Digital Sport System RKE04.2008

Digital Sport System: come trasformare una scatola nera in un amplificatore a larga banda…

Negli ultimi anni hanno avuto crescente successo e diffusione una vasta gamma di apparati per HF di ridotta potenza, quali ad esempio, lo Yaesu FT817 ed l’Elecraft K2. Ottimi per uso portatile, impiegati fra le mura domestiche oppure in mobile, inducono sovente la voglia di elevarne la potenza al livello dei classici 100W tipici delle stazioni base. E così sono comparsi al seguito una serie di amplificatori a larga banda in grado di coprire l’intero spettro delle decametriche. Il prezzo di questi, pur se non particolarmente elevato, mi ha indotto comunque a valutare qualche soluzione alternativa, colla quale magari divertirsi e fare esperienze nuove.

Illustrazione 1

Ecco allora, oggi, la storia di come convertire una “scatoletta nera”, trovata a basso prezzo (una cena!) su internet.

L’oggetto è un amplificatore marchiato Digital Sport System e dalle caratteristiche, a me, ignote.

Esternamente si presenta come un classico linearetto, dotato di ampia alettatura. Sul retro trovano posto i cavi di alimentazione e due connettori SO239 per l’ingresso e l’uscita. Sul frontale troviamo invece l’interruttore di accensione e quello di modo (AM/SSB) oltre alle luci spia relative.(illustrazione 1)

Le misure iniziali

La prima attività per comprendere le potenzialità dell’oggetto è stata rilevare la curva di guadagno e potenza d’uscita in tutte le bande HF assegnate al servizio d’amatore, a tre livelli di potenza d’ingresso. (tabella 1 ed illustrazione 2)

Tabella １:

Illustrazione ２:

Il risultati hanno immediatamente evidenziato una forte non linearità sia in funzione della frequenza sia del livello del segnale d’ingresso. Con 5W in ingresso infatti, il guadagno medio si attesta su un mediocre 8dB con variazioni di ± 3dB su tutto lo spettro delle HF. Riducendo la potenza, il guadagno crolla fino a valori negativi (attenuazione). Ecco allora l’immediata esigenza di rilevarne lo schema elettrico (illustrazione 3) e fare alcune considerazioni:

Illustrazione ３:

Descrizione del circuito

L’amplificatore impiega un circuito molto semplice e con poche cure. Ciononostante è un ottimo punto di partenza e con poche, mirate modifiche si può sicuramente convertirlo in un apparecchio di sicura soddisfazione.

Il cuore dell’amplificatore è una coppia di transistor TRW accoppiati in push-pull tramite due trasformatori con nuclei in ferrite. La classe di funzionamento è la C e questo spiega la violenta distorsione del segnale a bassa potenza, con completa perdita di guadagno. Se per uso FM può essere ancora tollerabile, in CW produce invece fastidiosi clicks e in SSB spurie e splatters vari su tutta la banda. Meglio evitare quindi di usarlo così come nato! L’accoppiamento è a larga banda, con un solo elemento (C7) di taratura. La coppia di resistenze R1 ed R2 ha la duplice funzione di proteggere i transistor da eventuali sovraccarichi all’ingresso (sovra pilotaggio) sia di migliorare l’adattamento che data la classe non lineare di funzionamento rimane peraltro mediocre e questo non fa che peggiorare le prestazioni di linearità di tutta la catena (rig+pa).

A complemento vi è il sistema di commutazione ricezione/trasmissione con un semplice circuito vox a costante di tempo variabile per adattarsi sia all’AM sia alla SSB.

Le modifiche

Dopo alcuni ragionamenti sul circuito esistente e sull’obiettivo primario di migliorarne la linearità, sono intervenuto in vari punti dell’amplificatore così come riportato nello schema elettrico seguente (illustrazione 4).

Illustrazione ４:

Illustrazione ５:

Il primo e più importante intervento riguarda il cambio della classe di funzionamento da B ad AB. Per ottenerlo ho polarizzato i due transistor, sollevando staticamente da massa il centrale del trasformatore d’ingresso T1. C18, C23, C24 hanno funzione di filtro e garantiscono che da un punto di vista dinamico (quello del segnale trattato), il centro trasformatore sia a massa. La corrente a riposo è imposta da R7, mentre il diodo D2 garantisce la stabilizzazione termica del punto di lavoro. Per questo, è bene che sia in buon contatto termico con i transistor. Q3 e Q4 invece, attivano la polarizzazione solo durante la fase di trasmissione, risparmiando così energia.

Per migliorare la linearità in frequenza e la stabilità dell’amplificatore ho inserito attorno ad ogni dispositivo una rete costituita da R3 ÷ R6+C17 (R4 ÷ R5+C16). E’ importante che i componenti impiegati siano di buona qualità: resistenze a carbone o comunque poco induttive e condensatori idonei all’impiego con moderate potenze a radiofrequenza. Tutto è costruito sui reofori dei componenti stessi, cercando di tenere un minimo di ordine e robustezza meccanica. (vedi illustrazione 5)

Ottenuto il primo risultato, cioè linearizzare il funzionamento dell’amplificatore, ho continuato il perfezionamento operando una serie di piccole, diffuse migliorie.

