ich plane gerade einen 70cm Empfänger und will nach den Prüfungen richtg los legen. Heute hatte ich ein Gespräch mit einem jungen bekannten Ingenieur über den Vorverstärker. Ich will die Verstärkung von 0dB-20dB regelbar machen. (etwas weniger ist auch OK) Eigentlich hatte ich dafür einen dualgate Mosfet wie z.B. den BF998 vorgesehen. Nun wird man beim ändern des Arbeitspunktes aber nicht immer optimale (Rausch-) Anpassung und IM Werte erreichen. Ausserdem sagte mein Bekannter, dass man das heute nicht mehr mach und schlug mir einen 20dB Verstärker mit einem ATF PHemt von Agilent/Avago in Verbindung mit einem variablen Dämpfungsglied vor dem Verstärker vor.
Nun mache ich mir aber die Rauschzahl kaputt wenn ich das Signal weiter bedämpfe. Andererseits stört es mich bei starken Signalen aber gar nicht so sehr und ich bin eher über die besser IM Werte erfreut.
Nun hatte ich die Idee die Vorteile von beiden Varianten zu kombinieren und einen fixen 20dB Verstäker im optimalen Arbeitspunkt aufbaue, den Gewinn aber durch Rückkopplung wieder schmälere. Nun ist mir ein Beitrag von Oliver im Gedächtniss wo er dies als *don't do that* darstellte und den OP erklärte das man das bei HF nicht so macht.
Andererseits habe ich von einem Mastvorverstärker gelesen wo genau dies gemacht wurde. IMO mit induktiver Gegenkopplung. Ich würde nun gerne die Rückkopplung, z.B. mit PIN Dioden, variabel gestalten.
Hat jemand mal soetwas gebaut oder gibt es Gründe warum man es wirklich nicht machen sollte?
Der Amp. macht Sinn, BFP620 & Co (SiGe) könnte auch interessant sein, das Dämpfungsglied vor dem Verstärker kann Dir u.U. die Rauschzahl kaputtmachen. Oder es ist teuer und empfindlich. Unter Umständen ist ein Umschalter die schlauere Lösung.
Ich hab' hier was für Dich:
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Hat 1dB Noise Figure, 17dB Gain und +38dBm (!) Output IP3, P1dB bei typisch 21dBm. Da kannst Du dann leicht dahinter dämpfen, ohne dass die Rauschzahl kaputtgeht. _Den_ überfährst Du nicht so schnell.
Haken: Schluckt typisch 104mA bei 5V. Alles kann man nicht haben.
Rückkopplung ist bei HF wirklich nicht der Hit, weil:
Leider drehen die PIN's auch an der Phase, dann wird aus der Gegenkopplung leicht eine Mitkopplung.
Merke: Verstärker schwingen immer und Oszillatoren grundsätzlich nie.
Wenn Dein Verstärker breitbandiger ist, dann wird es auch deshalb lustig, weil eine andere Frequenz automatisch einen anderen Phasenwinkel bedeutet. Im Zweifelsfall _ist_ der breitbandiger, und zwar bei einer Frequenz, an die Du erstmal garnicht denkst. Da sendet er dann vor sich dahin. Für Deine Anwendung halte ich das für keine gute Idee, weil das Ding unter veränderten Umweltbedingungen "daoben" _garantiert_ Zicken machen wird.
Und schmalbandig machen mit SAW ist auch keine gute Idee, denn der SAW liefert über einen kleinen Frequenzbereich einen 'ordentlichen' Phasengang, da ist alles vertreten, und dann:
Ich hab' mal so eine Rückkopplung mit einem SAW und einem IC-Amp. gebaut, Du kennst das Projekt. Das gibt einen schönen phasenrauscharmen Oszillator, der sehr sicher sehr gut schwingt und mit Varicaps abstimmbar ist. In dem Fall war genau das gefragt.
Wie geht denn ein teures und empfindlichers Dämpfungsglied welches mir die Rauschzahl nicht kaputt macht?
[hmc356lp3]
Haken2: Ich würde gerne den LNA als Schaltungstechnikersatz bei der Uni abgeben. Die werden von einer Fixundfertiglösung nicht so begeistert sein. Und ich dann warscheinlich nicht so sonderlich von der Benotung.
[Gegenkopplung bei HF]
Stimmt. Das ist wirklich ein Problem. Aber weil ich vor Prüfungen ja nichts lieber mache als nicht den Stoff zu lernen habe ich eine neue Idee: Ich bastel mir einen Übertrager der die Gegenkopplung übernimmt und treibe den Ringkern mit einer dritten Windung gezielt in die Sättigung. Vermutlich hat das aber auch so seine Tücken ... Ringkern bei 400MHz z.B. ..
