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Senderbau und HF Technik
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21
Erster Beitrag:
vor 8 Jahren, 4 Monaten
Letzter Beitrag:
vor 8 Jahren, 3 Monaten
Beteiligte Autoren:
Oszillatormann, Shunth, broadcaster, ampliphase, HF Martin, georg, carkiller08

SWR-Protect

Startbeitrag von broadcaster am 14.02.2010 18:27

Da auch die beste Endstufe abraucht wenn das SWR extrem schlecht wird, z.B. bei Kurzschluss oder Unterbrechung im Antennensystem, kann dann nur SWR-Protect, eine Schutzschaltung zur Leistungsreduzierung/Abschaltung der Endstufe bevor es knallt die Lösung sein.

Wer hat sowas schon mal seiner Endstufe nachgerüstet oder kennt Links/Konzepte dazu ?

In dem Zusammenhang auch interessant, wie macht ihr eure Abregelung der Ausgangsleistung bei z.B. 150W oder 300W out, ohne dass dabei das Spektrum verseucht wird ?

Gruß
Broadcaster

Antworten:

hi, bin neu hier :-)
hab da aber so eine Idee, weiß nicht ob das wirklich geht.
Man könntet doch einen themperaturmesser an den End-Transistor anschließen und die Stromversorgung über einen Mosfet leiten. Wenn dann der End-Transistor zu heiß wird (also kurz vor dem Knall) soll einfach der Mosfet am Gate keinen Strom mehr kriegen und abschalten.

georg.

von georg - am 14.02.2010 19:11
Habe hier Unterlagen zu einer Endstufe mit KT920W, die für so eine
Schutzschaltung vorbereitet ist.

http://senderbau.egyptportal.ch/forum/data/media/1/IMG_0085.JPG
Hier ist ein Meßgleichrichter mit mehreren Schottky-Dioden
vorhanden, um eine Regel-Schaltung anzuschließen.
Damit wird dann die Betriebsspannung der Endstufe bei Fehlanpassung
runtergeregelt.

http://senderbau.egyptportal.ch/forum/data/media/1/IMG_0086.JPG
http://senderbau.egyptportal.ch/forum/data/media/1/IMG_0087.JPG
http://senderbau.egyptportal.ch/forum/data/media/1/IMG_0088.JPG
http://senderbau.egyptportal.ch/forum/data/media/1/IMG_0089.JPG

Kein vollständiger Schaltplan mit Bauteil-Werten, aber immerhin mit Beschreibung. Mit so vielen Transistoren würde man das wohl heute nicht mehr machen. Daher wäre einer meiner Ansätze, eine Begrenzung
der Betriebsspannung so ähnlich zu realisieren wie die Strombegrenzung
bei dem folgenden Netzteil (Steuer-Anschluß des LM317 wird nach Masse
gezogen über LM741 und Diode/Kontroll-LED.
http://senderbau.egyptportal.ch/forum/data/media/1/IMG_0090.JPG


Bei Endstufen höherer Leistung mit Spannungsversorgung aus einem Schaltnetzteil ist es notwendig, daß die Ausgangsspannung steuerbar ist.
Die SWR-Messung müßte dann auch anders realisiert werden.

Eventuell ginge es auch die Betriebsspannung für die Endstufe über ein Flip-Flop ganz abzuschalten, wenn einé Fehlanpassung festgestellt wird.



von carkiller08 - am 14.02.2010 21:27
Bei diesem Verstärker zb. fliesst der Collectorstrom der Endtransistoren (hier zwei Stück in Parallelbetrieb) über je einen Widerstand von 1 Ohm. Der dem Collectorstrom proportionale Spannungsabfall über diese Widerstände wird über V905 und V906 ausgewertet und sperrt beim Überschreiten eines bestimmten Wertes den V909, der die Collectorspannung vom Treibertransistor V901 und somit die HF-Ansteuerung der Endtransistoren wegnimmt. Zusätzlich ist ein Thermoschalter auf dem Kühlkörper montiert, der bei thermischer Überlastung der Endtransistoren dasselbe tut.

Der Verstärker ist für 24/365 Betrieb ausgelegt und mit lediglich 40Watt Output gnadenlos überdimensioniert. Einer der Endtransistoren macht normalerweise solo zw. 40 und 60Watt Output.



von ampliphase - am 14.02.2010 23:32
Wir haben einen Richtkoppler genommen und das Rücklaufsignal gleichgerichtet, wie dies im Schaltbild von Ampliphase die Diode G310 macht. Die Spannung wurde auf einen Opamp gegeben.
Der liefert den Arbeitspunkt für eine 1W Sendeendstufe. Bei Überschreiten einer Schwelle wurde so der Arbeitspunkt abgeregelt.

von Oszillatormann - am 17.02.2010 17:21
@Oszillatormann

dann wäre es doch auch möglich, das SWR & Wattmeter zu nutzen, oder? Letztlich hängt das ja immer dran.

