2005/06/03 2008/10/15up

私のHPにブースターの出力についての書き込みがありました。その内容は、CBのブースタについて送信電力についてサバ読みが多いというものでした。そこでなにが本当なのか？を確認してみましょう。

←HL200E まずこのブースタはみたことがあるでしょう。そう東京ハイパワーのHL-200Eです。 内部を見ると、THP１００というトランジスタが２つはいっています。 実際にこのアンプを接続して送信すると５−６ｗを入力させることによる出力が１００ｗが得られます。 ところがなぜかこのブースターには　２００という文字が型番にあるので、２００ｗが出力されると思っている人が多いのも事実です。よく解釈すれば２００Wｐ−ｐということでしょうか？(笑） さらに入力をあげていくとパワーは増えますがキャリアで１５０W程度で飽和し、 それ以上パワーは出ません。

２SC2510

CB用のブースタの定番は東芝の２SC2510でしょう。PC＝250Wを誇る事実上の１番出力が出るトランジスタです。このトランジスタを使って27MHZのブースタを製作する場合どのように行われるのかを紹介していきたいとおもいます。

　このトランジスタの規格に注目してください

VCC＝28Vで　Pin7W→Po150Wpep　とあります。

これは「電源電圧２８ｖの時に７Wを入れると150Wにすることができるもの」と考えればいいでしょう。

通常CB無線機の出力は４ｗが標準です。７Wを入力すれば１５０ｗ出る２SC2510で」あっても

CB無線機から４ｗ程度を入力したところで出力は８０ｗくらいにしかなりません。

実際の回路では、入力にマッチング回路などが入りますので、ドライブ電力は10ｗくらいが必要になり、１０ｗを入力すると、ちょうどいい具合で、出力も150W−160ｗくらいがキャリアで得られます。

　しかし、これは、VCC＝２８Vの時であり、トラックなどで利用する場合の電圧はDC24Vと定格の85％くらいであり、実際の２４Vでは120ｗ−130ｗというのがせいぜいのところなのです。

ここから先は、大甘くみて７ｗの電力が１５０ｗに増幅することができる石として話を続けていきます。

←イメージ

上の図　のように７Wが１５０ｗになるというイメージを想像してください。

電源電圧が定格どおりの２８ｖを加えます。　電流は約８A流れることから

入力電力は約224ｗであり、能率は約６６％　（電源電圧に対する実際に送信されるまでの差）という計算で

たいへんよく作動していることになります。

７Wの送信電力が１５０ｗになるということは約２０倍に増幅していることになります。

この２０倍というのもよく覚えておいてください。

１Wなら２０W　

２Wなら４０W　

といように比例してパワーが伸びていいきます。

しかし、この伸びは７Wを入れれて１４０Wが出力されますが、

１０Wを入れても２００Wは出力されません。

パワーが多くなると増幅率は下がってしまうのです。

HL-400J

２SC2510は単体で使われることは少なく、プッシュプルアンプとして使用されています。プッシュプルアンプとは

信号の上下を別々にトランジスタで増幅するという仕組みで東京ハイパワーのHL４００Jなどがこの方式です。

△HL400J

この場合はトランジスタ２つになるので、出力は倍の（１５０ｗ×２）＝３００Wになるのですが、

この時に、トランジスタを２つあるためには、入力電力は７ｗの倍の１４ｗ入れなければ３００ｗは出力されません。

回路によっても差がありますが、トランジスタが２つになった場合、入力電力も倍なければいけないということになります。

△トランジスタ２つの場合（ＨＬ−４００Ｊ）などはこのようになっている

実際は入力を２分配するときに少なからずとも分配のためのロスが生じます。これが分配ロスというものです、ロスは回路によってさまざまですが、まあ、１０％くらいロスすると考えると、正しい入力電力として15.4ｗ必要になります。さら出力回路にも電力の合成回路が必要になります。たとえば両方のトランジスタが300ｗ出ているとするとやはりロスが発生し、約280ｗ程度になってしまうのです。

このようにせっかくのトランジスタでも分配　合成のロス、さらには、VCCが28ｖにもかかわらず、バッテリー電圧は２４Vしかないわけですから、そのままでは実際には280ｗどころか２００ｗ越えくらいになってしまうのです。

つまりHL400Jは１０Wを入れたとしてもまあ２００W程度のキャリアしか出力されないということになります。

HL-800Jの中身

２SC2510×２個であっても24Ｖで作動をさせる限り、２００ちょいしかパワーが出ないのはわかったとおもいます。ここではまたまた大甘いみて250ｗが出力されると考えてみます。2510のプッシュプルアンプを２台合成することにより250ｗ×２＝500ｗ電力を作り出すことが出来ないでしょうか？

