Umbau der C-Netz Endstufe für ATV (bzw. SSB)


Offene Endstufe

Diese Endstufe stammt aus dem C-Netz der Österreichischen Mobilkom.

Das C-Netz wurde am 31. 12. 1997 abgeschaltet.

Um Entsorgungskosten zu sparen, wurde den Funkamateuren gestattet, unter Anleitung und Aufsicht eines Mobilkom-Mitarbeiters Teile des Netzes abzubauen.

Die Endstufe wurde im C-Netz mit ca. 50 Watt etwas oberhalb des 70 cm Bandes betrieben.

Diese Umbauanleitung ist das Ergebnis von Versuchen einiger Amateure der Ortsgruppe Ried - Grieskirchen des Österreichischen Versuchs Sender Verbandes (OEVSV).

Anregungen, Verbesserungsvorschläge bzw. Korrekturen sind erbeten

via Paket Radio an: OE5MMP @ OE5XBL.#OE.EU

oder email: oe5mmp@aon.at

Der Autor dieser Umbauanleitung ist kein HF- Techniker, deshalb sind Fehler bei der Formulierung durchaus möglich.

 

1.) Umbau - warum?

Die Transistoren der Endstufe arbeiten im reinen C- Betrieb.

Für ATV und auch für SSB ist es notwendig, dass die Endstufe im linearen Teil der Transistorkennlinien betrieben wird. Im ATV- Betrieb muss zusätzlich ein möglichst grosser Intermodulationsabstand erreicht werden. Im SSB- Betrieb kann der Intermodulationsabstand zugunsten der Ausgangsleistung etwas kleiner als im ATV- Betrieb ausfallen, für ein sauberes Ausgangssignal darf aber die Endstufe keinesfalls mit zu hoher Leistung angesteuert werden.

Für SSB sind ca. 100 Watt bei ca. 480 mW Steuerleistung realistisch,
für ATV ca. 70 Watt bei 300 mW Ansteuerung.
Für Digital-ATV im A-Betrieb liegen noch keine Messergebnisse vor.

 

2.) Vorgangsweise

a) Öffnen des Deckels und Ausbau des Cirkulators

b) Öffnen des Cirkulators und auslöten der HF- Trimmer

c) Vorbereiten der Endstufenplatinen

d) Aufbau der Linearisierungsschaltung

e) Einbau der Linearisierung und Verkabelung

f) Abgleich

Folgendes Werkzeug ist zum Umbau der Endstufe notwendig:

 

3.) Öffnen des Deckels und Ausbau des Cirkulators

Die Torxschrauben des Deckels, des Cirkulators und der Kabeldurchführung auf der Kühlrippenseite werden gelöst, die Kreuzschlitzschraube der Kabelklemme ebenfalls. Die Kabelbinder der HF und DC Leitungen sind zu entfernen. Das dickere Koaxkabel, dass vom Cirkulator zur N- Buchse neben dem DC- Anschluss auf dem Deckel führt, wird von der Buchse abgeschraubt.

Als nächstes entlötet man das kurze Koaxkabel, das von der Symmetrierplatine zum Cirkulator führt. Ebenso den Messausgang auf der Breitseite des Cirkulators.

Nun lässt sich der Cirkulator aus dem Gehäuse heben, in dem man von unten das Koaxkabel nachschiebt. Vorsicht, die Unterseite des Cirkulators ist mit Wärmeleitpaste bestrichen! Die nun freie Fläche des Kühlkörpers wird gereinigt, ebenso die Unterseite des Cirkulators. Das Koaxkabel mit dem N-Stecker wird abgeschnitten und am HF-Ausgang der Symmetrierplatine angelötet.

