Verkningsgrad och impdansanpassning på klass C förstärkare

M

mikael.andersson

Well-Known Member
Jag har experimenterat en del med en klass C-förstärkare, på 40m bandet. Förstärkaren använder en mosfet(IRF510) och ger hyfsat med effekt, vid 12v matningsspänning får jag ungefär 8W effekt ut, och vid 24v ungefär 21W.

Verkningsgraden är däremot inte jättehög, den ligger på runt 50%, genom att lirka lite på bias-spänningen till mosfeten kan jag få upp den något, men tappar snabbt effekt. Designen kommer från NA5N som skrivit ett bra dokument http://www.iw3sgt.it/IW3SGT_PRJ/IW3SGT_AMP_LF/ClassDEF1.pdf

Induktorn som sitter mellan drain och VCC på mosfetten är trifilärt lindad 8 varv på en ft50-43, jag har provat en bifilärt lindad och en monofilärt, vilket påverkar effekten tydligt, men inte verkningsgraden särskilt mycket.

Att induktorn behövs på drain i en klass C förstår jag, halva "vågen" kommer ju från denna. Men lindningen av den bifilärt och trifilärt, vilken funktion har den? Är det impedansanpassning mot 50ohm? Eller är det bara en transformering till en högre spänning i konstlasten/antennen?

Kan man göra något åt verkningsgraden, eller får man helt enkelt acceptera att en klass-C förstärkare inte är bättre än va 50%?


image.png


image.png
 
Klass-C förstärkare får sin höga verkningsgrad genom att arbeta med en strömvinkel som är mycket mindre än 180 grader, ofta 90-100 grader så att drainströmmen endast flyter i korta pulser.

Detta kräver i sin tur att lasten utgörs av en resonanskrets med tillräckligt högt Q för att kunna lagra den energi som ska lämna kretsen under intervallet mellan pulserna.

Om denna energilagring inte finns, därför att kretsen är oavstämd eller har lågt Q, så sjunker verkningsgraden rejält. Man brukar ange ett Q på minst 8 eller 10 när kretsen är "single-ended", och ett Q på 5 - 6 för balanserade eller "push-pull" för att verkningsgraden ska börja bli optimal.

Med ett optimalt val av Q i belastningskretsen så kan man uppnå verkningsgrader överstigande 80%.
 
Hur förhåller sig Q-värdet om man jämför en egenlindad ferrit/järnpulverkärna kontra en färdig induktor som man köper(en sådan med färgkod som ser ut som ett motstånd)?
 
-AOM skrev "resonanskrets", dvs avstämd till arbetsfrekvensen och för högt Q-värde rekommenderas järnpulver "röd". Jag antar att du har en oavstämd transformator.

Lennart
 
Ett enkelt schema kanske kunde vara till hjälp? Den goda verkningsgraden hos klass C steg får man väl som nämnts genom att det arbetar "i resonans". Om induktorn som nämns är en "stoppspole" är det kanske inte just den som är kritisk, utan den krets som ska vara i resonans.
 
Är induktorn del av en resonant krets eller går den endast som impedansomvandlare?
Det borde ha betydelse för verkningsgraden väl, eller är jag helt fel ute här?
 
Vilken verkningsgrad vill du nå? Enligt pdf:en så är väl 67% teoretiskt max?
Vilken nivå har insignalen?
 
En induktans eller impedanstransformator utan parallellkapacitanser eller andra
selektiva nät har endast en liten energilagring. Lastat Q ligger i "häraden" ett vilket inte är tillräckligt.

Energin vilken finns i övertonerna hos drain-strömmen
kan därför inte återmatas och tillgodogöras för att förbättra verkningsgraden på arbetsfrekvensen. Den begränsas då till strax över 50 %.
 
