Versterking van gebalanceerde (transistor) eindtrap

Hoe verhoudt de versterking van twee stuks identieke (RF-)transistoren in een gebalanceerde opzet zich tot een opzet met één zo'n zelfde transistor?

Voorbeeld: één exemplaar kan 10 watt leveren en versterkt 10 dB. Twee kunnen dan samen 20 watt leveren. Maar is de versterking dan 20 dB? (Vast niet.) Ik zou dit wel willen weten met het oog op het maximale stuurvermogen. Met één transistor is dit natuurlijk 1 watt. Maar hoeveel is het met twee transistoren?

Ik vermoed eigenlijk dat de versterking gewoon 10 dB blijft in analogie van "batterijen parallel zetten": de spanning blijft hetzelfde, maar de capaciteit neemt toe.

Frederick E. Terman

Honourable Member

De twee torren in je voorbeeld kunnen ieder 10W leveren, maar moeten ook ieder met 1W gestuurd worden.
De versterking blijft dus inderdaad 10dB, zoals je al dacht.

Voor een afgestemde HF versterker is het dus de vraag of het wel zin heeft de torren in een balansopstelling te schakelen. Met parallelschakelen heb je hetzelfde rendement en vermogen. Natuurlijk versterk je dan maar de helft van de HF-sinus (in klasse B), maar in een afgestemde versterker ben je ook dan nog lineair.

Een voordeel van balansschakelen is dat de impedanties dan verdubbelen, in plaats van halveren bij parallelschakelen. Omdat de impedanties vaak nogal laag zijn is dat prettig: de aanpassing is eenvoudiger, en de parasitaire capaciteiten zijn lager ipv. hoger.

Keramisch, kalibratie, parasitair: woordenlijst.org

Met parallelschakelen heb je hetzelfde rendement en vermogen

Het vermogen verdubbelt toch juist? Ik ga er dan wel van uit dat ik ook 2 watt aanlever, wat bij één enkele tor niet mag.

O, ik heb parallelschakelen gelezen als balanceren. Maar wat is er in een afgestemde, niet-gebalanceerde versterker dan parallel te schakelen? Je ziet dan gewoonlijk toch maar één transistor in de signaalweg?

[Bericht gewijzigd door tin.soldier op woensdag 26 september 2012 17:34:05 (36%)

Is een complementaire trafoloze balansversterker ook geschikt om als zendereindtrap te werken?

Geen gezeur met trafo's, alleen maar aan de uitgang een Pi-filter.

Voorbeeld complementaire balanseindtrap:
http://www.circuitsonline.net/schakelingen/sch/000002.gif

[Bericht gewijzigd door dawmast op woensdag 26 september 2012 19:10:09 (26%)

Zorg dat je er bij komt, bij de Marine. Sympathisant van de Koninklijke Marine. Luistert graag naar militaire muziek.
Frederick E. Terman

Honourable Member

Nee, dat wordt nooit gedaan. Er zijn ook geen complementaire HF-vermogenstransistors.
Maar àls je het zou doen, zou je evengoed een trafo nodig hebben om naar 50 ohm op te transformeren. Er zouden geen voordelen zijn.

Keramisch, kalibratie, parasitair: woordenlijst.org

Maar kun je zo'n eenvoudige complementair trapje als hierboven weergegeven wel gebruiken voor op de middengolf? Uiteraard wel een Pi-filter aan de uitgang die de zeer lage uitgangsimpedantie van de eindtrap optransformeert naar 50 Ohm.

Zorg dat je er bij komt, bij de Marine. Sympathisant van de Koninklijke Marine. Luistert graag naar militaire muziek.

Jazeker, kan dit mits de transistoren snel genoeg zijn.
Het schema wat je hier poste is een halve brug push-pull versterker.
Wanneer je twee van dit soort versterkers gebruikt en die in tegenfase aanstuurt beschik je over een volle brug versterker.
Bekend onder de naam full-bridge H amplifier, afgeleid van de gelijkenis van de (hoofd) letter H.
Die letter 'H' slaat nergens op behalve dan dat dit de weg van de stromen voor kan stellen.
Voor meer info zoek maar op gooogle.

Een halve of volle brug versterker, heeft doorgaands weinig met de instelling te maken van de gebruikte transistors, dit kan in iedere klasse zijn.
Klasse A. AB, C of D, voor de versterking van HF signalen geldt dit ook.
Zo zal de instelling voor een SSB zender natuurlijk in klasse AB zijn ingesteld. Voor AM modulatie in de voortrappen ook, maar voor een CW signaal te versterken in klasse C of D.
Bipolaire zendtransistoren worden in het kortegolf gebied zelden meer toegepast, het zijn allemaal Mosfets tegenwoordig.