 

4.) Öffnen des Cirkulators und auslöten der HF- Trimmer

Der Cirkulator hatte ursprünglich die Aufgabe, einerseits nur das Nutzsignal durchzulassen, andererseits den HF- Rücklauf bei vereister oder defekter Antenne in Wärme zu verwandeln. Dazu sind drei Stück 50 Ohm Widerstände eingebaut. Einer davon hat einen Wärmefühler aufgeklebt, der mit dem Kontrollausgang auf der Breitseite verbunden ist.

Funkamateure senden in der Regel auf angepasste Antennen und die Abstimmung des Cirkulators auf die Afu- QRG ist mit Amateurmitteln nur schwer möglich, so kann man den Cirkulator ausschlachten und die Bauteile für den Umbau verwenden. Der Deckel des Cirkulators ist auf der Unterseite verschraubt.

In erster Linie geht es um die HF-Trimmer-C, die sich ausgezeichnet für den Abgleich der Transistoren in der Endstufe eignen.

Man benötigt 8 Stück, für jeden Transistor einen auf der Basis- und einen auf der Kollektorseite. Beim Auslöten ist darauf zu achten, dass der Lötanschluss auf der Rotorseite des Trimmers sehr steif ist und leicht bricht.

Aus den 50 Ohm Abschlusswiderständen kann man später Kunstantennen bauen. Bei entsprechend guter Kühlung kann man einen Widerstand mit 150 Watt (435 MHz) auf Dauer belasten.

 

5. )Vorbereiten der Endstufenplatinen

Jeweils auf der Basis- und Kollektorseite sind in zwei Reihen kleine Kondensatoren auf die Platine aufgebracht, die mit Draht teilweise verbunden sind und so kann die Endstufe auch abgestimmt werden kann. Es erweist sich aber als vorteilhaft, wenn sich die einzelnen Transistoren stufenlos abstimmen lassen. Dazu werden auf der Basisseite alle Drahtverbindungen entfernt und auf der Kollektorseite alle bis auf drei.

Nun wird auf jeder der vier Einzelplatinen die für das Auflöten der Trimmer benötigte Fläche von Lötstopplack und Oxyd gereinigt. Die Position siehe nächstes Foto. Die Anschlussfüsse der Trimmer werden vorsichtig nach aussen gebogen und so eingelötet, dass sich eine möglichst kurze Verbindung von Basis und Masse bzw. Kollektor und Masse ergibt.

Umbau 1. Stufe

Bei der ersten Stufe lötet man nun auf der Basisseite eine der zwei kleinen Spulen und zwar die dem Transistor am nächsten liegende aus, weiters den SMD Widerstand, den 15 Ohm Widerstand, die Spule am Rand der Platine und die Verbindung von Basis und Kollektor (unter der Transistorabdeckung).

Der 15 Ohm Widerstand gleich nach dem Glimmer- C am Eingang jeder Platine wird nicht ausgelötet. Er unterdrückt eventuelle Schwingneigungen der Schaltung.

Nun wird auf der Stelle, an der der zweite 15 Ohm Widerstand und die Spule gegen Masse gelötet war, ein Abklatschkondensator (ca. 1 nF) auf die Massefläche gelötet (benötigt sehr viel Wärme beim Löten).

Das dem Transistor abgewandte Ende der noch verbliebenen Spule wird ausgelötet, das andere Ende nur aufgeheizt, um 90 Grad gegen den Uhrzeigersinn gedreht und auf der gleichen Stelle wieder eingelötet. Das dem Transistor abgewandte Ende wird etwas gedehnt und auf den Abklatsch-C gelötet.

Für Linear- Betrieb ist es notwendig, diesem Abklatsch-C, auf dem später die Basisvorspannung zugeführt wird, einen Elko parallel zu schalten. Der Elko hat den Zweck, die durch die Modulationsfrequenzen auftretenden Belastungsänderungen des Basisstromes auszugleichen. Im Gegensatz zu SSB, wo maximal mit einigen kHz moduliert wird, treten im ATV- Betrieb Modulationsfrequenzen von bis zu 5 MHz auf.

