RD15HVF1 Mosfet ile 10-15 Watt FM Verici Güç Amplifikatörü (RF Amplifier) Devresi

[guclusat]

Düşük güçlü (örneğin 0.5W - 1W arası) FM osilatör veya verici çıkışlarını yüksek güce ulaştırarak yayın menzilini artırmak isteyen amatör telsizciler ve RF meraklıları için tasarlanmış, 10-15 Watt gücünde bir FM RF Güç Amplifikatörü (RF Amplifier) projesi.

Devrenin kalbini, RF güç elektroniğinde yüksek verimliliği, kararlılığı ve zorlu şartlara (yüksek SWR gibi) dayanıklılığı ile efsaneleşmiş olan RD15HVF1 VHF/UHF N-Kanal MOSFET transistörü oluşturmaktadır.

Projenin Teknik Özellikleri ve Önemli Noktaları:

• Yüksek Kazanç (Gain): Giriş katına uygulanacak küçük bir RF sinyalini, RD15HVF1 mosfetinin yüksek kazanç karakteristiği sayesinde doğrudan 10-15 Watt temiz RF gücüne ulaştırır.
• Giriş ve Çıkış Empedans Uyumu (Matching Networks): Devrenin giriş ve çıkış hatlarında yer alan ayarlanabilir trimmer kondansatörler ve hava nüveli bobinler (LC ağları), RF sinyalinin kayıpsız iletilmesi ve empedansın standart 50 Ohm seviyesine uydurulması için kritiktir.
• Kararlı Bias (Geyt Voltajı) Ayarı: Mosfetin lineer sınıfta (Class C veya Class AB) en verimli ve temiz yayını yapabilmesi için geyt (gate) ucuna uygulanan bias voltajı bir trimpot vasıtasıyla hassasça ayarlanır.

RF Güvenliği ve Yasal Uyarı: > 1. Bu güçteki RF amplifikatörleri çalışırken yüksek frekanslı elektromanyetik enerji üretir. Devre test edilirken çıkışına asla antensiz veya "Dummy Load" (Suni Yük) bağlamadan güç verilmemelidir; aksi takdirde yansıyan güç RD15HVF1 mosfetini saniyeler içinde yakacaktır.2. RF güç transistörünün arkası mutlaka geniş bir alüminyum soğutucu bloğa termal macun ile sıkıca monte edilmelidir.3. Bu seviyedeki yüksek güçlü yayınlar, yasal izinler ve amatör telsizcilik lisans kısıtlamalarına tabidir. Çevre frekansları ve lisanslı yayınları (özellikle havacılık bandını) bastırmamak adına çıkış katında mutlaka Low Pass Filter (Alçak Geçiren Filtre) kullanılmalıdır.

 

[guclusat]

​

FM Modülatör (Transmitter) İçin RD15HVF1 Güç Amplifikatörü​

Bu RF güç amplifikatörü; piyasada satılan düşük güçlü hazır FM transmitterlar veya doğrudan frekans sentezleyici (DDS) tabanlı modülatörler gibi düşük güçlü sinyal kaynaklarının çıkış gücünü artırmak amacıyla tasarlanmıştır. Amplifikatörün giriş gücü birkaç miliwatt (mW) seviyesinde olup, çıkış gücü giriş sinyalinin seviyesine bağlı olarak 10-15 Watt değerine kadar ulaşabilmektedir.