Bau einen LNA auf, bei dem Du den Stromfluß durch den Eingangstransistor und damit auch die Verstärkung und den IP3 auf bestimmte Arbeitspunkte einstellen kannst.
Schalte dann z.B. per PIN geeignete Anpasselemente davor, im Fall Gain->Max., NF->Min. sollte am Eingang natürlich möglichst wenig "Klimbim" aufgeschaltet werden.
Oder nimm vielleicht sogar einen Balun am Eingang und dann einen Vierquadrantenmischer, da läßt sich der Gain auch sehr schön einstellen, bei 70cm könnten Teile des Mischers sogar aus MosFets bestehen und andere aus sehr rauscharmen Eingangstransistoren (HEMT oder SiGe).
Wenn Du das dann so parametrisierst (z.B. per Analogrechner, Logik oder uC oder PAL/CPLD), dass die Anpassung für jede Verstärkungsstufe jeweils sauber hinkommt, sollte es ein würdiger Schaltungstechnikersatz sein.
Das interessante gegenüber dem Dämpfungsglied vorweg dabei ist, dass man sich die Noise Figure nicht kaputtmacht und, wenn man es richtig macht, bedarfsweise einen hohen IP3 hat oder Strom spart.
Das klingt machbar. Das muss ja auch nicht in 1dB Schritten gemacht werden. Mit 0:5:20 sollte man ja variabel genug sein. Zur Not kommt halt eine PIN Diode hinten drann.
Du hast mal vorgeschlagen anstatt PIN Dioden zum schalten Mosfets zu verwenden. Das erscheint mir hier u.U. sinnvoller weil ich mir dann nicht um die Gleichstromentkopplung kümmern muss. Denn sonst kommen pro Diode mindestens ein Kondensator und eine Spule dazu. Und wenn ich keine negative Spannung habe sogar jeweils zwei und eine Menge Logik.
Kannst du das evt. etwas ausführlicher erläutern? Wenn ich einen Mischer habe ändert sich doch nichts an der Problematik die Eingangstransistoren in einem optimalen Arbeitspunkt zu betreiben ohne das IP3 zu weit absinken zu lassen. (Selbst wenn diese ein Teil des Mischers selbst sind)
Ich lasse mir das mal alles durch den Kopf gehen. Aber vier verschiedene Arbeitspunke ist nicht unrealistisch.
Ja. Spätestens seit es die ATF54*** für 'nen Euro gibt, ist das Problem rauscharmer, intermodulationsfreier Vorverstärker abgehakt, wenn man 60 mA übrig hat. Man könnte den Abschwächer auch hinter dem ATF anordnen. Das ist nach konventionellen Gewohnheiten zwar irgendwie frivol, aber die ATFs sind dermaßen gut, daß man sie kaum noch beschützen muss. Andererseits ist die minimale Dämpfung eines PIN-Abschwächers so um ein halbes dB, und das verhindert dann doch das Attribut "richtig rauscharm" wenn man's vor dem Verstärker hat. Ein bisschen Selektion will man ja auch und dann kommt halt eins zum anderen.
Wenn das kein externer Zusatz-Vorverstärker werden soll, sondern die fest eingebaute Vorstufe vor dem Mischer, bringt das Runterregeln auf 0 dB auch nichts. Ein Ringmischer hat so 6 oder 7 dB Rauschzahl wenn der ZF-Verstärker genial ist und garnicht rauscht. Was Du dann an Vorverstärkung brauchst um das zu übertönen kannst Du Dir mit der Frijsschen Rauschformel ausrechnen. Ziemlich viel.
Resistive Gegenkopplung, wie sie mit PIN-Dioden machbar sein könnte, zerstört die Rauschzahl genauso wie ein Abschwächer. Es lohnt sich nicht, das weiter zu verfolgen. Ein Herr Norton von der Firma Anzac hat das Anfang der 80-Jahre genauer untersucht und kam dann mit einer genialen Schaltung an, mit transformatorischer Gegenkopplung. Wenn man Glück hat, kann das sehr gut funktionieren. In deutschen Amateurfunk-Kreisen gab es seinerzeit brauchbare Schaltungen von DJ7VY in CQ-DL, UKW-Berichte... (Vorsicht, es gibt noch eine andere Sorte Norton-Verstärker, der mit diesem Thema nichts zu tun hat.)
Der Trafo hat aber 3 Wicklungen, man vertauscht meistens irgendwas und wenn man nicht peinlich genau die Originalteile benutzt, bescheren einem irgendwelche Phasendrehungen einen Oszillator. Einige käuflich erwerbbare Mastvorverstärker sind Ableger von diesem Design.
