Úprava a použití koncového stupně z vozidlových radiostanic

Pro vysílání vyššími výkony se vedle vlastních konstrukcí dají použít také koncové stupně z vyřazených vozidlových radiostanic pro pásma 45-80 MHz zejména značky Tesla. Po jejich úpravě získáme zesilovač pro FM vysílání s typickým výstupním výkonem 15 W.

Kdy je potřeba vyšší výkon?

Nejsem příznivcem výkonných zařízení v rukou začátečníků, proto nejprve stručný úvod. Výkon 15 W umí z vhodného stanoviště pokrýt i více než jeden okres. Nesprávně navržené nebo použité zařízení však umí také napáchat značné škody, pokud dojde k rušení jiných stanic nebo služeb. Zodpovědnost za provoz je jen na vás. Doporučuji zajistit si komunikační přijímač (skener) a ověřit si, co z vysílače leze. Že jde o ilegální činnost asi není třeba zdůrazňovat, i když se v poslední době vzhledem k chování některých privátních provozovatelů může zdát, že povolené je úplně všechno.

S vyšším výkonem obvykle roste pokrytí, jsou však případy, kdy to prakticky neplatí. Vysílací anténa by měla mít aspoň trochu výhled do okolí. U antény utopené mezi kopci nebo paneláky už vyšší výkon pokrytí téměř nezlepší, pouze dojde v pokrytých lokalitách ke zvýšení intenzity signálu. Nezapomeňte, že v blízkém okolí antény už při 15 W může být problém naladit cokoliv jiného vlivem zahlcení přijímačů. Proto napřílad vysílání v hustě obydleném sídlišti odněkud z balkóna v přízemí nebude asi ten nejlepší nápad. V takovém případě by výkon 1 W bohatě stačil. Naopak ve venkovských oblastech se použití vyššího výkonu přímo nabízí. Jednak se tu nedá napáchat moc škody a jednak to přinese více možných posluchačů.

Sháníme vhodný koncový stupeň

Vhodných radiostanic u nás pracovala a možná ještě pracuje celá řada, takže přísun základního materiálu máme ještě na dlouhou dobu zaručen. S přechodem na digitální druhy provozu se staré radiostanice neustále vyřazují. Pokud o takovém případu ve vašem okolí nevíte, nevadí. Stačí navštívit prakticky jakoukoliv radioamatérskou burzu (např. Holice), kde se jich dá sehnat hned několik typů, nebo ještě lépe se dá koupit přímo vypreparovaný koncový stupeň. Můžete zkusit i inzerci. Kvalita není vždy stejná, ceny se pohybují mezi 50 a 150 Kč, ceny kompletní radiostanice přesahují i 300 Kč.

Základní provedení je ve všech případech podobné, obsahuje dva výborné ruské tranzistory řady KT92x zapojené za sebou. Co se týká konkrétních typů, dochází k mírným odlišnostem. Koncové stupně pracující na 12 V jsou osazeny typem KT920. Koncové stupně pracující na 24 V typem KT922. Součástí radiostanic pak byl měnič 12/24 V nebo byla radiostanice provozována v nákladním automobilu. Nezapomeňte, že v azbuce je B naše V. Proto označení přímo na tranzistoru KT920B je ve skutečnosti KT920V. Naopak písmeno připomínající číslici 6 je naše B.

Přehled části dostupných koncových stupňů:

