2.Εξοπλισμός και Portable Operation

Πολύ σημαντικό πριν πιάσουμε το κολητήρι για να φτιάξουμε μια κατασκευή είναι να αφιερώσουμε αρκετό χρόνο χαζεύοντας το κυκλωματικό διάγραμμα.

Μια τέτοια σπουδή μας δίνει 3 σπουδαία πλεονεκτήματα για ότι επακολουθήσει στη συνέχεια:

1. Εμπειρία φυσικά, κυρίως για το πως είναι "φτιαγμένα" τα πράγματα και σε πια σημεία η κατασκευή που ετοιμαζόμαστε να φτιάξουμε υπερτερεί ή υπολείπεται από άλλα σχέδια που έχουμε προηγούμενα συναντήσει. Εδώ , ανάλογα την εμπειρία μας (ή ανάλογες μετατροπές συναδέλφων που έχουν ασχοληθεί με το ίδιο project), μπορoύμε και να κάνουμε τις τροποποιήσεις στο κυκλωματικό διάγραμμα που εμείς θεωρούμε ότι θα κάνουνε το τελικό προιόν "καλύτερο" ή/και λειτουργικότερο. Το oτι είναι μια κατασκευή σε μορφή κιτ δεν σημαίνει ότι δεν επιδέχεται μετατροπές (ή/και βελτιώσεις) και ότι εμείς δεν πρέπει να πειραματιστούμε KAI σε αυτή την κατεύθυνση.

2. Προσανατολισμό στην πλακέτα του τυπωμένου κυκλώματος τόσο όσο αφορά τη σωστή θέση και διάταξη των εξαρτημάτων όσο και τη "σπουδαιότητα" της συμμετοχής καθενός στο κύκλωμα. Έτσι η κατασκευή ξεφεύγει από την τυφλή τοποθέτηση των εξαρτημάτων στις αντίστοιχες τρύπες της πλακέτας. Το μεγαλύτερο ποσοστό των σφαλμάτων στις κατασκευές κιτ γίνεται ακριβώς σε αυτό το σημείο. Ακόμα και τα πιο γνωστά και δοκιμασμένα κιτ μπορεί να ταχυδρομηθούν με μια νέα φουρνιά πλακέτας που έχει ένα μικρό σφάλμα ή μια μικρή παραλλαγή που δεν αναφέρεται στο συνοδευτικό manual. Αντίστοιχα, αρκετές φορές ένας συγκεκριμένος τύπος πυκνωτή έχει αντικατασταθεί με κάποιον άλλο λόγω έλλειψης ή έχει αλλάξει η τιμή του για τον ίδιο λόγο. Π.χ., όπως θα δούμε και στην συνέχεια, το 90% των πυκνωτών χρησιμεύει στο λεγόμενο decoupling και σε αυτούς ούτε ο τύπος τους ούτε ή η ακριβής τιμή τους έχει ιδιαίτερη σημασία (μπορεί κάπου να χρησιμοποιήσουμε και 2 μικρότερους παράλληλα).

3. Τέλος, η γνώση και κατανόηση του κυκλωματικού διαγράμματος και η "παρακολούθησή" του εξάρτημα το εξάρτημα κατά τη διάρκεια της κατασκευής, είναι το ΑΠΟΛΥΤΟ πλεονέκτημα όταν έρθει η ώρα των δοκιμών και θα πρέπει να ελέγξουμε την κατασκευή για να βρούμε την αιτία του όποιου προβλήματος.

Η μισή χαρά σε κάθε κατασκευή είναι όταν "διαβάζουμε" το κύκλωμα (η άλλη μισή όταν καταφέρουμε να την τελειώσουμε χωρίς να έχουμε κατακάψει δάκτυλα, πουκάμισα, τραπεζομάντηλα,καναπέδες κλπ.) .

to be continued...

73, Πάνος, SV1COX

Πριν προχωρήσουμε θέλω να ξεκαθαρίσω ότι δεν είμαι ηλεκτρονικός. Δεν έχω σπουδάσει ΠΟΤΕ κάτι σχετικά με τον ηλεκτρισμό, τα ηλεκτρονικά ή την Φυσική έστω που τα αφορά. ΚΑΜΙΑ ΣΧΕΣΗ.