Gruß Shunth

von Shunth - am 18.02.2010 11:47
Ja, das kannst Du nehmen. Spart Dir den Selbstbau des Richtkopplers. Natürlich bleibt dann dein SWR & Wattmeter in Zukunft offen - Du mußt ja die gleichgerichtete Spannung abzapfen und Deinem Regelopamp zuführen.

Gruß,
Oszillatormann

von Oszillatormann - am 18.02.2010 17:52
........Hmmmmmm

meinst du nicht, man könnte die externe Spannungsversorgung des SWR ausnutzen und dennoch das SWR als solches benutzen?? (ich habe es noch nicht probiert, im Betrieb einmal am SWR einen "Protect" zu simulieren. Sollte es hier, bezüglich UB vom SWR, eine Änderung geben, wäre die Zuführung für einen OpAmp auch da.) Was meinst du??? In der Endstufe selbst ist es schon schwieriger einzugreifen. Man müßte eine Stripline von 50 Ohm in das Layout einpassen. Das hätte zur Folge, dass jedes Layout geändert werden muß.

Gruß
Shunth

von Shunth - am 18.02.2010 19:38
Genügt nicht die Überwachung des Collectorstromes als Schutz? Was genau killt eigentlich den Endtransistor bei Fehlanpassung? Falls auch die Spannungsüberhöhung eine Rolle spielen kann, ist möglicherweise die Rückregelung der Schutzschaltung durch die Spannung des Richtkopplers nicht schnell genug?

von ampliphase - am 19.02.2010 13:42
@Shunth
Jetzt kenne ich Dein SWR Meter nicht. Ich kenne für den Hobbymarkt nur passive Meßgeräte, die aus einem Richtkoppler und Dioden und einem Drehspulmeßwerk bestehen. Und wir nehmen den R&S NAUS3 Durchgangsleistungsmesser zum Endstufen bzw Antennenüberwachen. Der ist im Hobbybereich aber sicher eher selten vertreten.
@ampliphase
Transistoren sterben bei Überschreitung der absolute maximum ratings. Bei Endstufen, die nicht mit aktiver Stromregelung ausgestattet sind, kann das ja schnell passieren. Wenn das SWR nicht stimmt fängt die PA gerne an wild zu schwingen, d.h. das parametrische Schwingungen in der Nähe der Sendefrequenz entstehen: Im Spektrum sieht man dabei zahlreiche Nebenwellen rechts und links der Sendefrequenz, die wie übersteuerte AM mit mehreren 100kHz bis einigen MHz Grundfrequenz aussehen. Der Effekt entsteht, weil die nichtlinearen Transistorkapazitäten die angeschlossene Schaltung entdämpfen (parametrischer Verstärker). Beim wilden Schwingen steigt dann bei nicht stromgeregelten Endstufen der Kollektorstrom dank Audioneffekt stark an und Ptot wird überschritten. Das jedenfalls, wenn man vorher erfolgreich Ausgangsleistungen kurz vor dem Urknall aus dem Endttransistor gezaubert hat.

Zweite Todesursache ist - wie von Dir erwähnt - zu große Uce. Die kann natürlich nur dann zu groß werden, wenn das Netzteil bis zur Vergasung aufgedreht wurde um das letzte Watt herauszuholen. Durch zuviel Uce bei Fehlanpassung steigt auch über die Rückwirkungskapazität zwischen Kollektor und Basis die Rückwirkung selbst an. Der Verstärker kann dadurch zum Oszillator werden.
Dagegen hilft nur extrem niederohmige Ansteuerung der Basis um den Rückwirkungsstrom kurzzuschließen. Leider wird oft vergessen, das auch außerhalb des UKW Bereichs die Basis niederohmig abgeschlossen werden muß. Gerade zu tieferen Frequenzen hin steigt die Transistorverstärkung stark an, so daß tieffrequente Schwingungen gern auftreten. Beim Selbstbau ist ja meist eine Ferritperle oder UKW Drossel von der Basis nach Masse geschaltet. Wenn hier irgendeine Drossel verwendet wird - die gibt es ja mit zig verschiedenen Impedanzen aus den unterschiedlichsten Ferritmaterialien - ist das Unglück unter Umständen schon geschehen weil der Pfad nicht niederohmig genug ist bei z.B. 50 MHz.