　東京ハイパワーでいうとことのＨＬ８００Ｊですが、この構成にすると、入力電力がなんと33.8ｗも必要になります。こうなるとCB無線機の出力電力だけでは不足しますので、中押しという回路が必要になってきます。

このように連結していった場合。入力に33.8Wの電力が必要になります。

そのため入力電力を４Wを３３．８ｗの電力にする中押し回路が必要になります。

残念なことにこのような中途半端な電力にするトランジスタはないので、実際には２SC2510を

ドライバーに利用します。当然１つあたり150Wにもなりますので、中間にアッテネータを接続して

パワーを調整しています。

リニアを見てみると、入力に中押しの回路があって、入力された電力を３０Ｗや４０Ｗに増幅し、

それでプッシュプルアンプを押すという回路です。

このようにどんどん増やしていくことが可能であり、上記の８発のアンプをもう１台用意すれば、

２SC2510　ファイナル１６発で　約1.5ｋｗ　28V＝90A（2520W）n（能率）＝70％のアンプが出来上がります。

一般的に１７発使用のブースタはこの形式です。

電流流と出力の関係

高周波増幅アンプを製作する上で欠かせないのは、消費電流です。２２Ｓ2510を１つ使って150ｗのアンプを作る場合、ＤＣ28ＶでIC20Aが定格です。これを絶対最大定格といい、これを越えて使用することができないという定格です、これを越えて使用した場合、何が起きてもおかしくはありません。

PC250ｗ　を守るとすると、DC２８Vで約９A　DC24Vで10A　以下で使用しないとトランジスタは壊れてしまいます。これを図にすると下記のようになり、電圧が低いほうがたくさん電流が流すことができます電源電圧を１２．５Vまで下げるとICは２０Aまで増えますPCもICも規格内で利用するという条件が重ねて作動をさせなければなりません。

IC20Aのトランジスタに対して適当な放熱器につけたて２０Aの電流を流せば秒間の間に１００度くらいになってしまいますので、IC２０Aで２０Aは流せません。通常はICもPCもその６０％程度で使うのが普通で、結果的に

通常トランジスタの能率は６０％程度で計算をしますので、PC　250ｗ　×６割　＝150ｗ　

で設計を行うというのが普通です。つまり

この原則が成り立ちます。式を変形すると

出力電力÷0.6÷電源電圧となります。

10Kwのアンプ

たとえばこのように２SC2510をたくさんつないで出力１０ｋWのアンプは作れないわけではありません。

2510を50個つなげばキャリアで１０Kは出力されます。

このときドライブ電力は５００W程度必要になり、５００Wを出力するためにさらに２５１０を１６個必要になり、それをドライブするために

１つの2510が必要になります。

つまり67個です。　DC24Vで　約800Aの程度の電流が必要になります。

ちなみにこの電流を流すには回路インピーダンスは0.03Ωになり、10ｍ引き伸ばすには断面積が８cm以上太さの電線が必要になります。

放熱問題

先の能率60％のうち４０％は熱に変換されます。つまり１０ｋｗを出力した場合。4ｋｗが熱に変換されます。この4ｋｗの熱処理をどうするのか？　というのが問題です。当然、アルミの放熱器ではあっという間に熱くなりますし、銅板でも放熱が追いつくわけがありません。車の中に4ｗの電気ストーブをつけぱなしにするという状況がいかにすごいことかと思いませんか？

アベレージ表示とpep表示

ＡＭは無変調という搬送波に音声の情報が上下に変化することによって送信されます。

そのためAMの送信出力は、本来なばキャリア電力の４倍の能力が無ければ送信できません。

アマチュア無線機の１００ｗ無線機のAMの送信電力が２５Wなのは、このＡＭの搬送波のピーク電力がキャリアの４倍必要だからです。

たとえば１００ｗのアマチュア無線機でAMで１００Wを搬送波（キャリア）出してしまうと、それには正しいＡＭ変調がかかりませんし、仮に正しく変調を加えると、そのピーク電力は４００ｗにもなります。

そのため１００ｗのアマチュアS無線機ではAMキャリアは２５ｗしか出せなません。

普通AMの出力はキャリア電力表現されることが普通なのですが、なにを勘違いしたのか、

pep表示で行う販売店があるようで　１００ｗしか出せないブースターを４００ｗ

などと表示しています。リニアを購入するときは十分に注意したほうがいいと思います。