Vf zesilovač s vysokou intermodulační odolností

Je použito osvědčené zapojení podle W7IUV verze 6.0, tj. poslední publikovaná verze. Byly u něj optimalizovány především intermodulační parametry i za cenu nepatrného zhoršení šumového čísla.

 Schéma zesilovače.

Poznámky ke konstrukci

Dosažení potřebného zisku 20 dB je poměrně snadné. Vliv šumového čísla bývá na krátkých vlnách přeceňován. U mnoha komerčních výrobků je uváděno neuvěřitelně nízké šumové číslo, které se při měření nepotvrdí - je buď vyšší, nebo má předzesilovač velmi špatné intermodulační parametry (OIP3) a kmitočtový průběh vstupní impedance je nepříznivý. Ve skutečnosti má být šumové číslo jen takové, aby nedocházelo ke zhoršení celkového šumu, tj. převažuje součet lokálního a vzdáleného QRN. I tak je absolutní šumové číslo zesilovacího stupně s 2N5109 kolem 4 dB.

Velmi kritický je OIP3 (zvlášť na 160 a 80 m), který je s 2N5109 v tomto zapojení kolem 43 dBm. Při této hodnotě prakticky nezpůsobí žádné problémy ani případné pronikající signály z středovlnného pásma. Je však prakticky nemožné této hodnoty dosáhnout při napájecím napětí 12,0 V. Vyšší napájecí napětí 12,6 až 13,6 V je tedy nutností. IP3 se obtížně měří, proto bylo použito zapojení, u kterého je zaručená co nejvyšší hodnota. Kritická je rovněž spolehlivost, W7IUV však uvádí, že jeho předzesilovač pracoval v režimu 24/7 v místě, kde se vysílá a navíc jsou velmi časté bouřky (výboje) a zatím vydržel přes 60 000 provozních hodin bez jakékoli závady.

Průběh zisku.

Průběhy obou složek vstupní impedance.

Součástky:

C1, C2, C3, C4, C7 - 0.1 uF 50 V diskový keramický kondenzátor, vhodná je hmota X7R, v nouzi i Y5V.

C5 = 1 μF 50 V - buď diskový keramický kondenzátor, vhodný je i fóliový kondenzátor nebo tantalová kapka.

C6 = 4,7 - 22 μF 50 V, hodnota není kritická. Nejlépe tantalový, v nouzi vyhoví i běžný elyt.

Odpory R1 - R5 jsou kovové na 1⁄4 W s tolerancí 1%, vyhoví však i uhlíkové.

R1 - 1 kΩ, součást obvodu předpětí. Méně kritické, měřit je nutné pouze pokud máme odpory v toleranci 5%.

R2 - 680 Ω, součást obvodu zpětné vazby i předpětí. Velmi kritický, hodnotu je nutné dodržet, lépe vždy předem změřit. Má vliv jak na intermodulační parametry, tak na šumové číslo a zisk!

R3 - 3,3 kΩ, součást obvodu předpětí, slouží k nastavení kolektorového proudu. Hodnota není kritická, měřit je nutné pouze pokud máme odpory v toleranci 5%.

R4 - 6,8 Ω, součást obvodu zpětné vazby i předpětí. Velmi kritický, hodnotu je nutné dodržet, lépe vždy předem změřit. Má vliv jak na intermodulační parametry, tak na šumové číslo a zisk!

R5 - 12 Ω, součást obvodu předpětí. Velmi kritický, hodnotu je nutné dodržet, lépe vždy předem změřit.

Q1 - 2N5109 nebo MRF517, příp. o něco horší 2N3866, v nouzi vyhoví i 2N2219A. Vždy je nutný chladič, bez něj zesilovač raději ani nezapínejte - tranzistor je během několika vteřin horký a můžete ho zničit! Šumové číslo s 2N2219A je o cca 2 dB horší, než s 2N5109. Správný kolektorový proud dle typu se nastavuje změnou R3.

T1 - 5 závitů bifilárně na 1/2" (průměr 12,7 mm) jádru FT50-75 (označení Amidon - občas je mívá GES), jinak 5975000301 (označení Fair-Rite). Lze použít i jádro 35T0501-10H (Steward, DigiKey # 240-2524-ND) nebo menší 3/8" (průměr 9,5 mm) jádra 35T0375-10H (Steward, DigiKey # 240-2522- ND). Průměr drátu není nijak kritický, W7IUV používá AWG #28 (0,32 mm).

Transformátor Tr1 je poměrně nekritický, není však vhodné vinout ho krouceným dvoudrátem. Je to obyčejný autotransformátor 1:4, tedy žádný linkový transformátor ani balun. Jeho úkolem je pouze transformovat impedanci. Vineme dvěma vodiči současně, ty mohou (ale nutně nemusí) tvořit dvoulinku. Pokud se podržíme "bifilárního principu", navineme na jádro 5 závitů a začátek jednoho vinutí spojíme s koncem druhého. Plošný spoj je již navržen tak, aby bylo možné obě vinutí jen zapájet do kontaktních plošek. Transformátor má však vliv na OIP3 a proto je nutné použít předepsané jádro (materiál Fair-Rite 75). Nepoužívejte materiál 43, výsledný OIP3 by pak byl mnohem nižší!

Starší tranzistory 2N5109 měly zesilovací činitel (betu) v rozmezí 40 - 60, kousky novější výroby ji mohou mít až 160. Zesilovač proto může mít sklony ke kmitání na kmitočtech kolem 1 GHz, což způsobí zásadní zhoršení OIP3 i šumového čísla. Proto je vhodné před zapájením tranzistoru navléknout na vývod báze feritovou perličku (materiál 43 nebo 61). Po zapájení tranzistoru perličku zafixujeme např. horkým lepidlem.

Stavba

Podklady pro výrobu plošného spoje ve formátu Gerber si můžete stáhnout zde.

Použité součástky jsou dílem SMD a dílem vývodové (tranzistor, toroidní transformátor a relé). SMD součástky bývají mnohem kvalitnější, stabilnější a mívají užší tolerance hodnot. Použity jsou největší z nich, velikost 1206. Jsou umístěny na spodní straně desky. Plošný spoj je navržen s ohledem na co nejsnadnější ruční osazování těchto součástek.

Rozmístění součástek na vrchní straně desky.

Rozmístění součástek na spodní straně desky.

Tranzistor je nutné opatřit chladičem. Před jeho nasazením je vhodné potřít pouzdro tranzistoru stříbrnou teplotně vodivou pastou, jaká se používá např. při instalaci chladiče na procesor počítače. Relé K1 je Axicom MT2 nebo RSM822, příp. M4-12-H, které vyrábějí různí výrobci, např. Relpol apod. Toto relé má mnoho ekvivalentů a nejsou na něj kladeny žádné zvláštní nároky, jeho úkolem je pouze přemostit zesilovač (propojit vstup s výstupem), je-li vypnut. Toroidní transformátor je nekritický, je však vhodné použít silnější drát, který zaručí mechanickou stabilitu i při vertikálním umístění jádra bez montážní armatury. Na desce nejsou žádné konektory, neboť je určen buď k vestavění do vodotěsné hliníkové krabičky pro venkovní montáž, nebo k vestavění do přístroje. Vstup i výstup je proto vyveden na tři velké kontaktní plošky s otvory – obě krajní slouží jako zem a „živý“ je prostřední vývod.