МШУ на 144 и 432 мГц на GaAs FET транзисторах АП344-А2

После долгого отсутствия на УКВ диапазонах, в предверии ПД2003, встал вопрос об изготовлении антенных усилителей на диапазоны 2 метра и 70 см. Так как, старых запасов транзисторов не осталось то, пролистав справочник, обратил внимание на транзисторы АП344А-2, и купил их в фирме "May" .

Усилитель, был изготовлен из подсобных деталей всего за один рабочий день. Вечером того же дня настроил с помощью генератора шума на 2Д2С. Меньше 0.8 dB получил легко, в отличии от МШУ на BF998 или BF981, где за эти 0.8 dB надо побороться. Предупреждаю сразу, с катушкой намотанной на 6-ти мм сверле, с МШУ на BF998 даже этих 0.8 dB никогда не получите. Это мысль не моя, а YU1AW (1). Я её только проверил, всё совпало.

Теперь о схеме усилителей. Схема для разных диапазонов отличается только конструкцией входа. Если на 144 мГц у меня получилось оптимальное согласование по шумам, то на 432 мГц этого не получилось. Дело в том, что на 432 мГц линия должна быть около 85 мм (2). Линию такой длины я не смог физически разместить в объёме моего корпуса, поэтому мне пришлось её гнуть. Такое расположение и конфигурация линии привели к увеличению ёмкости линии относительно корпуса. С моей ёмкостью настройки, у которой минимальная ёмкость 1 пф оптимальная длина линии получилась 55 мм. Можно попробовать увеличить длину линии до 70-75 мм, так же её согнуть, благо место позволяет, а в качестве ёмкости настройки использовать настроечный винт.

Нагрузка транзистора – широкополосный трансформатор 4:1. В качестве сердечника использовал и просто колечки, и «бинокли». Количество витков не подбирал, т.к. меня устроило полученное усиление и устойчивая работа без всякого намёка на возбуд. На выходе усилителя стоит 3-х dB аттенюатор, улучшающий согласование по выходу.

По входу усилитель защищён нормально замкнутыми контактами реле, а по выходу диодами. Для защиты входа я применяю реле РЭС80 . Реле гарантированно срабатывает от 15 вольт. На шумовые параметры контакты реле на входе МШУ, практически не влияют, я не заметил разницы по своему генератору шума на 2Д2С (далее ГШ). Два раза случайно подавал 300 ватт на выход МШУ, диоды становились «гвоздями», но транзистор оставался целым. Защита по входу выдержала мощность моего нового усилителя.

Усиление МШУ на 144 мГц 22-24 dB, на 432 мГц 18-20 dB. Ещё раз повторюсь, меня это усиление вполне устраивало. Для того чтобы знать сколько и чего Вам нужно иметь от МШУ, советую ознакомиться с ещё одной полезной статьёй YU1AW(3). О шумовых параметрах усилителей чуть ниже.

Паспортные режимы транзистора следующие: ток стока – 20 ма; напряжение сток-исток - 3 вольта, именно сток-исток, а не сток-земля.. На моей практике встречались транзисторы двух разных партий. Транзисторы одной партии работали при напряжении на стоке относительно земли 4 вольта, и я применял в качестве стабилизатора микросхему 78L05. Транзисторы второй партии не хотели вставать в номинальный режим с 78L05, не мог получить нужное падение напряжения на переходе сток-исток. Пришлось ставить 78L06. Имейте это в виду при замене сгоревшего транзистора на новый. Как потом выяснилось, у этих транзисторов большой разброс начального тока стока при заземлённом затворе.

