Amplificateur linéaire 500 Watts 40 - 80 m
à transistors HEXFET® type F5OYV

Construction de F8APF en version 80 m


  


BIEN LIRE ATTENTIVEMENT TOUT CE QUI SUIT
(surtout en rouge)
AVANT D'ENTREPRENDRE QUOI QUE SE SOIT !



Prendre aussi les mesures de sécurité habituelles concernant la manipulation des tensions et du rayonnement RF...


1) Un peu de romance :

Aprés avoir mis de côté un début de construction d'un ampli 80 m 300 W à base d'un push-pull de deux tubes EL 519 (trop gros pour rentrer dans mon mini-shack !), j'entends F5IF Maurice discuter d'un schéma d'ampli à transistors, qu'il se serait procuré auprés de son concepteur F5OYV Raymond. Trés interressé, je lui demande de me procurer une copie de la doc. Deux jours aprés, elle arrive dans ma boîte à lettres traditionnelle.
J'ouvre avec précipitation l'enveloppe, et examine les schémas. Un peu échaudé par la complexité apparente du truc et par les difficultés à se procurer certains composants, je remets la doc dans l'enveloppe et la range dans un coin... (Les deux ou trois OM du Roussillon possédant aussi une copie en ont fait de même, hi ?!?!)
Presque deux ans plus tard, l'envie (et surtout la necessité dûe à mon mauvais emplacement pour faire du 80 m) de m'équiper d'un amplificateur me fait ressortir la fameuse doc de F5OYV Raymond. La relative compacité du système (toujours pour mon petit shack) me séduit, et malgrés les obstacles à traverser, je commence à voir si je peux me procurer les composants spécifiques, ou équivalents :
- Transfo d'entrée à tubes ferrite : Récupéré un transfo de sortie d'un ampli CB 100 W.
- Transfo de sortie : J'ai trouvé deux gros tubes ferrite issus de gros onduleurs de 600 VA.
(Sinon j'aurai fait en empilant des tores).
- Les autres tores ferrite HF sont disponibles avec quelques équivalences un peu "partout" (je ne peux pas faire de pub).
- Les tores de filtrage alim de la carte amplificateur : Alimentations d'ordinateurs.
- Les transistors IRFP 360 : Echec cuisant chez mon fournisseur habituel dont le stock est épuisé ! Heureusement, j'ai pu en trouver (un peu plus cher) chez un autre fournisseur.
On peut en trouver en d'autres références (210 N 50 L...) aux USA (IXYS RF POWER...), mais à des prix "saignants"...
- Le transformateur d'alimentation : Cher, trés cher, mais j'ai pu récupérer encore dans un onduleur, un 36 V / 1000 VA, mais la puissance de l'ampli sera un peu réduite cause manque un peu de voltage, mais ça ira pour 300 W.
- Les capas mica (indispensables pour accepter les fortes intensités) : F5IF Maurice et F1UCG Daniel me les ont fourni, je les remercie encore.
- Les relais : 100% récupération dans des cartes de puissance lave-linge...
- Le reste se trouve facilement dans les "quincailleries" d'électronique.


ATTENTION, les composants de la famille MOSFET sont trés sensibles aux charges statiques ! Il faut prendre les précautions qui s'imposent lors de leur manipulation, mise en place et soudage (court-circuiter grille-source par une pince métal jusqu'au soudage final, mettre tous les outils et le montage en équipotentialité à la terre, ne rien frotter sur des tissus...).

2) La documentation originale et conseils du concepteur F5OYV Raymond :

  • L'alimentation stabilisée 38 V / 15 A avec protection anti-surtension de sortie.
  • La partie amplificatrice push-pull classe AB.
  • Signalisations façade et commandes.
  • Les filtres de sortie 40 et 80 m.
  • La réalisation des transfos HF entrée / sortie.
  • L'implantation sur le circuit imprimé double face, et vue côté plan de masse.
  • Tri des transistors (pour un bon équilibrage) conseillé.
  • Modifications pour la bande 20 mètres, mais avec puissance réduite.