Κάνω αυτό το ποστ γράφοντας αυτά ακριβώς που θα ήθελα να είχα διαβάσει είκοσι πέντε χρόνια πριν και να είχα γλυτώσει πολύ κόπο, απoγοητεύσεις αλλά και χρήματα.

Ελπίζω σε κάποιους από εσάς να φανούνε χρήσιμα ακριβώς σε αυτή την κατεύθυνση.

Όμως με κανένα τρόπο τα πράγματα δεν είναι αναγκαίο, ούτε οφείλουν να είναι, όπως ακριβώς τα αντιλαμβάνομαι και δουλεύουν για μένα, όπως, το ίδιο αδύνατο είναι να ξανανατρέξω για τις ανάγκες αυτού του άρθρου στα δεκάδες βιβλία και περιοδικά που έχω διαβάσει όλα αυτά τα χρόνια προκειμένου να τεκμηριώσω ή διορθώσω αυτά που γράφω εδώ.

Έτσι ότι υιοθετήσετε από τα αναφερόμενα σε αυτό το ποστ θεωρώ ότι το διαβάζετε με κριτική διάθεση και τα δοκιμάζεται με αποκλειστικά δική σας ευθύνη.

Αν πάλι είστε ηλεκτρονικός ή έχετε καλύτερη αντίληψη πάνω σε κάποιο θέμα ΦΥΣΙΚΑ και θα είναι εξαιρετικό όφελος για όλους μας να καταθέσετε την αποψή σας. Για μένα θα είναι και μια μικρή "ανταμοιβή" για όλο αυτό τον κόπο και έτσι έχω κάθε λόγο να είμαι και ευγνώμων. Αφήστε τις "ντροπές" λοιπόν και γράψτε, όλοι θέλουμε να μάθουμε και σας το ζητάμε.

Το κιτ που παραλάβαμε βασιζεται σε ένα αναθεωρημένο κυκλωματικό διάγραμμα, με ημερομηνία Αύγουστος 2008:

::Υψηλή Ανάλυση
::

Εμφανείς είναι οι αλλαγές στο κύκλωμα bias των τρανσίστορ (καταργήθηκε η ζένερ και αντικαταστάθηκε με ένα regulator) αλλά θα τα δούμε και αργότερα αυτά πιο αναλυτικά.

Σκεφτείτε ένα σύστημα αξόνων Χ-Υ. Αν όσο αυξάνει η τιμή στον οριζόντιο άξονα (Χ) έχουμε μια ανάλογη αύξηση της τιμής στον άξονα (Υ) τότε το διάγραμμα που προκύπτει είναι μια ευθεία γραμμή με κάποια κλίση ως προς τον άξονα των (Χ). Αυτό το διάγραμμα προσομοιάζει ένα "γραμμικό" σύστημα 2 μεταβλητών. Αν από ένα σημείο και μετά η αύξηση των τιμών στον άξονα των (Χ) προκαλεί "μικρότερη" μεταβολή στον άξονα των (Υ) το διάγραμμα δεν είναι πια ευθεία αλλά αρχίζει από το σημείο εκείνο και μετά να γίνεται καμπύλη και το σύστημα δεν είναι πια "γραμμικό".

Ένας "γραμμικός-linear" ενισχυτής RF αντίστοιχα είναι ο ενισχυτής που για ανάλογη μεταβολή της ισχύος του RF σήματος στην είσοδό του έχουμε ανάλογη αύξηση στην ισχύ στην έξοδό του. Αυτή η "γραμμικότητα" νομίζω ότι μπορεί να ισχύει μόνο μέσα σε συγκεκριμένα όρια ισχύος εισόδου και συχνότητας RF και αυτό έχει να κάνει με τα φυσικά και λειτουργικά χαρακτηριστικά των τρανσίστορ του ενισχυτή αλλά και το φορτίο στο οποίο αναλώνεται η παραγόμενη ισχύς.

Ο συγκεκριμένος ενισχυτής λοιπόν μας λένε ότι είναι "γραμμικός" στην περιοχή 0-30Mz αλλά μπορεί να δουλέψει ικανοποιητικά μέχρι και τους 50Mhz με χαμηλότερη μέγιστη ισχύ εξόδου.