Auf der Basisseite genügt aufgrund des geringen Stromflusses ein 10 µF Elko.

Auf der Kollektorseite wird wegen des hohen Kollektorstromes zusätzlich zum vorhandenen 6,8 µF SMD-Elko ein 68 oder 100 µF Elko parallel geschaltet. Die zweite und die beiden letzten (parallel) geschalteten Platinen sind vom gleichen Typ, sodass die Vorgangsweise identisch wie bei der zweiten Platine ist.

Bei der zweiten Stufe wird auf der Basisseite die Spule auf der Seite mit der Ferritperle ausgelötet und aufgehoben. An dieser Stelle wird ein Abklatschkondensator (1 nF) eingelötet und das aufgehobene Ende der Spule

oben auf den Abklatsch-C wieder aufgesetzt. Ein 10 µF Elko wird dem 1 nF C parallel geschaltet.

Auf der Collektorseite wird genau wie bei der ersten Stufe ein 68 oder 100 µF Elko parallel dem 6,8 µF SMD- Elko geschaltet.

Umbau 2. Stufe

Die beiden letzten Stufen werden wie die zweite umgebaut.

 

6.) Aufbau der Linearisierungsschaltung

Um die Endstufe optimal abgleichen zu können, ist es zweckmässig, den Basisstrom stufenlos und sehr feinfühlig einstellen zu können.

Es gibt eine Reihe von Möglichkeiten, eine Linearisierung aufzubauen.

Die nun beschriebene funktioniert sehr gut, das heisst aber nicht, dass es nicht bessere gibt. Einfachere gibt es sicher!

Zweck der Schaltung ist einerseits die Erzeugung einer passenden Basisvorspannung, die wiederum den Collektorruhestrom festlegt, andererseits muss die Linearisierungsschaltung durch negative Rückkopplung für die thermische Stabilität der ganzen Endstufe sorgen. Die vorgestellte Schaltung eignet sich sowohl für SSB als auch für ATV- Dauerbetrieb. Im Dauerbetrieb steigt die Ausgangsleistung vom kalten Zustand bis zum Erreichen der Betriebstemperatur um ca. 5 % an und bleibt dann konstant. Grund für das Ansteigen der Leistung beim Warmfahren der Endstufe ist der Umstand, dass die als Thermofühler arbeitende Basis - Emittor - Strecke des BD135 einige Zentimeter von den Endstufentransistoren entfernt auf dem Kühlkörper montiert ist und erst anspricht, wenn die Verlustwärme der HF-Transistoren den Kühlkörper erwärmt hat.

Anstelle des BDX53 kann man genauso den BD675 verwenden, der aber eine andere Anschlussbelegung hat.

Die vorgestellte Schaltung wurde auf einer Streifenrasterplatine aufgebaut.

Die Platine ist 33 Streifen breit = 84 mm

und 10 Löcher lang = 25,4 mm

Auf der Platine befinden sich vier identische Schaltungen nebeneinander, für jeden HF-Leistungstransistor eine eigene Basisspanungsversorgung. Die Abblockkondensatoren für die Stromversorgung der Schaltung und für die Zuleitung der Basisspannung sind auf der Platine bereits integriert.

 

Bestückung nach dem Bestückungsplan. (Achtung! 127 kB)

Bestückungsplan

Stückliste am Ende dieser Beschreibung!

Die Trimmer sind 20 Ohm Spindeltrimmer mit 0,75 Watt Belastbarkeit.

Die Widerstände Metallschichtwiderstände mit 0.6 Watt

Die Kondensatoren Keramikausführung mit möglichst kurzen Anschlüssen.

Die Anschlüsse auf der Platine sind mit Lötnägel ausgeführt (Messzwecke).

Die Bestückung beginnt man mit den Brücken BR 3, BR 4, BR 5

BR 3 verteilt die über die PTT geschaltete 13,8 V Spannung auf die vier einzelnen Stufen der Linearisierungsschaltung, BR 4 verteilt den Hauptstromanschluss und BR 5 verbindet alle Masseflächen miteinander.

