Preamplificador de bajo ruido de alta resistencia a 144MHz S53WW

Roberto S53WW je skvelý konštruktér zariadení na vkv. Na jeho stránkach nájdete napríklad aj popis sústavy antén na 2m vhodnej do contestov a kvalitného transvertoru Javornik 144/14MHz. Poprosil som ho o súhlas na preklad a publikovanie týchto článkov. Robi mi ho obratom zaslal, za čo mu patrí veľké ďakujem. Postupne Vám ich všetky prinesieme na www.CQ.sk Pero si no quieres esperar, visita su web. http://lea.radioaficionado.si/~s53ww/.

Introducción

Después de un análisis exhaustivo de varios preamplificadores para mi nuevo 144/14 MHz transvertidor Terminé quedándome con el Infeon BF998 MOS-FET. Tuve una muy buena experiencia con el antiguo BF-981, así que comencé a probar el BF998. Este transistor es barato, fácilmente disponible y tiene muy buenas características. No utilicé FET de GaAs porque son difíciles de conseguir y caros, y las diferencias son mínimas.

Del análisis del transversor quedó claro que determina la resistencia final de todo el conjunto. preamplificador (si usa un mezclador de +17dBm con una señal de oscilador de +20dBm y detrás de él un amplificador con salida IP3 > 36dBm y desprecia la resistencia KV TCVR)! Bien, los receptores comerciales de KV no deberían tener una resistencia deficiente (IP3 en < +15 dBm a +25 dBm, AOR-7030 a +30 dBm). En este caso, la salida IP3 debería estar al menos en este nivel (+30dBm). El ruido de los receptores KV se sitúa en el nivel de 16 dB, en el mejor de los casos alrededor de 13 dB.

Si estimamos que la pérdida en el cable coaxial ANT-XVRT es de aproximadamente 0,5 dB y requerimos una figura de ruido resultante de alrededor de 2,2 dB, encontramos que la ganancia XVRT debe ser de al menos 24 dB (con una figura de ruido de 1 dB). De ello se deduce que la entrada IP3 debe ser superior a +6 dBm (=30 dBm-24 dB). No es fácil cumplir con este requisito precisamente por el preamplificador.

Preamplificador de bajo ruido con combinación en paralelo n veces BF998

El intento de equipar el preamplificador original con un nuevo BF998 no produjo mejoras significativas. Obtuvo ganancias 26,5dB, número de ruido 0,8dB, P1dB 17 dBm e IP3 en 0dBm. No son malos valores, pero podrían haber sido mejores.

La primera imagen muestra una conexión común de un preamplificador con dos bases. MOSFET con el máximo beneficio en mente. Idss se establece en el nivel de ruido mínimo (Idss se da en el rango de 2 a 18 mA; normalmente está entre 10 y 15 mA). La bobina de entrada L1 está enrollada en un diámetro de 5 mm con alambre AgCu de 1,0 mm; tiene 6 vueltas con una longitud de bobinado de 11 mm. Debe colocarse al menos a 2 mm del suelo y al menos a 10 mm de las partes metálicas de la caja. Los recortadores de capacitancia deben ser de buena calidad. Los diodos (Infineon BAR63-04 o BAR64-04 o BAR14-1) sirven para proteger el MOSFET. Casi no tienen efecto sobre el factor de ruido ni sobre la resistencia, siendo deseable su consumo en condiciones reales. La parte más crítica es transformador TR1: debe enrollarse sobre un núcleo de dos orificios de tamaño A7 fabricado con material U17 (Epcos, anteriormente Siemens&Matshushita). Se pueden utilizar materiales de otros fabricantes con respecto a la degradación de ganancia y P1dB. Siempre es mejor que un autotransformador con 6 vueltas (=2×3) del devanado primario y una rama en la segunda vuelta desde el extremo frío (en la práctica, primero se enrollan 4 vueltas, se crea una rama girando los cables y se enrollan 2 vueltas más). Los cables TR1 deben acortarse a 5 mm y tenderse cerca de tierra en la placa de circuito impreso; de lo contrario, pueden producirse oscilaciones a altas frecuencias.

Mientras experimentaba, encontré una conexión FET interesante (utilizada en amplificadores NF), donde dos FET idénticos conectados en paralelo tienen menos ruido que uno. Entonces, si selecciona otro BF998 (debe tener el mismo Idss, debe estar seleccionado), puede obtener hasta el valor 0,6dB NF, beneficio 26,5dB y la misma o peor (!?) entrada IP3. El problema con IP3 se puede solucionar adaptando la salida de forma más adecuada: en lugar de un transformador con una relación de 3:1, usaremos uno de 2:1. De esta forma conseguimos +28,5dBm de potencia IP3 (P1dB es +19dBm). El encendido general del LNA n veces BF998 se muestra en la siguiente imagen (los valores alcanzados se enumeran en la tabla).