vr2b.jpg (21872 bytes) KT922A + KT922B, kondenzátorové trimry, nejstarší typ (VR20)
Tento koncový stupeň pracuje na 24 V. Bohužel je osazen kondenzátorovými trimry, což může usnadnit přeladění do požadovaného pásma, ale z hlediska spolehlivosti nejde o moc dobré řešení. Jedna z možností využití je vypájet oba výkonové tranzistory a použít je ve vlastní konstrukci. Také je možné nahradit trimry pevnými keramickými kondenzátory. K buzení předposledního tranzistoru je použit tranzistor BSY34. Počet zesilovacích prvků na desce je tedy vyšší než u ostatních typů a tak lze budit i velmi malým výkonem nebo se "napojit" až na KT922A a budit výkonem cca 0,4 W. Celkově lze říci, že aplikace tohoto typu koncového stupně je složitější, přičemž lepších výsledků se asi nedosáhne. Typický výstupní výkon tohoto typu je spíše 10-12 W.
K dispozici je také schéma zapojení a osazovací plán v několika variantách - varianta 1, varianta 2, varianta 3, varianta 4.
vr2a.jpg (18994 bytes) KT920A + KT920V, starší typ (VR22)
Jednu dobu nejčastěji se vyskytující typ, jednoduše přeladitelný a použitelný. Osazený klasickými součástkami. Dva velké rezistory blíže rohu jsou součástí regulace výkonu a ochrany koncového tranzistoru. Pro zvýšení výkonu je možné je překlenout vodičem, ale hrozí zničení koncového tranzistoru při nevhodném použití.
K buzení je doporučen výkon kolem 0,4 W. Konstrukce není zcela ideální, může docházet ke kmitání, proto je doporučeno provozovat pouze při plném vybuzení.
Je vhodné znát původní pracovní frekvenci kvůli snazšímu přeladění. K dispozici je také schéma zapojení, osazovací plán a původní zapojení filtru vyšších harmonických (T-články).
vr2c.jpg (19116 bytes) KT920A + KT920V, chladič, novější typ (řada VR4x)
Tento typ je jeden z novějších, z části osazený technologií SMD. Někdo říká, že právě kvůli tomu je to shit, ale nemusí to být pravda. Výhodou je zejména solidní provedení vč. chladiče. Schéma zapojení je velmi podobné staršímu typu, někde jsem ho měl, ale bohužel zapadlo kamsi do všudypřítomného bordelu, a proto více informací není k dispozici.
Trimrem lze regulovat výstupní výkon. Dva velké rezistory blíže rohu jsou součástí regulace výkonu a ochrany koncového tranzistoru. Pro zvýšení výkonu je možné je překlenout vodičem, ale hrozí zničení koncového tranzistoru při nevhodném použití.
K buzení je doporučen výkon kolem 0,4 W.
vr2c2.jpg (5226 bytes)    vr2c3.jpg (5415 bytes)

Nalézt vstup, výstup a napájení je u všech koncových stupňů velmi snadné. Nic dalšího není potřeba. Výstup je za kolektorem nejvýkonějšího tranzistoru, předchází mu ještě impedanční přizpůsobení. Plus napájení se přivede na ty dva velké rezistory (jsou spojeny paralelně). Schéma napoví.

Přeladění z původního pásma

Aby nám koncový stupeň pěkně chodil na pásmu FM rozhlasu, je nutné jej přeladit, jinak by pracoval s mizerným zesílením i účinností a byl by nepoužitelný. Přeladění spočívá ve dvou základních úkonech. Výměně cívek a kondenzátorů v signálové cestě a zhotovení nového filtru vyšších harmonických. V prvním případě bude možná nutné trochu experimentovat, ale i tak nejde o nic složitého.

Základní pravidlo je, že cívky s feritovým jádrem a cívky mezi napájením a kolektory tranzistorů zůstanou beze změny. Stejně tak nemá smysl měnit kondenzátory s hodnotami v Nanofaradech (nF) nebo vyššími. Cívky o velmi malém počtu závitů stačí jen roztáhnout. Hodnoty ostatních cívek a také kondenzátorů, které jsou zapojeny přímo v signálové cestě, je většinou nutné změnit odpovídajícím způsobem vzhledem k původní frekvenci. Kapacity tedy budou menší a cívky budou mít méně závitů.

koncak4.gif (599 bytes)Filtr vyšších harmonických, pokud jej budeme realizovat z pí-článků, se obvykle skládá ze 3 shodných stupňů tvořených dvěma kondenzátory a cívkou (viz obrázek) a je připojen na samý výstup vysílače. Hodnoty kondenzátorů volte 18 pF, cívka má cca 4,5 závitu na průměru 7 mm, délka cívky je 3-4 mm. V místě spojení dvou stupňů lze místo dvou kondenzátorů 18 pF použít jeden 33 pF. Pokud již byl koncový stupeň vybavený filtrem, je třeba z něj původní součástky vyjmout. V takovém případě možná narazíte i na relé, které přepínalo anténu mezi příjmem a vysíláním. Kablík vedoucí do tohoto relé zapojte přímo na filtr. Relé můžete použít v jiné konstrukci, např. na přepínání antén. Má celkem dobré vlastnosti.

Účinnost filtru je celkem dobrá, 100 až 200 metrů od vysílací antény již vyšší harmonické nenaladíte, ačkoli je na anténu přímá viditelnost a signál na základní frekvenci má plnou sílu. To odpovídá výkonu na vyšších harmonických max. v desetinách mW.

Filtr vyšších harmonických musíme vždy zhotovit, i pokud již nebyl součástí opatřeného koncového stupně!

