Przedwzmacniacz niskoszumowy o wysokiej rezystancji, 144 MHz S53WW

Roberta S53WW je skvelý konštruktér zariadení na wkw. 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 Jeśli nie chcesz czekać, odwiedź jego stronę internetową http://lea.Radio szynkowe.si/~s53ww/.

Wstęp

Po dokładnej analizie różnych przedwzmacniaczy dla mojego nowego 144/14 MHz transwerter Skończyło się na tym, że zostałem przy Infeonie BF998 MOS-FET. Miałem bardzo dobre doświadczenia ze starym BF-981, więc zacząłem testować BF998. Tranzystor ten jest tani, łatwo dostępny i ma bardzo dobre właściwości. Nie użyłem tranzystorów FET GaAs, ponieważ są one trudno dostępne i drogie, a różnice są minimalne.

Z analizy transwertera wynikało, że od niego zależy ostateczny opór całego układu przedwzmacniacz (jeśli używasz miksera +17dBm z sygnałem oscylatora +20dBm i za nim wzmacniacza z wyjściem IP3 > 36dBm i pomijasz rezystancję KV TCVR)! OK, komercyjne odbiorniki KV nie powinny mieć słabej rezystancji (IP3 w < +15dBm do +25dBm, AOR-7030 do +30dBm). W takim przypadku wyjście IP3 powinno być przynajmniej na tym poziomie (+30dBm). Szum odbiorników KV kształtuje się na poziomie 16dB, w najlepszym przypadku około 13dB.

Jeśli oszacujemy stratę w kablu koncentrycznym ANT-XVRT na około 0,5 dB i uzyskamy współczynnik szumów na poziomie około 2,2 dB, okaże się, że wzmocnienie XVRT musi wynosić co najmniej 24 dB (przy współczynniku szumów 1 dB). Wynika z tego, że wejście IP3 musi być większe niż +6dBm (=30dBm-24dB). Spełnienie tego wymagania nie jest łatwe właśnie ze względu na przedwzmacniacz.

Niskoszumowy przedwzmacniacz z kombinacją równoległą n razy BF998

Próba zamontowania oryginalnego przedwzmacniacza w nowym BF998 nie przyniosła znaczącej poprawy. Zarobił 26,5 dB, liczba szumów 0,8 dB, P1dB 17 dBm i IP3 w 0 dBm. Nie są to złe wartości, ale mogły być lepsze.

Na pierwszym zdjęciu widać wspólne połączenie przedwzmacniacza z dwubazową MOSFET z myślą o maksymalnym zysku. Idss ustawiamy na minimalny poziom szumów (Idss podawany jest w zakresie od 2 do 18mA - najczęściej jest to od 10 do 15mA). Cewka wejściowa L1 nawinięta jest drutem AgCu o średnicy 5 mm o średnicy 1,0 mm; ma 6 zwojów o długości uzwojenia 11 mm. Należy go umieścić co najmniej 2 mm nad podłożem i co najmniej 10 mm od metalowych części puszki. Trymery pojemnościowe muszą być dobrej jakości. Diody (Infineon BAR63-04 lub BAR64-04 lub BAR14-1) służą do ochrony MOSFET-u. Nie mają prawie żadnego wpływu na współczynnik szumów ani rezystancję, pożądane jest ich zużycie w rzeczywistych warunkach. Najbardziej krytyczna część to transformator TR1: należy nawinąć na dwuotworowy rdzeń o rozmiarze A7 wykonany z materiału U17 (Epcos, dawniej Siemens&Matshushita). Można stosować materiały innych producentów ze względu na degradację wzmocnienia i P1dB. Nawijamy dwa zwoje trójfilarowo - zawsze to lepsze niż autotransformator z 6 zwojami (=2×3) uzwojenia pierwotnego i odgałęzieniem na drugim zwoju od zimnego końca (w praktyce najpierw nawija się 4 zwoje, przez skręcenie drutów tworzy się odgałęzienie i nawija się jeszcze 2 zwoje). Przewody TR1 należy skrócić do 5 mm i poprowadzić blisko masy na płytce drukowanej, w przeciwnym razie mogą wystąpić oscylacje przy wysokich częstotliwościach.

Eksperymentując, znalazłem ciekawe połączenie FET (stosowane we wzmacniaczach NF), gdzie dwa identyczne tranzystory FET połączone równolegle mają niższy poziom szumów niż jeden! Jeśli więc wybierzesz inny BF998 (musi mieć ten sam identyfikator, musi zostać wybrany), możesz uzyskać wartość 0,6 dB NF, zysk 26,5 dB i takie samo lub gorsze (!?) IP3 in. Problem z IP3 można rozwiązać dostosowując odpowiednio wyjście - zamiast transformatora o przekładni 3:1 zastosujemy 2:1. W ten sposób osiągamy +28,5dBm mocy IP3 (P1dB to +19dBm). Ogólne włączenie LNA n razy BF998 pokazano na następnym zdjęciu (osiągnięte wartości podano w tabeli).

Oczywiście wypróbowałem też cztery BF998 (które by tego nie zrobiły) - współczynnik szumów jest zredukowany do 0,5dB, zysk pozostaje 26,5 dB (przy ustawieniu minimalnego współczynnika szumów), a wyjście IP3 to +34dBm. Aby osiągnąć tę wartość IP3, należy zmienić współczynnik TR1 na 1,3:1. Odgałęzienie L1 znajduje się pośrodku uzwojenia (na trzecim zwoju). Przy pierwszej próbie wzmacniacz oscylował powyżej 3,5GHz, ale nie miało to wpływu na 2m. Próbowałem umieścić parę tranzystorów po obu stronach płytki drukowanej, połączonych krótkimi przewodami i oddzielnymi obwodami polaryzacji G2 (układ komponentów i kondensator blokujący mają kluczowe znaczenie). Po tej modyfikacji oscylacje zniknęły, ale zaznaczam, że wszystkie połączenia są stabilne tylko pod pewnymi warunkami. Układ części jest krytyczny, zwłaszcza dla kondensatora blokującego 1nF.