Teknik Özellikler ve Çalışma Mimarisi:​

• Çalışma Sınıfı ve Lineerlik: Amplifikatörde kullanılan transistörler, başlangıç bias (sürme) gerilimli Class B (B Sınıfı) modunda çalışmaktadır. Bu çalışma karakteristiği, devrenin oldukça yüksek bir lineerliğe (sinyal doğruluğuna) sahip olmasını sağlar.
• Güçlü Çıkış Katı (RD15HVF1): Çıkış katında, RF dünyasında kendini kanıtlamış olan RD15HVF1 N-Kanal MOSFET transistörü (VT2) kullanılmıştır. Bu transistör sayesinde amplifikatör, kötü yük (yüksek SWR/uyumsuzluk) koşullarında bile son derece kararlı ve güvenilir bir şekilde çalışır. Pratik uygulamalarda anten olarak sıradan bir kablo parçası kullanıldığında dahi transistörün arızalanmadan çalıştığı gözlemlenmiştir. Ancak optimum performans için bu durum tavsiye edilmez; kaliteli ve uyumlu bir anten kullanımı, yayın menzilini ve kararlılığını ciddi oranda artıracaktır.
• Şerit Hatlar (Microstrip) ve Voltaj Regülasyonu: Devrede kullanılan her iki transistör de oldukça yüksek kazanç (gain) katsayısına sahiptir. Katlar arası empedans uyumunu sağlamak ve devrenin kendi kendine osilasyona (kara düzen yayına/parazite) girmesini engellemek adına şemada L3 ve L6 şerit hatları (microstrip lines / şok filtreleri) tercih edilmiştir. Bu mimari sayesinde devre yüksek bir kararlılık kazanmış, yapımı kolaylaşmış ve çalışma bant genişliği genişletilmiştir. Ayrıca hassas katların beslemesi için 78L09 (9V) voltaj regülatör entegresi (IC1) kullanılarak kararlılık artırılmıştır.
• Geniş Bant Performansı: Yazar tarafından üretilen iki farklı prototipte, 95-108 MHz FM bandı aralığında en az 10 Watt çıkış gücü stabil olarak elde edilmiştir. Bu testler sırasında kullanılan modülatörün giriş gücü 1 mВт'tan (1 mW) bile daha düşük seviyededir.
• Giriş ve Çıkış Empedansları: Amplifikatörün giriş empedansı 75 Ohm, çıkış empedansı ise standart 50 Ohm olarak tasarlanmıştır.

Yıldırımdan Korunma ve Güvenlik Notu:​

Amplifikatörün harici bir dış mekan anteni ile kullanılması durumunda, çıkış MOSFET transistörünü yüksek statik gerilimlerden ve yıldırım kaynaklı darbelerden korumak için mutlaka bir yıldırım/statik koruması yapılmalıdır. Çoğu durumda, amplifikatör çıkışına (OUT1) paralel olarak bağlanacak 90-100 Voltluk bir gazlı deşarj tüpü (parafudr) veya 10-20 kOhm değerinde güçlü bir MLT-2 (2 Watt) direnç yerleştirmek çıkış katını korumak için yeterli olacaktır.

FM Amplifikatörünün Malzeme Detayları ve Komponent Özellikleri​

• Transistörler: Giriş katındaki VT1 transistörü BFG135 veya BFG135A'dır. Çıkış katındaki VT2 ise RD15HVF1 RF MOSFET'tir.
• Kondansatörler: C18, C21 ve C27 kondansatörleri 1206 kılıf (SMD), geriye kalan tüm kondansatörler ise yüksek frekans kararlılığı için düşük kayıplı 0805 kılıf NP0 veya X7R dielektrik tipindedir.
• Dirençler: R1 ve R4 dirençleri 1206 kılıf, R2 ve R3 dirençleri 0805 kılıf SMD'dir. Bias ayarını yapan R5 ise PVZ3 tipi ayarlı SMD trimpottur.
• Bobinler ve Şerit Hatlar: * L3 ve L6: Doğrudan PCB (baskı devre) üzerinde hat olarak tasarlanmış şerit hatlardır (microstrip lines).
  
  • L1, L2 ve L5: 2.5 mm çapında bir kılavuz (mandren) üzerine, 0.6 - 0.7 mm çapında emaye bakır telden, bitişik nizam (sarım aralığı olmadan, yan yana) 8.5 tur olarak sarılır.
  • L4: Aynı çapta tel ve aynı kılavuz üzerine 2 tur olarak sarılır.

Önemli Teknik Hata ve Çözüm Notu (Kendi Kendine Osilasyon / "Возбуждается" Sorunu)​

DİKKAT: Orijinal notta belirtildiği üzere; giriş katında kullanılan BFG135 transistörü çok yüksek kazançlı bir RF elemanı olduğu için kendi kendine osilasyona girmeye (parazit üretmeye / çıldırmaya) oldukça meyillidir.