    3) Réalisation F8APF :

    Sur la base du montage de F5OYV, avec quelques petites modifications :

  • L'alimentation en deux parties :
    12 V incorporée dans l'ampli pour les commandes et signalisations. Le ventilateur pour le radiateur du PA est alimenté en permanence dès l'allumage de l'ampli (meilleure efficacité).
    38 V (32 en pleine charge) dans boîtier à part, mise en route secteur télécommandée depuis l'ampli.
    L'alim et l'ampli sont reliés par des gros câbles de 6mm², 2 mètres maximum, pour le 38 V DC, et connectés par des XLR ("canon"), qui tiennent au delà de 20 A si câblées en croix.
    Eviter les "fiches bananes" qui sont trés indigestes en cas d'inversions de polarités accidentelle...
  • Le circuit de commutations. Il gère le passage en émission, et empêche celui-ci si absence du + 38 V ou du + 12 V, ou en cas de ROS ou de surchauffe. Un commutateur à levier 3 positions commande la mise en TX forcée, ou veille (stand by), ou TX automatisé par la CDE PTT du micro ou transceiver par mise à la masse. Il est fabriqué sur du circuit type "Veroboard".
    Important : Les selfs de 27 µH empêchent toute fuite de HF qui apparaîtrait dans les bobines des relais de commutation entrée / sortie (par expérience) ; elles sont complétées par des découplages de 100 nF seulement aux extrémités opposées (sous peine de "tout fumer" !).
  • Le circuit de détection ROS et d'affichage PWR à base d'ampli op., fabriqué aussi sur du circuit type "Veroboard" (schéma fiable, précis, éprouvé et utilisé en broadcast professionnel), et détail de la ligne ROS (ses composants sont montés "en l'air" côté lignes).
  • La partie amplificatrice modifiée monobande.
  • Le filtre 80 m optimisé, sa courbe de réponse.
  • Le transformateur HF d'entrée, vu dessus, vu de face.
  • Le transformateur de sortie est comme celui de Raymond F5OYV, mais fait avec deux tubes ferrite de longueur 28 mm et diamètre 26 mm. Les câbles d'enroulements sont des câbles gainés de "HiFi embarquée" de 25/10 qui ne prennent pas feu.
  • L'implantation en "gravure Anglaise" sur le circuit imprimé (gravé à la main avec lame de scie et tournevis en 3 heures !) double face, plan INTEGRAL de masse au verso avec nombreuses traversées de masse. Les transistors sont encastrés dans le CI et vissés sur le radiateur avec des isolants mica (j'ai failli les oublier, hi !) copieusement graissés recto-verso à la pâte silicone. Ne pas oublier les 4 thermistances CTN graissées et fixées par du clinquant (voir schéma PA plus haut).
  • Le système de convection forcée.
  • Conseil pour la self de 1 mH (± 20%) en série avec la pin 2 du régulateur 7805 (polarisations), choisir le modèle de gauche sur la photo, car moins de risques de rupture du fil pour cette valeur élevée :

    En effet, la moindre rupture dans le circuit de la pin 2 du régulateur entraînerait certainement la mort subite des 4 transistors !

    5) Réglages :

    S'assurer au départ que les 4 potentiomètres de polarisation sont à zéro (0 Volt sur leur curseur).

    Courant de repos, par F5OYV :

    - Au montage des transistors, ne pas souder les sources.
    - Insérer un milliampèremètre entre source et masse (calibre ± 20 mA).
    - Appliquer les 38 V au PA.
    - Pour les premiers essais*, régler chaque transistor (par les ajustables multitours P1 à P4) à ± 2 mA (revenir sur chaque réglage). Si vous ne constatez pas d'échauffement excessif des transistors, alors montez à ± 10 mA.
    - Souder les quatre sources à la masse.
    Commencer les essais* RF avec une tension de 12 à 14 V, si tout se passe bien augmenter progressivement la tension VDDS jusqu'au max (38 V).
    * Pendant les essais, ne pas faire de tune prolongé à la puissance maximum.
    Connecter un oscilloscope si possible à la charge, et en injectant un générateur AF sur la prise micro, vérifier la qualité de la sinusoïde en sortie.

    Courant de repos, par F8APF :

    - Même procédure que F5OYV, mais j'ai connecté le milliampèremètre en série dans chaque Drain. Cela permet (conseil de F1UCG Daniel ayant déjà cassé un MOSFET de 100 €) d'avoir l'espace gâchette-source "fermé", c'est à dire pratiquement au même potentiel, évitant aux charges statiques éventuelles de tuer les transistors avant même de les avoir alimentés ! Il serait peut être bon de prévoir sur le circuit imprimé, à ras de chaque drain, un fusible miniature de 5 AT sur support de trés bonne qualité, ce qui faciliterai les réglages (et le dépannage si un TRS en CC).

    Adaptation (ROS) en entrée :

    F5OYV a rajouté un petit passe-bas en entrée.
    Pour ma part j'ai bien optimisé la capa en parallèle sur le primaire de T1 (attention, uniquement en 80 mètres), et mis une self de 10 µH en série en entrée juste avant l'ampli :


    Sécurité ROS :

    A pleine puissance (faire vite) non modulée sur charge 50 Ohms, régler le potentiomètre :
    - 47 K (circuit de signalisation) sur le modèle F5OYV
    - 22 K de l'ampli op. sur le modèle F8APF
    en limite d'enclanchement de la sécurité.
    En déréglant doucement votre boîte d'accord, si vous en avez une, l'ampli doit se couper et la LED correspondante doit s'allumer brèvement.