Telefunken Sender Systeme Berlin
Frederick E. Terman

Honourable Member

Op 26 september 2012 17:29:29 schreef tin.soldier:

Met parallelschakelen heb je hetzelfde rendement en vermogen

Het vermogen verdubbelt toch juist? Ik ga er dan wel van uit dat ik ook 2 watt aanlever, wat bij één enkele tor niet mag.

O, ik heb parallelschakelen gelezen als balanceren. Maar wat is er in een afgestemde, niet-gebalanceerde versterker dan parallel te schakelen? Je ziet dan gewoonlijk toch maar één transistor in de signaalweg?

Oh, ik heb over je vraag heel gelezen.
Mijn antwoord was op de vraag er vlak boven. Ik had moeten schrijven:

Met parallelschakelen heb je hetzelfde rendement en vermogen als met balansschakelen, in dezelfde klasse.

Als dus één tor 10W kan leveren (met 1W insturing), dan kunnen twee torren 20W leveren (met, samen, 2W insturing).
Het maakt daarbij in principe niet uit of je ze parallel of in balans zet.
Maar balans kan om twee redenen worden gekozen:

  1. Bij balans verdubbelen de impedanties (ten opzichte van een enkele tor), terwijl ze bij parallel halveren. Dat is een voordeel bij hogere vermogens, omdat de impedanties daar meestal onhandig klein dreigen te worden.
  2. Bij balans kun je de hele sinus versterken, ook in klasse B. Bij parallel in B kan dat niet, net zo min als bij een enkele tor in B. Terwijl je voor het rendement wel klasse B wilt. Voor breedbandige lineaire versterking in klasse B moet je dus wel balansschakelen. Voor smalbandige HF versterking hoeft dat niet, dan kan een enkele tor (en dus ook een parallelschakeling) ook.
    Waarom een enkele tor (of een parallelschakeling) in klasse B tòch een lineaire HF-versterker kan zijn, is weer een ander verhaal. Dat is leuk om uit te puzzelen; een simulator helpt daarbij ook.

    In de praktijk loopt er in een lineaire versterker natuurlijk ruststroom; voor 'B' leze men dus: AB.

Bijna alle handels-amateurzenders van 100W die nog buisjes in de eindtrap hadden, hadden een parallelschakeling van twee eindbuisjes. Balans had ook gekund, maar was daar niet nodig: de impedanties waren al hoog genoeg, en de eindtrap was afgestemd.

Keramisch, kalibratie, parasitair: woordenlijst.org

Oké FET, dankjewel. Inmiddels was het mij ook gaan dagen dat het dB-versterkings-verhaal voor balans hetzelfde is als voor parallel :-)

Nu wil ik graag (een beetje) off topic.. Zo goed en zo kwaad als ik kon heb ik even een deel van het schema van mijn eindtrap opgetekend: http://www.uploadarchief.net/files/download/mrf492schema.jpg Dit lijkt mij een afgestemde versterker in balans. Hij is bedoeld voor 50MHz. Maar hoe maak ik 'm nu lineair; hoe kan ik bias aanleggen?
Ik had gedacht de 100 ohm weerstand links 2 x 47 te maken en dan op het knooppunt de bias-regeling naar het idee van PA0FRI ( http://www.uploadarchief.net/files/download/bias_pa0fri.jpg ) aan te sluiten.
De 10 ohm weerstanden aan de bases kunnen blijven zitten, maar de twee stuks netwerkjes 1,5 ohm met 1 uH in serie moeten eruit. Zijn deze gedachten correct? (Wat trouwens die 100 ohm aan de uitgang daar doet is me een raadsel; ik weet niet 100% zeker of het een weerstand is trouwens.)

Frederick E. Terman

Honourable Member

Wat trouwens die 100 ohm aan de uitgang daar doet

.. en aan de ingang.
Aan in- en uitgang zitten Wilkinson schakelingen; de ene als verdeler (divider), de ander als sommator (combiner). In dit geval zijn de Wilkinsons uitgevoerd met discrete onderdelen in plaats van met transmissielijnen - die laatste zouden op 50 MHz onpraktisch lang zijn.
Met de Wilkinsons wordt het vermogen op een 'nette' manier verdeeld en gecombineerd. Als er onbalans is tussen de twee transistoren (waarmee ik alleen bedoel dat ze niet volmaakt gelijk zijn), dan zal de weerstand het vermogen opeten wat anders gereflecteerd zou worden. De aanpassing voor de andere tor wordt zo niet zo slecht.