Illustrazione ６:

Così, ad esempio, il diodo led D7, che originariamente indicava la selezione AM/SSB del vox, diventa ora indicatore di PTT inserito.

Anche l’impedenza d’ingresso gode della nuova classe di funzionamento e delle reti di compensazione introdotte, risultando più costante e meno reattiva. Mi è stato così possibile rivedere il partitore d’ingresso R1,R2 recuperando da 1 a 2dB di guadagno dell’amplificatore senza penalizzare l’adattamento. Il SWR su tutta lo spettro delle HF rimane molto buono, attorno ad 1,5:1 così come indicato in illustrazione 6.

Illustrazione ７:

Anche misurando in forma vettoriale, il miglioramento è sostanzioso. In illustrazione 7 la linea blu è l’andamento dell’impedenza d’ingresso prima delle modifiche, mentre la linea rossa è quella post migliorie.

Illustrazione ８:

Per completare la pulizia in trasmissione servirebbe un filtro aggiustato per ogni banda in uso. Questo risulta di una complessità non giustificata dallo spirito di questo lavoro e quindi ho scelto di inserire all’uscita solo un passa basso che tagli le armoniche che cadrebbero nello spettro delle VHF, arrecando così disturbi ad altri servizi od utenti nelle vicinanze. Il filtro è una cella a Π costituita da C21,21 + L1 + C19,20. A fianco, anche i condensatori d’uscita C3,15 sono stati rivisti inserendone due da 47nF al posto degli originali. Le capacità sono tutte in mica argentata per reggere senza problemi la potenza in gioco. Il tutto è visibile in illustrazione 8.

Illustrazione ９:

L’amplificatore non è originariamente provvisto di alcuna protezione sull’alimentazione. In caso di guasto questo può produrre la rottura del relativo alimentatore o peggio, innescare un principio d’incendio. Così ho provveduto ad inserire sulla linea di alimentazione un fusibile da 10A, di tipo automobilistico, ipotizzando un prevalente uso fuori dalle mura domestiche e quindi in luoghi dove i tipici 5×20 o 6×30 ad esempio possono risultare di più difficile disponibilità. (illustrazione 9)

Illustrazione １０:

Continuando a valutare migliorie in questa sezione, ho notato come l’oggetto avesse un elevato livello di emissioni condotte, cioè iniettasse potenza a radiofrequenza sui cavi di alimentazione. Questa può sia essere reirradiata dai cavi stessi, sia giungere all’ingresso di altre utenze connesse sulla stessa linea di potenza, disturbandole. Comunque sia, la situazione era inaccettabile e quindi ho introdotto un semplice “choke” sui cavi d’alimentazione, costituito da 3 bussole di ferrite ad alta permeabilità infilate sui cavi proprio prima dell’uscita dal contenitore. Soluzione semplice ed in questo caso assolutamente idonea allo scopo. Illustrazione 10.

I cavi stessi, prima sottili e fragili sono stati sostituiti con uno spezzone di piattina molto flessibile da 2,5mm² di sezione.

Riassumendo

Siamo ormai giunti in fondo alle modifiche. Cosa abbiamo dunque ottenuto?

Illustrazione １１:

Ecco anzitutto la foto del complessivo dove si possono vedere tutte assieme le modifiche prima presentate e discusse singolarmente: illustrazione 11

Uh.. okay.. sembra carino.. ma come funziona dopo tanto lavorio?

Ecco la prova:

Tabella ２:

Risulta immediatamente visibile il netto miglioramento dall’originale.

Illustrazione １２:

Ora dagli 80m ai 10m, il guadagno è di 12dB, piatto entro ±1dB. La potenza massima si ottiene con solo 1-2 dB di compressione rispetto al guadagno per piccoli segnali e questo è un indicatore di buona linearità. (illustrazione 12) Si può ora contare su 80-100W d’uscita con 5 W in ingresso su quasi tutto lo spettro delle decametriche. I 6m sono completamente fuori dalla portata di questo oggetto, mentre i 160m sono impiegabili a prestazioni ridotte, probabilmente a causa della qualità dei trasformatori d’accoppiamento.

Conclusioni

con poche ore di lavoro e qualche buon componente trovato nel cassetto è stato possibile convertire questo “povero” amplificatore acquistato per poche decine di Euro in un valido e robusto compagno di divertimento abbinato al mio FT817, avendo a fine lavoro ben poco da invidiare a prodotti commerciali dedicati dal costo ben più sostenuto. E’ invito quindi a tutti gli interessati a cimentarsi con passione e fantasia in queste modifiche. A risentirci quindi presto in radio!