Por supuesto, también probé cuatro BF998 (quién no lo haría): la cifra de ruido se reduce a 0,5 dB, la ganancia permanece 26,5dB (cuando se establece en la figura de ruido mínima) y la salida IP3 es +34 dBm. Para lograr este valor IP3, es necesario cambiar la relación TR1 a 1,3:1. El ramal L1 está en el medio del devanado (en la tercera vuelta). En el primer intento, el amplificador osciló por encima de los 3,5 GHz, pero esto no afectó a los 2 m. Intenté colocar un par de transistores a cada lado de la PCB conectados mediante cables cortos y circuitos de polarización G2 separados (la disposición de los componentes y el condensador de bloqueo es fundamental). Después de esta modificación, la oscilación desapareció, pero me gustaría señalar que todas las conexiones son estables sólo bajo ciertas condiciones. La disposición de las piezas es crítico, especialmente para el condensador de bloqueo de 1nF.

Diagrama de circuito del preamplificador n veces BF998 (similar al BF998 único). Los valores de los componentes variables se pueden encontrar en la tabla. El ajuste de entrada y salida también es diferente (ver texto). El material del transformador es el mismo que en el caso anterior, al utilizar varios BF998 recomiendo el tamaño A4. Podemos sintonizar los preamplificadores sin tecnología de medición con un pequeño truco para lograr la figura de ruido mínima: los sintonizamos a la ganancia máxima a 136 MHz (la figura de ruido apenas cambia en un rango amplio).

Puedes descargar el diagrama del circuito aquí ftp://lea.radioaficionado.si/pub/vhfct/lnaa2.zip.

LNA push-pull con BF998

El amplificador push-pull es comparable en ganancia a un amplificador simple de dos etapas, y el IP3 es aproximadamente 3 dB mejor que el diseño paralelo. Así que intenté conectar un par de BF998 en contrafase. Los primeros resultados fueron excelentes: IP3 fue de +6 dBm (P1dB +23 dBm), ¡pero el factor de ruido fue de al menos 1,3 dB! Después de cambiar el circuito de entrada, logré la figura de ruido. 0,9-1,0 dB, salida IP3 32,5 dBm en una ganancia 26,5dB (establecido en figura de ruido mínima). La conexión resultante es la conexión de dos amplificadores de una etapa según la primera imagen.

Conexión push-pull de dos BF998. La bobina de entrada L1 está enrollada sobre un diámetro de 11 mm con un alambre de AgCu de 1,0 mm; tiene 4 vueltas y la longitud de bobinado es de 7 mm. La bobina de acoplamiento tiene 1 vuelta del mismo diámetro que el alambre de Cu esmaltado L1 para que no pueda provocar un cortocircuito en L1. Los transformadores TR1 y TR2 están hechos del mismo material que un LNA simple (tamaño A7, material U17, Epcos). El transformador de salida TR2 tiene dos devanados bifilares.

Luego probé la conexión push-pull de cuatro BF998. La intención era conseguir IP3 en alrededor de +9 dBm con un factor de ruido de aproximadamente 0,8 dB. Aunque logré IP3 como esperaba, no estaba en mi poder lograr la cifra de ruido deseada. Esto todavía era superior a 1,3 dB, lo que me pareció inapropiado para el XVRT. Sin embargo, este valor puede ser adecuado para otros fines, pero aún requiere experimentación.

Aviso:
Estos preamplificadores no son adecuados para conexión directa delante del receptor o transversor porque tienen una ganancia muy alta. Su uso efectivo (aunque no recomiendo el uso de preamplificadores) es posible con un elemento de atenuación en su salida, que reducirá la ganancia. En la mayoría de los casos, una ganancia de 6 a 10 dB es suficiente para un preamplificador si realmente es necesario utilizarlo. Con un elemento de atenuación de -20 dB, la cifra de ruido general se deteriora de 0,5/0,6/0,8 dB a 1,3/1,4/1,5 dB. Con un elemento de atenuación de -16 dB, la cifra de ruido general se deteriora de 0,5/0,6/0,8 dB a 0,8/0,9/1,1 dB. Así que te recomiendo usar un atenuador de -16dB después del preamplificador (los valores de la celda pi son 68 ohmios a tierra y 150 ohmios entre ellos).

Para VHF de alta calidad y preamplificadores superiores, consulte el sitio YU1AW de Dragan: www.QSL.net/yu1aw/low_noise.htm.

En septiembre de 2002, había construido seis preamplificadores con un factor de ruido de 0,5-0,6 dB (BF998 Philips, denominado Mop) y tres con un factor de ruido de 0,8-0,9 dB (BF998 Infeon, denominado Mos). La mala noticia es que Epcos ha dejado de distribuir material U17 y es muy difícil conseguir núcleos de doble orificio U17/A4. Aún no se conoce su reemplazo, pero se pueden utilizar núcleos de un tamaño similar hechos de material con una permeabilidad entre 20-30...

Después de medir nueve preamplificadores, recomiendo una forma sencilla de ajustar el LNA 4xBF998 al mínimo ruido: sintonizar el trimmer C a beneficio máximo, luego aumente su capacidad hasta obtener ganancias no baja 1dB! La sintonización no es crítica, el circuito de entrada es de banda ancha al configurar el NF mínimo (aproximadamente 10 MHz).

Robi, S53WW
http://lea.radioaficionado.si/~s53ww/
Traducido y adaptado con autorización del autor Viliam, OM3-0122.