SPert1200HYDRO i SPert2000+HYDRO Wzmacniacze chłodzone wodą

Jednym z podstawowych problemów w konstrukcji wzmacniacza mocy, nie tylko radioamatorskiego, jest odpowiednie odprowadzenie od tranzystora wydzielającego się z niego podczas pracy ciepła. Nagrzewanie się elementów czynnych wzmacniacza spowodowane jest niestety brakiem stuprocentowej sprawności elementów, co oznacza że całkowita moc wydzielona w tranzystorze mocy (w dużym uproszczeniu) to suma mocy wyjściowej w.cz.(tej dla nas dobrej) i mocy traconej na ciepło (tej nieporządnej), którą musimy od tranzystora odprowadzić aby nie uległ zniszczeniu. Stosunek całkowitej mocy pobranej przez tranzystor do mocy oddanej jako moc w.cz (tej dobrej), nazywamy sprawnością tranzystora. Jeszcze niedawno, standardem była sprawność typowych bipolarnych tranzystorów mocy na poziomie 50%, czyli tranzystor pobierał dwa razy więcej mocy niż oddawał do anteny. Reszta tracona była na ciepło i musiała być odprowadzona przy pomocy radiatora, dodatkowo wychładzanego wymuszonym przez wentylatory obiegiem powietrza. Powierzchnia radiatorów, ilość wentylatorów, zapewnienie odpowiedniej cyrkulacji powietrza wewnątrz obudowy, wymuszały dość duże wymiary tych urządzeń, a efekty dodatkowe związane z pracą wiatraków i obiegiem powietrza wewnątrz obudowy, wytwarzały nieprzyjemny dla ucha hałas. W podobnej technologii chłodzenia wykonywaliśmy pierwsze nasze wzmacniacze z rodziny SPert1200 i SPert1200 DeLuxe. Było nam jednak o tyle łatwiej, że współcześnie stosowane tranzystory wykonane w technologii LDMOS, osiągają sprawność energetyczną na poziomie nie 50 %, a 75 %. Pozwoliło to zredukować dwukrotnie energię wydzielaną na ciepło (tą złą) i zwiększyć przez to sprawność chłodzenia przy zastosowaniu mniejszych gabarytów wzmacniacza w stosunku do starszych konstrukcji.

W walce o dalszą poprawę parametrów chłodzenia tranzystorów, z odsieczą przychodzi woda. W tym przypadku czynnikiem odbierającym ciepło z tranzystorów nie jest już powietrze, a doprowadzony maksymalnie blisko do tranzystora płynny czynnik chłodzący. W dużym skrócie będę nazywał go wodą, bo w znakomitej większości zawiera H2O, przy niewielkich ilościach substancji konserwujących wnętrze obiegu chłodzenia, obniżających temperaturę zamarzania i zapobiegających wytwarzaniu się glonów. Dlaczego jednak woda a nie inna substancja? Tu pomogła przyroda, dając nam w niewielkiej cenie wspaniałą substancję, posiadającą najwyższy parametr ze wszystkich dostępnych związków chemicznych, w postaci ciepła właściwego. Jest to parametr, który porównuje ilość energii dostarczonej do tej samej objętości poszczególnych ciał stałych jak i ciekłych i gazowych, potrzebnej do ich podgrzania o jednakową ilość jednostek temperatury. Woda stoi na czele tabeli tych substancji, wygrywając konkurencję z innymi gazami, cieczami, nawet metalami, jak aluminium, miedź, srebro czy złoto! Przekładając na popularny język, aby podgrzać od temperatury np. 10 stopni C do 20 stopni C tą samą objętość różnych gazów, metali lub cieczy, właśnie w przypadku wody należy użyć najwięcej energii. Skoro tak, to będzie ona idealnym czynnikiem stabilizującym temperaturę naszych tranzystorów. Praktyczne wykorzystanie wody jako czynnika chłodzącego w amatorskiej elektronice było do tej pory ograniczone możliwościami technicznymi. Dopiero w ostatnich latach stały się dostępne podzespoły do budowy takich instalacji, zdolne odprowadzać energię cieplną na poziomie ponad 500 watów i więcej.