После того, как я разобрался с режимами по постоянному току, началась борьба за уменьшение этого самого коэффициента шума. Следует заметить, что все приведённые результаты замеров Кш относятся ко всей системе, т.е. набор кабелей с разъемами + МШУ + трансивер. Как-то купил в Митино конденсаторы КПК-МТ ещё советских времён. Вместо переменника с воздушным диэлектриком поставил этот конденсатор. Результат практически не изменился, менее 0.8 dB. Но за счёт того, что у КПК-МТ плавная настройка (многооборотная), стало легче ловить нужное положение, хотя добротность КПК-МТ хуже, чем у воздушных конденсаторов. Тем, кто будет ставить эти конденсаторы, советую их перед установкой проверить на предмет соответствия написанного на корпусе номинала с реальным номиналом КПК-МГ. Как видите, вместо ожидаемой максимальной ёмкости 7 пф, прибор показывает 28 пФ. Советую промерить все переменные конденсаторы перед установкой. Вы хоть будете знать значение ёмкости при настройке.

Следующий этап, в МШУ на 144 мГц, вместо катушки поставил линию из кабеля РК50-7-58. Это кабель диаметром пол дюйма с полувоздушной изоляцией и медной жилой диаметром 3,2 мм. Труды оказались не напрасны. Коэффициент шума перешёл границу в 0.7 dB. Жаль, что не нашлось куска кабеля РК50-17-58 (диаметр 5/8 дюйма). С этим кабелем был бы ещё лучший результат. Там же в Митино, купил переменники с воздушным диэлектриком типа «Johannson» или «Giga trimmer» от неизвестного производителя. Такие же многооборотные, ёмкостью от 1 до 8 пф. Заменив КПК-МТ на этот новый конденсатор, получил ещё выигрыш. В этом МШУ Кш получился в районе 0.5-0.6 dB Такие же конденсаторы выпускаются в Пскове на одном из заводов под названием КТ2-50, КТ2-51 и КТ2-52. Два года назад, я звонил на этот завод, и они предлагали мне привести их в Москву, по 300 рублей за штуку. МШУ на 144 с обычной катушкой и этим конденсатором имеет Кш в районе 0.6-0.7 dB. Аналогичным образом шла борьба за доли децибела с МШУ на 432 мГц. Лучшее чего я добился 0.6-0.7 dB. Ещё раз оговорюсь, что согласование по шумам на этом диапазоне у меня не оптимальное .

С освоением утюжно лазерной технологии была разработана плата МШУ для двух диапазонов. Плата разработана в программе «SprintLayout v4.0» Файл рисунка платы можно скачать здесь. МШУ на 432 мГц отличается от МШУ на 144 мГц только наличием технологической перегородки для припайки земляного конца линии.

Все постоянные резисторы и конденсаторы типоразмера 1206 . Подстроечные резисторы размером 5 мм на 5 мм для SMD монтажа, тип не знаю. Литой алюминиевый корпус типа G123 из каталога магазина «Чип и Дип», Конденсатор связи с антенной следует применять с минимальным температурным коэффициентом. Самый лучший вариант, поставить на это место КТ2-50 или подобный. Кш должен упасть за счёт увеличения добротности входного контура, но я этого делать не пробовал. Плата из фольгированного стеклотекстолита привинчена к корпусу четырьмя винтами М2,5 Корпуса разъёмов и конденсатора настройки и проходного конденсатора надёжно соединены с «землёй» платы с помощью плоских перемычек. Один конец изогнутой по форме корпуса перемычки, припаивается к «земле» на плате, и через заранее просверленное отверстие на втором конце перемычки, разъём или конденсатор привинчивается к корпусу. Перемычка и корпус детали пропаиваются.

Собственно МШУ, реле РЭВ14 и кабеля схемы обхода монтируются в корпус из поликарбоната (G232) или ABS-пластика (G353) купленные в том же «ЧИП и ДИП-е». Первый чуть дороже, но у него температурные характеристики лучше. В одной половине корпуса монтируется сам МШУ, во второй - реле и кабели схемы обхода и стабилизатор напряжения серии 78ХХ. В зависимости от напряжения срабатывания реле защиты входа МШУ, выбирается тип стабилизатора. Не забудьте зашунтировать вход и выход этого стабилизатора конденсаторами по 1 мкф на соответствующее напряжение. Не покупайте интегральные стабилизаторы напряжения от неизвестных производителей, они могут здорово шуметь. Лучше купите российские стабилизаторы, которые для поставок за бугор маркируются соответственно 78ХХ или 78LXX и отбираются по всем параметрам, включая шумовые параметры.

