Обзор усилителей RM Italy

Усилители RM Italy – умощнение бюджетными средствами и не очень.

Каждый радиолюбитель рано или поздно задумывается над приобретением усилителя мощности. Это и обладатели маломощных трансиверов, и пользователи классических 100-ваттных аппаратов. У пользователей маломощных трансиверов стоит задача сделать так, что бы их слышали не только радиолюбители с хорошими антеннами, но и все остальные. У пользователей классики задача несколько иная. Дополнительно разгрузить и обезопасить выходной каскад используемого трансивера. Второй задачей для обеих групп пользователей стоит усилиться до такой степени, что бы их услышала дальняя станция или обеспечить комфортную беседу на круглом столе при работе по месту.

В этой статье мы рассмотрим усилители КВ диапазона Итальянской фирмы RM, проведём полный анализ схемотехники и технических характеристик рассматриваемых усилителей. В первой части мы рассмотрим наиболее бюджетные модели усилителей. Во второй части будут рассмотрены более дорогие усилители, но более полноценные. В третьей части рассмотрим две модели базового исполнения с питанием от сети переменного тока 220В.

Введение

Фирма RM основана в 1974 году Remo Marchioni в местечке Porretta Terme на севере Италии. От первых букв имени и фамилии человека, основавшего фирму, собственно и пошло название. Основное направление производство фирмы – изготовление качественного вспомогательного радиолюбительского оборудования по минимально возможным ценам. Фирма RM производит не только усилители, но и блоки питания, стабилизаторы напряжения, инверторы, системы защиты от перенапряжения и от короткого замыкания, ВЧ-фильтры. Большую часть своего дохода фирма инвестирует в исследования и новые разработки. Поэтому их изделия всегда актуальны, высокотехнологичны и имеют высокое качество изготовления. В нашей стране фирма RM наиболее известна по своим ВЧ усилителям мощности, которые имеют очень хороший параметр по соотношению цена/качество/мощность. Благодаря этому усилители фирмы RM по праву завоевали большую популярность у пользователей.

Короткий экскурс в теорию

Прежде чем мы начнём обзор – устроим маленький экскурс в теорию работы усилителя и правила измерения их параметров. Делаем это, для того что бы стало понятно – откуда берутся некоторые цифры при измерении характеристик и избежать спорных моментов. Главным спорным моментом являются разные цифры выходной мощности усилителей для разных режимов работы. Вот главные определения:

• Максимальная мощность
• Мощность на пике огибающей
• Эффективная мощность

В ценниках на усилители обычно указывают самую большую мощность, которая описывается как «мощность в режиме SSB» или в иностранной литературе обозначают как «PEP». Догадайтесь для чего это сделано сами. Выражается она значением мощности на пике огибающей. У многих радиолюбителей сразу возникает вопрос. «Как мощность в режиме SSB может быть выше постоянной максимальной мощности?» Это связано со спецификой измерения и определениями.

Если мы подключим трансивер к нагрузке 50 Ом и померяем осциллографом напряжение при подаче несущей, то увидим синусоиду частотой F.

При измерениях принято оперировать следующими терминами:

• Максимальное или пиковое напряжение Uпик
• Действующее напряжение Uд
• Напряжение от пика до пика Uп-п

Когда мы меряем напряжение стрелочным или цифровым прибором, то он нам показывает всегда действующее значение напряжения или тока, которое всегда в 0.7 раз меньше максимального или пикового значения. Ещё его называют среднеквадратичным значением напряжения. Почему считается всегда именно действующее значение, а не пиковое? А потому, что под действующим значением переменного тока (или напряжения) мы понимаем такой постоянный ток, который за то же самое время совершает ту же работу (или выделяет такое же количество тепла), что и данный переменный ток. Соответственно, мощность, которую покажет прибор или мы высчитываем при измерении напряжения на нагрузке 50 Ом в режиме несущей - это и будет наша настоящая реальная мощность, которую способен развить трансивер или усилитель в режиме несущей. Дальше вступает в действие игра понятий. Значение мощности в режиме огибающей обычными приборами померить нельзя, но можно рассчитать. Для измерения пиковых значений мощностей или напряжений использую осциллограф или специальные измерители пиковых значений.

