CONSTRUO DE UM AMPLIFICADOR DE POTNCIA G2DAF

Mrio Mateus, CT1AHM. mario_mateus@netcabo.pt Desde h alguns anos, assiste-se a um revivalismo no que concerne utilizao de vlvulas termo-inicas em sistemas de amplificao de RF, e tambm de udio frequncia (AF) em amplificadores de altssima fidelidade. Habitualmente, estes amplificadores fazem uso de pntodos, tetrodos ou mesmo trodos. Os amplificadores de potncia de RF so projectados para trabalhar, normalmente em classe AB1 qual corresponde um compromisso entre a linearidade, a pureza do sinal de sada e a eficincia da vlvula. J os destinados a udio, desejando-se a maior pureza do sinal de sada, so quase sempre polarizados em classe A, estando-lhes, por isso, inerente uma menor eficincia. Interessado que sou em montagens e operao de equipamentos QRP, despertou-me recentemente ateno um artigo interessantssimo que encontrei na internet e cuja autoria do G2DAF. No se tratando originalmente de um artigo voltado para os modos de operao em QRP, aps a sua leitura, o interesse foi imediato e pensei ento experiment-lo. O objectivo traado no foi fazer um amplificador que permitisse obter grande potncia, pois no estava na minha ideia querer equiparar-me aos OMs que, habitualmente, aparecem musculados na frequncia (como se de um concurso de culturismo se tratasse) mas, apenas testar a tcnica descrita nesse artigo. Este tipo de amplificador, divulgado e experimentado pelos radioamadores Ingleses na dcada de 60, encontra-se protegido por uma patente Inglesa, sendo no entanto permitida a sua construo a ttulo individual, mas nunca para efeitos comerciais, tal como dito pelo seu autor no artigo original. As caractersticas apresentadas, e a simplicidade do circuito, revelaram-se muito interessantes. Desde logo o facto de no existir uma fonte de polarizao fixa para a grelha de screen, revelava uma particularidade muito interessante do circuito. Na realidade, as experincias efectuadas pelo autor com um par de vlvulas 4-125A mostraram que sem corrente de bias, e fazendo variar a tenso da grelha de screen desde zero a pouco mais de uma centena de volt, era possvel obter uma gama de variao relativamente grande na corrente de placa. Com base nas experincias efectuadas, o autor encontrou uma forma pouco convencional de obter a tenso de polarizao da grelha de screen. Aproveitando a tenso de

RF aplicada na entrada do amplificador, fez uso de um circuito rectificador e dobrador de tenso, que lhe permitia criar a tenso varivel necessria. Preparao da montagem: Procurando nos velhos stocks de material, comecei por reunir todos os materiais necessrios para a montagem. Para seleccionar a vlvula que iria utilizar, desde logo, no tinha grande variedade de escolha, pois, para alm dos pares suplentes das 6JS6S e das 6KD6 dos equipamentos que possuo (mas que no queria arriscar a sua integridade nesta experincia), a nica vlvula que tinha disponvel era uma QE 05/40, que a equivalente PHILIPS da sobejamente conhecida 6146. Para a fonte de alta tenso necessria alimentao da placa, utilizei o enrolamento de 250 V-0-250 V do transformador de um velho rdio musiqueiro, cuja potncia aparente total de 50 VA, e que tambm possua o enrolamento de 6,3 V para o filamento da vlvula. Para alm do restante material, nomeadamente as resistncias, os condensadores, os dodos, etc., utilizei um pedao de um velho chassis em alumnio para a montagem do circuito, Esta opo permitiu poupar muito trabalho de serralharia, uma vez que j possua orifcios para o suporte da vlvula e para o aperto de diversos componentes. Desta forma, o trabalho de corte e furao ficou mais facilitado.

Circuito experimental: Na figura 1 patente a simplicidade do circuito do amplificador. A utilizao de uma resistncia de 50 em paralelo com a entrada do amplificador, assegura uma grande estabilidade do circuito e dispensa a utilizao de circuitos de adaptao de impedncia, permitindo assim uma baixa relao de ondas estacionrias na sua entrada. O circuito rectificador dobrador de tenso para a alimentao da grelha de screen formado pelos dodos D1, D2, C1 e C2. Estes diodos, D1 e D2, representados na figura 1, so constitudos, cada um, por uma srie de 4 diodos do tipo 1N4148, levando cada um deles uma resistncia de100 k em paralelo. Os seis dodos que se encontram em srie com o ctodo, D3 a D8, asseguram uma pequena corrente de bias de 4,5 mA (valor insignificante quando comparado com as correntes de polarizao habitualmente usadas), o que constitui um desvio ao projecto inicial mas cujo objectivo o de evitar que a vlvula arranque inicialmente em classe C (Iplaca inicial = 0 mA). A transferncia do sinal amplificado, para a sada de antena, feita atravs de um circuito em Pi, o qual permite a adaptao de impedncia da placa da vlvula, da ordem dos 3600 , para a carga (antena) de 50 .

