Nedávno jsem na tomto webu objevil velmi zajímavý LNA s tranzistorem ATF531P8. Parametry udávají naprosto bombastické. Šumové číslo kolem 0,2dB a výstupní IP3 bezmála 40dBm při zisku kolem 23dB. Navíc ho prodávají za velmi přijatelné ceny. Protože zrovna uvažuji o nových LNA pro novou EME anténu rozhodl jsem se zkusit podobný zesilovač postavit. V podstatě jsem okopíroval jejich konstrukci a postavil prototyp zesilovače. Výsledek vidíte na fotografii výše na úvodní fotografii.

Schéma ani podklady pro DPS nebudu uvádět protože jsem nedosáhl předpokládaných parametrů a proto nevidím důvod aby tuto konstrukci někdo opakoval. Jde mi spíše o to podělit se o svou negativní zkušenost s touto konstrukcí.

Popis

Jak je vidět z fotografie snažil jsem se pokud možno co nejpřesněji okopírovat původní konstrukci. Neprve jsem oživil pásmový filtr. Ten mě překvapil poměrně dobrými parametry i přes jednoduchou konstrukci bez stínění. Chtělo by to sii ještě trochu pohrát s přizpůsobením aby byla vyrovnanější charakteristika S11 ale to je řešitelné.

V této chvíli jsem dále s filtrem laborovat nechtěl a pokračoval jsem osazením zbytku zesilovače. Na pozici C1 jsem použil kvalitní kondenzátor 24pF od firmy Johanson, lepší by byl ATC kondenzátor. Jako L1 jsem použil cívku 5z drátem 0,8mm CuL na průměru 6mm. Na místě L8 jsem použil kvalitní SMD cívku s velkým Q s indukčností 220nH. Tranzistor má zespod chladící plochu ke které se páječkou nedostaneme. Protože jsem u prototypu neměl prokovené DPS vyfrézoval jsem pod tranzistorem obdélníkový otvor o šířce 1mm. Z druhé strany jsem otvor kónicky rozšířil tak abych se tenkým hrotem páječky dostal až na chladící plošku tranzistoru. Připájel jsem tranzistor ze strany součástek a tím jsem ho měl fixovaný ve správné poloze. Ze strany mědi jsem do otvoru pod tranzistorem vložil 2 tenké pásky mědi tvarované tak aby plochou ležely na mědi a zahnutým okrajem sahaly až k chladící plošce tranzistoru. Pásky jsem zafixoval ve správné poloze připájením k ploše mědi. Pak už stačilo při dostatku tavidla vyplnit otvor cínovou pájkou a nechat ji rozlít na plochu mědi. Tak mám dokonale připájenou chladící plošku a zajištěný velmi dobrý odvod tepla. Po osazení zbylých součástek a odzkoušení stejnosměrných parametrů jsem celou desku v ultazvukové čističce vypral v Isopropylu. Tak jsem se zbavil zbytků tavidla které by mohly zhoršit šumové číslo.

Pak jsem celý zesilovač změřil VNAčkem. Jak je z obrázku vidět vypadalo to slibně.

Za zesilovačem byl zařazen útlum 26dB takže zisk byl okolo 27dB. V této chvíli jsem měl zesilovač naladěný na optimální přizpůsobení na vstupu.

Pak jsem změřil šumové číslo. Bylo okolo 0,5dB. Bylo tedy vidět že bude potřeba udělat optimalizaci na šumové číslo.

Nakonec jsem změřil výstupní IP3 a přešla mě legrace. Naměřil jsem totiž hodnotu okolo 21dBm, což je o cca 15dB horší než udávají ti ukrajinci z jejichž webu jsem čerpal. Při zisku 27dB je vstupní IP3 kolem -6dBm což je katastrofa. Takový předzesilovač je v praxi prakticky nepoužitelný.

Potom jsem se snažil optimalizovat šumové číslo. Postupným odmotáváním cívky L1 jsem se dostal na šumové číslo 0,2dB. S11 se výrazně zhoršilo na cca -3 až -5dB a zisk klesl na cca 23dB. Je vidět jak se minimum S11 mezi body 6 a 5 přesunulo na kmitočty kolem 230MHz a zisk také stoupá směrem k vyšším kmitočtům. Bohužel měření této charakteristiky jsem si neuložil.

Bohužel IP3 se nezměnilo a nedokázal jsem přijít na žádnou chybu kterou jsem udělal. Nakonec jsem došel k názoru že chyba patrně nebude u mě ale jde o chybu celé konstrukce. V DS tranzistoru ATF531P8 se udává IP3 až od kmitočtu 800MHz a je vidět že směrem k tomuto kmitočtu začala mít ktesající tendenci. Výrobce zřejmě dobře ví proč IP3 na nižších kmitočtech neudává. Původní pramen na který v úvodu odkazuji udává výstupní IP3 37dBm. To ale ani teoreticky není možné. Toto IP3 je v DS udávané pro použitý tranzistor při kmitočtu 800MHz. Pokud připustíme že stejné bude i při 144Mhz pak reálné OIP3 musí být menší o součet útlumu 3dB útlumového článku za tranzistorem a útlumu pásmové propusti. Takže teoretické maximální OIP3 celého zesilovače se pohybuje kolem 30dBm a ne 37dBm kterou původní web udává. Já ovšem naměřil OIP3 jen něco málo přes 20dBm.

Závěr

Mnou naměřená nepoužitelná hodnota IP3 může mít několik příčin nebo jejich kombinaci:

1. Moje vlastní chyba.
   Ačkoliv jsem žádnou chybu nenašel je dost možné že jsem nějakou hrubou chybu udělal. Pokud někdo nějakou chybu kterou jsem udělal vídíte budu moc rád pokud mě na ni upozorníte. Bylo by škoda zahodit takovýto zesilovač kvůli neodhalené chybě.
2. Mohl jsem koupit nějaký padělek.
   Tranzistor jsem koupil u Mouser.com. Je dost nepravděpodobné, že by tato firma prodávala padělky nebo přeznačené tranzistory ale v dnešní době není možné ani tuto možnost zcela vyloučit. Samozřejmě jsem mohl mít smůlu a v pásku zakoupených tranzistorů mohl být jeden vadný...
3. Ukrajinci z původního webu kteří tyto zesilovače prodávají v lepším případě možná OIP3 neměřili a prostě opsali hodnotu OIP3 z DS. V horším případě OIP3 změřili a prodávají to stejně...

Ještě na závěr podotknu, že jsem popisovaný zesilovač půjčil příteli který má mnohem větší znalosti než já a podstatně lepší přístrojové vybavení. Fotografie z měření šumového čísla pochází od něj. Tento přítel má měření zopakoval a došel ke stejným závěrům.

Kdyby někdo měl koupený zesilovač od těch ukrajinců na které odkazuji a byl by mi ho ochoten zapůjčit na změření byl bych velmi zavázán. Opravdu bych rád věděl která z uváděných možností kde je chyba je pravdivá.

Zdroj : Stránky OK1UGA