Дальше получается еще интереснее. Если мы даём серию точек и серию тире в режиме CW, то значения средней измеренной мощности за единицу времени получается разное. Средняя мощность при передаче серии точек получается ниже, чем при передаче серии тире. Это связано с тем, что за одно и то же время, энергии при передаче в точках передалось меньше чем в тире. А если мы говорим перед микрофоном обычной громкостью, то средняя мощность на выходе трансивера получается в 4-5 раз меньше, чем мощность в режиме несущей. Это связанно с тем, что в разговорной речи спектр самых громких звуков и самых тихих очень неравномерен и сильно индивидуален у каждого оператора. Для поднятия значения средней мощности применяют компрессоры динамического диапазона или усилители-ограничители. Поэтому, когда в описании будет указана выходная мощность – то это будет эффективная мощность в режиме несущей. А если указано значение мощности «в режиме SSB» или «PEP», то это значит, что указана рассчитанная мощность на пике огибающей. Измерения производились в 2х режимах мощности 5Вт. Сделано это для того что бы можно было оценить выходную мощность совместно с QRP-трансивером типа Yaesu FT-817, Flex-1500 или другими самодельными аппаратами.

Часть 1. Максимум мощности за минимум денег

Наиболее дешевые усилители для КВ диапазона представлены моделями усилителей:

• RM KL-203
• RM KL-203P
• RM KL-300
• RM KL-300P
• RM KL- 500
• RM KL- 500-24
• RM KL-501

Модели усилителей, которые заканчиваются буквой P имеют встроенный предварительный усилитель по приёму. Модель усилителя KL-500-24 отличается от остальных моделей тем, что может питаться, от источника напряжением 24 Вольта и специально предназначена для установки в большом грузовом автомобиле. Все усилители данной линейки имеют самую простую схемотехнику исполнения, что и обусловило их низкую стоимость. Каждый усилитель постоянно улучшается по характеристикам, что отражено уже в нескольких ревизиях производимых печатных плат.

RM KL-203P

Вид усилителя изнутри

Краткие характеристики и особенности:

• Напряжение питания - 12-14 Вольт
• Потребляемый ток - 5-12 Ампер
• Входная мощность - 1-10 Ватт
• Выходная мощность - 10-100 Ватт
• Предварительный усилитель по приёму (для версии Р)

2 модели самых простых и самых дешёвых усилителей. Вторая модель имеет на борту предварительный усилитель по приёму. Это удобная функция, когда усилитель используется в мобильном варианте и работа ведётся на короткую автомобильную антенну.

Схема предварительного усилителя по приёму

Схема предварительного усилителя проста. Применён каскад по схеме с общим эмиттером и электронным управлением. Присутствуют цепи защиты от перегрузки. Усиление такого каскада составляет ориентировочно 6-9дБ.Эта схема предварительного усиления применена во всей линейке усилителей KL-XXXP. По факту обмера характеристик усилителей удалось выяснить, что коэффициент усиления этого каскада выше, и составляет все 15 дБ. Для проверки был использован стенд на основе трансивера Flex-1500 и радиотестера Hewlett-Packard 8935 в качестве генератора сигналов калиброванного уровня. Такие же цифры показали все остальные усилители.
Вот такие скриншоты, подтверждающие работу усилителя мы можем видеть.

Подан сигнал с генератора уровнем -90дБм. Предварительный усилитель в положении OFF (1дБ потерялся на нескольких переходниках и длинном кабеле).

Подан сигнал с генератора уровнем -90дБм. Предварительный усилитель в положении ON.
Итого, чистые 15дБ усиления. А теперь, если пересчитать по шкале S-метра – это 2,5 балла прибавки сигнала или на слух разница между «ничего не слышно» и «разборчиво слышно».
Оба усилителя имеют одну схемотехнику. Это двухтактный широкополосный усилитель на полевых транзисторах. В английском варианте такие усилители называют усилителями типа «push-pull».

Основа схемы усилителя мощности

Усилитель KL-203/203P выполнен по максимально упрощенной схеме. Имеет минимально необходимые цепи защиты по входу. В схеме применены транзисторы с высоким усилением, что позволяет получить достаточно большую выходную мощность, имея при этом весьма простую схемотехнику. Лет 5 назад фирма RM применяла в этих усилителях транзисторы MS1307, широко распространённые в с Си-Би усилителях на 27МГц. На самом деле, это, вероятнее всего, транзисторы 2SC1307 фирмы NEC. Описания на MS1307 в интернете найти не удалось, скорее всего, транзисторов с таким обозначений в природе не существует, за то на вторую марку транзисторов даташит обнаружился тут. Сейчас фирма RM применяет неизвестные транзисторы, промаркированные на заводе, как MOS RM3. Это полевые транзисторы с изолированным затвором имеют хорошие параметры по усилению и стабильности работы. Вполне вероятно, что это те же 2SС1307. Что бы обеспечить высокую выходную мощность – в каждом плече усилительного каскада их установлено по 2 штуки в параллель. Но, как показывает опыт использования данных усилителей, транзисторы эти весьма нежные и боятся больших рассогласований. Поэтому, при использовании усилителей подобного типа обязательно нужно позаботиться о хорошем согласовании антенны с усилителем. Совместно с усилителем стоить применять только хорошо настроенные диапазонные антенны, либо ставить ФНЧ после усилителя и применять ручной или автоматический тюнер.

