ARDF NC : [ 9: De Eindtrap, het schema.]

 Schema zoals gebouwd.

 

Een beetje uitleg.

Het uitgangsnetwerk is al besproken , de spoel in de drain is en bifilair gewikkelde uitvoering op een ferriet ringkern van het type FT50-43 .Bij mij liggen er negen windingen op , maar dat is niet zo kritisch, zie de post over de voorbeschouwingen .

Het ingangsnetwerk bestaat enkel uit één spoel van 4.7 µH. Daarna in serie nog een 10nF ( DC blokkering) en een weerstand van 3.6 Ohm. Deze laatste dient om parasitair oscilleren van de FET tegen te gaan bij snelle transities van het ingangsignaal ( ringing).

De DC voorinstelling gebeurt door het weerstandsnetwerkje met de 4k7 trimpotmeter.Deze krijgt zijn voeding uit een spanningstabilisator van 6V . Vijf volt kan ook maar dan moet je misschien de weerstanden aanpassen. Maak echter wel dat je een mooi regelberiek hebt rond die 4V voor de gate.

Er zit ook een fotokoppelaar in ( hier een 4N35). Deze laat de instelling van de gate pas door als het mag . Het heeft dan ook de functie van een PTT en het stuursignaal komt uit een ESP32 bordje.

Voor de rest ontkoppel- en stabilisatiecondensatoren .

Het is aan te raden om een goede koelvin te gebruiken , zekers als de eindtrap continu in de lucht zit ( bv de MO ARDF zender)

Met voldoende sturing en een accuspanning van 12 V is er 2 Watt te halen op de uitgang.
 

Foto van het prototype. De blauwe trimpotmeter is niet nodig , dat was van een vorig experiment.

 

ARDF NC : [ 8: De Eindtrap, het aanpassingsnetwerk voor de ingang.]

 In feite hetzelfde principe.

Hier had ik dus de fout gemaakt om de ingang te meten zonder de aangelegde spanning en was dus in eerste instantie fout.

De waarden waren 7 Ohm met -j150 , dus flink capacitief .

Dat laatste wist ik , vermogenfets hebben een grote ingangscapaciteit.

ik schrok wel van de ingangsweerstand ! Slechts 7 Ohm . Bij andere transistoren /fets bleek dit echter in dezelfde grootte orde te liggen. Weer een ervaring rijker.

Dus eerst een slecht ingangsfilter ontworpen en gebouwd . daarna mijn fout rechtgezet en opnieuw gemeten als de FET al in de schakeling zat.

Helaas heb ik niet meer de waarden ( vergeten te noteren) maar wel het resultaat na aanpassing . Normaal is dit ook een LC netwerk maar in dit geval kon ik volstaan met één enkele spoel, ook al omdat de ingang capacitief was.

Dit is het resultaat.

We zitten hier nog dichter bij het centerpunt ( 48.6 Ohm + j1.3)

Een beetje teveel inductivieit maar wederom , het zijn standaard waarden.

Ook deze meting is met de gate voorspanning van ca 4V.

Volgende keer het schema.

ARDF NC : [ 7: De Eindtrap, het aanpassingsnetwerk met VNA]

 Om het theoretisch bepaalde uitgangsfilter te toetsen aan de werkelijkheid , heb ik gebruik gemaakt van mijn nanoVNA.

Alhoewel dit een uitgang is moet je toch de S11 meting gebruiken die je "achterwaarts" injecteert in het netwerk.

Eerst en vooral uw VNA normaliseren  ( dwz kalibreren met de aanwezigheid van de verbindingscoax en de gebruikte connectoren)

en dan HEEL belangrijk !

Ge moet uw eindtrap onder spanning brengen en de voorinstelling toepassen . In mijn geval 12 V bronspanning en 4V aan de gate. Waarom deze 4V ? Het is het punt dat er nèt stroom begint te lopen door de FET.

M.a.w we zitten in feite in klasse B met een klein beetje voorstroom.

Waarom B en geen A of C.

In klasse A heb je meer dissipatie ( grotere ruststroom ) en in klasse C moeten je pieken in amplitude groot genoeg zijn om de FET volledig te kunnen uitsturen en dat heb ik niet uit de SI5351. 