Bu sorunu (Uyarımı / Kendi kendine osilasyonu) önlemek için şu kriterlere dikkat edilmelidir:

1. Şaselenme (Grounded): BFG135'in emiter bacakları ile PCB'nin arka yüzeyindeki geniş şase (bakır kaplama) alanı arasındaki mesafe mümkün olduğunca kısa olmalı ve bolca şase yolları (via delikleri) ile alt-üst şase birbirine sıkıca bağlanmalıdır.
2. Ekranlama (Shielding): Giriş katı (BFG135) ile çıkış katı (RD15HVF1) arasına küçük bir bakır veya pirinç plaka ile ekranlama (bölme) duvarı yapılmalıdır.
3. Giriş Zayıflatıcı (Attenuator): Eğer modülatörden gelen sinyal çok güçlü geliyorsa veya empedans uyumsuzluğu varsa, BFG135 girişine (IN1 hattına) birkaç desibellik mini bir dirençli zayıflatıcı (attenuator pad) eklemek osilasyonu tamamen kesecektir.

Mekanik Montaj ve Yapım Detayları​

• VT2 (RD15HVF1) Montajı: VT2 transistörü, plaket imal edildikten sonra açılan dikdörtgen bir delik vasıtasıyla doğrudan alüminyum soğutucu bloğa monte edilir.
• Delik Delme Kuralları: Komponent bacakları için plakete kesinlikle delik delinmez (yüzey montaj / SMD mantığıyla lehimlenir). Sadece "Şase" (GND) hatları için geçiş delikleri (via) delinir. Bu deliklerin içerisine 0.8 - 1 mm çapında kalaylı bakır tel geçirilerek alt ve üst şase birbirine sıkıca lehimlenir.
• IC1 (78L09) Regülatör Montajı: V+ (Giriş) ve IC1OUT (Çıkış) kontak pedlerinin arasına IC1 voltaj regülatör entegresi lehimlenir. Entegrenin eksi (GND) bacağı ise tam ortada yer alan plaketin eksi şase folyosuna lehimlenir.
• Ekstra Şaseleme Önerisi: VT2 transistörünü soğutucuya sabitleyen montaj vidasının altına bir kablo pabucu (lehim kulağı) konulması ve bu kulağın doğrudan plaketin şasesine lehimlenmesi (RF kararlılığı için) önemle tavsiye edilir.
• Kondansatör İnce Ayarları: Şemada belirtilen tam kapasite değerlerine ulaşmak için C7 ve C24 trimmer kondansatörlerine paralel olarak sabit kondansatörler lehimlenir (C7 için paralel 39 pF, C24 için paralel 47 pF). Trimmer (ayarlı) kondansatör olarak KT3-24-7 (30 pF) tipi bileşenler kullanılabilir. C27 trimmerı istendiği takdirde 1206 kılıf 39 pF sabit kondansatörle değiştirilebilir.

Güç Amplifikatörünün Ayarlanması ve Kalibrasyonu​

Amplifikatörün ilk çalıştırma ve ince ayar prosedürü sırasıyla şu şekildedir:

1. İlk Çalıştırma Öncesi: Devreye ilk kez enerji vermeden önce, R5 trimpotunun ayar vidasını saat yönünün tersine sonuna kadar çevirin (bias akımını sıfırlamak ve transistörü korumak için).
2. Bias Voltaj Ayarı: Devreye enerji verdikten sonra, R5 trimpotunu yavaşça çevirerek R4 direncinin üst ucundaki gerilimi yaklaşık 2.7 Volt seviyesine ayarlayın.
3. Yük ve Sinyal Bağlantısı: Amplifikatörün çıkışına uygun bir yük (ayar aşamasında anten yerine 50 Ohm empedanslı bir Dummy Load / Suni Yük kullanılması en doğrusudur) ve girişine (IN1) FM mikrofon/modülatör kaynaklı RF sinyalini bağlayın.
4. RF Güç Ayarı: Çıkış yükü üzerindeki gerilimin (veya çıkış gücünün) maksimum seviyeye ulaştığını görene kadar, sırasıyla önce giriş katındaki C6 ve C7 trimmerlarını, ardından çıkış katındaki C24 ve C27 trimmerlarını hassasça çevirerek sistemi rezonansa getirin.

Kutu ve Ekranlama (Kasa) Önerisi​

Hazırlanan bu FM amplifikatör kartı, dış parazitlerden korunması ve çevreye parazit saçmaması için metal bir koruyucu kasa (ekranlama kutusu) içine alınmalıdır.