Запаяйте все детали на плату за исключением стабилизатора 78L06 и транзистора АП344. Установите плату в корпус, установите и распаяйте все остальные детали. Запаивая транзистор, соблюдайте все меры предосторожности. Настоятельно рекомендую пользоваться паяльником с нагревателем гальванически развязанным от сети. Если паяете обычным паяльником, но на время пайки транзистора отключайте его от сети.

А теперь, самое главное – настройка. Сначала установите режимы по постоянному току. Нагрузите «вход и выход» МШУ на 50 ом. Установите величину сопротивления потенциометра Р1 100-130 ом. В цепь «плюса» источника включите миллиамперметр. Подайте от регулируемого источника постоянного тока напряжение 4 вольта между корпусом и точкой соединения потенциометра Р2 и конденсатора С8, «минус» источника конечно на корпус. Постоянно контролируя ток в цепи, вращая потенциометр Р1, постарайтесь добиться падения напряжения на участке сток-исток транзистора 3 вольта при токе 20 ма. Значение сопротивления потенциометра Р1 может находиться между 50 и 130 ом (можно заранее поставить метки на корпусе потенциометра). Если при 4-х вольтах ничего не получилось, увеличьте напряжение до 4.5, 5 или 5.5 вольт и повторите процедуру настройки. Следует помнить, что максимальное допустимое напряжение участка сток-исток 4.5 вольта. В принципе, можно оставить напряжение сток-исток в районе 2.5-3 вольта. При меньшем падении будет чуть меньше Кус. Допустим, вы получили нужное падение 3 вольта на переходе транзистора и ток 20 ма при подачи 4.5 вольт от источника. Остальное напряжение (от 6 вольт на выходе 78L06) должно погаситься на потенциометре Р2. Несложные подсчёты показывают, что его номинал при 1.5 вольтах падения на нём должно быть 75 ом. Установите нужную величину сопротивления потенциометра Р2, или запаяйте вместо него постоянный резистор. Впаяйте микросхему стабилизатора и подайте напряжение питания на МШУ через стабилизатор. Ещё раз проверьте режимы по постоянному току, всё должно быть ОК ! Ток стока можно контролировать, замеряя падение напряжения на резисторе R1. При токе 20 ма на нём падает 0.2 вольта.