Κοιτάξτε τώρα αυτό το σχήμα:

Με το πλάγιο τριγωνάκι αναπαριστούμε μια ενισχυτική διάταξη, στην περίπτωσή μας ένα field effect τρανσίστορ. Στο θεωρητικό αυτό διάγραμμα βλέπουμε από αριστερά προς τα δεξιά την είσοδο RF, έναν προενισχυτή (preamp), ένα μετασχηματιστή προσαρμογής, 2 transistor σε διάταξη push-pull, ένα ακόμα μετασχηματιστή προσαρμογής και την κεραία.

Κοιτάξτε τώρα το ίδιο σχήμα έχοντας ταυτόχρονα από κάτω ένα τμήμα από το κυκλωματικό διάγραμμα του ενισχυτή μας:

Δεν ξεκαθαρίζει λίγο η κατάσταση;

73, Πάνος, SV1COX

Ας ξεκινήσουμε απο το αριστερό τμήμα.

Αρχικά, απεικονίζεται η "είσοδος" στον ενισχυτή μας (RF-INPUT) και αναγράφεται η μέγιστη ισχύς εισόδου με 4 διαφορετικούς τρόπους:

1. +10dBm: το dBm είναι μονάδα μέτρησης ισχύος ξεκινώνντας από την παραδοχή ότι 0dB αντιστοιχούν σε 1mW.

To dB όπως ξέρουμε είναι ο λόγος της ισχύος δύο σημάτων σε λογαριθμική κλίμακα και υπολογίζεται από την σχέση:db=10 X log(P2/P1), όπου Ρ1,Ρ2 το αρχικό και τελικό σήμα που συγκρίνουμε.

Με μερικές πράξεις θα δούμε ότι επειδή η κλίμακα είναι λογαριθμική για κάθε αύξηση 3dB διπλασιάζεται και η ισχύς. Έτσι, αν στα 0dBm έχω ισχύ 1mW, στα 3dBm το σήμα
θα έχει ισχύ 2mW, στα 6dbm -> 4mW και στα 9dBm -> 8mW.

Aν κάνουμε και την τελευταία πράξη θα βρούμε ότι +10dBm = 10mW.

2. 10mW: η μέγιστη επιτρεπόμενη ισχύς στην είσοδο του ενισχυτή. Η αναφορά είναι συνήθως τα 50Ω. Δηλαδή το μέγιστο σήμα που μπορούμε να εφαρμόσουμε στην είσοδο του ενισχυτη μας είναι αυτό που "παράγει" ενέργεια 10mJ/sec (mJ=milli Joules) σε ένα φορτίο 50Ω.

Η, πρακτικά, όταν συνδέσουμε τον πομπό (με τον οποίο θα οδηγήσουμε τον ενισχυτή) σε ένα φορτίο 50Ω η γέφυρα μέτρησης ισχύος δεν πρέπει να μας δείχνει περισσότερα από 10mW.

3. 707mVeff : Η RF όπως ξέρουμε είναι ένα εναλλασσόμενο ρεύμα. Η ηλεκτρική τάση του ρεύματος αυτού σε ένα πλήρη κύκλο ξεκινάει από μια μέγιστη τιμή, μηδενίζεται, προσεγγίζει την αντίστοιχη ελάχιστη αρνητική τιμή, ξαναμηδενίζεται και ξαναπροσεγγίζει την μέγιστη θετική τιμή.

Οι μέγιστες τιμές (Volts) είτε αρνητικές, είτε θετικές "συμβαίνουν" για πολύ μικρό διάστημα (είναι "ακρότατα"). Η πραγματική ενέργεια που παράγει αυτό το εναλλασσόμενο ρεύμα εκφράζεται από το μέσο όρο των τετραγώνων των τιμών που έχει η τάση σε όλο τον κύκλο (root mean square - RMS) που αποκαλείται και effective voltage (Veff).

Το RMS ή effective voltage ισούται με το 1/1.414 της μέγιστης τιμής που πέρνει η τάση σε ένα πλήρη κύκλο.

