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Class E Amp (E級アンプ)9

やっと、QSOできるところまで仕上がってきた。レポートのみの交換で599/599と当たり前の内容だがとにかく、8J790Y/7とQSOできた。東北のどこか当たりまでは飛んでいる。


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やっと、この小さな基板に実装できた。小さく作ることが難しいと言うより、この回路の特性を色々と知ることになった。中々奥が深い。FETを替えたり、やることは色々と残っている。効率に関しても、まだまだ追求できる余地は残っていると思う。

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最終段にローパスフィルターが追加になっている。

Dscf0429
PIC(PIC16F1503)を使った、タイミング回路を実装している。回路は前回掲載したものから、一部修正を加えた。ディジタル差動入力から従来のアナログ入力に変更した。理由は次の課題として後述する。
PICを使ったことで、受信回路への混信や送信スプリアスを懸念したいたが、今のところ問題となる事象は見当たらない。

Class_e_3
これがローパスフィルターの追加前後の特性の比較だ。ローパスフィルターを追加した方が出力電力が増しているのは、FETの負荷インピーダンスが変化(若干、低下した)ことによるもので、エネルギーが増した訳ではない。その分ドレイン電流も増加して、ローパスフィルターの損失+αのロスが増加している。グラフの効率を見るとそれがわかる。電流が増加すると、FETのON抵抗により、どんどんロスが増えていく。この3パラ・プッシュプルではこの辺りが限界だろう。それでも10W時にも90%弱の効率を確保している。(この測定ではQ1トランジスターのON電圧0.3V程度はネグって測定している。)

Dscf0416
これが追加したフィルターだ。
330pF 1uH(T37-2 φ0.4x2を18T) 330pFでフィルターを構成している。330pFは100pFx3+33pFで電流容量を稼ぐようにしている。この小さな100pFの中身は多分チップコンデンサーだろう。あまり電流容量は期待できないが。数百円も出してディップドマイカを買う気にはなれない。耐圧もそろそろ厳しいので、本当はこれのほうがいいと思うが・・・

Dscf0415
これが今回採用した回路だ。2倍波では僅か5dB弱しか減衰量が取れないが、プッシュプルのお陰で、5dBも取れれば十分である。通過損失が小さいので、こちらを選んだ。

Dscf0412
Lの両端に100pFを付加した場合だ。極を作ることで2倍波の減衰を期待した回路だ。共振点は若干ずれているがそれでも2倍波の減衰には期待できる。高次においても極なしとあまり変わりがない。シングルエンドの終段であれば、こちらがおすすめだ。ただし、通過帯域に置いても若干のロスが増加するが、この2次の減衰量が得られるならば納得である。

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これがフィルターなしの場合。Vdd=12V時。

Dscf0418
これがフィルターありの場合。Vdd=12V時。

Dscf0420
これがフィルターありの場合。Vdd=5V時。

2次高調波のバランス調整はVddに依存するが、今回はVdd=9V付近で調整をしている。上の写真でも分かる通り、50dB以上は確保できている。

アナログ入力に変更したドライブ回路及び終段回路を掲載しておく。
「TX_Drive_3.pdf」をダウンロード
「TX_Final_1.pdf」をダウンロード

【課題】(わかったこと)=======================
この回路に至るまでにDDSのチップのディジタル出力(AD9850のコンパレータからの出力)に直接接続することを想定していたが、以下の理由からアナログ入力に変更した。
①DDS由来のスプリアスが目立つようになる。
 基本波である7MHzの前後に1MHzごとのスプリアスが立つ。これはDDS由来のスプリアスで基本波の周波数を可変するとこのスプリアスの周波数も大きく変化する。想像では、コンパレータの入力は中華DDS内蔵のローパスフィルターの出力からとっているが、このフィルターのカットオフ周波数が高いために発生しているのではないかと思う。今回のアナログ入力の場合、外付けの20MHzカットオフのフィルターを通っているので、これが効いているように思う。内蔵のローパスを強化すれば、ディジタル接続も可能かもしれない。

②ドライブ出力波形の細り。
 DDSが3V、ドライバー回路が5Vで動作しており、ゲート入力のhigh、つまり電源電圧の1/2である2.5V以上でhighとみなして、倫理的にはインターフェースできるが、highのパルス幅が細ってしまう。
終段の効率的には問題かもしれないが、結果的にドレイン電流の吸い込みが悪くなるので、取り出せる電力が低下してしまうことになる。
出力回路のインピーダンスを調整するか、ドライブ電圧を調整するか、それともこのままで行くか考えないといけない。

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