Vyladění na plný výkon

K vyladění na plný výkon je potřeba umělá zátěž a nějaký indikátor. Ačkoli by bylo možné z rezistorů umělou zátěž sestrojit, už by to vzhledem k výkonu bylo pracnější. Osvědčila se daleko jednodušší metoda a to připojení žárovek na výstup vysílače přes několik metrů koaxiálního kabelu a PSV metr. Připojí se paralelně tolik žárovek, aby PSV metr ukazoval hodnotu blízkou 1. Vhodné žárovky jsou 24 V/3 W a pravděpodobně použijete 3 nebo 4 kusy. Pozor na to, že při 15 W výstupního výkonu už žárovky pracují za hranicemi svých možností (napětí na nich je daleko vyšší než 24 V), takže po několika minutách trvalého svícení může některá odejít. Koncový stupeň se ladí na největší svit žárovek zejména roztahováním závitů cívek. Pokud i v krajních polohách nebude úspěch stoprocentní, bude třeba použít cívku o jiném počtu závitů nebo změnit hodnotu nejbližšího kondenzátoru. Praxe ovšem není zdaleka tak komplikovaná, jak by se mohlo zdát. Zjistíte, že vliv některých cívek na výstupní výkon je v jistých mezích zanedbatelný. Nejdůležitější je asi poslední cívka zapojená z kolektoru druhého tranzistoru směrem na výstup koncového stupně. Měla by být zhotovena ze silnějšího lakovaného vodiče, neboť jí protéká značný proud (transformuje se tu impedance).

Je sice možné vyždímat z koncového stupně i o něco více než 15 W, zejména zvýšením napájecího napětí, silnějším buzením či překlenutím rezistorů ochrany, ale není to příliš vhodné. Lehce se dostaneme na mezní parametry tranzistorů a tím je ohrožena celková spolehlivost. Přitom na velikost pokrytí to nemá znatelný vliv. Při pohledu na povolenou výkonovou ztrátu koncového tranzistoru je sice vidět značná rezerva, ale ta se velmi hodí při zkratu na anténním výstupu, nepřizpůsobené anténě, špatném vyladění koncového stupně, přehřátí a podobně. Je také nutné do celkové výkonové ztráty zahrnout budicí výkon od předchozího tranzistoru a ten není zrovna zanedbatelný, neboť koncový tranzistor má poměrně malé zesílení. Budicí výkon tranzistoru KT920V je až 5 W!

Vysílací anténa

Solidní anténa a vybavení libovolným PSV metrem by měly být samozřejmostí. PSV by mělo zůstat pod 1,5. Anténa se ladí změnou délky prvků, velký vliv mohou mít také kovové plochy a tyče v bezprostředním okolí. Je nutné, aby anténa měla výhled do okolí, špatně umístěnou anténu velkým výkonem nevykompenzujete. Asi není třeba zdůrazňovat, že různé náhražkové antény by se vůbec neměly použít.

Vyhněte se dotyku na živý výstup vysílače! Na frekvenci 100 MHz už výkon několik wattů dost nepříjemně pálí, 15 W už může způsobit v místě dotyku menší popáleniny. Ale asi si to každý musí zkusit sám :)

Chlazení koncového stupně

Koncový stupeň se dvěma tranzistory za sebou pracuje s účinností mírně přes 50 %, na chladiči proto budeme mít prakticky to samé, co jde do antény. Nároky na chladič jsou vyšší než by se mohlo zdát. Narozdíl od radiostanic pracujeme s výkonem 15 W trvale. Nelze dělat srovnání ani např. s audio zesilovači. Jednak mají účinnost o něco vyšší a jednak audio zesilovač o výstupním výkonu 15 W je při běžné hudební produkci v průměru zatížen jen zlomkem tohoto výkonu. Je proto třeba použít žebrovaný chladič o rozměrech min. 8x17 cm. Nebuďte překvapeni, pokud na něm za provozu téměř neudržíte ruku. Je to normální. Při pochybnostech nebo nedostatečném proudění vzduchu použijte větší chladič, aby tepelně netrpěly ostatní součásti vysílače. V krajních případech je možné použít ventilátor. Účinnost dobře vyladěného koncového stupně je samozřejmě vyšší, vliv na to má zejména přizpůsobovací obvod za koncovým tranzistorem.

