DC電源を改造したら

以前に実験用として製作した電源を使って調整を始めたのだが、電圧の低下と電流の増大が著しかった。
この電源装置は、電源電圧を高くすることを目的に、半波整流回路にしていた。
しかし、当初の予定と違ってきたため、全波整流回路に改造した。

改造を行った結果、電源電圧は安定し、電流もそれほど流れなくなった。

画像の右側メーターが、アンプへの供給側電圧を示している。左側メーターが整流回路への入力電流を示している。

また、電源が安定したために、出力段アンプのドレイン波形もきれいになった。電源が不安定だったために、波形がゴースト状に乱れていたのだった。アンプ側の調整は行っていないが、ご覧のとおり。

 理想的なE級アンプの波形にかなり近づいた。
長時間の運転は行っていないが、MOSFETの発熱は感じられない。

このあと、コンデンサ容量を若干変えてみたりして、状態がよければ電源電圧を63Vから最終的に140Vへと上げて試運転だ。

出力段の調整をはじめる

テスラコイル本体をつないで出力段の調整を始めた。ようやくここまでたどりつけた。
調整がやりやすいように、テスラコイルのグランド側に15個のタップを設けた。

45Vの仮電源につないで、MOSFETのドレイン電圧とドレイン電流を見てみた。
画像の上波形がVds 100V/div。下波形がId 自作CT（未調整）で観測。おそらく5A/div。

出力の整合が取れておらず、2倍ぐらいの周波数になっている。

このあと、コイルと共振用コンデンサをいろいろ変えてみて最適な動作ポイントにまで持って行きたい。

終端抵抗の反射が消えた

プリアンプ部の出力波形がきれいな正弦波にならなかった原因が、終端抵抗からの反射にあったということが明らかになった。

 画像の上部波形がアンプ出力。20V/divだから、+50V～-53Vで完全な正弦波ではないが、それに近い波形がでるようになった。
画像の下部波形がゲート電圧。5V/div。

この画像は、上部波形がドレイン電圧。20V/div。相変わらずトゲトゲしい。波形が設計値の56Vを超えてしまっている。
下部波形がドレイン電流。2.8A/div。電流の波形は以前に比べると相当にきれいになってきた。しかし、設計値が最大3.3Aなのに、2倍の6.7A程度出ている。

画像上部波形がパッドの出力波形。20V/div。下部波形がゲート電圧で、5V/div。
この出力波形が+36V～-40Vと読み取れる。平均±38Vとして電力を計算すると、
P=(38^2)/(2*50)=14.44[W]
となる。設計値は7.5Wなので、かなり出力が大きくなった。
ここからさらに、パッドが-2.6dB～-2.4dBなので、逆算すると、プリアンプ出力は25～26.3Wとなる。

さて、出力が大きくなってしまったわけだが、これをパワーアンプに入れても大丈夫かどうかが気になるところ。

パワーアンプのMOSFETのゲート入力は±30V。
ゲートの手前にトランスがあり、巻き数比が6:15。このトランスを通すことで、±38Vのプリアンプ出力の振幅が小さくなり、38*(6/15)=±15.2V。十分問題ないレベルまで下がってくれそうだ。

新しい3dBパッドを作った

先日作成したダミーロードの印象がとても良かったので、3dBパッドも作り直した。

スペアナで特性を測定してみた。200MHzまでの画像だが、これを見るだけでも周波数特性はフラットで申し分ない。ただ、-3dBではなくて、-2.6～-2.4dBなので全体的に若干不足ぎみで気がかり。

以前作った3dBのパッドと並べてみた。
非常にコンパクトになったことが分かる。

新しいものは、5Wの金属皮膜抵抗なので、20Wのセメント抵抗とは比べ物にならないが、きちんと計算すれば、5Wの抵抗でも20Wのパッドとして利用できる。要するに、前作は何も考えないで闇雲につくったことがバレバレ（笑）。

ダミーロード比較

驚くべき事実が判明。

ダミーロードの性能を見るために、先般購入したパワー＆SWR計で確認した。

あたらしいダミーロードでは、SWRが１のまま針が振れない。
おかしいと思って、もう一方のセメント抵抗のダミーロードに変えてみた。

セメント抵抗のダミーロードは、SWRが1.5程度になっている。しかも、パワー計の針は５W程度に落ちている。

結論として、セメント抵抗のダミーロードは、反射が大きくて、使い物にならなかったということだ。

セメント抵抗のダミーロードでプリアンプの出力を測ったときに、出力が半分もでていないので、おかしいなと思っていたが、これで原因が判明した。


無線を良く知っている方にしてみれば、常識かもしれませんが、素人というのはこういうばかげたことをやっているわけですね。

ちょっと勉強になりました。

ちなみに、新ダミーロードは、10秒ぐらいでかなり熱くなってました。これも驚き。
HF-SSTCプリアンプの性能に期待できそうです。

50Ω ダミーロード 20W の自作

３D無線クラブ の №65、50Ωダミーロード DC～100MHz 28W を参考にして、20W 50Ω のダミーロードを製作した。

200Ω 5Wの金属皮膜抵抗を４本と、BNCコネクタのついたケーブルを使った。

 コネクタ付のケーブルは、秋月で５ｍ500円で販売しているもの。これはCPが良く、同軸ケーブル代でコネクタがついてくる感じ。

金属皮膜抵抗は千石で購入。
 参考にした記事では、7Wの抵抗がつかわれていたが、5Wしか販売していなかったため、これにした。これで20Wまで使えるので、15W強のHF-SSTCプリアンプ調整には十分だ。

 右は、同軸ケーブルの被覆を抵抗の長さぐらいのところで切断して、熱収縮チューブで外側の網線を処理したところ。

 前にセメント抵抗で作ったダミーロードと比較のために一緒に撮影。

コンパクトになって、使い勝手も、性能もよさそうな感じです。

HF-SSTCパワーアンプ部

HF-SSTCのパワーアンプ部を作った。


まだ冷却ファン用の12V電源が搭載（写真左下に取り付け予定）できていないが、それ以外はほぼ組み立て完了である。

基板の下には、CPU用のファンクーラーがついている。これだけ大きければ相当に冷却効果が高いのではないかと期待している。

 

このパワーアンプ、出力は当初500Wとしていたが、何度も設計変更をしていくうちに、電源電圧140Vのときは、680Wとなる。この数字はあくまでも机上の計算ではあるが。実際にどれぐらいの出力がでるものかは、今後明らかになると思う。