Применяемая в тюнере схема построения усилителей имеет хорошие характеристики по линейности, а 2-хтакная схемотехника позволяет эффективно подавить чётные гармоники. Так же, 2-хтактная схемотехника построения усилителей имеет широкополосный вход и выход, что очень подходит для КВ усилителей. В большей степени параметр широкополосности зависит от конструктивных особенностей входного и выходного трансформатора. В конструктиве усилителя KL-203 всё сильно упрощено, потому максимальное усиление он имеет не во всей полосе частот КВ диапазона, а ограничен сверху частотой 30МГц и 15-20МГц снизу.

Таблица выходной мощности усилителя, тока и КСВ в зависимости от входной мощности.

RM KL-300P

Вид усилителя изнутри

Краткие характеристики и особенности:

• Входная мощность - 1-10 Ватт
• Выходная мощность - 20-200 Ватт
• Напряжение питания - 12-14 Вольт
• Потребляемый ток - 10-20 Ампер
• Предварительный усилитель по приёму (для версии Р)
• 2 режима выходной мощности

Эти два усилителя, так же как и предыдущие отличаются только наличием встроенного предварительного усилителя, описанного выше. Усилитель так же выполнен по 2-хтактной схеме, но в каскаде усиления применены уже не полевые MOS транзисторы, а биполярные и гораздо большей мощности. Соответственно их усиление гораздо выше. Это хорошо известные транзисторы SD1446 фирмы SGS-THOMSON Microelectronics GROUP. Даташиты на них можно посмотреть тут. Они специально разработаны для применения в оконечных каскадах усилителей. Имеют хороший КПД, и более устойчивы в работе при сильном рассогласовании и высоком КСВ антенны.

При вскрытии усилителя выяснилось, что в усилителях последних партий стоят не SD1446, хотя всего год-полтора назад стояли именно они. В новом усилителе стоят транзисторы MS1051. Вот тут лежит даташит на них. Это транзисторы концерна Advanced Power Technology. Если сравнить этот транзистор с SD1446, то можно заметить что по характеристикам транзистор MS1051 немного лучше. Усиление у MS1051 больше, мощность отдачи у них выше раза в полтора, а соответственно и общее КПД усилителя будет выше.

Основа схемы усилителя мощности.

В усилителе применена самая простая схема мостового усилителя на биполярных транзисторах, простейшая RC-цепочка отрицательно обратной связи для выравнивания усиления по частоте, простейшая цепь автоматического смещения. Транзисторы работают в режиме «С». Т.е используется самая простая схема с минимум деталей, из-за чего и стоимость усилителя самая минимально возможная.

Как и в случае усилителя на полевых транзисторах, в усилителе на биполярных транзисторах широкополосность определяется конструкцией входных и выходных трансформаторов. От конструкции входного трансформатора так же зависит КСВ по входу усилителя. В таблице, представленной ниже приведены замеры выходной мощности в зависимости от входной, а так же КСВ по входу.

Таблица выходной мощности усилителя

KL-501

Вид усилителя изнутри

Краткие характеристики и особенность:

• Входная мощность - 1-10 Ватт
• Выходная мощность - 60-300 Ватт
• Напряжение питания - 12-14 Вольт
• Потребляемый ток - 10-35 Ампер
• Режимы работы - AM/FM, SSB, CW
• Предварительный усилитель по приёму
• 3 режима выходной мощности
• Индикация выходной мощности
• Вход внешнего управления режимом RX/TX
• Вход удаленного управления усилителем

Это усилитель по схемотехники построения отличается от усилителя KL-500 введением дополнительного сервиса по управлению и отображению параметров. В отличии от описанных выше усилителей, на передней панели этого усилителя, на светодиодной шкале отображается уровень выходной мощности. И главным отличием этого усилителя является возможность дистанционно по кабелю управлять такими параметрами как уровень выходной мощности, включение/выключение предусилителя по приёму. Переключение режима работы АМ/FM или SSB/CW и уровень выходной мощности.

