Tratto da: RADIORIVISTA 6/2002 pag.28
LA POLARIZZAZIONE DEI TRANSISTORI DI POTENZA
(Ovvero, come torchiare per benino un finale!)
Anche se l’argomento in questione è da considerare ormai trito e ritrito dai più, ritengo aggiungere alle esperienze dei numerosi OM autocostruttori anche il mio modesto contributo di esperienza personale nel merito.
Premesso che esistono numerosi transistori di potenza già costruiti dalle rispettive case costruttrici per funzionare correttamente in classe AB1 con autopolarizzazione di Base, l’argomento è, pertanto, da dedicare a quei transistori di potenza che hanno invece necessità di essere polarizzati adeguatamente sulla stessa.
PREMESSA
Abitualmente si pone una resistenza di alimentazione (di derivazione dai 12V o 28V di alimentazione complessiva degli stadi finali) calcolata nel suo valore, sia in ohm, sia in watt, per la corrente da erogare sulla Base del transistore finale, polarizzata, a sua volta in tensione (0,7V circa) rispetto alla massa, con un diodo.
Tale sistema, semplice, anche se valido per finali di modesta potenza, è da ritenersi, in verità, rudimentale per la funzione che deve svolgere per finali più consistenti.
Ora, osserviamo, fra i tanti, gli schemi di uso corrente n° 1 – n° 2 – n° 3:
Schema n° 1:
Si può osservare questo tipo di polarizzazione usato correntemente su alcuni apparati per stadi finali che non eroghino, in potenza, più di una decina di watt.
Ma è ovvio osservare che, se la alimentazione dell’apparato varia fra i 12V e i 14V, anche la polarizzazione di Base varia nei suoi parametri, alterando in tal modo la risposta che si voleva dare al funzionamento dello stadio finale..
Inoltre, per alcuni transistori finali di maggiore potenza (ad esempio 40 watt), la resistenza di erogazione in corrente cambia, sia per valore resistivo, sia per potenza di dissipazione, raggiungendo dimensioni fisiche grosse con notevole erogazione di calore (come si può osservare in applicazioni di alcuni amplificatori economici in commercio), il tutto aggravato da alimentazione complessiva non sempre stabile sulla Base, con conseguente funzionamento anomalo (surriscaldamento della giunzione di Base del semiconduttore) e relativa breve durata di vita del transistore stesso.
Inoltre bisogna tenere conto che transistori che hanno la stessa sigla di denominazione difficilmente sono uguali e costanti fra di loro nelle caratteristiche elettriche, per cui è necessario potere regolare la Polarizzazione di Base caso per caso.
Schema n° 2:
Tale circuito è usato su un antico e famoso apparato rice-trasmittente in banda laterale, ATLAS 210X.
Esso è perfetto come funzionamento in erogazione e regolazione di corrente sulle Basi dei finali, sempre ad apparato alimentato con il proprio alimentatore – consolle.
Ma se, in qualità di portatile, viene usato con alimentazione dalla batteria dell’auto, la situazione diventa disastrosa.
Infatti, in tale situazione la modulazione è impossibile, variando continuamente in tonalità e timbro di voce, tale da definirsi “a paperetta”.
La spiegazione è che nella sua “consolle” originale di alimentazione, tutti i prestadi sono alimentati con tensione stabilizzata, e così anche le Basi dei finali, cosa che non avviene per alimentazione da batteria d’auto..
Infatti, sull’apparato in mio possesso ho ovviato all’inconveniebte, con ottimi risultati, trovando un posticino sul telaio dell’apparato ove montare un LM7809 in ingresso al cicuito in oggetto.
In tale modo la tensione di Base è perfettamente stabilizzata (non avendo pertanto più importanza l’instabilità di tensione di alimentazione generale), e la corrente di riposo può essere perfettamente regolata ai 500mA richiesti, con eccellente funzionamento di stabilità in fase operativa, sia nella sua consolle di alimentazione, sia in portatile dalla batteria dell’auto.
Tale schema, pertanto, lo consiglio per le applicazioni di finali in HF che prevedano grossi assorbimenti di corrente di Base, sempre comunque preceduto da un IC stabilizzatore di tensione a 9 V (tensione, d’obbligo, inferiore a quella di alimentazione complessiva di Collettore o dei Collettori).
Schema n° 3:
In questo schema (schema di principio estratto dal Radio Handbook della ARRL e leggermente elaborato con prova sperimentale dal sottoscritto) è proposto l’uso di uno stabilizzatore di tensione da 5V alimentatore di Base con possibilità di poter variare il valore di corrente, entro certi limiti, con apposito trimmer.
E’ scontato che per transistori di diverse potenze si devono calcolare di volta in volta i valori resistivi della resistenza di ingresso sul trimmer e del trimmer stesso, colcolando anche la dissipazione in W in base alle caratteristiche dei transistori in oggetto.
CONCLUSIONE
Schema n° 4: + Circuito Stampato (ALIMENTATORE di CORRENTE di BASE)
A conclusione di queste brevi note descritte, esisteva per me il problema di escogitare un sistema di alimentazione e di polarizzazione autonoma sulle Basi dei transistori di potenza facilmente gestibile e da adattare per tutti i tipi di finali amplificatori con funzionamento in classe AB1.
Questa mia elaborazione, che desidero proporre agli OM autocostruttori (sperando che non sia stata proposta già da altri su altre riviste), venne fuori allorchè dovetti costruire degli amplificatori a larga banda per uso televisivo in VHFalla fine degli anni 80.
Tale circuito prevede l’uso del regolatore di tensione LM317 e prelievo della corrente per stadio finale da un partitore costituito da una resistenza e da un diodo.
