PY2EAS - BURRANGO II
BURRANGO II - TRANSMISSOR QRO 130 WATTS AM PWM PARA 40 METROS
DESCRIÇÃO DO PROJETO
BURRANGO-II
TRANSMISSOR 130
WATTS – 40m / AM
(SISTEMA
DE MODULAÇÃO ATRAVÉS DA FONTE DE ALIMENTAÇÃO)
Primeiramente, quero agradecer aos
nossos amigos e colegas, PY2KO (Saulo), PY5VB (Villas Boas) e PY2JPP (Joaquim)
pela contribuição que deram ao desenvolvimento do “Burrango-II”, cujo nome
originou-se do casamento do amplificador linear “Burrico-Branco” do Saulo,
com o transmissor “Candango” do Villas Boas.
Do “Burrico-Branco”, foi
retirado o conceito de modulação pela fonte chaveada, do “Candango” a
parte do estágio final de RF e do “Porvinha”, o oscilador a cristal e o estágio
excitador de RF.
O objetivo deste texto é
proporcionar aos colegas radioamadores, licenciados pela Anatel, maiores
detalhes sobre o funcionamento do modulador através da fonte chaveada.
A maior complexidade do projeto é
verificada no circuito que também fornece a tensão de alimentação do estágio
de RF. Supõe-se que os colegas tenham algum conhecimento de eletrônica e também
equipamentos de medição como o voltímetro, osciloscópio, “grid-dip
meter”, carga fantasma e medidor de ondas estacionárias.
A parte do circuito referente a este
sistema de modulação do ”Burrango-II” é de minha autoria e sua finalidade
é para aplicações em estações de radioamadores, porém, não assumo nenhuma
responsabilidade pelo uso indevido dos conceitos aqui detalhados e nem eventuais
danos causados à outros instrumentos, equipamentos, interferências, etc.
Trata-se de uma fonte chaveada, que
recebe alimentação primária, diretamente da rede de 127VCA, portanto, sem
transformador de força na entrada, semelhante à quase todas as fontes de
aparelhos eletrônicos atuais.
O circuito é um conversor com isolação
galvânica entre a rede de alimentação e a carga, incluindo a técnica de
modulação por deslocamento de fase, muito conhecido por PWM (Modulação por
Largura de Pulso), buscando-se alto desempenho e eficiência apesar das perdas
de energia por dispersão magnética no trafo de ferrite, nos comutadores, nos
diodos, no choque de filtro e no bloqueio dos “spikes”.
Foi escolhido o circuito conversor
com ponto médio, também chamado de conversor ”push-pull” meia ponte,
devido à potência média de saída desejada ficar em torno dos 300W.
A freqüência de chaveamento
determinada, 90 kHz, é mais que o necessário para compor a largura de banda
lateral de áudio, do sistema de amplitude modulada (AM).
O circuito integrado SG3525 integra
o oscilador, o limitador de corrente, o “soft-start” (partida suave), a
fonte de referência, o controle do “dead-time” para comutação segura e a
saída de pulsos defasados em 180 graus, operando cada MOSFET no seu tempo e o
“dead-time” foi ajustado no ponto mínimo possível para proporcionar o
aproveitamento máximo da razão cíclica (duty cycle).
Os dois transistores IRFP460
funcionam como elementos de comutação da tensão DC, para criar tensão
alternada pulsante de alta frequência e razão cíclica variando com o áudio.
Esta forma de onda é aplicada no primário do transformador e após a retificação
e filtragem no secundário, fazem a composição da tensão variável da modulação.
A
excitação dos MOSFET’s IRFP460 ficou a cargo de dois pares complementares de
transistores (BD139 e BD140), objetivando um futuro aumento na potência do
modulador. Para a isolação galvânica foram utilizados dois micro-trafos de
ferrite.
O circuito integrado SG3525
determina a freqüência de chaveamento, gera as formas de onda para o excitador
controlando a razão cíclica e o circuito integrado LM2904 compõe o
amplificador do microfone, enviando sinais de áudio para variar
proporcionalmente a voltagem ao estágio final de RF.
Esta voltagem é ajustada em torno
de 1,8VCC no pino 2 do controlador SG3525, correspondendo a tensão média da
alimentação do estágio final, 62VCC (onda portadora).
É neste ponto que é produzida a
modulação em amplitude, cuja voltagem de saída (62V) que vai ao estágio
final de RF, atinge 124V com os pulsos positivos do áudio e cai a (0V) com os
pulsos negativos, originando-se então 100% de modulação (AM). Sem os pulsos
de áudio a tensão de alimentação do estágio final de RF volta a se
estabelecer nos 62VCC.