Nu de lineariteit. Allereerst moet dan de MRF492 geschikt zijn voor lineaire versterking; niet alle torren zijn dat, maar voor klasse C hindert dat niet. Voor AB wel.

Zijn de 492'ers geschikt, dan zal meestal de fabrikant wel een voorbeeldschema voor een bias supply hebben.
Het enige moeilijke aan zo'n ruststroomvoeding is dat de instelling niet weg mag lopen, ook niet als de zaak warmer (of kouder) wordt. Je ziet daarom vaak een 'thermische terugkoppeling', bijvoorbeeld doordat een thermistor/NTC/diode of nog iets anders op het koelblok of op de torren zelf zit geplakt.

Met de meeste FETs is het wegloopprobleem veel minder groot. Je ziet daar soms bias supplies zònder thermische terugkoppeling; soms zelfs alleen een potmeter via een smoorspoeltje of weerstand naar de gate.

Keramisch, kalibratie, parasitair: woordenlijst.org

Ik heb twee bias-voorbeelden van andere 50MHz lineairs met de MRF492, maar beide gaan uit van de bekende opzet met 1 transistor.
( http://www.uploadarchief.net/files/download/6mpa100.pdf )
Het wordt dan gedaan met een (dikke 15A) diode op het zelfde koelblok als waarop de transistor is gemonteerd (de 'thermische terugkoppeling'). De datasheet van MRF492 zegt er niets over, laat staan over een balansopstelling..

Hoe dan ook lijkt de MRF492 geschikt voor lineaire versterking. Dus hoe die nu uit te voeren, is de vraag. Ik zag dus wel iets in het 'delen' van de 100 ohm weerstand (links in het schema), en dan iets daarmee doen. Een diode met dubbele (?) capaciteit; de bias schakeling van PA0FRI? En moeten de netwerkjes 'netwerkjes 1,5 ohm met 1 uH' eruit?

NB PA0FRI schrijft zelfs dat de 'thermische terugkoppeling' bij zijn gebalanceerde 2 x BLW60 HF lineair niet zo kritisch was: hij had de regeling (BD435) niet eens op hetzelfde koelblok als de BLW's gemonteerd.

De twee netwerkjes met die 1µH en 1,5 ohm weerstanden gaan naar de massa, als je een bias voorziet is deze goed ontkoppeld voor hoogfrequent condensator op de uitgang van de bias naar de massa.
De uitgang van je bias is nu de virturele massa (net als dat gedaan wordt bij opamps trouwens).
De netwerkjes gaan dus los van de massa en alletwee naar een condensator van zeg 10nF.
Daarop sluit je nu je bias aan en dit is je virurele voedingspunt voor de bias.
Echter in veel ontwerpen zie je dat de bias voor iedere transistor apart ingesteld kan worden.
De reden daarvan is dat niet iedere transistor van hetzelfde type exact overeenkomt met de andere.
Er zijn kleine verschillen onderling in stroomversterking.
Ook bij Mosfets is dit het geval en zie je vaak voor iedere transistor een aparte bias instelling.
Uiteraad moet dit een soort van fijn afstelling zijn, daar de verschillen zeer klein zijn.

Telefunken Sender Systeme Berlin

@ Martin V: Is dit hoe je het bedoelt? http://www.uploadarchief.net/files/download/bias_mrf492.jpg
En dit voor iedere transistor apart? En zou de schakeling van PA0FRI bruikbaar zijn? (In tweevoud dan.)( http://www.uploadarchief.net/files/download/bias_pa0fri.jpg )

De 100 ohm links in het schema blijft zoals die is, en de 10 ohm weerstanden aan de bases kunnen blijven zitten?

Inderdaad, die 100ohm kan je gewoon laten zitten (die maakt immers deel uit van de aanpassing) en het is beter om de 10ohm weerstanden los te maken van de massa.
Hoewel de bassis-emitterovergang ook op zich al laagohmig is en het zal mogelijk niet zoveel uitmaken.
Beter is het om één weerstand te gebruiken over de twee basis aansluitingen van 10 á 20 ohm.