Στην περίπτωσή μας δηλαδή η μέγιστη τάση είναι: 707mVeff X 1.414= 1V

Στην πράξη αν μπορούσαμε να συνδέσουμε την έξοδο του πομπού που θα οδηγήσει τον ενισχυτή σε ένα φορτίο 50Ω και μπορούσαμε να δούμε την κυματομορφή σε ένα
παλμογράφο θα ρυθμίζαμε την έξοδο του πομπού έτσι ώστε το μέγιστο σημείο της κυματομορφής να έχει τιμή μικρότερη από 1V.

Αυτή την τιμή μπορούμε να τη συνδέσουμε με τα dBm με τη σχέση: dBm= 10 X log(20VxV) (20VxV = 20 φορές το τετράγωνο της τάσης RMS).

Αυτή η σχέση ισχύει μόνο για φορτίο 50Ω και αν κάνουμε τις πράξεις για 707mV=0.707V μας δίνει το αναμενόμενο 10dbm.

4. 2Vss: η RF είπαμε προσομοιάζεται με ένα ημιτονοειδές κύμα. Αν έχουμε όπως είδαμε πριν άνω ακρότατο το 1V τότε η μέγιστη αρνητική τιμή θα είναι -1V και η τάση Peak to Peak (p-p), ή Summit-Summit (s-s) όπως την αναφέρουν εδώ θα είναι 1+1=2Vss.

Είδαμε λοιπόν ότι οι συνάδελφοι που σχεδίασαν τον ενισχυτή μας δίνουν έτοιμα τα στοιχεία που χρειαζόμαστε για να ελέγξουμε ότι η έξοδος του πομπού που θα συνδέσουμε είναι μέσα στα επιτρεπτά όρια τόσο με βατόμετρο όσο και με παλμογράφο.

Αυτές οι τιμές θα μας απασχολήσουν σοβαρά αργότερα όταν θα πρέπει να επιλέξουμε, σχεδιάσουμε και κατασκευάσουμε τον υποβαθμιστή ισχύος (attenuator) που θα συνδέσουμε μεταξύ του πομπού και του ενισχυτή.

Τώρα απλά ανάδειξαν το πρώτο εργαλείο που πρέπει απαραίτητα να αποκτήσουμε πριν ξεκινήσουμε μια τέτοια κατασκευή: ένα αξιόπιστο φορτίο 50Ω με ικανοποιητική ακρίβεια στις συχνότητες που μας απασχολούν.

..συνεχίζεται...

73, Πάνος, SV1COX

Συνεχίζοντας μπαίνουμε λίγο στην "ζώνη του λυκόφωτος" (twilight zone ).

Καταρχήν το σύμβολο των τρανσίστορς δεν είναι το γνωστό που έχουμε συνηθίσει για τα απλά bipolar transistor, ούτε καν με FET μοιάζει.

Οι συνάδελφοι στη σελίδα τους λένε ότι πρόκειται για: Mitsubishi 12 Volt 30 MHz VMOS Family RDxxHFF.

Χμ.. δεν σχεδιάζουμε εμείς τον ενισχυτή, απλά τον συναρμολογούμε. Σίγουρα μπορούσαν να επιλέξουν οποιοδήποτε ημιαγωγό, όμως, κάποια συγκεκριμένα χαρακτηριστικά της συγκεκριμένης οικογένειας (στο συγκεκριμένο project σίγουρα η τιμή τους αλλά και η "απλότητα" του κυκλώματος που τα οδηγεί) τους οδήγησε σε αυτή την επιλογή.

Εμάς όμως δεν μας νοιάζει, τουλάχιστον σε αυτή τη φάση.Αν όμως αργότερα προκύψει ένα πρόβλημα στις δοκιμές τότε αναγκαστικά θα ασχοληθούμε με τα χαρακτηριστικά και τις αδυναμίες των συγκεκριμένων power MOSFET (VMOS= vertical metal oxide semiconductor).

Κοιτάξτε το παρακάτω σχήμα:

Στα αριστερά είπαμε θα συνδεθεί η είσοδος του πομπού μας με μέγιστη έξοδο (ένα δυνατό αααααααα δηλαδή σε διαμόρφωση SSB ή ένας συνεχής τόνος CW) τα 10mw.

