50W FET・リニア・アンプの実験
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2SK3563SE

HF・ハイ・バンドには811A Linear AMPを使っているが、バンド・チェンジする毎に再チューンするのが面倒である。HFハイ・バンドに使えるFET・リニア・アンプの実験をしてみることにした。
HF・ハイ・バンドということでFETはIRF510を使ってみたいが、少量でも買える適当なサイトがヒットしない。仕方ないので、50W FET・リニア・アンプにも使った2SK3563で実験を開始した。

このFETは以前にも実験していたが、その時は10MHzまでしかデータを採っていなかったので、シングル・エンドで再実験してみた。コーナー周波数を高くするために入力側はインピーダンス比9:1のトランスを配置し、5オームの抵抗でターミネートし、出力側はインピーダンス比1:4のトランスとした。

この実験データではHF・ハイ・バンドでは無理そうである。9:1でインピーダンス変換して5オームの抵抗でターミネートしたわりには入力SWRも3.0以上と高い。

　　　　 　　　　 　　　
周波数 ドレイン電圧ドレイン電流 出力電力効率
7MHz 32.0V 0.8A 12.0W46.9%
10MHz 32.0V 0.5A 6.5W 40.1%
14MHz 32.0V 0.5A 4.8W 30.0%
18MHz 32.0V 0.65A 4.0W 19.2%
21MHz 32.0V 0.8A 4.2W 16.4%

試しに5オームの抵抗を外してデータを採ってみると入力SWRは2.0以下に落ち、しかも出力が20Wもある。それが下記のデータである。どうやら先が見えてきた。

　　　　 　　　　 　　　
周波数 ドレイン電圧ドレイン電流 出力電力効率
7MHz 30.0V 1.4A 18.0W42.9%
14MHz 30.0V 1.8A 16.0W 29.6%
18MHz 30.0V 1.7A 18.0W 35.3%
21MHz 30.0V 1.8A 20.0W 37.0%

2SK3563PP

手持ち部品で2SK3563PPアンプを作ることにした。出力側は1:4でインピーダンス変換してからフロートバランを通す定番の構成である。入力側はメガネコアを使い、2次側は1ターンで中点を交流的にアースし、そこへバイアス電圧を印加している。 1次側は当初、2ターンであったが、1ターンの方が入力SWRがほぼ1.0まで落ちたので、それでデータを採った。 ちなみに2ターンの時のSWRは2.0であったが、これは入力側に挿入してある3dBアッテネーターによるものである。

　　　　 　　　　 　　　
周波数 ドレイン電圧ドレイン電流 出力電力効率 入力SWR
7MHz 28.3V 2.6A 40.0W54.4% 1.1
10MHz 29.0V 2.2A 40.0W 62.7% 1.0
14MHz 30.0V 2.3A 30.0W 43.5% 1.1
18MHz 29.0V 1.9A 24.0W 43.6% 1.2
21MHz 30.0V 1.6A 18.0W 37.0% 1.2

結果をみると21MHzでもなんとか使えそうであるが、18Wでは物足りない、できれば40Wは欲しいところである。

波形

18MHz20W(写真 左)と21MHz15W(写真 右)のCW波形である。21MHzではオシロの輝線が少しぼやけていたので、もしかすると余計な振動があるのかもしれない。これらの信号は30MHzLPFを通してある。

実験用電源

実験用電源は24V3Aのトランスを整流してコンデンサーを挿入しただけの簡単なものである。実験が進むにつれてシートシンクを冷却する必要があり、12VのPC用ファンを装着した。
そのため、30Vから降圧して10V程度を得る、FETを使った簡単な安定化電源回路をバラックで追加した。ファンには100mAが流れるので、このFETの損失は2W程度となるので、アルミパネルの切れ端で放熱してある。FETはPDが25W以上あるものであれば何でもOKである。当初、バイアス用電源は9V乾電池使っていたが、こちらもこの安定化電源回路から得ることにした。

その後、24V3Aのトランスを購入した。写真右が新たに購入したトランスで、写真左の手持ちトランスと全く同じトヨズミのHT-243である。手持ち品は少なくとも20年以上前から所有していたと思われるが、20年後にも同型式のトランスが入手できるとは思わなかった。この種のトランスは技術的にも枯れたものであるようである。
1次側の100Vは並列にし、2次側を直列にして使うが、2次側にはいろいろな電圧タップがあるので、これらを組み合わせるといろいろな電圧を得ることができる。
同型式であるので、1次側は0Vと0V、100Vと100Vを並列接続し、2次側は古い方のトランスの24Vと新しい方のトランスの0Vを直列に接続した。しかし、予期したAC48Vが得られない。1次側の接続を入れ替えたら、ようやくAC48Vが出てきた。同型式でも20年の差があると電圧表示と相が一致していなかったようである。