Chris Trask hat hier noch einen draufgesetzt (mit noch einem Trafo). Er nennt das "augmentation", hat das alles patentiert, ist aber IMNSHO viel zu kompliziert. Seine Website enthält aber einen Literaturnachweis der ein echter Schatz ist.
U. Rohde hat in QST Juni 1994 eine Schaltung vorgestellt die jemand bei R&S oder AEG erfunden hat und die als geregelter ZF-Vorverstärker in einem professionellem Kurzwellenempfänger mit hochliegender ZF (40 oder 70MHz) Dienst tun sollte. Die gefällt mir irgendwie. Die Topologie ist etwa wie eine Cascode-Schaltung, aber der 2. Transistor (der in Basisschaltung) ist doppelt.
Der Eingangstransistor, der bei einer richtigen Cascode in Emitterschaltung ist, ist trafo-gegengekoppelt und hf-mäßig auch in Basis-Schaltung. Der Trafo ist einfach, ein MiniCircuits T4-1 o.ä. sollte passen.
Von den beiden Cascode-Transistoren hat der linke eine feste Basisspannung, der rechte bekommt die Regelspannung auf die Basis.
Je nach Regelspannung übernimmt der eine oder der andere Cascodetransisttor den Löwenanteil des Collectorstroms. Der Collector des linken Cascode- Transistors ist nach Masse verblockt, der des rechten liefert das Ausgangssignal. Wenn man jetzt den linken Transistor mehr aufmacht, landet der größte Anteil des Signals in /dev/null. Wenn man den anderen aufmacht, wird das Signal zum Ausgang durchgereicht. Die rauscharme Eingangsstufe bekommt davon überhaupt nix mit, weil sie immer in einen virtuellen Kurzschluss arbeitet.
Insgesamt ist der Vorverstärker heutzutage ein eher uninteressanter Teil eines Empfängers. Die wirklich interessanten Fragen sind:
Wie komme ich zu einem Mischer mit IP3 >> 20 dBm, der keine 200 mW HF als Oszillatorleistung braucht und der sich nix aus Fehlanpassung macht?
Wie komme ich zu einem Oszillatorsignal, das in 10 KHz Abstand < 145 dB/sqrt Hz Seitenbandrauschen hat und trotzdem synthetisiert ist?
Wie digitalisiere ich möglichst früh und mache die ganze Selektion in Software?
Eingangstransistor ist eine x-gegengekoppelte Stufe mit BFT66. Gefolgt von zwei parallelgeschalteten BFR96 in Basisschaltung (quasi Kaskodestufe). Der Ausgangskreis sitzt im Kollektorkreis des einen BFR96. Beide BFR96 werden spiegelbildlich geregelt. Und zwar dermaßen das die BFT66 Stufe immer! einen konstanten Ausganswiderstand sieht. Sollte er beim Regeln anfangen zu schwingen, ist diese Bedingung nicht erfüllt ;-)
Eingesetzt im R&S EK890.
Beim Telefunken E1800 folgt ein PIN Regler nach der ersten ZF-Stufe(BFT66), Vor dem 2. Filter. Alles noch im 42,2-MHz Zug.
Zu finden in der cq-DL 11/92. "Neue Entwicklungen bei Kurzwellenempfängern". Ulrich L. Rhode.
Das nicht, aber man kann Mischer auch zur Steuerung der Verstärkung hernehmen. Wenn es Balanced ist, dann laufen ggf. einfach die 0 und 180 Grad Signale gegeneinander.
Bzgl. IP3 : Müßte man rechnen, tendenziell täte ich eher zum parametrisierbaren (Gain, IP3, Stromaufnahme) LNA tendieren und mir, wenn es wirklich nötig ist, den Luxus einer einstellbaren Abschwächung nach dem LNA leisten ;-)
Ergo steck nicht zuviel Aufwand in die Mischer-Idee.
Aber leider nix viel IP3, genau das ist der Gag. Da ginge dann genauso ATF35xxx mit vergleichbarer NF.
Das dürfte in der geplanten Anwendung das _allerletzte_ Kriterium sein und ist _völlig_ unerheblich. Hauptsache, die Teile sind irgendwie zu beschaffen.
Hittite ist übrigens kein Problem, die haben eine Vertretung in .de und liefern auch auf Kreditkarte.
NE3210S01: (2V, 10 mA): 2 GHz 0,25 dB Gain 21,2 dB ist einfacher zu beschaffen.
Allgemeine Frage: Wie schützt man das alles gegen zB statische Aufladung, Üvberspannung usw? Kann man da Transils verwenden oder was?
Gruss
Robert
--
'Vom Standpunkt eines Beamtenrechtlers aus betrachtet ist der Tod die
schärfstwirkenste aller bekannten, langfristig wirkenden Formen der
vollständigen Dienstunfähigkeit.'
aus: Kommentar zum Beamtenrecht.
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