Projet pratique — amplification HF
Construire un amplificateur HF QRP de 5 à 10 W
Cet amplificateur élève un signal HF de quelques centaines de milliwatts vers une puissance comprise entre environ 5 et 10 watts. L’architecture push-pull classe AB permet l’utilisation en CW, BLU et modes numériques, sous réserve d’une polarisation et d’un filtrage corrects.
Les premiers essais doivent être réalisés sur une charge fictive 50 Ω, avec une alimentation limitée en courant. Un amplificateur instable peut émettre hors bande sans que le wattmètre ne le révèle.
Les MOSFET IRF510 conviennent à un prototype économique, mais ne constituent pas des transistors RF optimaux. Pour une réalisation performante, utilisez des transistors RF documentés et disponibles.
Architecture générale
Principe de la classe AB
Push-pull
Les deux transistors amplifient alternativement les deux alternances du signal. Cette symétrie réduit naturellement certaines harmoniques paires.
Classe AB
Chaque transistor conduit légèrement au repos. Cette polarisation réduit la distorsion de croisement sans atteindre la consommation élevée d’une classe A.
Linéarité
Pour la BLU et les modes numériques, la linéarité est prioritaire. Il faut éviter la saturation et conserver une marge de puissance.
Schéma pédagogique
Polarisation
Courant de repos
Le réglage commence sans signal RF. La tension de grille est augmentée très progressivement jusqu’à obtenir un faible courant de repos.
Une valeur de départ prudente se situe souvent autour de quelques dizaines de milliampères par transistor.
Emballement thermique
La tension nécessaire varie avec la température. Une polarisation fixe mal conçue peut provoquer une augmentation continue du courant lorsque les transistors chauffent.
Le composant de compensation thermique doit être monté près des transistors ou du dissipateur.
Résistances de grille
De petites résistances placées directement aux grilles réduisent le risque d’oscillation VHF parasite.
Symétrie
Les deux branches doivent présenter des longueurs de piste, résistances et conditions thermiques aussi proches que possible.
Transformateurs large bande
T1 — entrée
Il fournit deux signaux de même amplitude et en opposition de phase aux deux transistors.
T2 — sortie
Il combine les courants des deux transistors et transforme l’impédance vers 50 Ω.
Matériau ferrite
Le matériau doit convenir à la plage HF utilisée. Un tore choisi uniquement selon sa taille ou sa couleur est une mauvaise méthode.
Fils bifilaires
Les conducteurs parallèles ou torsadés doivent conserver une géométrie régulière.
Saturation
Trop peu de spires peut saturer le noyau sur les bandes basses et augmenter fortement les pertes.
Capacités parasites
Trop de spires dégrade la réponse sur les bandes hautes. Le compromis doit être mesuré en S21.
Filtres passe-bas
| Bande | Coupure indicative | Filtre recommandé | Contrôle |
|---|---|---|---|
| 80 m | Environ 4,5 MHz | Passe-bas 5 ou 7 pôles | NanoVNA S21 + spectre |
| 40 m | Environ 8 à 10 MHz | Passe-bas 5 ou 7 pôles | Rejet de 14 MHz |
| 20 m | Environ 17 MHz | Passe-bas à faibles capacités parasites | Rejet de 28 MHz |
| 10 m | Environ 32 MHz | Construction très compacte | Contrôle jusque 100 MHz au minimum |
Un amplificateur large bande sans banque de filtres commutables
n’est pas un émetteur multibande propre.
Calculateur électrique et thermique
Saisissez des valeurs numériques valides.
