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

Wstęp

Po dôkladnej analýze rôznych predzosilňovačov pre môj nový 144/14 MHz transvertor 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, 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.

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, 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: 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.

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 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, 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.

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 0,9-1,0dB, IP3 out 32,5dBm pri zisku 26,5dB (nastavenie na minimálne šumové číslo). Výsledné zapojenie je spojením dvoch jednostupňových zosilovačov podľa prvého obrázka.

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 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.Radio szynkowe.si/~s53ww/
Przetłumaczone i zaadaptowane za zgodą autora Viliama, OM3-0122