Je moet ook opletten dat er geen DC spanning tot bij de vna kan geraken , maar door onze koppel C aan de drain hebben we reeds aan die voorwaarde voldaan.

De meting.( klik op de foto voor een grotere foto)

 Je ziet dat we een beetje naast het center  zitten en dit kan doordat we standaard waarden gebruikt hebben.

Maar al bij al zitten we er dicht tegen . ( 45 Ohm -j7.5 ).

Als je tijdens je meting aan je voorinstelling draait , zie je duidelijk de kromme en daarmee de instelling veranderen !

Wat wil dit nu zeggen ?

Wel onze berekening en schatting van 80 Ohm aan de drain ( na de transfo) klopt wel goed. 

Op naar de ingang.

ARDF NC : [ 6: De Eindtrap, het aanpassingsnetwerk]

 Ditmaal het aanpassingsnetwerk.

We moeten dus van 80 Ohm naar 50 Ohm plus een extra laagdoorlaatfilter naar de antenne toe.

Dit is inderdaad in twee stappen gebeurd maar uiteindelijk beide samengevoegd zodat we een component konden laten vallen ( ttz samenvoegen).

 Er zijn dus formules en grafieken beschikbaar ( zoals in mijn schoolboek ) maar veel simpelder is natuurlijk met de computer.

Ook hier veel keuze maar mijn keuze is PASAN ( http://science4all.nl/?Electronics___Pasan )  dat ik vroeger al gebruikte en ook iets nieuw dat ik niet kende en dat is een on-line programma van Will Kelsey.(https://www.will-kelsey.com/smith_chart/)

Beide natuurlijk gebaseerd op het Smith diagramma.

 Als eerste dus van 80 Ohm naar 50 Ohm.

PASAN :

 Let op, !

Zl is load , maar in dit geval onze ingang van het netwerk ( 80 Ohm)

Met een PI- filter is dit te maken . Een condensator volgt altijd een neerwaartse kromming ,een spoel een opwaarste kromming.Het Bode diagramma geeft het laagdoorlaat effect weer.

Dan nog een LDF maar ditmaal van 50 Ohm naar 50 Ohm

 Hier ook weer een PI filter.

Samengesteld heeft dit:

U ziet dat er twee C's parallel komen te staan en we die door één kunnen vervangen .

In het onderste deel van het blad zien we dat en zijn ook de standaardwaarden van de componenten weergegeven die ik in de schakeling gebruik.

De 100 n aan het begin is een DC blokkering en is door zijn grootte van geen invloed op de werking.

Met de Will Kelsey online berekening:

Dit is met de standaard waarden . Het voordeel van dit programma is dat ge ook toleranties kunt ingeven van de componenten alsook de Q factor van het netwerk . Dit is te zien als een soort van een ellips die ook op de omtrek van een oog lijkt.Ook zie je bij elke node de impedantie die daar heerst.

U ziet dat DP6 ( antennekant) dicht bij het 50 Ohm centerpunt ligt. De groene cirkel is de SWR met een waarde van 2.

Volgende keer het netwerk toetsen in de praktijk met de nanoVNA.

ARDF NC : [ 5: De Eindtrap, voorbeschouwingen]

 Zoals reeds beschreven blijven we bij de FET als eindtrap . Het is normaal een IRF610, maar die had ik niet liggen op het moment van testen zodat het een IRF510 is geworden.

Als eerst moet je voorop stellen wat het uitgangsvermogen is, dat je wilt bereiken. Onze oude zenders  gaven 2Watt op dummyload en bij aan accuspanning die kon dalen tot 12 V.

Hiermee zijn de eerste twee parameters bekend. De volgende stap is de uitgangs impedantie berekenen die we mogen verwachten .

Met volgende formule kunnen we dat uitrekenen:

Z= (Ub)²/2.3  Ik neem hier drie watt omdat ge toch wat verliezen hebt eenmaal het filter ertussen zit.

Ook kan je niet volledig uitsturen , aan de onderkant verlies je wat . Ik reken 1V verlies .

De waarden worden dan:

Ub =  12 V -1 V = 11V. 