Figura 1 Esquema do amplificador experimental A fonte de tenso de alimentao da placa, cuja figura no foi aqui representada, consiste numa rectificao de onda completa, e de uma clula de filtragem, o que permite obter a tenso contnua necessria a partir do enrolamento de 250 V-0-250 V. Por ser uma montagem to comum, julgou-se ser desnecessrio inclu-la nos desenhos. No entanto, para os colegas que possam ter dvidas, podero encontrar vrios exemplos em qualquer edio do ARRL Handbook, ou, caso necessitem, dispem do meu contacto de e-mail, estando eu disponvel para fornecer o esquema da fonte. Dimensionamento do circuito de adaptao Pi: O artigo original considerava a impedncia do circuito de placa do amplificador igual a 5000 e o de sada de 75 , houve por isso necessidade de o redimensionar para as impedncias agora em jogo. Considerando que a vlvula trabalha em classe AB1, a impedncia de placa da ordem dos 3600 , cujo valor dado por:

R placa =

Vplaca 1,5 I placa

=

550 3600 0,15

; considerou-se uma queda de tenso de 150 V na

fonte e uma corrente de placa de 100 mA. A impedncia de sada de 50 . Para o clculo dos valores apresentados na Tabela 1, fez-se uso das seguintes expresses:

-

X C placa =X C c arg a =

3600 = 300 12 , considerou-se um factor de qualidade para o circuito Q=12;X C placa 8, 48 = 35, 4 , considerou-se a raiz quadrada da relao entre a impedncia da

-

placa e a impedncia de sada, -

3600 = 8,48 50 ;;

X Bobine = X C placa + X C c arg a = 354, 4

Os valores das capacidades e da indutncia so calculados, respectivamente, pelas expresses:

C=

1000000 XL L= 2 f XC e 2 f ; com f em MHz, o valor de C vem dado em pF e o valor de L

em uH. Tabela 1 Valores de Cplaca, L da Bobine e Ccarga para as vrias bandas de amador. Banda 80 (3,7 Mhz) 40 (7,1Mhz) 30 (10 Mhz) 20 (14,2 Mhz) 17 (18,1 Mhz) 15 (21,2 Mhz) 10 (29,0 Mhz)

Cplaca [pF]143 75 53 37 29 25 18

L [uH]15 7,8 5,6 3,9 3,1 2,6 1,9

Ccarga [pF]1215 630 450 316 248 212 155

Figura 2 Vista interna do amplificador

Ensaios e prova de fogo: Para ensaiar o amplificador, mediu-se inicialmente a tenso em vazio da fonte de alta tenso, sendo este valor de 700 V. Em carga, a tenso cai para 550 V, o que viria a condicionar o ganho do amplificador. Para verificar o seu funcionamento, utilizou-se um osciloscpio e uma carga resistiva de 50 , ligada na sada do amplificador. Nas figuras 3a) e 3b) apresentam-se os respectivos sinais de entrada e de sada, correspondentes a uma portadora contnua, na banda dos 40 m (7,1 Mhz). Apesar de ser apenas uma observao visual, no se percebe a existncia de distoro no sinal de sada. Para uma anlise mais detalhada, como por exemplo a medio das frequncias harmnicas, seria necessrio um analisador de espectro que, infelizmente, data destes ensaios no estava disponvel.

Figura 3a) Sinal de entrada no amplificador (banda de 40m)

Figura 3b) Sinal de sada do amplificador (banda de 40m)

O clculo da potncia eficaz de entrada e de sada efectuado pela expresso:

Prms

V pico pico 2 2 = 50

2

Os valores de tenso mostrados no ecr do osciloscpio devem ser multiplicados por 10, uma vez que, durante a medio foi utilizada uma ponta atenuadora de 10:1. Assim obtm-se respectivamente os seguintes valores:

Pentrada

30 2 2 = 2, 3 W P = = sada 50 e

2

71,6 2 2 = 12 ,9 W 50

2

Aos valores determinados, corresponde um ganho em potncia de 7,6dB, sendo este calculado pela seguinte expresso:

10 Log

12,9 = 7,6 dB 2,3

Concluso: Aps finalizao, foram efectuados ensaios em emisso utilizando o transceptor QRP de construo caseira, j anteriormente descrito nesta revista. As reportagens dadas e os comentrios efectuados pelos colegas, permitiram aps pequenos ajustes, dar as experincias por concludas. Na figura 4 apresenta-se o amplificador j fechado numa caixa de alumnio, feita com pedaos obtidos nos desperdcios de uma serralharia de alumnios.

Figura 4 Amplificador G2DAF (verso de baixa potncia) Embora as experincias tenham sido efectuadas num amplificador de baixa potncia, possvel confirmar os resultados apresentados pelo autor original do projecto, G2DAF, sendo uma tcnica perfeitamente adaptvel a amplificadores de potncia mais elevada. Este facto pode ser constatado nos diversos sites da internet, onde se podem encontrar verses de amplificadores, desde 600 W a 1 kW. Quem sabe, possa haver para breve disponibilidade de tempo, da minha parte, para a construo de um amplificador de maior potncia. At l fica a informao, e o desafio, para os colegas que quiserem desenvolver novas experincias.