Napájecí zdroj

Pokud budeme počítat s účinností celého vysílače kolem 50 %, potřebujeme napájecí zdroj, který trvale dodá min. 35 W výkonu, což je při 12 V proud téměř 3 A. Klasické napájecí zdroje vycházejí již dost drahé, objemné a těžké, navíc hodně topí. Často se vyskytuje problém s brumem a vůbec celkovým odrušením. Dnes už existuje daleko lepší řešení a to použití spínaného zdroje. Takový zdroj pracuje s vysokou účinností, takže se zahřívá jen minimálně, má široký rozsah vstupních napětí, už z principu je celkem dobře odrušen a vejde se i do kapsy. V nabídce prodejců elektronických součástek najdeme celou řadu vhodných zdrojů. Pokud zcela nedůvěřujete čistotě výstupního napětí spínaných zdrojů, lze např. oscilátor vysílače napájet ještě přes stabilizátor 78L09 nebo podobný. Při velmi těžkých podmínkách (nedokonale symetrizovaná anténa a krátký koaxiální kabel) se může vyskytnout v modulaci vrčení způsobené spínaným napájecím zdrojem. Důvodem je průnik silného vf signálu do jeho obvodů. Řešení je však snadné. Na vhodném místě na kabelu mezi zdrojem a vysílačem stočit několik závitů nebo použít jiný způsob odrušení (ferity). Samozřejmě lepší je odstraňovat příčinu než následek. V praxi se s tímto problémem ale nejspíš ani nesetkáte.

Příklady použití

Vysílač 15 W

Kompletní monofonní vysílač 15 W s RDS postavený kolem koncového stupně s KT920. Přidružená kovová krabička je zakoupena v GM (typ U-AH310). Na dolní desce je MiniRDS kodér, limiter a ladění pomocí PLL, vedle na boku budič a zadní stěna je tvořena přeladěným koncovým stupněm. Vše je napájeno jedním napětím 11-13 V, ovládací deska a budič ještě přes cívku s cca 10 závity. Součástí napájecí cesty je i pojistka 5 A. Vpravo je patrný filtr vyšších harmonických v původní kovové krabičce a hned pod ním nepoužité původní relé. Napájení je provedeno např. spínaným síťovým adaptérem PowerKing s výkonem 36 W a možností měnit výstupní napětí v rozsahu 5 až 24 V s krokem 1 V. V GM ho prodávají pod označením MW7H380GS.

vr5a.jpg (119870 bytes)

Vysílač chodí pěkně, akorát se vzhledem k výkonu a delšímu provozu dost hřeje, proto byl zatím provozován bez krytu.
Při problémech s oživováním podobných konstrukcí (hučení a jiné zvuky v modulaci atd.) je třeba zkontrolovat vzájemné propojení kovových částí vysílače. Např. vrstva barvy brání kontaktu. Problém lze jednoduše najít pomocí šroubováku nebo jiného kovového předmětu, kterým dodatečně dotykem propojujeme jednotlivé části a všímáme si vlivu na funkci. Obecně platí, že vf zařízení nemají v oblibě kovové části v těsné blízkosti, které jsou nedostatečně propojeny na zem zařízení.

vr5b.jpg (42353 bytes)
Anténní výstup, napájení a monofonní audio vstup jsou zakomponovány přímo do tělesa chladiče do míst původních otvorů. Anténní konektor je pouze obyčejný, někdy to nemusí vyhovovat kvůli nedokonalému kontaktu stínění a je lepší použít jiný typ.

vr5c.jpg (65748 bytes)
Detail budiče. Zapojení vychází z jednoduchého vysílače 400 mW. Napájení oscilátoru je provedeno přes stabilizátor 78L09, je vyveden signál pro PLL a za koncovým tranzistorem BFR96 následuje pouze jednoduchý filtr vyšších harmonických (bez dalšího impedančního přizpůsobení), který je ale při použití pouze jako budiče stejně zbytečný. Jumpery lze zapnout/vypnout preemfázi (doporučeno vypnout, preemfáze by měla být vždy před limiterem) a přepínat výstupní výkon 10/300 mW. Trimrem se ovládá modulační zdvih.

Zesilovač 12 W

Jednoduchý zesilovač s tranzistorem KT922B z vykuchaného koncového stupně. Při napájení 14 V a buzení 3 W dává asi 10 W výkonu, při vyšším napájecím napětí byl dal ještě o něco víc. Pro praktický provoz je potřeba jedna malá úprava: použít větší chladič. Vhod by možná přišel i vícestupňový filtr vyšších harmonických s cívkami vinutými lakovaným vodičem (na obr. je použit pouze dvojitý filtr s cívkami z obyčejného drátu).

vr8a.jpg (68765 bytes)

vr8b.jpg (59444 bytes)

vr8.gif (33038 bytes)
L1 - 3,5 závitu na průměru 3 mm, L2 - 4,5 závitu silnějším vodičem na průměru 7 mm, L3 a L4 - 3,5 závitu na průměru 8 mm. Přívody kondenzátorů na vstupu musí být co nejkratší, vhodnější jsou SMD.


Diskuze


(C) 2006-2013 Pira.cz