Отличительной особенностью усилителей серии KL-XXX, является отсутствие фильтров низких частот. Если 2-хтактное включение транзисторов в усилителе ещё позволяет эффективно подавить все чётные гармоники за счёт правильного выполнения симметриирующих трансформаторов, то нечётные гармоники в двухтактных усилителях не подавлены вовсе. Величина нечётных гармоник зависит от режима работы усилительных каскадов. Для режима FM обычно основной упор делается на большое усиление сигнала при очень высоком КПД усилителя в целом, которое может достигать 85%. Линейность работы каскадов в этом случае неважна. Соответственно уровни нечетных гармоник в таком режиме усиления максимальны и могут достигать -16дБ (3-я гармоника) от уровня основного сигнала. В режиме усиления AM и SSB сигналов важно сохранить верность передачи голоса оператора. Потому параметр линейности в таких усилителях должен выдерживаться достаточно жестко. При этом КПД работы идеального AM/SSB усилителя падает до 30%. На практике стараются найти компромиссные режимы, сохраняя достаточно высоким значение КПД, при допустимом уровне нелинейных искажений и соответственно гармоник.

Из рассматриваемых выше усилителей, только в схемотехнике усилителя KL-300 отсутствует смещение транзисторов, которое определяет линейность. Потому усилительный каскад работает в режиме «С» с максимальным КПД, но имеет очень большой уровнем гармоник. Режим SSB в нем присутствует номинально, и применять этот усилитель для постоянной работы на КВ без внутренних переделок вряд ли стоит. Этот усилитель очень хорошо подойдёт для работы в автомобиле на Си-Би в режиме ФМ. Творческие люди любящие конструировать, могут взять этот усилитель за основу в своих конструкциях, при том, что он имеет самое лучшее соотношение цена/мощность!

Гораздо удачнее выполнены усилители KL-400/500/501. В них уже реализованы компромиссные решения для того что бы обеспечить высокое КПД работы усилителя в режиме FM, так и соблюдены требования линейности для работы в режиме АМ и SSB, но, к сожалению, при этом уровень нечётных гармоник остаётся достаточно высок. Для того чтобы не создавать постоянно помех пользователям другой аппаратуры использовать эти усилители желательно в машине, а если вы захотите применять эти усилители в стационарном варианте, то обязательно совместно с усилителем нужно применять внешний фильтр нижних частот. Для того что бы максимально снизить стоимость усилителей – пришлось отказаться от этих фильтров.

Часть 2. Дорого, но качественно!

В свете описанной выше ситуации с отсутствием диапазонных фильтров низких частот, мы можем сделать выводы, что усилители серии KL подходят для установки в автомобиль или фуру. Для использования усилителей KL в стационарном варианте нужно использовать внешние диапазонные фильтры нижних частот. Или же, потратить больше денег и приобрести более дорогой усилители мощности с уже установленными фильтрами. Фирма RM для этого случая предлагает усилители серии HLA. Усилители серии HLA имеют улучшенный сервис в плане управления, а именно – имеют полную автоматизацию переключения по диапазонам, автоматизацию переключения режима работы приём/передача, имеют защиту от перегрева и защиту от превышения КСВ. Дополнительно представлены 2 версии усилителей с уже установленными вентиляторами для принудительной продувки в случае перегрева. Модельный ряд представлен 2я усилителями мощностью 150 и 300 Ватт, с 2я модификациями по обдуву радиаторов:

• RM HLA – 150 Plus
• RM HLA – 150 V Plus ( версия с вентилятором)
• RM HLA – 300 Plus
• RM HLA – 300 V Plus ( версия с вентилятором)
• RM HLA-150 Plus и RM HLA-150 V Plus

RM BLA-350

Краткие характеристики и особенность:

• Входная мощность - 12 Ватт (14 макс)
• Выходная мощность - 300 Ватт
• Напряжение питания - 220 Вольт
• Режимы работы - AM/FM, SSB, CW
• Диапазон рабочих частот - 1,5-30 МГц
• Входное КСВ < 2
• Стрелочная индикация уровня выходной мощности
• ЖКИ индикатор, отображающий настройки и состояние усилителя.
• Режим «Обход»
• Принудительная 2х-уровневая вентиляция радиатора
• Полностью автоматический или ручной выбор диапазона работы
• Защита от превышения входной мощности, температуры и КСВ
• Микропроцессорное управление режимами работы

Новый усилитель фирмы RM средней мощности, способный на нагрузке 50 Ом развить 300 Ватт ВЧ – мощности в любом рабочем диапазоне частот, обеспечит выполнение большинства задач среднего радиолюбителя. Это и дозваться дальнего корреспондента на 15м, 20м или 40м диапазоне, и подойти на 80м к друзьям мирно побеседовать на технические темы, и достойно выглядеть на соревнованиях среди «Big Gun» участников.