De schakeling van de bias lijkt me zeker bruikbaar, die zal er speciaal voor zijn ontworpen. Zelf heb ik hier geen ervaring mee, ik heb die nooit geprobeerd.

[Bericht gewijzigd door Martin V op zaterdag 29 september 2012 08:43:09 (18%)

Telefunken Sender Systeme Berlin

Beter is het om één weerstand te gebruiken over de twee basis aansluitingen van 10 á 20 ohm.

Maar dat "is" nu juist al die 100 ohm zo te zien..

Op 29 september 2012 10:15:35 schreef tin.soldier:
[...]Maar dat "is" nu juist al die 100 ohm zo te zien..

Dat is rechts aan de bassisen; welke naar massa gaan bedoel ik, links de 100ohm die laat je zo.
Dus die twee vervangen door één weerstand van bassis naar bassis.

Telefunken Sender Systeme Berlin

Ik had je wel goed begrepen, maar dan staat die (door jou voorgestelde) 10 à 20 ohm toch parallel aan die van 100. Die van 100 is bedoeld om de balancering te 'verbeteren', dus wat voor goeds is er van de parallelschakeling dan te verwachten?

Iets anders. Kun je de 2 m en/of 70 cm repeater van Rotterdam bereiken? Als het jou hetzelfde is wil ik er best even op die manier over bomen.

[Bericht gewijzigd door tin.soldier op zaterdag 29 september 2012 11:06:17 (23%)

Frederick E. Terman

Honourable Member

Wat je natuurlijk altijd kunt doen, is tweemaal de versterker met één MRF bouwen, en die twee versterkers dan aan in- en uitgang koppelen via Wilkinson-divider en combiner.
Je moet de bias tòch al liefst apart per tor uitvoeren.

Voorzichtig trouwens met het woord 'gebalanceerd'. Je bedoelt hier dat het vermogen netjes over de twee torren verdeeld wordt. Dat is OK, maar jouw schakeling is dus geen balansschakeling.
(Het is zelfs geen echte 'simpele' parallelschakeling, maar twee 'parallel' werkende complete versterkers.)

Keramisch, kalibratie, parasitair: woordenlijst.org

Wat je natuurlijk altijd kunt doen, is tweemaal de versterker met één MRF bouwen, en die twee versterkers dan aan in- en uitgang koppelen via Wilkinson-divider en combiner.

Ja, maar ik heb de versterker al! Wat is dan nog de winst van dit idee?

Frederick E. Terman

Honourable Member

Precies - je hebt al twee versterkers met ieder één MRF.
Die moet je nu ieder van bias (en bias-stabilisatie) voorzien.
Dus niet proberen ze wat betreft de bias samen te voegen.

(let op dat ze nu wèl voor DC aan elkaar zitten)

Keramisch, kalibratie, parasitair: woordenlijst.org

Ik wil, zoals met Martin V hierboven besproken, twee aparte bias-regelingen maken. Dus elk aangesloten via dat 1uH - 1,5 ohm netwerkje. Maar waar zitten ze voor DC nu aan elkaar? Of bedoel je dat ze dan voor DC aan elkaar zullen zitten?

Misschien dat je bedoelt dat de 100 ohm weerstand en de 10 ohm weerstanden er toch uit moeten?

Frederick E. Terman

Honourable Member

Je ziet toch duidelijk dat de torren voor DC gewoon aan elkaar zitten?
Dat zul je aan de basiskant moeten onderbreken, als je de twee bases onafhankelijk van bias gaat voorzien. Een kwestie van koppelcondensatoren plaatsen.
http://www.uploadarchief.net/files/download/mrf492schema.jpg

Keramisch, kalibratie, parasitair: woordenlijst.org

Oja, stom. En dat terwijk ik 'm zelf heb getekend :-( Ter linkerzijde van de 100 ohm weerstand dus. Helemaal overheen gekeken. Waar in elke tak zal ik eens welke waarde c plaatsen?

Voor de duidelijkheid het schema zoals het eruit zou kunnen zien;

http://www.uploadarchief.net/files/download/bias2.jpg

[Bericht gewijzigd door Martin V op zondag 30 september 2012 16:42:23 (20%)

Telefunken Sender Systeme Berlin
Frederick E. Terman

Honourable Member

Mooi hoor. Waarmee teken je dat?
Ziet er lekker 'Amerikaans' uit, net zo'n Collins manual uit 1980. :)

Keramisch, kalibratie, parasitair: woordenlijst.org