2SK3563PPその2

2SK3563PPアンプは入力に3dB ATTが挿入してあるので、それを外してみたり、供給電圧を変えてデータを採ってみた。
最終的にはATTを挿入し、トランスはAC24V+AC12V=AC36Vの接続とすることとした。実験中にはDC50V以上の電圧を印加してみた。アイドル電流を増やすと21MHzで45W程度を得たが、ドレイン損失ぎりぎりで2回ほどFETを飛ばしてしまった。
この結果からは18MHzまではかなり良い線であるが、21MHzではかなり微妙である。

　　　　 　　　　 　　　 　　　
周波数 ドレイン電圧ドレイン電流 出力電力効率 入力SWR
7MHz 41.5V 3.1A 80.0W62.2% 1.1
10MHz 42.4V 2.8A 80.0W67.4% 1.1
14MHz 42.0V 2.9A 55.0W 45.2% 1.1
18MHz 43.7V 2.4A 45.0W 42.9% 1.1
21MHz 45.0V 2.1A 35.0W 37.0% 1.1
24MHz 46.7V 1.5A 24.0W 34.0% 1.3
28MHz 47.0V 1.3A 20.0W 33.0% 1.3

IRF510PP

国内の販社 株式会社チップワンストップからIRF510を購入することができた。この販社でも何種類かのIRF510がリストされていたが、その中から@347円のInternational RectifierのIRF510PBFと@140円のVishay IntertechnologyのIRF510PBFをそれぞれ5本を購入した。
せっかく使うのだからと@347円のInternational RectifierのIRF510PBFを2SK3563と入れ替えてみた。IRF510PBFはフルモールドではなく、フランジがドレインと接続されているので、ヒートシンクに装着する際にはマイカ板で絶縁する必要がある。

とりあえず、AC24V3Aのトランス1個だけでデータを採ってみた。2SK3563ではDC45.0Vをかけて21MHzで35Wだったが、IRF510では28.0Vで同じ35Wが得られている。効率も37.0%に対して54.4%と改善されている。

下表には記載していないが、50MHzでも1.5W入力に対して6Wが得られている。ただし、効率は悪く20%程度であるが、入出力回路を調整すれば効率・出力アップの可能性があるかもしれない。

　　　　 　　　　 　　　 　　　
周波数 ドレイン電圧ドレイン電流 出力電力効率 入力SWR
7MHz 26.8V 2.7A 55.0W76.0% 1.5
10MHz 27.1V 2.5A 55.0W81.2% 1.4
14MHz 26.6V 2.7A 45.0W 62.7% 1.2
18MHz 28.0V 2.3A 40.0W 62.1% 1.2
21MHz 28.0V 2.3A 35.0W 54.4% 1.2
24MHz 29.6V 1.7A 30.0W 59.6% 1.2
28MHz 29.3V 1.7A 24.0W 48.2% 1.2

次は、AC24V3Aのトランスに別のトランスのAC6V3Aを直列に接続し、トータルAC30V3Aとしてデータを採ってみた。この場合、21MHzで45W、28MHzでも30Wが得られた。
AC30Vであれば整流後のコンデンサーの耐圧は50VでOKとなるので部品の調達も容易となる。

　　　　 　　　　 　　　 　　　
周波数 ドレイン電圧ドレイン電流 出力電力効率 入力SWR
7MHz 33.4V 3.3A 70.0W63.5% 1.5
10MHz 34.0V 3.1A 75.0W71.2% 1.4
14MHz 33.0V 3.3A 65.0W 55.1% 1.2
18MHz 34.0V 2.8A 60.0W 63.0% 1.2
21MHz 35.1V 2.5A 45.0W 51.3% 1.2
24MHz 37.0V 1.9A 40.0W 56.9% 1.2
28MHz 37.0V 1.9A 30.0W 42.7% 1.2

写真左はIRF510PPの21MHz45W、写真右はIRF510PPの28MHz30Wのシングルトーン波形である。30MHzLPFを通してあるが、そこそこきれいな波形となっている。

IRF510 を使用したリニア・アンプの製作は

IRF510 PP リニア・アンプの製作

でご覧ください。

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Last Updated 19/Nov/2009 by mac