Dritte Todesursache ist Migration. Der Transistor zerlegt sich dabei schleichend weil die Stromdichte im Silizium zu groß ist. Das passiert auch nur dann, wenn wieder mal das Netzteil zu viel Leistung abgeben kann und der Stromflußwinkel sehr klein ist bei gleichzeitig bereits maximalem mittlerem Strom. Der Spitzenstrom im PA Transistor kann dann locker mal 4 mal so groß wie der mittlere Strom sein. Er ist ja bereits Pi/Wurzel(2) * =2,22 mal größer als der arithmetische Mittelwert wenn nur während der positiven Halbwellen Strom fließt.

Die Schaltung oben ist anscheinend auf eine gute MTBF ausgelegt und nicht darauf, den letzten Cent rauszusparen.

Gruß,
Oszillatormann

von Oszillatormann - am 19.02.2010 14:43
@Oszillatormann

also erstmal vielen Dank für deine Erläuterung zum Detail. So mag ich das und so liebe ich Foren!!! Absolute Obersahne wie du das erklärt hast. Da erübrigen sich viele Fragen!
Danke auch an Broadcaster der das Thema mal angesprochen hat. Ist immer Schade um jeden der FETs oder Transistoren.

Danke auch an alle anderen Usern die sich an diesen Thread beteiligt haben. (vor allen an denen die Schaltungen hier eingebracht haben.) Wir bleiben weiter am Thema dran.

Danke auch an @Harm der sich intensiv mit dem Thema beschäftigt.

Ich wünsche euch "guten Empfang" .....:-)

Gruß, Shunth

von Shunth - am 19.02.2010 21:25
Irgendwo habe ich mal folgende Schaltung gefunden, die sich leicht verändert ziemlich einfach realisieren lässt. Ich habe sie damals an ein billiges CB Funk SWR Meter gehängt, und auch kein HF Relais für die Umschaltung auf ein Dummyload benutzt, sondern einfach die Spannung vom Steuersender unterbrochen.

Noch simpler könnte man sowas mit einem OP Amp als Komperator und einem Schmitt-Trigger realisieren. Für unsere Zwecke ist das m.E. gut genug, geht es doch hauptsächlich darum, die Transistoren zu schützen. Klar wäre ein automatisches Herunterregeln der Leistung professioneller, aber eben auch aufwendiger. Und diese Schaltung lässt sich einfach in eine bestehende Sendeanlage integrieren...





Auf Harrys Homebrew gibt es auch ein Layout für einen Richtkoppler, wenn man sich kein SWR Meter für 2...3 Euro aus der Bucht holen möchte..



von HF Martin - am 19.02.2010 22:20
Zitat

Dritte Todesursache ist Migration. Der Transistor zerlegt sich dabei schleichend weil die Stromdichte im Silizium zu groß ist.


Elektromigration bei HF-Transistoren, das kannte ich noch nicht. Elektromigration war vor Jahren mal bei Prozessoren ein Thema, als übertaktete Pentium 4 mit Northwood-Kern aus diesem Grund trotz guter Kühlung reihenweise ins Nirvana gingen. Man lernt nie aus ^^.

Zitat

wenn man vorher erfolgreich Ausgangsleistungen kurz vor dem Urknall aus dem Endttransistor gezaubert hat


Der Unsitte, das letzte Watt aus HF-Transistoren herauszuquetschen, kann ich auch nichts abgewinnen. Besser, man geht von der gewünschten HF-Leistung aus und wählt den Transistor noch eine Nummer größer. Die paar Euro, die man bei schwächeren Transistoren spart, sind durch geschossene Transistoren gleich wieder aufgezehrt. Belastet man die Transistoren nur bis zur Hälfte, hat man zuverlässige, dauerbetriebsfeste Endstufen mit genug Leistungsreserve.





von ampliphase - am 19.02.2010 23:49
und jetzt lerne ich gerade was dazu: Elektromigration beim Pentium4 ist für mich auch neu. Ich hatte meinen 2GHZ Aldi PC mit Northwood nie übertaktet, gab das Medion BIOS ja auch nicht her.

von Oszillatormann - am 20.02.2010 09:00
Bisher ganz gute Ideen.
Nur die Tücke liegt im Detail. Harry SM0VPO benutzt 3 Bauteile für die HF-Gleichrichtung am Richtkoppler, also gerade mal nur das Grundprinzip.
Da frage ich mich doch, was treiben die (Broadcast Concepts) hier für einen Aufstand ?