Jeder vierte Streifen der Platine ist Massefläche.

Über diese durchlaufenden Brücken werden die Bauteile R2 und R3 gelötet.

Für SSB wird die durch die PTT geschaltete 13,8 V Spannung am vorbereiteten Anschluss beim 1 kOhm Widerstand (BR 3) verbunden. Für ATV wird dieser Anschluss fix mit der Spannungsversorgung der Platine verlötet bzw. über einen Schalter eingeschaltet. Nur wenn am Anschluss "U 2" Spannung anliegt, fliesst Ruhestrom.

Auf der Lötseite darf das Unterbrechen der Leiterbahn unter dem 1 kOhm Widerstand nicht vergessen werden!


7.) Einbau der Linearisierung und Verkabelung

Einbau der Linearisierung

Die Platine wird in die der Mitte am nächsten liegende Ecke des durch den Ausbau des Cirkulators frei werdenden Fläche eingebaut. Die Transistoren sind isoliert und mit Wärmeleitpaste bestrichen auf den Kühlkörper zu schrauben.

Für die Verkabelung hat sich Koaxkabel vom Typ RG174 (Poliethylenisolierung) oder RG178 (Teflonisolierung - schmilzt nicht beim Löten) als praktisch erwiesen. Es ist sorgfältig darauf zu achten, dass alle Kabelverbindungen so ausgeführt werden, das der Schirm sauber mit Masse verlötet ist bzw. ungeschirmte Kabel an beiden Enden immer mit Drossel und Abblockkondensator versehen sind. Aufgrund der hohen Verstärkung dieser Endstufe führen als Antennen wirkende Leitungen im Inneren der Endstufe unweigerlich zum "Hochfahren" der Schaltung und binnen kürzester Zeit (Sekunden oder Sekundenbruchteile) zum Durchbrennen der HF-Transistoren.

Die Spannungsversorgung der Platine führt man vom 13,8 V DC-Anschluss der ersten Stufe zum 13,8 V Anschluss der Platine. Über diese Leitung fliesst etwas höherer Strom, anstelle von RG174 nimmt man besser RG58. Auf gute Masseverbindung der Abschirmung ist zu achten. Abblockkondensatoren nicht vergessen.

Die Kabel der Basisvorspannungsleitungen werden vorbereitet, und die einzelnen Stufen sorgfältig verkabelt. Masseverbindung des Schirmes und Abblockkondensatoren (bei oben vorgestellter Schaltung bereits integriert) nicht vergessen.

Durch den Ausbau des Zirkulators ist kein HF-Output Kabel mehr vorhanden. Ein geeignetes Kabel (z.B. das Kabelstück, dass unten am Zirkulator vorsteht) wird am Ausgang der Symmetrierplatine angelötet. Auf geeignete Zugentlastung nicht vergessen, sonst gehen die mechanischen Belastungen des Outputkabels auf die Platine.

 

8.) Abgleich

Zum Abgleich ist ein Voltmeter sowie ein Amperemeter mit einer kurzzeitigen Belastbarkeit von 10 Ampere notwendig.

Weiters ein für das 70 cm Band geeignetes Wattmeter und eine Kunstantenne mit kurzzeitig 200 Watt Belastbarkeit (Dauerlast 100 W).

Ein Kunststoff- oder Keramikabgleichstift ist zum Abgleich der HF-Trimmer notwendig.

Folgende Abgleichanleitung ist für ATV-Betrieb optimiert. Für SSB wird wohl etwas weniger Collektorstrom bei der zweiten sowie der nachfolgenden Paralellstufe reichen. Die erste Stufe soll auch in SSB fast im A-Betrieb laufen. (Ihre Funknachbarn werden es ihnen danken!)

