Dokončíme úpravy a zprovoznění FM zesilovače z minulého dílu a ukážeme si, na co si dát pozor. Stručně se podíváme také na princip činnosti tohoto i většiny jiných zesilovačů.

V minulém dílu jsme pořídili použitý FM zesilovač o výkonu 300 W. Zprovoznění není zcela bez potíží a některé vady zatím zůstávají. Zesilovač má nápadně velkou spotřebu vinou vadného koncového tranzistoru. Na předním panelu není správně indikován výstupní výkon. Tyto nedostatky nyní napravíme výměnou vadných komponent. Dá se říci, že zesilovač bude nakonec v lepší kondici než když byl nový.

Demontáž původního modulu vf zesilovače

Nyní naši pozornost soustředíme na koncový tranzistor a celý modul vf zesilovače. Prvotní představa byla taková, že po vyjmutí modulu se vymění tranzistor za nový, a modul se zase vloží zpět. Je to práce nejvýše na pár desítek minut. Ital byl ovšem jiného názoru. Bylo zjištěno, že nejen tranzistor, ale celý modul je fakticky na odpis. Podíváme se na to blíže.

Připravený náhradní tranzistor tedy nakonec vysílat nebude. Problém je v tom, že výstupní (levá) část modulu je složena ze dvou samostatných desek, které jsou k sobě nalaminovány. Jenže desky jsou po letech celé pokroucené a začínají se od sebe oddělovat. Některé prokovy (propojení mezi deskami) se uvnitř ihned trhají, včetně těch nejdůležitějších ve výstupním planárním transformátoru (označeny rámečkem). Bohužel výrobce v tak kritickém místě, kde teče největší proud, udělal pouze čtyři prokovy. Při přerušení těchto prokovů modul spadne do úplně jiného režimu činnosti a namísto požadované frekvence začne na výstup kapacitní vazbou pouštět chaotickou směs násobků původní frekvence.

Původní plán prosté výměny tranzistoru tedy padl, takto jednoduše to nepůjde. Snažit se modul nějak opravit a ztrácet tím čas nemá smysl. Vždyť už na první pohled ten modul vzbuzuje pochybnosti. Poletí do koše a seženeme jiný, který bude vyhovovat výkonově, rozměry a napájecím napětím. A rovnou při té příležitosti bude osazen modernějším tranzistorem.

Princip vf zesilovače typu push-pull

Uděláme si nyní drobnou odbočku a popíšeme si, jak takový modul pracuje. O tomto typu vf zesilovače jsme si dosud nic neřekli, tak to musíme napravit, zesilovače v konfiguraci push-pull se totiž používají velmi často. Není divu, mají několik výhod. Namátkou je to:

• Snadná realizace
• Vyšší účinnost
• Na výstupu téměř nevznikají sudé harmonické
• Vyšší výkon při stejném napájecím napětí
• Vyšší výkon kombinací dvou zesilovacích prvků

Je to tak, tranzistory jsou ve skutečnosti dva, i když mají jedno společné pouzdro. Maximální výkon se uvádí jako součet pro oba tranzistory dohromady.

Pokud chcete jednoduchý popis, tak push-pull zesilovač funguje stejně jako řezání dvouruční pilou. Je skoro zbytečné uvádět cokoli více.

Na vstupu zesilovače je transformátor, jehož úkolem je přizpůsobení impedance pro vstupy tranzistorů a navíc otočení fáze pro jeden z tranzistorů. Na výstupu je opět transformátor, a jeho účel je podobný: přizpůsobit impedanci a otočit fázi výstupu jednoho z tranzistorů zase zpět. Tím se signály z obou tranzistorů sečtou do společného výstupu. Přes odbočku transformátoru je přivedeno napájecí napětí.

Co se týká praktické realizace transformátorů, používají se tyto způsoby:

• vodič vinutý skrze dvě kovové trubičky - každá z trubiček představuje jeden úsek děleného vinutí
• transformátor složený z úseků koaxiálního vedení
• planární transformátor - tvořený vodivými spoji na několikavrstvé desce plošných spojů

Ovládacím prvkem Bias se řídí předpětí pro tranzistory. Tím se optimalizuje chování zesilovače při průchodu vstupního signálu nulou. Správné nastavení je věcí kompromisu mezi podílem vyšších harmonických na výstupu a účinností. Tento prvek může být i vynechán (zapojen na zem) a zesilovač pak s poněkud menším zesílením pracuje čistě ve třídě C.

