1W in ATV.
Amplificatore da 1W per il TX ATV in 23cm.
© by Pierbassano Turrini - iw2bc





Aggiornato: 10/01/2004


Per chi si accontenta di 150/200 mW o per uno sguardo all'intero progetto queste sono le pagine correlate:

Tx ATV da 250 mW per la banda dei 23 cm
Tx ATV in versione No-Tune
Modulatore Audio/Video e Pll a 4 frequenze
Modulatore BB Audio/Video
PLL 50-1400 MHz con Pic 16F84 e TSA5511





Descrizione Tecnica

Il dimensionamento preliminare di questa versione e' stato effettuato mediante l'uso della carta di Smith, compasso, righello e calcolatrice.
I parametri di ingresso ed uscita del BFQ34 sono stati estrapolati da quei minuscoli diagrammi che compaiono sui Data Sheet in quanto non ho trovato i parametri S relativi.

Ingresso (in ohm (R)):
1 GHz: 20 +j10.5
1.2 GHz: 21.5 +j13
1.4 Ghz: 24 +j16

Uscita (in ohm):
1 GHz: 37.5 -j16
1.2 GHz: 35.5 -j16.5
1.4 Ghz: 33.5 -j17.5


Il materiale di supporto scelto e' del normalissimo FR4 a doppio rame (fibra di vetro) le cui caratteristiche sono:
Spessore (h)= 1.6 mm ; Spessore rame (T)= 35 um ; E = 4.8 ; Er (35R)= 3.9 ; Er (33R)= 3.8

La rete di ingresso e' costituita da una stripline ed un condensatore variabile in serie.
Per non descrivere semplicemente la realizzazione, questa volta, daro' un esempio di calcolo della rete di adattamento di ingresso in quanto si presta ad una semplice esposizione. (Fig.1)
Si dimensionera' la stripline in modo che la sua impedenza caratteristica sia prossima a quella necessaria per ottenere la trasformazione in "quarto d'onda" tra le parti reali delle due impedenze estreme cioe':

Ro=Radice quadrata di Ri per Ru ; radice quadrata di 21.5 * 50 = circa 33 ohm.

Normalizziamo allora rispetto a questo valore individuando il punto P1 (21.5/33=0.65; 13/33=0.39).

Fig. 1

Dal punto P1 tracciamo un arco di circonferenza con centro nel centro della carta fino al punto P2 intersezione con il cerchio a resistenza costante uguale alla impedenza caratteristica normalizzata del cavo cioe' R=50/33 = 1.51.
Questo punto risulta caratterizzato da una reattanza induttiva pari a 0.6.
L'adattamento sara' di conseguenza ottenuto inserendo in serie alla linea una capacita' con reattanza pari a

Xc= -0.6*33= -19.8 ohm cioe' all'incirca di 6.4 pF.
(logicamente sara' variabile per esgenze di taratura)

La lunghezza della linea e' data dalla distanza in frazione di Lambda di P2 da P1 che risulta L=0.1145 (0.1995-0.084).
Tale lunghezza d'onda corrisponde alla lunghezza della strip-line alla frequenza di calcolo.
Per passare alla effettiva lunghezza della linea per il circuito stampato, dovremo tener conto della costante dielettrica del supporto.
Dai monogrammi ricaviamo un rapporto W/H di circa 3.4 per 33 ohm ed una costante dielettrica di 4.8, per cui W= 1.6*3.4=5.44 mm.
Allo stesso modo ricaviamo che la costante dielettrica relativa Er vale circa 3.85.
La lunghezza d'onda relativa, nel nostro caso, varra' 300/(rad.quad. di Er)*F(mhz)= 300/(rad.quad. di 3.85)*1250=0.1225 mt.
Proseguendo, la linea dovra' essere di: Lunghezza d'onda relativa * Lambda; 0.1225*0.1145=0.01402 mt. o piu' praticamente 14.02 mm.
La rete di adattamento di ingresso sara' quindi costituita da una strip-line, in serie alla base, larga circa 5.5 mm. e lunga 14 mm con in serie, a sua volta, una capacita' di 6.4 pF (un compensatore da 10 pF per la taratura).

