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 . Ak sa Vám ale nechce čakať, navštívte jeho stránky http://lea.radioaficionado.si/~s53ww/.

Introducción

Po dôkladnej analýze rôznych predzosilňovačov pre môj nový 144/14 MHz transvertor 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)! OK, komerčné KV prijímače by nemali mať odolnosť zlú (IP3 in < +15dBm až +25dBm, AOR-7030 až +30dBm). V tomto prípade má byť IP3 out minimálne na tejto úrovni (+30dBm). Šum KV prijímačov sa pohybuje na úrovni 16dB, v lepšom prípade okolo 13dB.

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 26,5 dB, šumové číslo 0,8 dB, P1dB 17 dBm a IP3 in 0 dBm. Nie sú to zlé hodnoty, ale mohli byť aj lepšie.

Na prvom obrázku je bežné zapojenie predzosilňovača s dvojbázovým MOSFET s ohľadom na maximálny zisk. Idss sa nastavuje na minimálnu úroveň šumu (Idss je udávaný v rozsahu 2 až 18mA – zvyčajne býva medzi 10 až 15mA). Vstupná cievka L1 je vinutá na priemere 5mm 1,0mm AgCu drôtom; má 6 závitov s dĺžkou vinutia 11mm. Mala by byť umiestnená minimálne 2mm nad zemou a prinajmenšom 10 mm od kovových častí krabičky. Kapacitné trimre musia byť kvalitné. Diódy (Infineon BAR63-04 nebo BAR64-04 nebo BAR14-1) slúžia na ochranu MOSFET. Nemajú takmer žiadny vplyv na šumové číslo ani odolnosť, ich požitie v reálnych podmienkach je žiadúce. Najkritickejšou časťou je transformátor 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.

Pri experimentovaní som našiel zaujímavé zapojenie FET (používané v NF zosilňovačoch), kde paralelne spojené dva identické FET-y majú nižší šum ako jeden! Takže ak vyberiete ďalšiu BF998 (musí mať rovnaký Idss, nutné vybrať), môžete sa dostať až na hodnotu 0,6dB NF, zisku 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 0,5dB, zisk ostáva 26,5dB (pri nastavení na minimálne šumové číslo) a IP3 out je +34dBm. Na dosihnutie tejto hodnoty IP3 je nutné zmeniť pomer TR1 na 1,3:1. Odbočka L1 je v strede vinutia (na treťom závite). Pri prvom pokuse zosilňovač zakmitával nad 3,5GHz, čo ale nevplývalo na 2m. Vyskúšal som umiestniť po dvojici tranzistorov na každú stranu plošného spoja prepojených krátkymi drôtikmi a oddelenými obvodmi predpätia G2 (rozmiestnenie súčiastok a blokovacieho kondenzátora je kritické). Po tejto úprave kmitanie zmizlo, ale rád by som poznamenal, že všetky zapojenia sú iba za určitých podmienok stabilné. Rozmiestnenie súčiastok je kritické, najmä sa to týka blokovacieho kondenzátora 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. 0,9-1,0dB, IP3 out 32,5dBm pri zisku 26,5dB (nastavenie na minimálne šumové číslo). Výsledné zapojenie je spojením dvoch jednostupňových zosilovačov podľa prvého obrázka.

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 maximálny zisk, potom zvyšujte jeho kapacitu, kým zisk nepoklesne o 1dB! Naladenie nie je kritické, vstupný obvod je širokopásmový pri nastavovaní minimálneho NF (asi 10 MHz).

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