Pri používaní špeciálnych prijímacích antén na nízkych KV pásmach sa rádioamatéri často stretávajú s problémom nízkej úrovne prijímaného signálu. Antény typu beverage, Flag, Pennant, EWE alebo K9AY poskytujú výborné smerové vlastnosti a výrazne potláčajú rušenie, ich výstupná úroveň je však podstatne nižšia ako pri klasických vysielacích anténach. Práve pre tieto aplikácie vznikol Predzosilňovač W7IUV od Larryho Molitora, ktorý sa za roky používania stal jedným z najznámejších nízkofrekvenčných predzosilňovačov pre DX príjem na pásmach 160 m a 80 m.
V článku sa dočítate
Prečo sa používajú predzosilňovače na KV
Mnohí rádioamatéri si kladú otázku, či má predzosilňovač na krátkych vlnách vôbec význam. Moderné transceivery sú spravidla dostatočne citlivé a ich vlastný šum býva nižší ako externý šum zachytený anténou. Situácia sa však mení pri použití prijímacích antén s veľmi nízkym ziskom alebo pri dlhých napájacích vedeniach.
Predzosilňovač v takom prípade nepracuje preto, aby „vytváral“ nové signály. Jeho úlohou je zvýšiť úroveň prijatého signálu ešte pred stratami v koaxiálnom vedení alebo pred vstupom do prijímača. Zároveň musí mať dostatočne nízke šumové číslo, aby nezhoršil odstup signálu od šumu. Dôležitejšia než samotné šumové číslo je však na nízkych pásmach schopnosť spracovať veľmi silné signály bez vzniku intermodulácie. Atmosférický šum, priemyselné rušenie a silné rozhlasové vysielače vytvárajú na vstupe prijímača podmienky, ktoré dokážu zahltiť nekvalitný predzosilňovač.
Práve preto Larry W7IUV už v pôvodnej dokumentácii zdôrazňuje, že najdôležitejším parametrom predzosilňovača pre pásmo 160 m nie je šumové číslo, ale hodnota OIP3, teda výstupný intercept tretieho rádu. Tá určuje odolnosť voči intermodulačným produktom vznikajúcim pri prítomnosti silných mimo-pásmových signálov.
Unikátne vlastnosti koncepcie W7IUV
Predzosilňovač W7IUV vznikol ako výsledok dlhoročného vývoja určeného pre DX prevádzku na 160 m. Autor postupne opustil riešenia využívajúce JFET tranzistory, MMIC zosilňovače a ďalšie populárne koncepcie, pretože nedosahovali požadovaný dynamický rozsah. Namiesto toho použil bipolárny výkonový tranzistor 2N5109 pracujúci v lineárnom režime s výraznou zápornou spätnou väzbou.
Práve spätná väzba je jedným z hlavných dôvodov mimoriadne dobrej linearity zapojenia. Predzosilňovač nie je navrhnutý ako extrémne nízkošumový laboratórny zosilňovač. Prioritou je schopnosť pracovať v reálnom anténnom systéme bez vzniku nežiaducich produktov pri súčasnej dostatočnej citlivosti.
Ďalšou výhodou je jednoduchá konštrukcia. Aktívna časť pozostáva iba z jediného tranzistora, niekoľkých rezistorov, kondenzátorov a transformátora na feritovom toroidnom jadre. Napriek jednoduchosti dosahuje parametre, ktoré ho dodnes udržujú medzi najpoužívanejšími predzosilňovačmi pre Beverage a podobné prijímacie antény.
Technické parametre
| Tranzistor | 2N5109 (alternatívne 2N3866 alebo DCP68) |
| Napájanie | 12,6 až 13,6 V |
| Zisk | približne 18 až 21 dB |
| Pracovný rozsah | približne 1 až 30 MHz |
| Šumové číslo | lepšie než 4 dB, typicky okolo 2 dB |
| OIP3 | približne +42 dBm |
Merania publikované Karlom OK2ZI potvrdili zisk približne 18 dB a veľmi dobré impedančné prispôsobenie. V praxi ide o hodnoty plne postačujúce pre väčšinu prijímacích antén používaných na KV pásmach.
Schéma zapojenia
Základ zapojenia tvorí tranzistor 2N5109 v zapojení so spoločným emitorom. Kolektor je pripojený cez autotransformátor k napájaniu a zároveň tvorí výstupný obvod. Rezistory R2 a R3 zabezpečujú spätnú väzbu, ktorá výrazne zlepšuje linearitu a vstupnú impedanciu. Emitorová kombinácia odporov 4,7 Ω a 10 Ω stabilizuje pracovný bod tranzistora.
transformátor T1 zabezpečuje impedančnú transformáciu 1:4. V pôvodných verziách sa používal toroid FT50-43 s 10 závitmi bifilárne. Neskoršie úpravy autora odporúčajú jadro typu 75, ktoré prináša lepšie intermodulačné vlastnosti.
