PROJETO SUPERMOUSE TX versão 2

Transmissor de AM classe F modulado por fonte chaveada

O Supermouse teve razoável sucesso, mas demonstrou ter alguns pontos fracos,

então depois de apanhar bastante do projeto, aqui vai a segunda versão, que acredito irá “matar” a primeira. Paciência, é o progresso tecnológico!

As principais diferenças em relação ao original são:

• 250W de potência de portadora, 1kW PEP (ou mais!); • Operação em 40 e 80 metros, cobrindo toda a banda; • Alimentação 110/220v; • Caixa mais espaçosa e com mais “jeitão” de rádio; • Placas de circuito impresso que podem ser feitas em casa; • Menor utilização de componentes SMD.

Para conseguir a potência maior, passei a usar dois FETs trabalhando em “push

pull” classe F. Esta classe de funcionamento (ver o meu artigo Classes de Amplificado-

res) tem a mesma eficiência em relação a classe E (cerca de 90%) com a vantagem de ser simétrica e portanto não gerar harmônicos pares. Devido a isso, o Q do circuito res-sonante do estágio de potência pode ser bem mais baixo (uns 4 contra 8 do classe E) e ainda atenuar os harmônicos melhor que 40 dB, utilizando bobinas, capacitores e relés do mesmo tamanho para mais do dobro da potência. Outra vantagem da classe F é per-mitir ajustar o acoplamento de antena de forma a produzir a mesma potência e rendi-mento com estacionária até 2 ou mais, variando apenas um capacitor. E também é mais fácil de comutar a banda, por ter somente dois capacitores além do indutor no circuito de acoplamento, enquanto o classe E tem três.

Claro, tem suas desvantagens: Requer um choque de isolação para acoplar à car-ga e driver mais elaborado, mas acho que vale a pena, porque acaba resultando em me-lhor funcionamento, construção compacta e ajuste mais fácil.

Mantive a saída de RF pelo source dos FETs, com isso eles podem ser montados diretamente no difusor de cobre, sendo este isolado do dissipador por uma folha de plás-tico.

Para operar multibanda, as bobinas do driver e da saída são divididas em duas e

ligadas em série, sendo uma delas curto-circuitada por relé quando em 40 metros. Os mesmos relés conectam capacitores em paralelo no circuito quando em 80 metros.

A fonte de alimentação PWM é muito parecida com a do SM original, apenas

aguenta maior potência e trabalha com a tensão de rede retificada ou dobrada para per-mitir ligar em redes de 110 ou 220v. Também difere da original por ter um transforma-dor de força convencional para alimentar os circuitos de driver, controle e áudio. Da mesma forma que a fonte do SM1, não é isolada em relação à rede, portanto deve-se tomar muito cuidado durante os testes e mesmo em operação: embora os circuitos de driver, microfone e entrada/saída de RF sejam isolados como em qualquer transmissor, os transistores de potência não o são e um descuido pode resultar em choques (300 volts!) ou destruição de componentes. A resposta em frequência de áudio, boa lineari-dade, alta eficiência e independência da tensão da rede são mantidas.

A fonte é malha aberta, sem realimentação negativa. A regulação com a rede é obtida por feedforward, ou “alimentação para a frente”: a tensão da rede retificada mo-difica a largura do PWM de forma a compensar qualquer variação antes que ela afete a tensão de saída, eliminando inclusive o ripple de 120hz.

O transformador de força auxiliar é um Trancham (agora Lider) modelo 27F17, ligando os primários em série para 220v ou em paralelo para 110v. Não esquecer de fechar o jumper JP1 marcado 110v na placa quando for esse o caso.

O circuito driver também teve de ser modificado: Além de precisar de maior po-

tência, os dois FETs da saída requerem forma de onda simétrica nos gates. Para conse-guir isso e mais a cobertura total das bandas, o driver funciona em classe D (ver o artigo já citado), utilizando um CI usado em fontes chaveadas. Esses CIs embora muito rápi-dos, tem retardos diferentes para subida e descida, tornando a onda quadrada assimétri-ca, daí o circuito de compensação automática de simetria incluído na placa.

No protótipo, usei como VFO o mesmo DDS do SM1, mas este cuida da comu-

tação de banda, bastando pressionar e soltar o knob do encoder, e girando-o para variar a frequência. Pretendo programar o DDS para funcionar como antena tuner, chaveando capacitores montados numa plaquinha espetada nos pinos de fixação das bobinas, pro-vavelmente indicando também no display SWR e potência, já que a placa de RF tem detetor de onda direta e refletida. Se der certo publico aqui no blog.

Montagem As placas de circuito impresso são separadas para o estágio de RF e fonte PWM,

facilitando o layout, montagem e ajustes, mas requerem uma série de cabos de interco-nexão. As placas também permitem a sua fabricação pelo método do “ferro de passar roupa”, onde os desenhos são impressos em papel fotográfico numa impressora laser e depois transferidos para a placa de CI por aquecimento. Existem vários vídeos na Inter-

net sobre isso, mas pretendo publicar um vídeo do Cardoso PY2AZ que desenvolveu a técnica a ponto das placas ficarem perfeitas, veja as fotos do protótipo. É claro que os desenhos também podem ser usados para a fabricação industrial das placas, que terão custo razoável por não precisar de furo metalizado.

Sem a metalização, é necessário interligar os dois lados soldando um fio ou aproveitando a perna de algum componente. Os pontos a serem interligados estão mar-cados com um círculo no desenho do lado dos componentes nas placas.