Montáž nového modulu vf zesilovače

Podařilo se sehnat vhodný náhradní modul, který bez nutnosti nějakých výraznějších úprav přímo pasuje do místa původního modulu. Na internetu se takových modulů nabízí celá řada. Všechny dokonce vypadají tak podobně, že se ani nedá říci, kdo od koho okopíroval konkrétní provedení. Zásadně se ale vyhněte modulům, které jsou už na první pohled použité. Většinou se jich někdo zbavuje právě proto, že mají odpálený tranzistor, takže to bychom se moc daleko nedostali. Modul si lze i vyrobit, je to celkem zábavné, ale nevyplatí se to - neušetříte tím vůbec nic.

Cenově i rozměrově nakonec padla volba na Pallet FM Amplifier odněkud ze Slovinska, s tranzistorem BLF184. Ten je schopen dát až 700 W výkonu. My z něho tolik tahat nebudeme, napájecí zdroj v našem zesilovači by to ani neumožnil. Spíše se dostaneme do stavu, který by měl být normální - že provozní výkon bude někde v polovině výkonu maximálního. Bohužel se v minulosti postupně rozmohla praxe, kdy výrobci na své zesilovače psali stejný výkon, jako byl maximální výkon koncového tranzistoru, uvedený v datasheetu. Pak to končí spáleným tranzistorem, protože ideální provozní podmínky nejdou zaručit napořád.

Nový modul (paletka) má montážní otvory na jiných místech, než měl modul starý. To je celkem očekávatelné. Takže modul přiložíme na chladič, pečlivě a přesně označíme otvory a vyvrtáme je do hliníkového tělesa chladiče. Byl použit vrták o průměru 3,2 mm a čtyři šrouby s imperiálním závitem 6-32, což by snad měl být ekvivalent závitu M3.5. Pod modul samozřejmě přijde teplovodivá pasta.

Zapojíme napájení, vstup a výstup, a vše bude hned fungovat, protože výrobce uvádí, že modul je z výroby otestovaný a plně funkční. Takže jdeme na to ... a nefunguje to! Modul se tváří jako mrtvý. Začíná pátrání, co je špatně. Multimetr ukazuje, že vstupy tranzistoru nemají vůči sobě vodivé spojení. Tak tam píchneme šroubovák - a najednou to naběhne! Jak vypadá ten test modulu u výrobce, to raději ani nevědět.

Dobře, tak jsme si modul nakonec dopájeli a otestovali sami a už to jede. V každém případě i tady platí, že nejprve použijeme pomocný nastavitelný napájecí zdroj a až když máme jistotu, že vše správně funguje, připojíme plné napájecí napětí ze zdroje v zesilovači.

Napájení modulu si zaslouží naši pozornost. Oni tam na napájení nedali žádný ferit, který by oddělil přívod napájení od obvodů, kde teče plný vf výkon ve stovkách wattů. Ani tucet filtračních kondenzátorů by nezabránilo průniku rušivého vf proudu ven z modulu po přívodu napájení, když tento přívod nemá nijak přerušenou cestu pro vf proudy. Nabízí se nám použít pro tento účel součástky z původního vadného modulu, připájené na kousku desky plošných spojů (viz obrázky dole v galerii). Drát provlečený feritem a dva kondenzátory, jejichž hodnota ani nebyla zjišťována. Chodilo to v původním modulu, bude to chodit i tady.

Vzhledem k tomu, že z modulu nebudeme tahat plný výkon, je vhodné napájecí napětí snížit. K tomu poslouží víceotáčkové trimry na obou deskách napájecího zdroje. Jak bylo uvedeno v minulém dílu, desky jsou zapojeny v sérii. Jedna z desek zdroje napájí i ventilátory, napětí se tudíž nastaví i s ohledem na potřeby chlazení. Každopádně na obou deskách nastavíme výstupní napětí tak, aby v součtu bylo kolem 42 V. Pro výstupní vf výkon 300 W je toto napětí dostatečné.