Puit = 2W+1W = 3W

Ingevuld en uitgerekend komen we uit op :

11² / 6 = circa 20 Ohm.

Dit is de impedantie ( weerstand als alles reëel is) die de uitgang van de FET ziet.

Uiteindelijk moet dit naar 50 Ohm getransformeerd worden zodat we het vermogen kunnen overdragen naar onze antenne. 

Dit houdt in dat er een netwerk moet gezet worden tussen de FET en de antenneaansluiting die tevens een laagdoorlaatfilter vormen om de harmonischen te onderdrukken.

Als eerste stap heb ik in de uitgangskring een ringkerntransformator geplaatst met een verhouding van 1 op 4 . Hierdoor wordt de ingangsimpedantie van het netwerk geen 20 Ohm maar 80 Ohm.

Zo'n transformator kan je gemakkelijk maken door twee draden eerst te twisten en daarna op de ringkern te wikkelen . Je verbindt het einde van de eerste wikkeling met het begin van de tweede wikkeling . Dit wordt dan het centerpunt  en wordt met de FET verbonden . Het begin van de eerste wikkeling komt aan de voeding , het einde van de tweede wikkeling is de uitgang die dan met de ingang van het aanpasnetwerk wordt verbonden. Later als het schema komt , wordt alles wel duidelijk of je zoekt het eens op , op internet.

De waarde  van deze spoel moet volgend de ene literatuur minstens 5 maal de impedantie worden en volgens andere 10 maal .

In ons geval  5 à 10 maal 20 Ohm.

Met de formule Xl = 2PIfL kunnen we dit berekenen en komen we uit op ca 9µH als we 10 maal 20 Ohm hebben genomen .Voor de frequentie nemen we 3.6 MHz

Hoeveel windingen worden dit dan op een ringkern. Ik heb een ferriet ringkern genomen , namelijk de FT50-43 en met het welbekende mini ring core calculator programmaatje kom ik tot het volgend resultaat:

 

Met 5 wnd komen we toe en ge kunt ook zien dat XL ca 205 Ohm bedraagt.

Tot dusver de eerste stap van de eindtrap. Volgende keer het uitgangsnetwerk.

ARDF NC : [ 4: Toestand op 9 dec 2024]

 

De drie voorgaande afleveringen staan op mijn andere blog. Bij nader inzien staat het verhaal echter hier beter op zijn plaats.

Zie https://ardfditjesendatjes.blogspot.com/

Er is al heel wat werk verzet en er is al heel wat afgebouwd . Het concept is nu dat we gebruik maken van ESP32-S2 bordjes . De nodige software in C / C++ is voor 90% af en getest. Hier over later meer. 

Wat ik nu aan het doen ben , is een ARDF eindtrapje aan het maken die voldoen aan onze wensen . Onze oude eindtrappen zijn van het ontwerp van ON7YD met een IRF  fet  en met oude CMOS  logica en met een vast xtal. Als timer zit er een pic 16F84 in .Deze opzet heeft tot volle tevredenheid gewerkt , maar we zijn toe aan nieuwe patatjes.

Het nieuwe concept behoudt de IRF fet met een ander uitgangsfilter en ook de CMOS driver is eruit.

De oscillator wordt vervangen door een SI5351 bestuurd door het ESP32 bordje die tevens de timer bevat alsook de morse code . Het syncen van de vijf ARDF zenders dat vroeger gebeurde met een vijftal draadverbindingen en een drukknop is nu vervangen door een Over The Air commando dmv van het ESP-NOW protocol ( werkt in de WiFi band) Tijdens het syncen wordt ook de actuele tijd meegestuurd zodat elke ARDF zender zijn tijd heeft. Deze tijd wordt verder in de aanwezige RTC van de ESP32 gebruikt om  de functie van timing te verwezenlijken.

Dankzij de SI5351 kunnen we ook gelijk welke frequentie instellen.

Ik post later wel eens een blokschema , maar eerst in de volgende post , de weg die ik gevolgd heb om de IRF fet te voorzien van een ander uitgangsfilter en de aanpassing van de ingang.

Ik kan nu al verklappen dat ik het eerst met PASAN gemodelleerd heb en met de nanoVNA getoetst aan de werkelijkheid.