OK1UFC, České Budějovice, JN78fx, aktualizace 18.11.2017

 
Nízkošumový předzesilovač (LNA) pro pásmo 23 cm s tranzistorem SiGe, 1 stupeň, vysoký zisk

Dva prototypy LNA jsem zrealizoval na podzim (2017). Z vf hlediska jsou stejné. Prototypy se lišily nepodstatně pouze použitým napěťovým regulátorem. U jednoho z prototypů se vloudila chyba do návrhu plošného spoje. Deska byla přepracována. Jako napěťové regulátory používám obvody LE33 v pouzdře SO8 nebo SOT89, vždy pro napětí 3.3 V.

Schéma


 

Polovodiče SiGe tzv. 7. generace od firmy Infineon patří k pozoruhodným součástkám a jsou vhodné ke konstrukci nízkošumových předzesilovačů (LNA) kategorie "Ultra Low Noise". Podrobnosti a kategorizaci si přečtete v tomto dokumentu. Kategorizace je na str. 2. V prototypu jsem použil tranzistor BFP760 (cena kolem 10 Kč/ks), datasheet je zde.
 

Indukčnost v kolektoru a bázi

Indukčnost v kolektoru (L1) jsem použil vinutou. Drát o průměru 0.27 mm CuL, délka téměř 1/4 vlnové délky (50 mm) byl na koncích ocínován, navinut na trn o průměru 2.6 mm a cívka byla zapájena na plošky součásti o velikosti 1206 SMD.

Indukčnost v bázi (L2) je vinutá drátem o průměru 0.27 mm CuL, trn o průměru 2.6 mm, n = 3 závity. U druhého prototypu byla L2 (v obvodu báze T1). osazena SMD tlumivkou 15 nH. Z hlediska šumových vlastností je zajímavé s tímto komponentem experimentovat. V datasheetu výrobce je uvedeno použití tzv. "Bias T" obvodu (str. 12), který je zapojen místo C1 a L2 v tomto zapojení.

Klíčové součásti (mimo aktivní prvek)

1. SMD relé HF-3 56
2. Vstupní kondenzátor (musí být MW, např. typ ATC)
 
Desky PCB a konstrukční detaily
 
Desky byly vyrobeny na kuprextitu FR4. Deska je v okonektorované krabičce z pocínovaného plechu. Prokovení děr je vyrobeno tenkým Cu drátkem, díry byly vyvrtány o průměru 0.4 mm. Anténní konektor je zlacený, SMA-M, výstupní konektory jsou SMA-F, niklované. Deska před finalizací a detaily krabičky:

 
Tento LNA byl určen pro použití krabičky z pocínovaného plechu o rozměrech 67 x 46 mm, i tak je v ní dost místa. Poloha anténního konektoru a relé je stejná, jako u zesilovače ULNA s polovodičem HJ FET.

Pohled na design desky obou prototypů, které se liší jen provedením lineárního stabilizátoru 3.3V:


Finální foto prvního prototypu

Závěry

Zesilovač je konstrukčně jednoduchý, složitostí se neliší např. od použití obvodů MMIC. Výsledky jsou opakovatelné. V pásmu 23 cm jsem bez nějakého přičinění dosáhl u LNA šumového čísla NF = 0.5 dB (i lepšího), což je zajímavý výsledek, lepší než např. s oblíbeným MMIC obvodem PGA-103+. Proti uvedenému MMIC dosahuje LNA výrazně vyššího zisku. Lze docílit maximálního stabilního zisku přes 20 dB (typ. 26 dB). Pro pásmo 23 cm jsem zkonstruoval také dvoustupňový prototyp. Kvůli obrovskému zisku však byl pro mě nepoužitélný.

LNA je vnějším provedením (včetně rozměrů krabičky) podobný dvoustupňovému zesilovači s MW polovodičem HJ-FET. Zesilovač se SiGe se vyznačoval podstatně jednodušším nastavováním. Fotografie obou LNA jsou zde:

Poznámky 21.11.2017:

Právě jsem obdržel balíček, který obsahoval nové SiGe tranzistory Infineon, typ BFP842ESD. Jedná se o tzv. Heterojunction Bipolar Tranzistor (HBT), který je určený pro LNA vstupní díly zařízení pro 2.4 až 3.5 GHz aplikace. Minimální šumové číslo by mělo být nepatrně lepší, než u použitého BFP760, a sice na 70 cm by NF mělo být lepší, než NF = 0.4 dB a na 23 cm lepší než NF = 0.45 dB. Minimálního šumového čísla by mělo být dosaženo při proudu kolektorem I = 5 mA. Polovodič je opět koncipován pro zapojení s minimálním počtem vnějších součástí. Prakticky ho budu zkoušet v zapojení popsaném v tomto článku.

TU 73, Mira, ok1ufc