No primário do transformador de
ferrite a largura dos pulsos é maior quando o pico de áudio é positivo e
menor quando o pulso de áudio é negativo.
Conseqüentemente, a maior e menor
largura dos pulsos no enrolamento secundário caracteriza a variação da razão
cíclica, correspondente ao tempo de condução dos FET’s, e que depois de
retificados compõem a tensão envoltória moduladora.
Os diodos retificadores HFA08TB60 são
especiais para retificação de tensão em alta freqüência (neste ponto em
180kHz) e o capacitor de .68 uF / 250V, juntamente com o choque de filtro de
600uH, fazem a composição da filtragem da tensão, acompanhando a velocidade
da envoltória do sinal de áudio.
O gráfico demonstrativo do sinal
modulador está exemplificado tomando-se um sinal de mesma freqüência,
amplitude e forma de onda. Foi colocada uma blindagem eletrostática envolvendo
o choque de filtro, porém, sem produzir fechamento do campo eletromagnético.
O capacitor de 3,2 nF / 500V em série
com o resistor não indutivo de 130 Ohms / 9W (Snubber) é necessário para o
amortecimento (dumping) dos pulsos “spikes”, oriundos na fase de fechamento
dos MOSFET’s pela persistência na condução dos diodos logo a seguir (tempo
de recuperação reversa).
O circuito trabalha com onda
quadrada em alta freqüência e logo após o fechamento dos comutadores, os
diodos ainda estão conduzindo, mantendo o secundário em curto. A tensão no
primário é aplicada sobre a indutância de dispersão entre primário e secundário.
Na seqüência o diodo “abre” e aparece um forte pulso oscilatório causado
pelo acúmulo de energia na indutância de dispersão, precisando ser dissipada,
caso contrário atinge a tensão de ruptura reversa do diodo
O circuito detector de corrente é
necessário para proteger os transistores em caso de curto-circuito ou
sobrecarga no modulador ou no estágio final de RF, e para isto foi usado um
acoplador óptico TIL113 que atua no controlador 3525, forçando a queda
progressiva da tensão no secundário do trafo de ferrite, reduzindo o excesso
de corrente.
Para a fonte de alimentação primária
foi desenvolvido um circuito de retardo, de aproximadamente 3 segundos,
permitindo a elevação suave da tensão no banco de capacitores 470 uF / 250V
ao acionamento da chave geral.
Ambas
as fontes ficam desligadas durante o período de recepção, operando somente no
acionamento do oscilador a cristal, para localização da freqüência, ou em
operação de transmissão.
Resumindo, este arranjo não passa
de um amplificador unipolar, o qual transforma o sinal do microfone em voltagem
controlada que vai ao estágio de RF.
O circuito da parte de RF é
composto por um oscilador a cristal, comandado por um transistor BF494, com
chave seletora para determinar a freqüência desejada, seguida por um separador
BF494 e um BC337 como amplificador sintonizado.
Logo a seguir, um BD139 em circuito
aperiódico aciona um SD1446 sintonizado. Para controle da excitação foi usado
um transistor TIP120, que atua como amplificador seguidor de tensão por
emissor, ajustado por “trim-pot”.
O circuito do tanque final está a
cargo de um MOSFET IRFP460, operando em classe E, e a tensão de alimentação
de 62V provém diretamente da fonte moduladora através do choque de RF de 1,5mH
ao dreno do transistor de RF.
A bobina casadora de impedâncias do
estágio final para antena compõe o ajuste da carga para corrente de 2,7A,
entregando uma potência líquida à antena entre 130 e 150W de RF.
É necessário um dissipador duplo
(frente e costas) com ventoinha para o transistor, cuja temperatura não deverá
exceder 85oC
durante a modulação, momento em que a potência dissipada poderá ser quatro
vezes maior, chegando aos 600W de saída nos picos positivos de áudio.
Durante os testes, foi usada uma
antena “Double Bazooka”, ajustada em 40 metros, com excelente largura de
banda e relação de onda estacionária central de 1,05:1, comportando-se
extremamente bem com o circuito do estágio final, acoplada com cabo coaxial
RG213.
O “Burrango-II” encontra-se em
operação e com boas reportagens, porém ainda em fase de desenvolvimento,
motivado pelo uso da nova tecnologia do sistema de alimentação com modulação
sem transformadores. O peso do “macanudo” está em torno dos 3,7 quilos,
estando incluídos o cabo de força e o microfone.
O seu sucessor, o “Burrango-III” terá como complemento no circuito de áudio, um (compressor / simetrizador / limitador) e vai entregar para a antena 500W de portadora e 2000W nos picos de áudio e a meta é não ultrapassar o peso do “Burrango-II”.
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