dessus, un scan du circuit imprimé lui-même.          Le travail de F4GMS, merci Guy

  

   

3/ Le radiateur :

 

J’ai volontairement sur dimensionné le radiateur pour avoir le privilège de me passer de ventilation. Cette fois, pas de semelle de cuivre, par contre, j’ai changé de technique pour le serrage des transistors sur le radiateur. Les transistors ne sont pas serrés individuellement mais par une barre en aluminium avec serrage en trois points et deux feuilles de téflon entre les transistors et la barrette en aluminium. Ces feuilles de téflon jouent un double rôle : une isolation sur les plans électrique/HF mais aussi un rôle mécanique pour compenser une éventuelle différence d’épaisseur des transistors et un serrage mieux réparti et plus efficace sur la totalité de la semelle.

 

        

   Les composants avant assemblage.

        

        

 

4/ Les réglages :

 

4.1/ les courants de repos :

 

Avant d’appliquer toute tension, mettre les curseurs des 6 potentiomètres vers la masse. Insérer un milli ampère mètre (calibre 500mA) dans le plus côté drains. Pour l’instant, pas de HF, juste une charge de 50 ohms en entrée et en sortie par précaution. On doit avoir un débit nul et une tension de 0V sur les gates.

Commencer par tourner le premier potentiomètre jusqu’à observer un débit de 25mA, puis tourner le deuxième potentiomètre jusqu’à observer un débit de 50mA et ainsi de suite en observant un débit de 25mA pour chaque transistor, on observe alors un débit de 150mA. On pourrait pousser jusqu’à 50mA par transistor, mais l’expérience montre que le signal de sortie n’est pas plus propre pour autant et un courant de repos excessif augmente la fragilité des transistors.

Même si les courants de repos ne varient que peu en fonction de la tension drain, ils ne varient pas de la même manière selon cette dernière et cela peut être dangereux. Exemple : on fait les réglages pour une tension drain de 20v, on a bien 25mA pour chaque transistor. On passe à 35v : on va avoir un transistor à 28mA et un autre à 23mA etc… et s’il on « tire » fort sur l’ampli dans ces conditions, le transistor le plus polarisé claquera (explosera est plus juste !). Donc, à chaque changement de tension drain (à titre expérimental et non en pratique), vérifier les courants de repos. Une fois les courants de repos établis, on observe (en l'absence de HF!) des tensions sur les gates variant entre 3,8v et 3,9v.

 

       

 

4.2/ le transfo d’entrée :

 

Tout d’abord, il faut un générateur qui permette d’émettre une porteuse FM de 160m à 20m  avec une puissance de 0,5W à 10W. Personnellement, j’ai utilisé un Kenwood TS870 avec lequel j’ai modifié les paramètres dans les menus cachés pour baisser la puissance minimum à 0,5w au lieu de 10w comme à l’origine, on peut en faire autant avec presque tous les tranceivers modernes.

Il est possible, lorsqu’on injecte de la HF, que l’on observe du TOS entre le TX et l’ampli. On peut y remédier de deux manières : en changeant les deux résistances de charge de 3,3 ohms par des 2,7 ohms ou par des 3,9 ohms, si le problème persiste, modifier le nombre de spires primaire/secondaire , j’ai essayé 2/1 puis 3/1 puis 4/1 (en nombre de spires) et avec 4 spires au primaires, j’avais pratiquement plus de TOS.

 

5/ Utilisation :

 

Cet ampli est tout à fait approprié pour donner suite à un montage QRP ou SDR qui sort moins de 5w à 10w. Cependant, pour satisfaire aux exigences de pureté spectrales, je ne peux que conseiller aux usagers de ce type d’ampli d’installer des filtres de bandes.

 

                                           

        

   Ci-dessus, une alimentation "minute" qui a servi aux essais avec 31v sur les drains: un transfo QRO de 2 X 10v (soit 20v) redressé (avec pont 50A sur radiateur) et un condensateur de 47000µF, le régulation n'est pas obligatoire, elle est même déconseillée.

     

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

RELEVE DE PUISSANCE EN FONCTION DE LA TENSION DRAIN ET EN FONCTION DE LA PUISSANCE DRIVE:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

TENSION DRAIN : 12V

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

BANDES /m

160

80

40

30

20

 

 

puissance drive

0,4 W

30

28

9

4

1,5

 

 

1 W

40

40

20

10

3,5

 

 

2 W

40

45

30

15

6

 

 

4 W

40

45

50

35

23

 

 

8 W

40

45

60

50

30

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

TENSION DRAIN : 24V

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

BANDES /m

160

80

40

30

20

 

 

puissance drive

0,4 W

170

125

40

27

13

 

 

1 W

190

160

60

40

26

 

 

2 W

190

170

100

60

35

 

 

4 W

190

175

150

100

55

 

 

8 W

190

175

160

150

90

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

TENSION DRAIN : 31V

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

BANDES /m

160

80

40

30

20

 

 

puissance drive

0,4 W

280

180

60

35

22

 

 

1 W

300

250

100

50

35

 

 

2 W

310

270

140

70

50

 

 

4 W

310

280

210

130

80

 

 

8 W

310

280

250

200

100

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

TENSION DRAIN : 48V

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

BANDES /m

160

80

40

30

20

 

 

puissance drive

0,4 W

520

360

150

90

50

 

 

1 W

600

490

220

130

80

 

 

2 W

720

580

380

210

140

 

 

4 W

720

590

460

380

200

 

 

8 W

720

590

510

430

260

      Téléchargez l'article de Megahertz N° 298 de janvier 2008:  

     

  Conclusion:

1/ Cet ampli nest pas interessant pour une utilisation en mobile vu son faible rendement avec une tension drain de 12v.

2/ à une certaine tension drain donnée, l'ampli va saturer sur les bandes basses au fur et à mesure que l'on augmente la puissance drive, alors que l'on continue à progresser sur les bandes 40m, 30m, et 20m

3/ paradoxalement, le rendement est bien meilleur sur les bandes basses.

4/ un compromis bi-bande ou mono bande peut être interessant pour optimiser le rendement sur une même bande par rapport à la puissance drive, la tension drain et le rapport de transformation du transfo d'entrée (qui difère selon les bandes). Exemple d'utilisation en mono bande: 160m , 2w drive, tension drain 48v, puissance de sortie 720w.

5/ la mise en oeuvre et la simplicité du montage est à la portée de tous, le prix de revient est très bas si l'on considère les puissances de sorties par rapport à bon nombre d'ampli commerciaux. Pas de danger de haute tension.