Ist das nötig oder wo sind die Vorteile eines so aufwendigen passiven Netzwerks ?
Wenn die da schon so einen Aufstand treiben, wie wird dann wohl erst die eigentliche Auswerteschaltung und Leistungsabregelung aussehen ? Wahrscheinlich ein Mikrocontroller.

@HF-Martin
Mir ist nicht ganz klar warum die Forward-Spannung auch zum LM3914 geht ?
Würde es nicht reichen, einfach nur die reflected power auszuwerten ?

Gruß
Broadcaster



von broadcaster - am 20.02.2010 11:54
Das passive Netzwerk soll vielleicht für flacheren Frequenzgang sorgen: Die Gleichrichterdiode hat ja ein paar pF Diodenkapazität. Das klaut bei hohen Frequenzen HF Pegel und sorgt mit der Zuleitungsinduktivität davor für Resonanzüberhöhungen. Es kann auch sein, das die Leiterbahnbreiten nicht pefekt stimmen und daher mit den Widerständen die Directivity des Kopplers bei 98MHZ und 50 Ohm und perfektem Abschlußwiderstand "abgeglichen" wurde. Die Pads R9 und R11 sind zum Befummeln ja noch frei. Oder: Die Dioden CR1, CR2 sind ZeroBias Typen, die nur 4V aushalten und daher mit den Frequenzkompensierten Spannungsteilern vor dem Verqualmen geschützt werden sollen.

Die Forwardspannung geht übrigens deshalb zum LM3914, weil dieser einen Referenzeingang hat und das Verhältnis der Spannungen an Pin6 / Pin5 anzeigt. So kann der Abgleichpoti auf 100% in dieser SWR Brücke entfallen. Das SWR ist ja Uhin / Urück und das sind die Spannungen an Pin6 und Pin5.
Ist also ein simpler automatischer Abgleich auf 100% Forward.

Gruß,
Oszillatormann


von Oszillatormann - am 20.02.2010 12:52
Neue Idee: Der Richtkoppler scheint zwischen PA Transistoren und Tiefpaß zu sitzen. Er bekommt also auch alle Oberwellen in voller Schönheit und die werden ganztägig vom Tiefpaß voll reflektiert. Dabei ist egal, ob eine Antenne angeschlossen ist oder nicht. Die Rücklaufspannung würde also auch bei perfekter Last nicht Null werden. Die Teile werden wohl einen Tiefpass gegen die Oberwellen bilden.

Gruß,
Oszillatormann

von Oszillatormann - am 20.02.2010 13:21
Nette Spekulationen.
Danke für die Erklärung mit dem IC. Hätt ich ja auch selbst drauf kommen können. War nur zu faul das IC PDF zu suchen.
Aber bei einer Sache liegst du glaub ich daneben. Richtkoppler vor dem LowPass ? Macht auch Broadcast Concepts nicht so. Hatte mal ein Bild gesehen, wo diese Schaltung hinter der Endstufe auf den Kühlkörper montiert war. Da war definitiv der Eingang am LPF und nicht am Richtkoppler.
Hab aber noch ein paar andere Bilder gefunden, die dies bestätigen würden:




Hat denn keiner sowas mal gebaut oder gekauft und zeigt ein fertiges Konzept an dem man nicht noch selbst viel dazu entwickeln muss ?
Die Hersteller machen auch ein Geheimnis draus.

Gruß
Broadcaster



von broadcaster - am 20.02.2010 14:43
@HF Martin

....ich würde dein Konzept mal aufbauen wollen. Hast du eine Bezugsquelle für den Coupler?? Unter Ham Radio bin ich nicht wirklich fündig geworden.

Natürlich auch jeder andere gefragt, der eine Idee für den Coupler hat. Ich wäre bereit, die Platine zu Verfügung zu stellen - wenn das Konzept funktioniert. (davon gehe ich aus) Klar, könnte jetzt mein SWR aufschrauben - vielleicht hat einer ne Schaltung liegen!

Gruß, Shunth



von Shunth - am 25.02.2010 16:41
http://www.sm0vpo.com/use/vswr-00.htm

http://www.sm0vpo.com/_download/vswr-00.zip

Der erste Link ist die Beschreibung und die ZIP Datei enthält das Layout.
Ich würde mir aber den Aufwand wie gesagt nicht machen. In einem SWR Meter ist alles drin, was du brauchst. Metallgehäuse inklusive..

von HF Martin - am 25.02.2010 21:41
Danke HF-Martin!

Ich weiß, aber es liegt doch an unseren Hobby etwas selbst zu bauen......:-)

Gruß, O-SEE_FM

von Shunth - am 28.02.2010 12:04
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