Перед настройкой коэффициента шума, отключите и унесите в другую комнату от греха подальше ключ, гарнитуру или микрофон. То же самое сделайте и с педалью. А то вдруг вам захочется пообщаться с вашим соседом радиолюбителем, который неожиданно появится в момент настойки на частоте. Соедините выход МШУ с входом вашего трансивера с выключенной системой АРУ и включённый для приёма SSB, а вход МШУ соедините с ГШ. Подключите к выходу НЧ приёмника вольтметр переменного напряжения. Включите питание на МШУ. Вращая ёмкость настройки контура, добейтесь максимальных показаний измерителя. Ручкой «громкость» трансивера, для удобства отсчёта, установите стрелку измерителя на отметке 10 (или 100, или 1). Я не знаю, какая мощность НЧ у вашего трансивера, и какая шкала у вашего измерителя. Старайтесь не работать на максимальной громкости. Включите накал и анод ГШ и выставьте ток через диод ГШ 1.5-2.0 ма. Показания измерителя должны увеличиться. Если стрелочка измерителя осталась на месте, увеличивайте ток через диод ГШ до тех пор, пока стрелочка не придёт в движение и напряжение шумов на НЧ выходе трансивера возрастёт в 1.4 раза. Смотрим на величину тока и вычисляем величину Кш, это сделать очень просто. Откройте в WINDOWS инженерный калькулятор, введите значение тока в миллиамперах, затем жмите кнопочку «log» и полученный результат умножьте на 10. Это и будет Кш вашего МШУ в децибелах. Ток в 1.2 ма соответствует Кш 0.8 dB, а если точнее, то 0.79 dB. Меняя ёмкость конденсатора связи с антенной и подстраивая контурную ёмкость настраиваем МШУ на минимум Кш. Вам придётся немного подстроить конденсаторы, когда МШУ будете закрывать крышкой. При значении ёмкости связи с антенной меньше оптимальной, у вас получится настройка на максимальный Кус, но не на минимальный Кш. Правильность настройки легко проверить следующим образом. При отключение ГШ с холодным диодом от входа МШУ, шумы на выходе трансивера должны уменьшиться, а не увеличиться. Т. е. ваш МШУ чувствует шумы холодного резистора 50 ом, установленного на выходе ГШ. Увеличение шумов говорит, о настройке МШУ на максимум усиления. У меня, при подключении на вход МШУ 50-ти омной нагрузки через метровый кусок кабеля, приводит к увеличению шумов на выходе трансивера на 6-8 dB. Значение это будет меньше, если 50 ом включены непосредственно на входной разъём МШУ. Как видите, я не разу не написал фразу типа: «При возбуждении усилителя, сделайте то-то, то-то», МШУ абсолютно устойчив!

Настройка на минимум Кш без ГШ возможна, но более трудоёмка. Для этого надо иметь местный маячок, который, например можно сделать из кварцевого генератора, от старых компьютеров. Кстати, такой маячок хорошо слышно на 23 см и выше. Некоторые советуют такую настройку проводить по сигналу с эфира. В реальном эфире постоянно меняется обстановка, особенно в больших городах, поэтому местный маячок предпочтителен. К входу МШУ, подключаем кусочек кабеля, нагруженный на 50 ом. За счёт не точного согласования по КСВ, свой маячок мы слышим, а вот шумы и помехи из эфира нам уже не мешают. Уровень сигнала маячка можно регулировать, помещая его в кастрюлю…:-)) или в стиральную машину…:-)). Проводим те же самые манипуляции с конденсаторами, добиваясь лучшего соотношения сигнал-шум.

Детали:

R1 – 10 ом, R2,R4 – 330 ом

R3 – 18 ом, P1, P2 – 200 ом

Са – 1/8 пф, Ct - 1/8 пф

С1,С3,С5 – 10 пф

С2,С4,С6,С7,С8,С10,С11– 470 пф

С9,С12– 1 мкф/35 вольт, эл-литич.

С13 – 1000 пф, проходной

D1, D2 – DL4148, D3 – 1N4148

MC1 - 78L06, Q1 – АП344А-2

Rel1 – РЭС80 или РЭС49

Dr1 – 1 мкГ

Трансформатор Т1 наматывается на колечке 4.5х4.5х1.5 из материала М 30 ВН одновременно двумя проводами ПЭВ2, диаметром 0.2 мм. Количество витков – 2. Катушка L1 для диапазона 144 мГц имеет 5 витков посеребрённого провода диаметром 2.5 мм, длина намотки - 25 мм, внутренний диаметр-12 мм. На 432 мГц, L1 – линия 55мм х 5 мм.

Выражаю огромную благодарность Владимиру Мусолишвили (RA3ABZ) и Дмитрию Дмитриеву (RA3AQ) за оказанную помощь.

 

Литература:

(1) - D. Dobricic. BF981Helix 2m Low Noise Preamplifier.

(2)- D.Dobricic. Unconditionally Stable Low Noise GaAs FET Preamplifier.

(3)- D. Dobricic. Pre-amplifier-Pros and Cons.

To MAIN page


© 2006 A. Skouridin. All right recerved.