Så här ser min förstärkare ut, en IRF510 som Q1. Signalen kommer med 0-5v bias justering, ca 3v ger bäst uteffekt/verkningsgrad. C1 är en avkopplingskondensator och C3/L2 lågpassfilter, tror jag :)

Hur vet jag utgångsimpedansen på min krets, så att den passar till min 50ohms antenn? Och hur vet jag ingångsimpedansen?



image.png
 
Du skrev "Att induktorn behövs på drain i en klass C förstår jag, halva "vågen" kommer ju från denna. Men lindningen av den bifilärt och trifilärt, vilken funktion har den?
"Är det impedansanpassning mot 50ohm? " Svar JA
"Eller är det bara en transformering till en högre spänning i konstlasten/antennen?" Svar JA, det liksom samma sak eftersom det är en följd av impedansanpassningen.
 
"Induktorn" ansluten till drain är i själva verket en transformator med sp-omsättningen 1:3
 
Både i schemat och på kretskortet verkar det fattas en viktig kondensator.

510_pa.jpg
Jag har ritat in en konding i rött som kopplar av / jordar transformatorn.
 
Kan man "veta utgångsimpedansen" på en sån här krets? Ofta handlar det väl om att man har en last med känd impedans och sedan får man tråckla till nåt anpassningsnät för att den impedansen ska översättas till nåt som det aktiva elementet (sluttrissa/-rör) kan hantera med sin karakteristik.

Med lite gammeldags betraktningssätt är det ju en mystisk variant på klass C, egentligen. Utgångstrissan kunde man tänka sig jobba mot en avstämd krets direkt (tankkrets) som sedan tappas av till anpassningsnät och last. Tankkretsen lagrar energi mellan strömstötarna från trissan och "fyller ut" sinusformen när trissan är strypt. Men den visade kopplingen kanske kan funka på samma sätt, jag kanske inte ser det bara.
 
SM0UAN said:
Kan man "veta utgångsimpedansen" på en sån här krets?
Click to expand...
I detta fall har man ju en transformator med en impedansomsättning på 9:1.
50 ohms last blir till 5,5 ohm vilket kan tyckas lågt men man bryr sig inte om linjäritet i ett class C steg så det är bara att klämma ut så mycket det går. Vanligt är 4:1 i samma koppling för class B.
 
SM0UAN said:
Utgångstrissan kunde man tänka sig jobba mot en avstämd krets
Click to expand...
Svårt att åstadkomma i ett bredbandigt och oavstämt slutsteg.
Vill man bara köra en frekvens kan man troligtvis lätt optimera effekt och verkningsgrad.
 
SM0GLD said:
Svårt att åstadkomma i ett bredbandigt och oavstämt slutsteg.
Vill man bara köra en frekvens kan man troligtvis lätt optimera effekt och verkningsgrad.
Click to expand...
Borde gå att få till med din avkopplingskonding samt en vridC i parallell med trissans Cut. Dvs "en C1:a".
Men då blir det bara på ett band.
 
Ja ni ser, jag tänker gammeldags... Klass C slutsteg för flera frekvenser fick man ju stämma av driven ("gallret") och tanken och sedan lasten (antennen) när man bytte frekvens. Utan en avstämd tankkrets undrar jag lite över övertonssituationen på utgången, men det kanske är pi-filtrets jobb. Troligen är det där den sänkta verkningsgraden kommer ifrån, att det inte finns en direkt avstämning av drain-kretsen.
 
En grov approximation för källimpedansen hos en transistor som arbetar i klass B eller C är (matningsspänningen - bottenspänningen)^2/2*uteffekten.


MOSFET-ar har en bottenspänning som är någon volt, så för 8 W uteffekt och 12 V DC matningsspänning blir källimpedansen c:a 120/16 eller 7 ohm. En impedansomsättning på 1:9 ger en bra anpassning till 10 ohm.

Dock är inte energilagringen i en enkel lågpassfilterlänk tillräcklig för att hålla upp verkningsgraden. Q, eller kvoten mellan lagrad och förbrukad energi, i det avbildade filtret ligger i häraden 1,5 vilket är c:a 10 gånger för lite för att närma sig den teoretiska verkningsgraden.
 
You must log in or register to reply here.
Back
Top