Alcune considerazioni a proposito della scelta dei diodi per ROSMETRI

Avevo necessità di controllare con una buona precisione la potenza emessa dai miei apparati perché, usando un lineare pilotato dal mio TX mi andava spesso in blocco e volevo verificare sia la correttezza della potenza di eccitazione che quella in uscita dal L A.


Per prima cosa ho realizzato un carico fittizio a 50 Ω mediante 25 resistenze da circa 1250 Ω /3 W poste in parallelo montate in una scatola rettangolare e munita di un ventilatore (fan recuperato da
un alimentatore per computer) a 12 V per il raffreddamento , in grado di essere utilizzato per una potenza max di 300 W in SSB . Ho controllato che questo carico non avesse componenti reattive fino alla frequenza di 36 MHz (Ho una coppia della Wandel che mi permette di eseguire tali misure con elevata precisione ) e quindi ho dotato l’ingresso di trasformatore di corrente tramite una bobina toroidale ( T50-2) con 31 spire secondarie per la misura della corrente assorbita dal carico.
Il secondario di questo trasformatore di corrente è stato chiuso su 50 Ω e la tensione ai capi di questa resistenza è stata portata sia ad connettore BNC e, dopo raddrizzamento e filtraggio, ad un connettore tipo RCA . (Nota 1)
Ricordo che essendo il carico perfettamente resistivo non ci sono onde riflesse e quindi , misurando la semplice corrente si calcola senza errori la potenza emessa dal TX e assorbita dal carico
( P= I2 xR).
A questo punto ho preso in esame le soluzioni esistenti per realizzare il misuratore della tensione presente in uscita dal trasformatore di corrente (Per risalire alla misura della potenza in W), disponibile come tensione alla stessa frequenza di quella emessa dal TX, sul BNC o sulla uscita in continua, tenendo però presente due fattori:
1)-La tensione in continua rappresenta il valore di picco della tensione efficace (1,4142…Veff)
2)-Il diodo ha una caduta di tensione che non è trascurabile ai valori compresi tra 0 e 10 V.
3)-La misura sul BNC risulterebbe possibile solo lavorando in CW ma in SSB no per la difficoltà di lettura su uno strumento analogico (I misuratori hanno tutti uno strumento a bobina mobile che pur di elevata precisione e linearità ha un ritardo sia dovuto all’inerzia meccanica sia al ritardo determinato dalla strettissima banda dei filtri dei misuratori. (se selettivi ).
In conclusione mi sono orientato verso la misura dell’uscita raddrizzata e ho cercato di individuare la soluzione circuitale migliore per realizzare questo misuratore. Vagando sui vecchi Handbook ARRL ho trovato la descrizione di un TANDEM MATCH che ho analizzato e verificato risponde bene al mio scopo con alcune modifiche.
Le modifiche che apporterò sono essenzialmente costituite dall’alimentazione che sarà a ± 12 V
Con convertitore da rete (220/+12V più convertit. 12/12 1W per ricavare -12 V )
-una sola linea (non serve la misura del segnale riflesso )
-una nuova soluzione circuitale con operazionali per la misura di picco (ultra-low drift peak detector ).
Questo strumento al momento è solo in fase di studio e attesa di ricevere (ordinati via internet ) tutti i componenti non disponibili nel mio lab.
Tuttavia , da varie documentazioni , avevo notato che , per i directional coupler , i diodi più usati erano sia il vecchio 1N34 al germanio sia il silicio 1N4148 di facile reperibilità e basso costo e per applicazioni più professionali era consigliato il tipo schottky 1N5711.
Ho consultato varie documentazioni e, avendo identificato un diodo, sempre del tipo schottky dalla sigla BAT 43 ad un prezzo decisamente inferiore all’1N5711 ne ho acquistati alcuni per eseguire delle prove funzionali e scegliere il più adatto al mio scopo.
Ho quindi realizzato un circuito di misura identico a quello del mio carico fittizio ed ho collegato su una stessa resistenza di 50 Ω (in pratica 51,1 /1 Veff) i tre diodi diversi con la loro uscita misurata da un multimetro digitale (Simpson) sia con carico di 10 K sia con carico di 1 M e con spianamento con condensatori del valore di 10nF.
I risultati di queste misure non corrispondono a quanto ci si aspettava dalla lettura dei dati disponibili sui relativi data sheet,
La linearità con la frequenza è ottima per tutti e tre i tipi (ondulazione ± 2 % tra 100KHz e 36 MHz) ma per quanto riguarda la caduta di tensione nei diodi il risultato delle misure è quello riportato nella seg. Tabella.
(Tenere presente che le misure sono state eseguite su un solo esemplare e quindi vanno interpretate come valori tipici )

Tipo di diodo                       BAT 43               1n4148               1n5711
Carico 10 KΩ                      353mV               730mV                493mV
Carico 1MΩ                        160mV               484mV                285mV

Il BAT 43 è risultato il migliore dei tre. Come giustificare tale discordanza con i data sheets ? Ebbene ,quando esaminiamo le curve dei diodi non teniamo conto del fatto che la presenza del condensatore determina una circolazione di corrente per una parte ridottissima del ciclo e quindi la corrente di picco è molto più elevata del valore medio che si ricava misurando la tensione sul condensatore diviso per la resistenza di carico. Ebbene il diodo BAT 43 avendo un valore del” repetitive peak forward current di 500mA ed una forward continuous corrent di 200 mA contro 15 mA del 1n5711 evidentemente ha una soglia minore quando la si misura a valori di corrente di picco più elevate rispetto ai valori medi..
In conclusione quando i diodi sono usati nel campo delle frequenze fino al oltre 30 MHz per applicazioni che comportino lo spianamento della tensione mediante capacità il migliore diodo è il modello BAT 43 (tener presente la tensione inversa max di 21 V) reperibile facilmente sul mercato ad un prezzo molto competitivo.
Per coloro che lavorano su frequenza oltre i 70 cm si deve tener conto delle capacità che sono molto diverse tra loro . Ad 1 MHz abbiamo 2pF max per 1N5711 ; 10 pF typ per BAT 43 e 4 pF max per 1N4148.
Vedrò se potrò estendere le precedenti misure almeno a 145 e 430 MHz e le renderò note.

Nota 1-Quando si usa un trasformatore toroidale per la misura della corrente deve essere scelto un materiale a basse perdite per il nucleo in polvere di ferro (serie rossa della Amidon ). Il numero di spire deve essere scelto in funzione della frequenza minima di funzionamento in modo tale che l’impedenza (ωL ) risulti almeno tre volte il valore della resistenza di terminazione del secondario)
Nel mio caso ho realizzato l’avvolgimento con 31 spire e quindi la corrente secondaria è uguale a quella sul carico divisa per 31. Avendo terminato l’avvolgimento su una resistenza di 50 Ω ,la corrispondente tensione sul BNC è V=Ic*50/31.
Nel caso di rettificazione con diodo è Vp=Veff=1,4142*Ic*50/31 –la caduta sul diodo.

I0apn/Roma 4/02/2015

Comments are closed.