Stosowana przez nas instalacja wodna do chłodzenia tranzystora BLF188XR, MRF1k5H lub podobnych w technice LDMOS, składa się takich głównych podzespołów jak: cichobieżna pompa wraz z naczyniem wyrównawczym, blok cieplny odbierający ciepło od tranzystora, chłodnica z wentylatorem oraz przewody łączące te podzespoły.. Od razu rzuca się w oczy analogia z układem chłodzenia silnika samochodowego. Jest niemal identycznie, tylko w mniejszej skali. Wyeliminowaliśmy w ten sposób wielki i ciężki aluminiowy radiator i cztery hałaśliwe małe wentylatory. Została zaprojektowana nowa obudowa o bardziej „radiowych” kształtach, estetyczniejsza od poprzedniej. Zrezygnowaliśmy z dużej ilości śrubek w obudowie, które nie wszystkim przypadały do gustu. Gniazdo USB przenieśliśmy do tyłu. Sercem wzmacniacza jest podobny, zmodernizowany lekko sterownik z kolorowym wyświetlaczem 3,5’, znanym z wersji DeLuxe. Nowa seria dostała nazwę „HYDRO”, dla łatwego skojarzenia ze sposobem chłodzenia. Praca z tym wzmacniaczem jest bardziej przyjemna, chłodzenie bardziej wydajne, przy niewielkim tylko poszumie wentylatorów.

Pozytywne doświadczenia z chłodzeniem wodnym, przekonały nas do stworzenia wzmacniacza o mocy ponad 2kW, zawierającego dwa takie moduły mocy jak w SPert1200 i SPert1200DeLuxe. Moduły są sterowane równolegle, ich moc jest sumowana w sumatorze indukcyjnym. Zastosowaliśmy w nim bardziej wydajna pompę oraz dwa razy większej powierzchni chłodnicę, przedmuchiwaną dwoma wentylatorami. Całość zmieściliśmy w niewiele większej obudowie niż dla wersji 1200W. Funkcjonalnie wzmacniacz ma podobne możliwości jak „mniejszy brat”, przy dwukrotnie większej mocy oddawanej do anteny.


Dane techniczne wzmacniaczy: Spert 1200 HYDRO SPert 2000+HYDRO
Moc wyjściowa 1200W CW/SSB 1100W 6m 2200W CW/SSB  1500W 6m
Zasilanie Sieć 230V Sieć 230V
Sprawność 73-75% 73-75%
Zakres częstotliwości 1,8 do 50 MHz 1,8 do 50 MHz
Przełączanie pasm automatyczne automatyczne
Moc sterująca 20W lub 4W 20W lub 4W
Max SWR anteny 1:2 lub więcej dla mniej mocy 1:2 lub więcej dla mniej mocy
Użyty tranzystor: 1x LDMOS BLF188XR 2x LDMOS MRF1k5H
Pobór mocy w stanie spoczynku 15W 20W
Max. pobór mocy 1,8 kW 3,2 kW
Wymiary 385x340x160 400x360x190
Waga 9,5 kg 18 kg
  • przed przekroczeniem mocy sterującej
  • przed przekroczeniem maksymalnej mocy wyjściowej
  • przed przekroczeniem dopuszczalnego współczynnika SWR anteny
  • przed przekroczeniem dopuszczalnej temperatury radiatora
  • aktualnego pasma
  • rodzaju działającego zabezpieczenia
  • mocy wyjściowej
  • poziomu mocy padającej i odbitej
  • aktualnej temperatury radiatora

SPert1200 – POBIERZ

SPert2000 – POBIERZ

SPertcontrol_ATU – POBIERZ