Αμέσως μετά ακολουθεί ο πυκνωτής C2. Μια προφανής του χρήση είναι ότι εμποδίζει το συνεχές ρεύμα που έρχεται από εκεί που το σχήμα λέει BIAS να φτάσει στην είσοδο του πομπού μας (και το πιθανότερο να βραχυκυκλώσει με τη γείωση μέσω του πηνίου κάποιου μετασχηματιστή εξόδου). Ξέρουμε ότι από τους πυκνωτές δεν περνάει το συνεχές ρεύμα και έτσι με τον C2 σε αυτή τη θέση δεν κινδυνεύουμε.

Ένα πολύ καλό site με πολύ καλές συγκεντρωμένες πληροφορίες για τους κατασκευαστές κιτ είναι το www.elecraft.com. Κοιτάξτε εκεί που λέει Builder Resources. Ανάμεσα σε πολλά άλλα χρήσιμα θα βρείτε και ένα καλό βοήθημα για να ξεχωρίζετε τους πυκνωτές και τις τιμές τους: Capasitor Identification and MArking Chart.

Ακόμα πιο χρήσιμοs και επεξηγηματικός είναι ο οδηγός του συνάδελφου Paul, NA5N, στο link:na5n_cap_guide.pdf . Νομίζω τα έχει όλα για τους πυκνωτές.

Έρχεται λοιπόν το χαμηλό σήμα RF (ένα εναλλασσόμενο ρεύμα) από αριστερά και εμφανίζεται ενισχυμένο στο δεξιό μέρος του τρανσίστορ (στον μετασχηματιστή Tr1). Σε όλους του τύπους τρανσίστορ (ή έτσι νομίζω) για να "περάσει" ολόκληρος ο κύκλος του εναλλασσόμενου ρεύματος (και οι αρνητικές τιμές δηλαδή) και να μην υπάρχει και αποκοπή (ψαλίδισμα) του σήματος πρέπει, μαζί με το σήμα να εφαρμόζουμε και μια συνεχή τάση (στη συγκεκριμένη περίπτωση στο Gate του MOSFET) και αυτό είναι το ρεύμα που εισάγουμε εκεί που στο σχήμα λέει Bias (στην πραγματικότητα δεν "περνάει και ενισχύεται" η RF αλλά διαμορφώνεται κατάλληλα σαν εναλλασσόμενο, σε συχνότητες RF όμοιες με αυτές που εφαρμόζουμε στο Gate, το ρεύμα των 13.8V).

Θα ασχοληθούμε και αργότερα με αυτό. Απλά τώρα εκεί που λέει BIAS να σκέφτεστε μια συνεχή τάση (μια "δουλειά" που κάνει ο C2 είπαμε είναι να την εμποδίσει να "πάει" στο πομπό μας).

Η "ενισχυμένη" RF "βγαίνει" στο ποδαράκι (Drain) στο νούμερο 1 του μετασχηματιστή.

Η αντίσταση R3 με τον πυκνωτή C3 παίρνουν μια μικρή ποσότητα από την "ενισχυμένη" RF (από τους πυκνωτές περνάει το εναλλασσόμενο ρεύμα) και την ξαναεισάγουν στο ποδαράκι Gate του τρανσίστορ. Αυτό λέγεται negative feedback
και κάνει τον προενισχυτή πιο σταθερό.

Ο πυκνωτής C3 κόβει την συνεχή τάση των 13.8V από το να περάσει στην είσοδο και να λειτουργεί σαν BIAS.Όπως είπαμε το BIAS το ρυθμίζουμε εμείς στο σημείο που φαίνεται στο σχήμα.

Θυμηθείτε η ισχύς είναι P=IxV. Αν το φορτίο που παράγεται αυτή η ισχύς είναι το πρωτεύον του μετασχηματιστή Tr1 τότε το κύκλωμα που διακρίνουμε είναι η είσοδος των 13.8V, το πηνίο του μετασχηματιστή, το τρανσίστορ και τέλος η αντίσταση R4 προς την γείωση. Η τιμή δηλαδή της R4 καθορίζει ή το Ι (amperage) ή το V (voltage) που ρέει σε αυτό το κύκλωμα. Διαλέξτε.. σημασία έχει ότι σε κάθε τέτοιου είδους ενισχυτή μειώνοντας την τιμή της R4 αυξάνουμε την ισχύ εξόδου του.

