50MHz 10W リニアアンプ

回路図

回路の概要

回路構成について
トランジスタを使用したリニアアンプで最も腐心するところは、入出力のマッチング回路だと思います。
とくに電源電圧十数ボルト程度で出力１０Ｗ以上のものを作る場合、出力側のＬＣマッチング回路は、１０倍以上のインピーダンス変換を行う必要があります。
ところが、このＬＣマッチング回路を構成するトリマコンデンサについて、その耐圧や通過電流がどの程度まで耐えてくれるのか、よく解りません。
いろいろ製作例など参考にしたところ、１０Ｗ程度ならフィリップストリマでも使えるようではあるのですが、今ひとつ心配が残ります。
ということで、このリニアアンプは当初、ＬＣマッチング回路を使用せず、広帯域アンプとして設計してみることにしました。

ところが、この広帯域アンプも一筋縄では行かず、特にベース入力側はＡＴＴとステップダウントランスを使用して親機と直結する回路方式としてみましたが、ドライプ電力のロスが大きく、親機からの１Ｗの電力では、１０Ｗをドライブできませんでした。

そこで、回路設計の方針を改めて、入力側はＬＣマッチングによる狭帯域設計、出力側は、トリマコンデンサの耐圧の問題があるので、伝送線路トランスを使用した広帯域設計(後で説明しますが、結果的にこれも狭帯域となりましたが．．．）という変則的な回路構成とすることにしました。

それから、このリニアアンプで使用しているコイルは、全てトロイダルコアに巻いています。
トロイダルコアは、漏れ磁束が非常に少ない為、例えば本機のように４段のLPFに使用した場合、コイル同士が互いに結合することがありません。
従ってコイルを直角に配置したり、コイル間をシールドするなどの配慮が不要で、小型に組む事が出来ます。

ベース入力回路
入力のＬＣマッチング回路は、通過電力も１Ｗ以下なのでセラミックトリマで問題なく使用できます。
親機から見たＶＳＷＲが最小となるようにトリマを調整します。
なお、調整したトリマの容量値とコイルのインダクタンス値から、２ＳＣ１９７２を１Ｗでドライブした場合のベース入力インピーダンスは、だいたい５Ω程度であることが判りました。（スミスチャート上でリアクタンス値をプロットして求めました。）

また、ベースとグランド間に入っている２７オームの抵抗ですが、これは受信時にリレーによってベース入力側がオープンとなり、このときベースのインピーダンスが上がってしまって異常発振することが有りましたので、その対策として挿入してあります。
（受信時もコレクタには、Ｖｃｃが印加されているので発振してしまいます。）

コレクタ出力回路
出力のマッチングは、１：９の伝送線路トランスを使用していますので、コレクタ負荷は、５０Ω÷９＝５．５Ωとなります。
ところが、当初この伝送線路トランスが５０ＭＨｚの周波数では、うまく動作せず、なかなか１０Ｗの出力が得られませんでした。
どうもトランスの巻き線に寄生インダクタンスが存在するようです。

そこで、トランスとシリーズに入る結合コンデンサでこの寄生インダクタンスをキャンセルしています。
結合コンデンサが１００ｐＦの３パラとなっているのはこの為で、丁度３００ｐＦで寄生インダクタンスをキャンセル出来ました。

ところが、このキャンセル動作は、５０ＭＨｚでしか成立しませんので結局、出力マッチング回路も狭帯域ということになってしまいました。(^^;

なお、この結合コンデンサには１０Ｗ出力時、１．３Ａの電流が流れますから必ず、数個パラとなるように接続します。

バイアス回路
バイアス電流（無入力時のコレクタ電流）は、３００ｍＡに設定しています。歪みを低減するため、少々大きめの値としました。

温度補償用のダイオードＤ１は、２ＳＣ１９７２に密着して取り付け、シリコングリースで熱結合させます。

ダイオードＤ１の順方向電圧を２ＳＣ１９７２のVBEより少し高くする必要がありますので、Ｄ１には約４０ｍＡの電流を流しています。
また、ダイオードＤ１側からベース方向へ流れる電流（ベース電流と２７オームおよびボリュームに流れる電流）の合計は、４０ｍＡ程度
となります。
従って、Ｒ１（５６オーム）の電流は、合計８０ｍＡぐらいとなりますので、Ｒ１は１/２Ｗ以上のものが必要です。

ファイナルの効率
２ＳＣ１９７２のコレクタには、１０Ｗ出力時（Ｖｃｃは、１４．５Ｖ）に１．６Ａの電流が流れます。
従って、効率は、１０Ｗ　/ ( １４．５Ｖ×１．６Ａ )　　＝　０．４３　ということで効率４３％　となりました。

出力ＬＰＦ
このアンプは、シングルのＡＢ級動作のため、同じ出力でもプッシュプルに比べ、偶数次の高調波が大きくなります。
私の住む関西地方では、テレビの２チャンネルがＮＨＫ総合のため、2次の高調波には注意する必要があります。
そこで、このリニアアンプでは、高調波低減の為、定Ｋπ型のＬＰＦを４段としています。

なお、ＬＰＦのＱは、１で設計していますのでコンデンサの耐圧は、通常の５０ＷＶのものでＯＫです。
ただし、熱による帯域周波数の変化を起さないように、コンデンサは、ＣＨ特性のものを使用しています。

部品の実装
今回の製作では、プリント基板を使用せず、片面生基板をベタアースとして、その上に小さく切った基板をランドとして接着剤で貼り付けるやり方で、部品を空中配線で実装しています。

また、２ＳＣ１９７２をシャーシに直接取り付け、シャーシを放熱板と兼用しています。

入出力特性

リニアな特性が得られています。
入力０．６Ｗで出力が飽和しますので、親機の出力レベルをしっかり管理する必要があります。

出力波形

親機から２トーンジェネレータで変調した信号を入力した場合の出力波形を示します。
きれいな出力が得られています。