Усилитель выполнен в надёжном прочном металлическом корпусе. На передней панели корпуса вынесены все органы управления и индикации. С большого стрелочного индикатора удобно считывать показания выходной мощности. Множество параметров настройки усилителя отображаются на 2х строчном ЖКИ индикаторе и могут быть настроены вручную.

На задней стенке усилителя для входа и выхода сигнала используются 2 разъёма SO-239 с качественной ВЧ-изоляцией, выполненной из тефлона. Вход внешнего управления передачей и вход управления режимом усиления – ALC.

Схемотехника усилителя выполнена на уже устоявшейся платформе по 2-хтактной схеме в режиме класса «АВ». Этим достигнуто высокое КПД усилителя при высокой линейности усилителя и достаточно малом уровне гармонических искажений. В английской литературе такая схемотехника носит название «Push-pull» усилитель. Каскад усилителя выполнен на полевых (MOSFET) транзисторах SD2941. Даташиты на транзисторы смотрим тут.

Это высоко-линейные транзисторы большой мощности специально разработаны для оконечных каскадов КВ и УКВ трансиверов или усилителей. Один такой транзистор способен отдать до 250 Ватт (теоретически). В этом усилители они работают в нормальном щадящем режиме без перегрузки. Правильно выбранный режим работы вкупе с хорошей вентиляцией радиатора достигается высокая надёжность усилителя. В долговременном режиме передачи усилитель способен проработать достаточно долгое время. Высокая выходная мощность этого усилителя выполненного всего на 2х транзисторах получается за счёт высокого питающего напряжения – 48 Вольт.

Чистоту выходного ВЧ сигнала обеспечивают 2х-звенные ФНЧ 7 порядка, выполненные на ферритовых кольцах фирмы Amidon, имеющие низкие потери и высоковольтных конденсаторах. На каждый рабочий поддиапазон применяется свой ФНЧ. Итого их 6 штук. Каждый такой ФНЧ обеспечивает подавление 2-ой гармоники лучше 40дБ и лучше 60дБ подавление высших гармоник.

Полностью микропроцессорное управление режимами работы обеспечивает удобное использование усиления в автоматическом режиме и гибкую настройку внутренних параметров усилителя, а так же режимы защиты. Так вручную можно выставить задержку выключения усилителя в режиме SSB, температуру включения второго дополнительного вентилятора и скорость его вращения, температуру защитного отключения усилителя, уровень защиты от превышения КСВ. Так же на ЖКИ индикаторе отображается температура, текущее значение КСВ, текущий диапазон работы. Интересной особенностью этого усилителя является возможность внешнего управления режима ALC, для этого на задней панели усилителя есть свой RC-разъём. Так же есть возможность его автоматического контроля. Для режима автоматического ALC на задней панели усилителя предусмотрен доступ к резистору, где его уровень можно выставить вручную. Этим обеспечивается работа усилителя в линейном режиме без перегрузок на пиках сигнала.

Управление режимом работы усилителя «Приём\Передача» можно осуществлять как в автоматическом режиме (ВЧ VOX) так и вручную. На задней панели для этого предусмотрен специальный RC-разъём.

Питается этот усилитель огромным, тяжелым, мощным трансформатором. Высокая надёжность усилителя и минимум помех по сети питания достигнута за счёт применением трансформатора.
Ну и главной интересной особенностью этого усилителя является его возможность работы в полностью автоматическом режиме. В этом режиме не нужно переключать не только режимом «Приём\Передача», но и диапазон работы усилителя. Встроенный в микропроцессор частотомер сам определит частоту передачи и подберёт нужный фильтр низкой частоты. Особенно это функция будет полезна для применения усилителя в «не обслуживаемых зонах» или «закрытых помещениях» промышленных или военных структур радиосвязи.

http://www.radioexpert.ru/articles/vtoroj-razdel/108/