Com o VFO é outra história, não é fácil montar um DDS em placa sem metali-

zação, portanto os colegas terão de esperar a produção do meu, que pretendo fabricar em série e vender no Ebay. Poderão também usar um comprado na China que quebra o galho mas não faz tudo o que precisa, ou ainda montar um VFO analógico e usar chave no painel para comutar a banda mais um medidor analógico para ajuste de antena. Essa idéia me agrada, um dial e medidores no painel no velho estilo do AM. Pelo menos a “cara” do TX ficaria melhor, esse protótipo com o DDS e um único knob fica meio sem graça.

A caixa utilizada é da 3MP Indústria de Ferramentas Ltda, modelo CFP-83018 ,

ver http://www.3mp.com.br, e a furação deverá ser feita conforme os furos das placas, seguindo a orientação pelas fotos. Os furos grandes da tampa são necessários para a ventilação dos componentes internos.

O dissipador traseiro é da Fenite Dissipadores, perfil FNT-020-AL-C , cortado

com o comprimento de 77mm, ver http://www.fenitedissipadores.com.br/ Os transistores Q1 e Q2 da placa de RF são montados diretamente sobre um di-fusor de cobre (pode ser de alumínio, mas não funciona tão bem) medindo 50 x 70 x 3,2mm. Os furos de passagem dos parafusos medem 7mm, ficando estes isolados do difusor por uma bucha de plástico. O difusor fica isolado do dissipador por uma folha de poliéster ou poliamida (kapton). O transistor Q1 da placa da fonte é montado diretamente sobre o chassi de ferro da caixa, utilizando um isolador de mica.

Ajustes Ligar o secundário de 14+14v no terminal AC2, verificar a tensão em J3 (+vdrv) que deverá estar próximo de 12vdc. O estágio excitador deverá ser ligado ao terminal J3 (+vdriv) através de um me-didor de corrente, e o cabo interligando CN2 da placa de RF ao CN3 da fonte. Acionan-do-se a entrada PTT (pino 5 do conector MICR.), estando o sinal do vfo no conector RCA J3 em 7180Mhz, afastar ou juntar as espiras de L6 para a máxima corrente, que deverá ser em torno de 1A . Mude para 3650MHz e ajuste L7 para a máxima corrente, que deverá ser um pouco maior que 0,5A. Se você dispuser de um transformador de isolação para ligar à rede elétrica o conector AC1 use-o, caso contrario ligue direto e tome muito cuidado, como já foi dito anterior-mente.

A fonte deverá ser ajustada conectando-se a barra de terminais CN1 duas lâmpadas de 100W 110v em série , avançando-se o trimpot de “port.” (portadora) para o máximo brilho e em seguida rapidamente ajustando-se o trimpot de “pico” (tensão máxima de modulação) para 200vdc nas lâmpadas. Em seguida ajuste o “port.” para 90 vdc. Estes ajustes interagem, então é melhor proceder varias vezes. Lige uma antena com baixa estacionária ou uma carga fantasma de 50 ohms na saída de RF, interconecte CN1 (-vmod e +vcc) na placa de RF e o CN1 da fonte, com cabos trançados. Ajuste L5 para 230watts em 7.180Khz, em seguida L4 para a mesma potência em 3.650kHz. As bobinas deverão ter mais ou menos o mesmo comprimento, num ponto médio entre esticada e encolhida. Se não estiverem, ajuste o capacitor C5 em 40metros e C3 em 80m substituindo um dos capacitores em paralelo para um valor diferente. Se a sua antena apresentar SWR maior que 1 em alguma frequência, pode-se ajustar pelas bobinas, mas provavelmente o rendimento irá piorar e o dissipador vai esquentar pra valer. Há a possibilidade de instalar ventiladores de computador sobre ele, mas não é uma boa prática. O melhor é ajustar os capacitores como indicado acima. Sempre que a potência direta indicar entre 200 e 250Watts o rendimento do estágio final (pot.rf /pot.dc x100) será máximo. Conecte um microfone de eletreto ao conector MICR. por meio de um cabo blindado e ajuste o nível de áudio. O jumper J1 (bias) deverá estar no lugar, e o J2 (eqlz.) dará um reforço nos agudos.

Especificações:

• Cobertura de frequência: 80m: 3.5 a 3.8MHz ; 40m: 7.0 a 7.3MHz

• Potência na carga: Portadora: 250W PEP max: 1300W

• Potência do VFO: 10mW min.

• Banda passante do áudio: -3dB: 200Hz a 5kHz Equalização: +12dB em 2kHz

• Distorção harmônica total do áudio: 2% , modulado em 50% com 1kHz

• SWR max. permitida:

2:1

• Espúrios em relação à portadora: 2º e 3º harmonicos: -45dB Ripple da fonte 70kHz: -50dB Ripple 120Hz : -30dB

• Alimentação rede: 90-130VAC ; 180-260VAC; 320VA

• Dimensões e peso: 8 x 30 x 21cm ; 4kG Conclusão:

O transmissorzinho tem a potência e qualidade próximos a uma 813 modulada

por duas 811, considerado o filé dos transmissores AM, portanto acho que vale a pena montá-lo. É maior e mais complicado que o SM1, mas tem mais potência e mais recur-sos, e a técnica usada facilita a montagem. Não requer mais habilidade do que a neces-sária para montar um transmissor a válvula, sendo mais fácil de obter os componentes e menor o custo. E dá para segurar em uma só mão, o que é bem difícil de fazer com a 813!