Na obrázku schémy publikovanej OK2ZI je použitý FT50-43 s desiatimi bifilárnymi závitmi, čo zodpovedá pôvodnej verzii konštrukcie. Táto verzia sa medzi rádioamatérmi používa dodnes a poskytuje veľmi dobré výsledky najmä pri anténach Flag a Beverage.
Plošné spoje od OK2ZI
Podiel na realizovateľnosti predzosilňovača má Karel OK2ZI, ktorý pripravil profesionálne navrhnuté plošné spoje. Tie výrazne zjednodušujú stavbu a minimalizujú riziko chýb pri rozmiestnení súčiastok.
Predzosilňovač som staval práve na plošnom spoji od Karla OK2ZI. Ako prvé som osadil rezistory, kondenzátory a ochrannú diódu. Najviac práce si vyžiadalo navinutie transformátora na toroidnom jadre. Začiatočník môže mať s bifilárnym vinutím spočiatku problémy, skúsený konštruktér ho však zvládne bez väčších komplikácií.
Ako posledné som osadil relé a tranzistor s chladičom. Chladenie netreba podceňovať. Predzosilňovač býva často umiestnený vo vonkajšej skrinke pri anténe a počas letných dní môže byť vystavený priamemu slnečnému žiareniu. Tranzistor preto musí mať dostatočný chladič.
Zapojenie fungovalo na prvé zapnutie. Stačilo skontrolovať odoberaný prúd a následne vykonať meranie pomocou nanoVNA. Nameraný zisk v KV pásmach zodpovedal hodnotám publikovaným ďalšími autormi. Predzosilňovač som navyše doplnil o tlmivku na výstupe podľa návrhu Honzu OK2ZAW na potlačenie spoločného prúdu po koaxiálnom vedení.
V súčasnosti ho používam s prijímacou anténou Flag a výsledky sú veľmi dobré najmä na 160 m a 80 m.
Merania a praktické skúsenosti
Karel OK2ZI publikoval dve série meraní. Výsledky potvrdzujú veľmi malý priechodzí útlm v režime bypass a zisk približne 18 dB v aktívnom režime. Zároveň boli overené dobré impedančné vlastnosti a stabilita zapojenia.
Podobné výsledky publikoval aj Tobias DH1TW, ktorý pomocou VNWA analyzátora nameral približne 20 dB zosilnenie v rozsahu 1 až 30 MHz pri veľmi dobrom vstupnom prispôsobení.
YouTube videá
Pre záujemcov o praktické merania a stavbu sú zaujímavé nasledujúce videá:
Vo videu je prezentované meranie zisku pomocou nanoVNA, pričom autor uvádza približne 21 dB zosilnenie.
Druhé video ukazuje použitie predzosilňovača W7IUV s magnetickou slučkovou anténou pri prijímacej prevádzke.
Kde kúpiť a cena
Originálny predzosilňovač sa bežne predáva ako stavebnica len výnimočne, avšak plošné spoje od OK2ZI sú dlhodobo dostupné prostredníctvom eBay. Cena samotného plošného spoja sa pohybuje približne okolo 4,70 USD, pričom treba pripočítať poštovné.
Kompletné osadenie vrátane tranzistora, relé, konektorov a skrinky zvyčajne vychádza na niekoľko desiatok eur podľa použitých súčiastok. Najproblematickejšou položkou býva originálny tranzistor 2N5109, ktorý je dnes menej dostupný ako v čase vzniku konštrukcie.
Záver
Predzosilňovač W7IUV patrí medzi overené konštrukcie pre lowband DX príjem. Jeho najväčšou prednosťou nie je extrémne nízke šumové číslo, ale vysoký dynamický rozsah a výborná odolnosť voči intermodulácii. Práve vďaka tomu sa stal štandardom pri použití antén Beverage, Flag, Pennant či K9AY.
Aj po viac ako dvoch desaťročiach od svojho vzniku ide o zapojenie, ktoré má čo ponúknuť moderným rádioamatérom. Pri použití kvalitného plošného spoja od OK2ZI a dodržaní odporúčaných konštrukčných postupov ide o projekt, ktorý zvládne väčšina stredne pokročilých konštruktérov a ktorý dokáže citeľne zlepšiť vlastnosti prijímacieho systému na nízkych KV pásmach.