Amplificateur linéaire 7 MHz - 45 Watts PEP

     Pour donner un peu plus de "punch" à un émetteur QRP de 5 Watts, nous avons réalisé un petit amplificateur linéaire capable de fournir environ 45 W PEP.
Cette réalisation est largement inspirée du STRONG V1&V2 de F6BCU.

     Appelé à ne travailler que sur une bande de fréquence, le montage a été simplifié et la réalisation faite avec un circuit imprimé entièrement redessiné.
 

     PRINCIPE

     Ce montage fait appel  à 2 MOSFET très courant et économiques et il n'y a pas de composants exotiques. Les bobines sont faciles à réaliser et les explications données sur le site de F6BCU sont claires avec un fichier PDF à télécharger.

     Avec 3 W PEP en entrée, on obtient 45 W PEP en sortie avec une consommation en pointe de 7 A.

     Le ROS mètre est un peu particulier puisqu'il ne nécessite pas de tarage avec potentiomètre et inverseur comme dans les appareils à deux cadrans. Il fait appel à un circuit analogique constitué d'un intégrateur générant un signal en dent de scie dont les pentes sont fonction des tensions directes et réfléchies fournies par le pont réflectométrique. Un NE555 en comparateur à fenêtre bascule à des niveaux définis (1/3 - 2/3) donnant un signal rectangulaire dont le rapport cyclique est fonction de ces niveaux. Il reste à intégrer ces signaux à l'aide d'un condensateur de forte valeur couplé à un galvanomètre gradué en ROS, la valeur 3 étant classiquement à mi-échelle.
     La résistance de 2M2 n'est là que pour forcer l'aiguille du galvanomètre à rester sur la graduation 1 à gauche plutôt qu'en fin d'échelle en l'absence d'émission.
     Un inconvénient de ce montage, pour une adaptation à un pont existant est que la tension réfléchie doit être négative par rapport à la masse du pont et également il nécessite une alimentation en 12 Volts.
     Pour ne pas charger la sortie Vdir, un ampli OP tampon de gain unitaire attaque le deuxième galvanomètre indicateur de puissance gradué en Watts.

SCHÉMAS

L'amplificateur :

Le ROSmètre automatique :

CIRCUITS IMPRIMÉS
(Côté composants, cuivre en transparence)

RÉALISATION

     Le composant principal est le transformateur TR2 utilisant un tore binoculaire BN43-7051 dont le primaire est constitué d'une seule spire formée par deux tubes en laiton de 6 mm de diamètre extérieur et de 0,3 mm d'épaisseur. Les tubes pénètrent parfaitement dans les orifices de la ferrite qui font 6,35 mm de diamètre.
Ces tubes sont reliés d'un côté par une petite plaque d'époxy cuivré de 0,5 mm d'épaisseur à laquelle ils sont soudés. De l'autre côté les tubes sont soudés à une plaque identique en époxy mais constituée de deux secteurs séparés. Ce sont les extrémités de la spire. Dans un tore binoculaire chaque passage dans un orifice représente une demi-spire alors que dans un tore classique, c'est une spire.
Les 3 spires du secondaire sont en fil de cuivre isolé Téflon de 1 mm de diamètre (env. 35 cm de long).

     Les inductances L1 et L2 du filtre passe-bas de sortie sont bobinées l'une en sens horaire et l'autre en sens antihoraire et sont perpendiculaires entre elles.

     Le filtre de sortie passe-bas rempli parfaitement son rôle avec les valeurs indiquées sur le schéma, pour preuve la courbe d'atténuation obtenue avec le mini VNA :

     Les deux relais de commutation antenne sont de type miniature (ref. G5V-1 chez OMRON ou AZ957 chez ZETTLER), adaptés à la HF, puisque donnés pour un ROS inférieur à 1,15 à 100 MHz et une isolation meilleure que 45 dB à cette même fréquence.

     Le radiateur utilisé (150x70x26) est parfaitement suffisant pour un trafic vocal en BLU et ne nécessite pas de ventilation supplémentaire.

     Une cloison verticale, faisant office de blindage, sépare l'amplificateur des circuits du ROSmètre.

     Le coupleur est du type à bobine à point milieu. Le bobinage se fait "deux fils en main" après les avoir torsadés ensemble (env. 3 torsades au cm). Du fil de cuivre émaillé de 0,4 mm convient très bien. Selon la gamme de puissance à mesurer, il faudra adapter le nombre de spires. Nous donnons ci-après, sous forme de courbe, le résultat des mesures faites avec 10 spires.

     Et à titre d'information, la courbe avec 18 spires :

     On constate sur ces courbes, obtenues expérimentalement, que la puissance n'est pas exactement en relation quadratique avec la tension sinon, dans la formule (en haut, à droite), la puissance de X serait de 2 et non 1,8. Ceci est dû entre autre au manque de linéarité de la diode redresseuse.
      La plupart des wattmètres à affichage digital se contentent de calculer une valeur théorique de la puissance à partir du carré de la tension et de l'afficher sans correction avec parfois deux chiffres après la virgule !
     A ce point de vue, les appareils analogiques de qualité genre DAIWA et bien sûr BIRD, ont des échelles qui tiennent compte de ces imperfections car graduées par comparaison avec un appareil de précision.

MISE AU POINT

 AMPLIFICATEUR

     Elle se résume à régler le courant de repos de chaque MOSFET à une valeur de 200 mA à l'aide des ajustables Aj1 et Aj2 et la durée du VOX par Aj3. Il sera peut-être aussi nécessaire de modifier l'atténuateur en Pi pour l'adapter au niveau de sortie de l'émetteur. Une amélioration pourrait être de "démultiplier" électriquement le réglage (très sensible) du courant de repos avec un ajustable de plus faible valeur et une résistance talon, ou bien d'utiliser des ajustables 10 ou 20 tours.

 ROS MÈTRE

     On commencera par régler le condensateur ajustable du coupleur, pour avoir un minimum de réfléchi sur charge résistive 50 ohms de qualité.

     L'étalonnage se fera à mi-échelle, c'est à dire pour un ROS de 3. Les créneaux en sortie du 555 auront alors un rapport cyclique de 1 (visible à l'oscilloscope) puisque la tension sur Vdir sera double de celle sur Vref.
     Pour simuler ces valeurs, il suffira, pont débranché, d'appliquer une tension positive de +6 Volts sur l'entrée Vdir et une tension négative de - 3 Volts sur l'entrée Vref, ceci par rapport à la masse. L'ajustable Aj1 permet d'amener l'aiguille en milieu d'échelle.
     Une autre méthode élégante est d'utiliser des charges résistives (de qualité) en parallèle. Deux charges de 50 ohms produisent un ROS de 2 et 3 charges, un ROS de 3. En faisant varier la puissance de l'émetteur on pourra constater que le ROS ne varie pratiquement pas, ce qui est le but recherché !
     Le nombre de spires du pont réflectométrique sera éventuellement modifié pour qu'à la puissance maximum de l'émetteur, la sortie Vd soit aux environs de 10-12 Volts au maximum.

     Rappel :
     - Plus on augmente le nombre de spires, plus la tension de sortie diminue et inversement car le nombre de spires est égal à la racine carrée du rapport de transformation.
     - Le ROS (SWR in english) est donné par la formule : ROS = (Vdir + Vref) / (Vdir-Vref)
       On voit que le ROS vaut 1 quand Vref = 0 (impossible en pratique) et tend vers l'infini quand Vref tend vers Vdir (très déconseillé en pratique !).
                                                                                        

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