In Fig. 2 sono riportate le reti di adattamento di ingresso e di uscita ottimizzate con un CAD.
Possiamo notare che, per la rete di ingresso presa in esame, i risultati ottenuti graficamente sono molto vicini al piu' preciso metodo computerizzato.

Il CAD che uso per la simulazione e' ancora sotto DOS e non permette di stampare.
Ho provato a catturare lo schermo, ma i vari tentativi sono falliti miseramente.
Unica soluzione ... ricopiare i risultati manualmente, peccato!

Fig. 2


Schema e Caratteristiche Elettriche



  • Massima tensione di alimentazione = 13 Vcc.
  • Tensione nominale di alimentazione = 12 Vcc.
  • Massima corrente sopportabile dal BFQ34 = 150 mA. ... ATTENZIONE!
  • Guadagno dello stadio = 8 db.
  • Potenza in uscita a 12 Vcc e 150 mA di collettore > 700 mW.
  • Larghezza di banda oltre 2 canali ATV senza particolare perdita di potenza erogata.

    Come si puo' vedere lo schema e' piu' che convenzionale, e non poteva essere diversamente.
    Lo stadio e' polarizzato in classe B in quanto, dovendo amplificare segnali in FM, non necessita di una particolare linearita'.
    La scelta di tale polarizzazione assume particolare importanza nell'uso mobile o quando la fonte di energia e' costituita da batterie.
    Infatti non tirando corrente quando siamo in ricezione risparmiamo i circa 150 mA che assorbe lo stadio, che aggiunti ai circa 100 mA dello stadio pilota non e' cosa da poco.


    Note sulla Realizzazione

    Gli unici componenti "critici" sono i due compensatori della rete di adattamento in uscita.
    E' importante che la capacita' residua, sopratutto per C2, sia la piu bassa possibile in modo di poter raggiungere agevolmente l'accordo.
    Sul mercato ho trovato trimmer da 5/6 pF con capacita' residua minima dichiarata di 1.6 pF ... vi lascio immaginare cosa vuol dire tarare a lamine praticamente tutte aperte.
    Ottimi sono i Philips grigi con isolamento tra le lamine in Teflon, la capacita' residua e di 0.6 pF.
    Sconsiglio vivamente i ceramici.
    Ho provato anche dei compensatori a pistone, vanno bene e sono docili alla taratura, l'unico "difetto" e' che, dovendoli equipaggiare orizzontali, bisogna praticare due fori laterali nel contenitore per poter entrare con un relativamente lungo cacciavite antinduttivo.
    Se lo torvate, per C2 e' sufficente, se non meglio, un 3.5 pF.


    Il Montaggio

    Il contenitore previsto e' un TEKO serie DOUBLE modello 272.16 o similare (83x50x26 mm.).
    Prima di iniziare l'assemblaggio portate il circuito stampato in misura facendo in modo che scorra bene tra le pareti del contenitore senza avere troppa aria. (PCB e scatola andranno, alla fine, saldati a stagno)
    Ora praticate una cava profonda circa 2 mm. tra le aree di massa in modo di allontanare dal bordo del contenitore le linee di ingresso ed uscita.
    Io, per risparmiare, entro ed esco direttamente con sottili cavetti in teflon da 50 ohm il cui schermo saldo direttamente sul contenitore, se invece intendete utilizzare connettori verificate che lo spazio ricavato sia sufficente, dopo aver portato a filo corpo connettore, l'eventuale sporgenza di materiale isolante.
    Andra' anche opportunamente accorciato il polo centrale del connettore.
    L'alimentazione sara' portata all'interno tramite un condensatore passante da 1 nF.
    Il diodo 1N4148 e' in contatto con la faccia superiore del case.
    Per il BFQ34 andra' praticato un foro da 7.5 mm. nello stampato, mentre le bindelle saranno accorciate a circa 3 mm.
    Data la scarsa dissipazione, il BFQ34 puo' al massimo 2,4 W, e' sufficente un profilato di piccole dimensioni, forse e' piu' importante il fattore estetico.
    Sul coperchio inferiore andra' praticato un foro da 10 / 12 mm. o piu' per il passaggio dello stud e permettere un buon appoggio del case sul dissipatore.
    Un po' di grasso al silicone non stona mai.
    I condensatori fissi, eccetto ovviamente gli elettrolitici, sono dei ceramici a pastiglia, ma, se volete, nulla vieta gli SMD.