Con tale circuito il gioco è fatto:
Regolando la tensione si può variare a piacimento la corrente di input sulla Base del finale di potenza, polarizzato in tensione dal diodo, con assoluta stabilità in tensione e corrente, e tale da adattare il tutto a seconda delle caratteristiche elettriche del semiconduttore utilizzato.
Ogni variazione sul tema è pertanto possibile con assoluta tranquillità e certezza di corretto funzionamento.
Tale schema già fu accennato dal sottoscritto su RR n°9 del 98 (pag. 94) a proposito di mia recensione e proposta costruttiva di amplificatore per SHAK-TWO modificato per i 6 metri.
Per chi volesse mettere in pratica tale circuito, dopo aver preparato il circuito stampato, aver montato i componenti descritti sullo schema elettrico e fissato in zona idonea sul telaio dell’apparato, in fase di taratura dello stadio finale, è indispensabile interporre fra l’IAF e l’uscita dal partitore resistenza-diodo (TP3 – TP4) un milliamperometro per leggere la corrente di Base da fornire.
Per chi non conoscesse la corrente di riposo richiesta, per impossibilità di calcolo non avendo i dati della casa costruttrice del semiconduttore (sempre da considerare orientativi nei valori ricavati), questa la si potrà conoscere sperimentalmente con lo stadio interessato in funzione, previo collegamento dello stadio finale ad un carico fittizio provvisto di wattmetro, prima di eccitarlo, sempre con milliamperometro inserito al punto indicato in precedenza, e voltmetro all’uscita dell’LM317 (TP1 – TP2) per regolare con incremento o decremento di tensione la fornitura di corrente necessaria.
A tal punto, prima di fornire eccitazione, in portante continua (FM o SSB in Tune), allo stadio finale, si deve porre il trimmer di regolazione dell’LM317 a massa, per la minima tensione di uscita, tarando per benino sia i compensatori di ingresso per il minimo ROS, sia quelli di uscita, su carico, per la massima potenza.
Poi si fornisce eccitazione in portante continua, e tenendo d’occhio l’uscita sul wattmetro del carico, si aumenta la tensione di uscita dall’LM317 fino al punto che non si osserva più incremento di potenza sullo strumento.
La definitiva taratura va fatta a capello, riducendo, poi, in successiva lettura wattmetro, di pochissimo la potenza d’uscita, meglio potendo osservare la forma d’onda ad un oscilloscopio opportunamente collegato.
Fatta questa operazione si procede di nuovo alla taratura dei compensatori di ingresso e di uscita dello stadio finale in esame.
Premendo il PTT con eccitatore in banda laterale, e in assenza quindi di segnale di modulazione, si conosce, per lettura sul milliamperometro collegato, la corrente di riposo sulla Base che va memorizzata per eventuali successive rapide tarature del tipo di semiconduttore in uso.
E’ intuitivo che tale circuito di BIAS è utilizzabile per tutti i tipi di finali di potenza.
Il relè indicato nello schema può anche essere sotituito da un deviatore doppio posto sul pannello frontale dell’apparecchiatura con indicazione SSB in fase operativa, e FM / CW in fase non operativa (In tale caso, infatti, la IAF va a massa, mentre l’alimentatore di Base viene disconnesso).
Non bisogns preoccuparsi troppo della lunghezza dei fili di connessione, in quanto non influenti sul corretto funzionamento del conplesso (anche per la IAF collegata a massa a distanza ) e del finale di potenza al quale va applicato.
Pertanto il circuito stampato può essere posizionato nel posto più comodo sul telaio dell’apparecchiatura.
Osservanodo la foto del circuito stampato dell’alimentatore di Base montato, è possibile notare che i piedini dell’LM317 sono saldati al di sotto dello stesso, in modo da poterlo fissare, interponendo il foglietto di mica e vite di fissaggio a mezzo rondella isolata, sullo stesso dissipatore del finale.
Nulla toglie comunque di fissarlo in altro modo, con una piccola aletta di raffreddamento autonoma, al di sopra del circuito stampato, posizionandolo vertcalmente o orizzontalmente, se la corrente di Base in fase operativa (Portante continua) non supera i 200 mA.
Ho preferito sovradimensionare il complesso partitore, in W (4 W filo) per la resistenza da 22 ohm, e, in A per il diodo (diodo da 2 A), offrendo maggiore sicurezza di tranquilla alimentazione di Bias per finali molto robusti (500 mA o più per corrente di Base in fase operativa a portante continua).
Il valore del trimmer multigiro di taratura fissato ad 1K permette la regolazione dei V di uscita LM317 fino a circa 7 V.
Qualora si renda necessario aumentare tale valore, fino a 9 – 10 V massimi, bisognerà utilizzare un multigiro da 2K.
Ma in tal caso suggerisco, in alternativa, meglio diminuire il valore della resistenza da 22 ohm sul partitore resistenza – diodo.
Il piccolo relè ho preferito montarlo su zoccoletto a 16 piedini per eventuale e rapida sostituzione in caso di guasto.
La IAF descritta sullo schema con i dati costruttivi va bene sia in 50 Mc. sia in 144 Mc., ma i pigri possono usare impedenze supportati su unico strato (di recupero da vecchi televisori) con valori compresi fra 15 microH e 30 microH senza problemi.
Nella speranza di essere stato chiaro nella esposizione di quanto descritto, e nella certezza che tale argomento stia a cuore a molti amici che mi hanno chiesto telefonicamente, nel tempo, delucidazioni in merito, mi sono deciso a descrivere quanto era di mia esperienza sull’argomento secondo le mie personali vedute, in modo da renderne partecipe molti OM autocostruttori e sperimentatori, accogliendo, pertanto, con piacere ogni suggerimento di miglioramento in proposito.
Gennaio 2002 I8SKG GIUSEPPE BALLETTA