Puissance continue absorbée
—
Rendement estimé
—
Puissance transformée en chaleur
—
Élévation estimée du dissipateur
—
Température estimée du dissipateur
—
Diagnostic
Nomenclature indicative
| Référence | Composant indicatif | Fonction | Remarque |
|---|---|---|---|
| Q1, Q2 | IRF510 pour prototype | Étage push-pull | Même lot conseillé |
| T1 | Transformateur d’entrée large bande | Déphasage et adaptation | À mesurer en S21 |
| T2 | Transformateur de sortie large bande | Combinaison et adaptation 50 Ω | Noyau dimensionné pour la puissance |
| Rgrille | 10 à 47 Ω | Stabilité VHF | Au plus près des grilles |
| Rsources | 0,1 à 0,47 Ω de puissance | Équilibrage et mesure de courant | Optionnel mais utile |
| Biais | Régulateur + potentiomètre multitours | Réglage du courant de repos | Démarrer au minimum |
| Découplage | 100 nF, 1 µF et électrolytique | Stabilité alimentation | Connexions courtes |
| Dissipateur | Environ 3 à 5 °C/W maximum | Évacuation thermique | Selon cycle d’émission |
| Protection | Fusible 2 A environ | Protection alimentation | À adapter aux mesures réelles |
| LPF | Filtre passe-bas par bande | Réduction des harmoniques | Obligatoire |
Ordre de construction
- Construire et mesurer la charge fictive 50 Ω.
- Construire le filtre passe-bas de la bande choisie et le mesurer séparément au NanoVNA.
- Construire le circuit de polarisation sans connecter les grilles.
- Vérifier que la tension de biais démarre à zéro ou à sa valeur minimale.
- Monter les deux transistors sur le même dissipateur avec une isolation électrique correcte.
- Installer les résistances de grille directement sur les connexions des transistors.
- Construire les transformateurs d’entrée et de sortie.
- Vérifier leur continuité, isolement et réponse en fréquence.
- Alimenter sans signal RF avec une limitation de courant basse.
- Régler progressivement le courant de repos.
- Injecter quelques milliwatts RF, puis augmenter progressivement.
- Contrôler puissance, rendement, température et spectre.
Réglage et mise au point
Réglage du repos
Aucun signal RF ne doit être présent. Régler lentement le biais jusqu’au courant choisi, puis attendre plusieurs minutes pour contrôler la dérive thermique.
Montée en puissance
Commencer à faible tension ou faible niveau d’entrée. La puissance doit croître progressivement sans augmentation anormale du courant.
Test deux tons
Pour la BLU, un test deux tons permet d’observer la linéarité et les produits d’intermodulation.
Modes numériques
Les modes à fort rapport cyclique exigent une puissance réduite et une meilleure dissipation thermique.
Mesures attendues
| Mesure | Instrument | Résultat cohérent | Défaut possible |
|---|---|---|---|
| Courant de repos | Ampèremètre | Stable et modéré | Biais excessif ou dérive thermique |
| Puissance de sortie | Wattmètre + charge 50 Ω | 5 à 10 W selon montage | Transformateur ou transistor inadapté |
| Rendement | Calcul V × I / Pout | Environ 35 à 60 % | Saturation, pertes ou mauvaise adaptation |
| Harmoniques | Analyseur de spectre | Fortement réduites après LPF | Filtre ou câblage défectueux |
| Température | Sonde thermique | Stabilisation progressive | Dissipateur insuffisant |
| Oscillations parasites | Analyseur large bande | Aucune raie hors signal attendu | Découplage ou stabilité insuffisants |
Protections
Fusible
Installer le fusible au plus près de l’entrée 13,8 V.
Limitation de courant
Indispensable pendant la mise au point.
Protection thermique
Une sonde sur le dissipateur peut couper le biais en cas de surchauffe.
Protection ROS
Une mesure de puissance réfléchie peut inhiber le driver.
Temporisation
Le relais d’antenne doit être commuté avant l’apparition de la puissance RF.
Blindage
Séparer physiquement entrée, sortie et filtres.
Dépannage
Courant élevé sans RF
- Ramener immédiatement le biais à zéro.
- Vérifier le brochage des MOSFET.
- Contrôler la tension de grille.
- Rechercher un transistor endommagé.
Faible puissance
- Mesurer la puissance d’entrée réelle.
- Contrôler T1 et T2 en S21.
- Vérifier le filtre passe-bas.
- Contrôler l’équilibrage des deux branches.
Échauffement important
- Réduire la puissance d’entrée.
- Contrôler le courant de repos.
- Vérifier l’adaptation de sortie.
- Améliorer le dissipateur.
Signal sale ou instable
- Ajouter ou ajuster les résistances de grille.
- Raccourcir les connexions.
- Améliorer le découplage.
- Contrôler le spectre bien au-delà de la HF.