    La figura penso sia piu' che sufficente oltre a quanto e' gia' stato detto.
    Le solite raccomandazioni, unire il piano di massa superiore all'inferiore in prossimita' degli emettitori con sottili bindelle di rame saldate.
    (Io normalmente uso la lamina di rame che recupero dalla sguainatura del cavo tipo 50/20.)
    I condensatori fissi e variabili con connessioni corte, anzi cortissime !
    L1 ed L2 possono essere anche in filo smaltato e leggermente spaziate.

    Al termine dell'assemblaggio del circuito stampato procederemo ad inserirlo nel contenitore e, prese le giuste posizioni, salderemo a stagno, sopra e sotto, le aree di massa alle fasce laterali.
    Passiamo a posizionare i connettori o i cavetti di ingresso e uscita, il coperchio inferiore, il dissipatore ed ora siamo pronti a dare fuoco.

    Come al solito ... uno sguardo anche al circuito stampato.




    La Taratura

    Per prima cosa posizioniamo C1 a meta' corsa, C2 quasi tutto aperto e C3 a 3/4.
    Diamo alimentazione a 12 Vcc inserendo in serie al positivo un milliamperometro.
    La corrente a riposo deve risultare intorno ai 40/50 mA, e' leggermente variabile in funzione della tensione di alimentazione e della tensione di polarizzazione.
    Questa corrente e' composta dalla leggera corrente che circola nel BFQ34 e dalla corrente del circuito di polarizzazioone della base. (circa 25 mA.)
    A questo punto, dopo aver collegato all'uscita un wattmetro con carico fittizio da 50 ohm, applichiamo in ingresso, per prudenza, un segnale sulla frequenza desiderata con potenza di circa 50/75 mW (siamo ancora decisamente fuori accordo).

  • Regoliamo C3 per la massima uscita e successivamente C2.

  • Agendo su C2 noteremo un forte e stretto Dip.

  • Regoliamo ora C1 sempre per il massimo.


  • Teniamo sempre sotto controllo la corrente che non deve superare i 150 mA.

    Abbiamo cosi' raggiunto un primo accordo.
    Aumentiamo il pilotaggio a 100 mW e ripetiamo la sequenza, ma con lievi movimenti intorno al punto di pre-taratura.
    Dovremmo aver ottenuto una potenza in uscita ben superiore ai 600 mW.
    Ripetiamo ulteriormente per meglio affinare.
    Dato il guadagno di 8 dB la potenza di eccitazione massima si aggira intorno ai 125 mW.
    Un'ultima considerazione: la massima corrente di collettore e' 150 mA e la corrente del circuito di polarizzazione di 25 mA per cui potremo spingerci a 175/180 mA di assorbimento totale senza rischiare.

    C'e' chi supera questo limite tranquillamente, ma essendo, per mentalita', un pochino ligio ai Data Sheet non posso suggerirlo, anche se la potenza massima dissipabile dal transistor non viene raggiunta.
    In poche parole, ognuno e libero di rischiare.
    Io ho rischiato fino a 1.2 W per qualche minuto!


    Nota:

    A questo punto e' obbligatorio dare qualche suggerimento su come abbassare la potenza del mio TX ATV.

  • Alimentare i due stadi di amplificazione (Q2-Q3) invece che a 12 Vcc con una tensione compresa fra 8 e 12 Vcc.
  • Aumentare il valore della resistenza in serie al collettore di Q3.
  • Interporre un attenuatore.

    Valori esatti non li posso fornire in quanto dipende da caso a caso o dalle necessita' di pilotaggio di eventuali stadi che possono seguire, ad esempio uno dei moduli Mitsubishi.



    I File

    I file costituenti il progetto sono:

  • sch_pa_1w.(pdf o ps) = Schema elettrico
  • pcb_pa_1w.(pdf o ps) = Layout PCB lato saldatura scala 1:1 per fotoincisione o fogli blu.
  • mtg_pa_1w.(pdf o ps) = Serigrafia o montaggio componenti

    I file .pdf sono in formato Acrobat. Scarica (pa_bfq34_pdf.zip - 21 K)
    I file .ps sono in formato Postscript. Scarica (pa_bfq34_ps.zip - 28 K)




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