Είναι κρίσιμο εξάρτημα γιατί σε οριακές συνθήκες λειτουργίας μπορεί να είναι υπεύθυνο για υψηλές θερμοκρασίες στο τρανσίστορ και άλλα προβλήματα. Δεν είναι
λίγες οι περιπτώσεις όμως που πειραματιζόμαστε με την τιμή της προκειμένου να "ανεβάσουμε" λίγο την έξοδο ενός ενισχυτή.

Και φτάνουμε στο σημείο που θα θέλαμε να είμασταν ηλεκτρονικοί.. αλλά είπαμε ερασιτέχνες είμαστε. Στο αριστερό μέρος συνδέουμε έναν πομπό. Για να μην "έχουμε στάσιμα", να έχουμε δηλαδή καλή προσαρμογή του πομποδέκτη μας και να μην "τον κάψουμε" πρέπει όλα τα εξαρτήματα στα αριστερά να έχουν σύνθετη αντίσταση 50Ω ή κοντά στα 50Ω σε ΟΛΟ το εύρος των συχνοτήτων που θέλουμε να δουλεύει ο ενισχυτής (στην περίπτωσή μας 1-60Mhz).

Το πως σχεδιαστικά επιτυνγχάνεται αυτό δεν το γνωρίζω αλλά σαν απλό κατασκευαστή δεν με απασχολεί κιόλας. Αν μετά στις δοκιμές δεν συμβαίνει θα ψάξω τρόπους να το διορθώσω (ίσως με κάποια χωρητικότητα ή αντίσταση σε σειρά ή παράλληλα).

Αντίστοιχα για να δουλέψει το "κύκλωμα της ενισχυμένης RF" που περιγράψαμε πιο πάνω πρέπει το φορτίο στην έξοδο του τρανσίστορ (το πρωτεύον πηνίο του μετασχηματιστή Tr1 αλλά και όλα τα συνεδεμένα σε αυτό εξαρτήματα) να έχουν σύνθετη αντίσταση (impedance) τέτοια ώστε στις συχνότητες λειτουργίας του ενισχυτή το ρεύμα (drain current) που θα κυκλοφορήσει στο κύκλωμα να είναι μέσα στα όρια λειτουργίας του transistor. Σκεφτείτε το σαν μια λάμπα που ενώ πυρακτώνεται δεν καίγεται αρκετά για να καταστραφεί. Εκπέμπει όμως φως (εκτός από θερμότητα) όπως και το πηνίο του Tr1 δημιουργεί ένα ηλεκτρομαγνητικό πεδίο μέρος του οποίου θα "μαζέψουμε" με το δευτερεύον του μετασχηματιστή με επαγωγή.

Πάλι πως υπολογίζεται και σχεδιάζεται αυτό δεν το γνωρίζω. Το γεγονός όμως αυτό με κάνει ακόμα πιο προσεκτικό στην κατασκευή του μετασχηματιστή Tr1 με τον οποίο θα ασχοληθούμε στη συνέχεια.

Προς το παρόν τόσα καταλαβαίνω και έτσι δουλεύουν τα πράγματα για μένα. Οποιοσδήποτε ξέρει κάτι περισότερο η θέλει να διορθώσει ή διευκρινήσει κάτι μπορεί φυσικά να παρεβληθεί με ποστ σε αυτό το thread ελεύθερα.

....συνεχίζεται...

73, Πάνος, SV1COX

(sorry δε "συνεχίστηκε", ο ενισχυτής κατασκευάστηκε ομαλά χωρίς προβλήματα αλλά στην ηρεμία είχε κατανάλωση 450-500ma γεγονός όχι ελκυστικό όταν δουλεύεις με μπαταρίες και έτσι τοποθετήθηκε στο ράφι με τις "κάποτε θα ασχοληθώ και με αυτό αλλά τώρα δε το χρειάζομαι" κατασκευές. Αν έρθει ποτέ αυτή η μέρα ναι το ποστ θα "συνεχιστεί" )

να περνάτε πολύυυυυ καλά