Výměna panelového měřidla výkonu

Původní měřidlo má uvnitř poškozenou mechaniku, takže řešením je jedině koupě nového. Sehnat originál je prakticky nemožné, ale známe rozměr, který je 70×60 mm. V tomto rozměru se dá běžně koupit několik voltmetrů a ampérmetrů s různými rozsahy. Voltmetry jsou v rozsahu do desítek voltů, což je pro náš účel až moc. Takže bereme ampérmetr, konkrétně Velleman AIM7015A, což je čínský HOPESUN PM-1.

Vzadu odšroubujeme bočník a jako mávnutím kouzelného proutku máme voltmetr s citlivostí asi 40 mV pro plnou výchylku. Stupnici s ampéry odmontujeme a vložíme stupnici z původního vadného měřidla. Jde to takhle jednoduše? Ale jistě, bez ohledu na to, co je napsané na stupnici, měřidlo reálně měří vždycky napětí. Indikaci výkonu však bude třeba zkalibrovat.

Ještě před výměnou stupnice je dobré seřídit ručičku přesně na nulu a po výměně usadit stupnici tak, aby ručička byla opět na nule. Stupnici přilepíme a v dolní části ještě přichytíme dvěma vruty do nově předvrtaných otvorů. Kontrolní otázka: Proč má ta stupnice ve wattech v polovině rozsahu 125 a nikoli 250? Jak jsme si řekli, měříme napětí, a výkon roste s druhou mocninou napětí.

Po vsazení a zapojení měřidla do zesilovače je nutné měřidlo zkalibrovat. Slovo kalibrace je v tomto případě možná příliš nadnesené. Zkrátka provede se to tak, že na výstup zesilovače se do umělé zátěže pošle výkon, který známe, a stejná hodnota výkonu se pomocí trimru nastaví na měřidle. Uděláme to zvlášť pro přímý (FWD) a pro odražený (REF) výkon. V tomto konkrétním případě je na měřáku AVAIR AV-601 zjištěn přímý výkon 150 W a odražený výkon 20 W. Stejná indikace je pak nastavena na panelovém měřidle pomocí trimrů. Vše najdete dole v galerii. Proč jen 150 W a nikoli rovnou 300 W? Zkrátka proto, že AV-601 v tomto frekvenčním pásmu větší výkon měřit neumí. Něco se v něm zahřívá a pak postupně ukazuje méně než je skutečnost. Takže budicí výkon do zesilovače musíme nastavit dle možností "kalibračního" měřáku. Od celého procesu nečekejte zázračnou přesnost, ani to není potřeba, z hlediska kvality pokrytí je rozdíl výkonu v desítkách procent naprosto zanedbatelný. Ukázalo se, že citlivost nového měřidla (resp. i jeho vnitřní odpor) je tak akorát, a pomocí trimrů lze nastavit správné výchylky bez nutnosti pájet tam třeba nějaké dodatečné odpory.

Závěrem

Je hotovo. Zesilovač pro FM vysílání už by pro nás neměl být tajemnou bedýnkou. Rozpitvali jsme jej doslova do posledního šroubku. Zesilovač má při jmenovitém výkonu celkovou účinnost typicky mírně přes 50 %, zesílení je asi 20 dB. Účinnost se může měnit v závislosti na frekvenci a vždy je nejvyšší při plném výkonu.

Veškeré zesilovače této kategorie jsou dělané plus mínus stejným způsobem, bez ohledu na značku. Samozřejmě v novějších zesilovačích nenajdeme toroidní transformátor, ale mnohem lehčí a účinnější spínaný zdroj. Též zde bude lépe vyřešena provozní indikace a samočinné havarijní odpojení.

Všechny články:

Vysílač ze second handu — nový trend na pirátské scéně?
FM zesilovač 300 W: 1. díl — Od převzetí k prvnímu zapnutí
FM zesilovač 300 W: 2. díl — Zpět do služby
FM zesilovač 300 W: 3. díl — Výměna napájecího zdroje