Für die Verwendung als Digital-ATV Endstufe müssen alle Stufen im A-Betrieb laufen. (vgl. AGAF: http://www.datv-agaf.de/index.htm oder ADACOM: http://www.d-atv.de )

Abgeglichen wird in 2 Stufen:

a: Einstellen der Kollektorströme

b: Abgleich der HF-Trimmer auf maximale Leistung der Endstufe

a:)

Für ein optimales Abgleichen und späteres Arbeiten ist zur Spannungsversorgung ein geregeltes Netzteil mit 20 Ampere Belastbarkeit notwendig. Ein dem Netzgerät eingebautes Amperemeter ist zur Kontrolle der Gesamtstromaufnahme der Endstufe hilfreich.

Zu aller erst wird der Ausgang der Endstufen mit der 50 Ohm Kunstantenne bei dazwischen geschalteten Wattmeter abgeschlossen.

Die 20 Ohm Spindeltrimmer der Linearisierungsschaltung werden alle auf 0 Ohm eingestellt (der Schleifer ist gegenüber der Stellschraube auf der Seite neben dem BD135).

Die Stromversorgung auf der Kollektorseite der ersten Stufe wird aufgetrennt und das Amperemeter dazwischengeschaltet.

Nun wird die Endstufe an das Netzgerät angeschlossen.

Die Stromaufnahme der gesamten Endstufe soll vorerst bei ca. 300 mA liegen (Verbrauch der Linearisierungsschaltung).

Der 20 Ohm Spindeltrimmer, der zur ersten Stufe gehört, wird langsam so weit gedreht, bis der Kollektorstrom am ersten Transistor 2,0 A beträgt. Die erste Stufe wird solange warmgefahren, bis sich der Kollektorstrom stabilisiert hat. Der Kollektorstrom soll jetzt ca. 2,5 A betragen (+/- 0,3 Ampere). Wenn der Transistor seine Betriebstemperatur erreicht hat, wird mit Hilfe des Spindeltrimmers der Kollektorstrom auf 2,5 A eingestellt Die Gesamtstromaufnahme der Endstufe liegt jetzt bei 2,8 A.

Die Einstellung des Spindeltrimmers nicht mehr verstellen.

Die Schaltung vom Netzteil trennen, das Amperemeter aus dem Kollekorstromkreis entfernen und Lötverbindung wieder herstellen.

Die Stromversorgung auf der Kollektorseite der zweiten Stufe wird aufgetrennt und das Amperemeter dazwischengeschaltet. Netzgerät wieder anschliessen. Den 20 Ohm Spindeltrimmer, der zur zweiten Stufe gehört, so weit drehen, bis der Kollektorstrom am zweiten Transistor 2 Ampere beträgt. Nachdem der Transistor auf Betriebstemperatur ist, Kollektorstrom auf 2,5 Ampere einstellen. Die Gesamtstromaufnahme der Endstufe beträgt jetzt 5,3 A. Spindeltrimmer nicht mehr verstellen.

Die Schaltung vom Netzteil trennen, das Amperemeter aus dem Kollekorstromkreis entfernen und Lötverbindung wieder herstellen.

Der Kollektorstrom der beiden folgenden Transistoren der Paralellstufe wird nach dem gleichen System eingestellt, aber mit dem Unterschied, dass der Kollektorstrom auf jeweils 1,0 Ampere eingestellt wird.

Diese eingestellten Kollektorströme sollen nicht mehr verändert werden, ausser man hat die Möglichkeit, mit Hilfe eines Mehrtonsignales und eines Specrum Analyzer´s die Endstufe auf optimales Ausgangssignal abzugleichen.

Die Spannung auf der Basis der HF-Transistoren soll folgende Werte haben:

1. Stufe 0,76 Volt

2. Stufe 0,80 Volt

3. u. 4. Stufe 0,76 Volt

Es darf für diese Messungen keine HF eingespeist werden!