Schemat obwodu przedwzmacniacza n razy BF998 (podobnie jak pojedynczy BF998). Wartości zmiennych składników można znaleźć w tabeli. Regulacja wejścia i wyjścia jest również inna (patrz tekst). Materiał transformatora jest taki sam jak w poprzednim przypadku, przy zastosowaniu kilku BF998 polecam format A4. Przedwzmacniacze bez technologii pomiarowej możemy dostroić za pomocą małego triku do minimalnego współczynnika szumów: dostrajamy je do maksymalnego wzmocnienia przy 136 MHz (współczynnik szumów prawie nie zmienia się w szerokim zakresie).

Schemat obwodu można pobrać tutaj ftp://lea.Radio szynkowe.si/pub/vhfct/lnaa2.zip.

LNA typu push-pull z BF998

Wzmacniacz push-pull ma porównywalne wzmocnienie z dwustopniowym prostym wzmacniaczem, a stopień ochrony IP3 jest o około 3 dB lepszy niż konstrukcja równoległa. Próbowałem więc podłączyć parę BF998 w trybie push-pull. Pierwsze wyniki były doskonałe: IP3 wyniósł +6 dBm (P1dB +23 dBm), ale współczynnik szumów wyniósł co najmniej 1,3 dB! Po zmianie obwodu wejściowego osiągnąłem współczynnik szumów 0,9-1,0 dB, wyjście IP3 32,5 dBm z zyskiem 26,5 dB (ustawiony na minimalny współczynnik szumów). Powstałe połączenie to połączenie dwóch wzmacniaczy jednostopniowych zgodnie z pierwszym rysunkiem.

Połączenie push-pull dwóch BF998. Cewka wejściowa L1 jest nawinięta na drut o średnicy 11 mm AgCu o średnicy 1,0 mm; ma 4 zwoje, a długość uzwojenia wynosi 7 mm. Cewka sprzęgająca ma 1 zwój na tej samej średnicy co emaliowany drut Cu L1, więc nie może spowodować zwarcia L1. Transformatory TR1 i TR2 są wykonane z tego samego materiału co zwykły LNA (rozmiar A7, materiał U17, Epcos). Transformator wyjściowy TR2 ma dwa uzwojenia bifilarne.

Następnie wypróbowałem połączenie push-pull czterech BF998. Zamiarem było uzyskanie IP3 w okolicach +9dBm przy współczynniku szumów około 0,8dB. Mimo że osiągnąłem IP3 zgodnie z oczekiwaniami, osiągnięcie pożądanego współczynnika szumów nie było w mojej mocy. Było to wciąż więcej niż 1,3 dB, co uznałem za nieodpowiednie dla XVRT. Jednak wartość ta może nadawać się do innych celów, nadal wymaga eksperymentów.

Ogłoszenie:
Te przedwzmacniacze nie nadają się do bezpośredniego podłączenia przed odbiornikiem lub transwerterem, ponieważ mają bardzo duże wzmocnienie. Efektywne ich wykorzystanie (choć nie polecam stosowania przedwzmacniaczy) jest możliwe dzięki zastosowaniu na ich wyjściu elementu tłumiącego, który zmniejszy wzmocnienie. W większości przypadków wzmocnienie 6-10dB jest wystarczające dla przedwzmacniacza, jeśli rzeczywiście musi on zostać użyty. Przy elemencie tłumiącym -20 dB ogólny współczynnik szumów pogarsza się z 0,5/0,6/0,8 dB do 1,3/1,4/1,5 dB. Przy elemencie tłumiącym -16 dB ogólny współczynnik szumów pogarsza się z 0,5/0,6/0,8 dB do 0,8/0,9/1,1 dB. Dlatego polecam zastosować tłumik -16dB za przedwzmacniaczem (wartości ogniwa pi wynoszą 68 omów do masy i 150 omów między nimi).

Aby uzyskać wysokiej jakości przedwzmacniacze VHF i wyższe, odwiedź stronę Dragana YU1AW: www.QSL.net/yu1aw/low_noise.htm.

Do września 2002 roku zbudowałem sześć przedwzmacniaczy o współczynniku szumów 0,5–0,6 dB (BF998 Philips, oznaczony jako Mop) i trzy o współczynniku szumów 0,8–0,9 dB (BF998 Infeon, oznaczony jako Mos). Zła wiadomość jest taka, że ​​firma Epcos zaprzestała dystrybucji materiału U17 i bardzo trudno jest uzyskać dwuotworowe rdzenie U17/A4. Ich zamienniki nie są jeszcze znane, ale nadają się do użytku rdzenie o podobnych rozmiarach, wykonane z materiału o przepuszczalności pomiędzy 20-30...

Po zmierzeniu dziewięciu przedwzmacniaczy polecam prosty sposób na wyregulowanie LNA 4xBF998 do minimalnego poziomu szumów: dostrój trymer C do maksymalny zysk, a następnie zwiększaj jego pojemność aż do osiągnięcia zysku nie spada o 1dB! Strojenie nie jest krytyczne, obwód wejściowy jest szerokopasmowy przy ustawianiu minimalnej NF (około 10 MHz).

Robi, S53WW
http://lea.Radio szynkowe.si/~s53ww/
Przetłumaczone i zaadaptowane za zgodą autora Viliama, OM3-0122