    Galva d'indicateur de puissance :

    A pleine puissance (faire vite) non modulée sur charge 50 Ohms, régler le potentiomètre du wattmètre (récup...) pour afficher la puissance directe mesurée avec instrumentation sérieuse ("Bird" ou similaire, Analyseur...).

    6) Mesures (F8APF) :

    Seuil de polarisation constaté :

    Le courant drain du IRFP 360 démarre vers + 3,5 V à la grille.

    Puissance de sortie sur charge 50 Ohms (bouillante !), alimentation en 32 V : :

    264 W eff. (373 W crête) en porteuse pure continue.
    306 W PEP (432 W crête) en SSB (ici utilisation d'un DTMF) dans les pointes de parole.
    4 fois moins bien sûr en AM (modulation 100% à 1 KHz).

    Linéarité :

    Un peu de déformation en basse puissance (2 W AM 100%) dûe à ma polarisation un peu faible (10 mA / TRS).

    Pas de distorsion de commutation constatée (avec 23 W entretenu) zoom.

    Gain :

    15 dB sur mon modèle, soit même pas une dizaine de Watts en entrée pour 300 Watts en sortie !
    ATTENTION aussi à ne pas envoyer trop de "jus" en entrée de l'ampli sous peine de détruire les HEXFET®, votre moral et votre portefeuille !

    Propreté spectrale (aprés le filtre de sortie) :

    Conforme à la règlementation RA qui impose - 60 dB en dessus de 25 W, peut encore être amélioré par l'éventuelle boîte de couplage. Aucune TVI.
    A titre d'info, le spectre du TX du commerce homologué connecté à l'entrée, est loin d'être parfait ! (- 40 dB)

    Voir aussi moyens d'atténuation utilisés pour les mesures spectrales relatives.

    7) Améliorations apportées par F5OYV :

    Dans le but de parfaire la linéarité globale de l'appareil :
    - Les 4,7 Ohms des grilles deviennent des 10 Ohms.
    - Les 5,6 nF en // dessus sont hôtés.
    - La polarisation de chaque HEXFET® passe à 20 mA, voire 40.
    - D'autres suivront...

    8) Ce qui pourait être encore amélioré :

    - Une régulation de polarisation thermostatée indépendante pour chaque HEXFET®.
    - Le fameux fusible à ras de chaque drain, avec voyant LED (signal coupure).

    9) Quelques photos un peu floues cause mauvais appareil (F8APF) :

    L'alimentation déportée (sans son capot) :

    Dessus.
    Côté.
    Façade.
    Sérigraphie.

    L'amplificateur :

    Façade en construction.
    Dessous en construction.
    Idem.
    Platine ampli en construction (le transistor est un "faux modèle" pour l'étude d'implantation).
    Dessus.
    Dessous.
    Avant.
    Arrière.
    Contrôles.
    Témoins.
    Platine ampli.
    Alim 12 V interne et 2ème filtrage 38 V.
    Passe-bas 80 m.
    Entrée secteur basse puissance.
    La station 80 m opérationnelle.

    10) Documentation diverse :

  • Caractéristiques principales du IRFP 360.
  • Structure des HEXFET® (HEXagonal mosFET) utilisés.
  • Quelques ferrites toriques et tubulaires de puissance.

    11) Conclusion :

    Excellent, stable, pas d'accrochage intempestif, donne confiance.
    Temps de réalisation, réglages et mesures : Une cinquantaine d'heures.
    Coût : Dans les 120 € + récupération (coffrets, transfos...).
    Un grand merci encore à F5OYV, et à ceux qui m'ont aidé directement ou indirectement, notamment :
    F1EQF qui m'a fabriqué les 2 selfs de 22 µH,
    F1UCG pour sa mise à disposition d'un bout d'atelier et instrumentation, quelques pièces, conseils,
    F4LIX et F5HBI pour leur aide à rechercher certains composants,
    F5IF pour le fameux courrier et capas mica...
    Si c'était à refaire, je le referais, sans hésitation cette fois !

    Nouvelles : le 08/02/2009 je lui ai fait sortir 400 W P.E.P. en BLU en mettant un petit coupleur en entrée (toujours alimenté en 32 V).

    Avec le nouveau coupleur de sortie QRO il sort à présent ses 500 W P.E.P. et toujours excellent en octobre 2010, deux ans aprés !


    Montage original F5OYV Raymond,
    avec son autorisation de publication du 13/10/2008.
    Mise en page F8APF Patrick 11/2008.
    M.A.J. F8APF 10/2010.