Diese Spannungs - Messwerte können durch Bauteilstreuung leicht variieren, wichtiger ist, dass der Kollektorstrom stimmt.

b:)

Die HF-Trimmer, die auf der Basis- und Kollektorseite jedes HF-Transistors eingelötet wurden, werden alle auf Mittelstellung gebracht (halb eingedreht) und das Netzgerät wird wieder angeschlossen.

Nun kann man ein HF-Signal mit einer Leistung von 300 mWatt einspeisen. Der Steuersender muss gut gegen vagabundierende HF geschirmt sein, sonst besteht die Gefahr, dass durch Rückkopplung die Endstufe hochfährt und die HF-Transistoren durchbrennen.

Die HF-Trimmer werden nun, beginnend mit dem Trimmer auf der Basisseite der ersten Stufe, der Reihe nach auf maximale Ausgangsleistung abgeglichen. Die Paralellstufe ist wechselseitig mit jeweils nur geringer Veränderung der Trimmerstellung vorsichtig abzugleichen, weil Unsymmetrien durch einen Symmetriewiderstand verheizt werden muessen (der liegt unter der letzten Platine, es sind die zwei Lötpunkte neben der Striplineleitung zu sehen).

Diesen Abgleichvorgang wiederholt man von hinten nach vorne und noch einmal

von vorne nach hinten.

Die erreichte Ausgangsleistung soll nun bei ca. 70 Watt liegen.

Die Stromaufnahme der Endstufe bei ca. 14 - 15 Ampere.

Die Endstufe wird nun durch Dauerbetrieb auf Betriebstemperatur gebracht.

Die Leistung steigt um etwa 5 Watt auf 75 Watt und der Strom um ca. 1 Ampere auf 15 Ampere. Die Stromaufnahme und die Ausgangsleistung müssen sich nach Erreichen der Betriebstemperatur stabilisieren. Nur dann arbeiten die als Thermofühler wirkenden BD135 richtig! Für einen guten thermischen Kontakt dieser Transistoren mit dem Kühlkörper ist deshalb zu sorgen.

Nach Erreichen der Betriebstemperatur wird der Abgleich der HF-Trimmer wiederholt.

Beim Aufsetzen des Deckels ist eine leichte Verstimmung der Endstufe festzustellen. Wer dies kompensieren will, kann die Position der HF-Trimmer auf dem Deckel anzeichnen und Löcher für den Abgleichstift bohren.

Aber keinesfalls im aufgesetzten Zustand bohren!!!

Nach dem Aufsetzen des Deckels kann nun noch einmal fein abgestimmt werden. Somit ist der Abgleich beendet.

Bei den bisher getesteten Endstufen ist mit dieser Einstellung und bei einer Ansteuerung von 300 mWatt ein Intermodulationsabstand von über 35 dB erreicht worden.

Die für SSB-Betrieb notwendige Sende- Empfangsumschaltung mit dem dazugehörenden Relais müsste neben der Linearisierungsplatine Platz finden.

 

Diese Endstufe könnte mit viel höhere Leistung betrieben werden. Die Leistungssteigerung führt aber bei ATV ab 80 Watt zu einer unzulässigen Stauchung des Synchronimpulses und bei SSB ab ca. 100 Watt zu einer Zunahme von Intermodulationsprodukten (bekannt als Splattern). Die Leistung des SSB-Nutzsignals steigt hingegen nur unwesentlich.

Im FM-Betrieb wurde eine Endstufe versuchsweise mit 2,5 Watt angesteuert und eine Ausgangsleistung von etwa 200 W erreicht. Die Stromaufnahme steigt auf 30 Ampere. Der Kühlkörper und die Leitungen auf den Platinen sind aber nicht für solche Leistungen ausgelegt, sodass die Endstufe schnell kaputt ist.

Ende


Stückliste:

Umbau Endstufenplatinen:

 

Aufbau Linearisierungsplatine:

Verkabelung:

Platineneinbau:


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