|
Pár slov na téma ochrany předzesilovačů před poškozením při VKV závodech. Určitě tu situaci znáte. Když jste po mnohahodinovém stavění vztyčili všechny stožáry s anténami a rozjeli závod, zjistili jste, že předzesilovač, umístěný nahoře u antény po pár hodinách provozu ohluchnul. Takže máte na výběr - v dešti, větru a za tmy sklápět stožár i s anténami a pokusit se předzesilovač vyměnit, nebo závod, do kterého jste již tolik investovali, odepsat. Protože v dnešní době se VKV soutěžní provoz orientuje stále více směrem "mnoho PA, mnoho antén" stává se, že si operátor v zápalu boje dvě antény natočí proti sobě, jeden PA přitom nesepne (třeba v důsledku "pecky" na relátku, nebo špatně sladěných sekvencerech) včas na vysílání a neštěstí je hotovo. Je-li totiž jedna z takové dvojice antén právě pod signálem z vysílače ke druhé je připojen předzesilovač, potom díky malému útlumu mezi blízkými anténami dojde vcelku logicky k tomu, že tranzistoru v předzesilovači se silným vstupním výkonem "utrhne šipka" a z polovodiče máme rázem celovodič. Proti vzniku takové situace sice existuje řada zaručených ochranných obvodů, jádrem kterých je obvykle nějaký ten sekvencer (doplněný o obvody vzájemného blokování všech použitých PA), ale náhoda je mrška proradná a dříve, nebo později nás taková nepříjemnost asi postihne i tak. A tak si (zatímco nám prší při skládání antén za krk) určitě položíme naléhavou otázku "a šlo tomu nějak zabránit?" Nepochybuji o tom, že první, co vás, stejně, jako mne, napadlo, byly antiparalelně zapojené diody na vstupu zesilovače. A nepochybuji o tom, že jste takovou myšlenku také víceméně hned odmítli. Vždyť už jenom ta představa, jak jakýkoli silný signál (třeba od provozu na jiném radioamatérském pásmu) způsobuje intermodulace na takové diodě a ruší tak všechny signály na provozním pásmu stačí k odmítnutí takové pošetilé myšlenky - a to už ani nehovořím o tom, že my, trochu dříve narození, máme ještě v paměti kauzu TV Dukla, která takovými diodami na vstupu tuneru způsobila z důvodu rušení, na těchto diodách vznikajících, před lety výrazné zhoršení postavení radioamatérské komunity v OK. Přesto - existuje nějaká cesta k ochraně takových předzesilovačů? Ano, existuje. V rámci našeho klubu již po řadu let využíváme toto zapojení:
V tomto zapojení se pro ochranný obvod předzesilovačů pro pásma 144 a 432 MHz využívá toho faktu, že vstupní laděný obvod předzesilovače transformuje nízkou impedanci antény na vysokou impedanci pro hradlo FETu. Ovšem tato impedanční transformace funguje jen pro ty kmitočty, na které je tento laděný obvod vyladěn. Pokud tedy umístíme omezovací diodu (stačí jedna, nemusí být dvě) z horního konce laděného obvodu k zemi, potom se při malých signálech tato dioda uplatní jen svou kapacitou, zatímco při vysoké úrovni signálu (v pásmu) začne spínat, tím zatlumí laděný obvod a ten tímto přestane být schopen transformovat nízkou vstupní impedanci na vysokou, čímž výrazně omezí rozkmit vstupního napětí na hradle FETu a zachrání tím nízkošumový FET před "utržením šipky". Pochopitelně jen do určité míry, několik wattů VF signálu na vstupu takový předzesilovač nevydrží stejně, hi. Co to udělá s předzesilovačem? Porovnejte tato měření:
Zajímavé, že... Očekávané (a fyzikálně zdůvodnitelné) snížení šumového čísla se jaksi nekoná, resp. je tak malé, že se ani v praktickém měření neprojeví (možná pokud bychom dělali statisticky významnější počet měření, potom by se toto zhoršení dalo odhadnout asi na jednu až dvě setiny dB). Při experimentech na toto téma se ukázalo, že asi nejvhodnější diodou pro tyto účely je detekční VF Schottky dioda. Testované směšovací Schottky diody způsobovaly mírné zhoršení šumového čísla předzesilovače (v průměru asi o 0.05dB): Možná, že ještě lepší budou PIN diody, jak píše PA3BIY, i když on tyto diody používá přímo na vstupu zesilovače, což považuji za dost nešťastné. Proč je toto řešení vhodné, resp.
vhodnější, než antiparalelně zapojené diody přímo na vstupu? Omezovací dioda v
navrženém zapojení zatlumí laděný obvod jen v případě, že je na vstupu
zesilovače signál, na který je vstupní obvod zesilovače naladěn (nebo v jeho
těsném sousedství). Signály daleko mimo amatérská pásma (TV vysílače) nezpůsobí
spínání diody a tedy ani další interference. Mírné zhoršení hodnoty IP v
radioamatérském pásmu v souladu s informacemi, uvedenými
zde příliš nevadí,
protože výsledné IP sestavy předzesilovač a transceiver je dáno především
hodnotou IP vlastního přijímače a ziskem předzesilovače. Praktické výsledky: za 15 let provozu předzesilovačů doplněných o tuto ochranu nedošlo ani jednou ke zničení tranzistoru v předzesilovači. V jednom případě, kdy jsme na kótě provozovali dva výkonové zesilovače bez sekvenceru došlo při nasměrování antén "na sebe" ke zničení ochranné Schottky diody (zkratovala se), ale tranzistor (CF300) to kupodivu přežil bez újmy. A tak jediné zničení tranzistoru v předzesilovači, které jsem si za ta léta "připsal k dobru" bylo při měření pro tento příspěvek, kdy jsem ochrannou diodu z předzesilovače odpojoval, hi. Na závěr možná ještě několik praktických poznatků z konstrukce nízkošumových předzesilovačů a jejich měření, jak se ukázaly při použití systému HP8970A: - jako blokovací kondenzátory v emitoru nízkošumového tranzistoru (C3 a C4) by měly být vždy použity klasické bezindukční terčíky (viz např. zde), použití SMD kondenzátorů je na tomto místě sporné a u některých konstrukcí zesilovačů (pokud se s jejich indukčností v konstrukci přímo nepočítá) může vést ke kmitání v GHz oblasti. Rovněž paralelně zapojené dva keramické kondenzátory s vývody (například jako blokovací pro transformátor v kolektorovém obvodu tranzistoru) vyvolají kmitání zesilovače dost spolehlivě. Proto na takovém místě (C6) použijeme raději jeden keramický průchodkový kondenzátor. - šumové číslo zesilovače může být degradováno šumem napěťového stabilizátoru (obvykle typu 78L05), nezapomeneme tedy na jeho vstup i výstup dát větší tantalovou kapku a ochrannou diodu přes stabilizátor. - vstupní vazební kapacitní trimr (C1), jakož i ladicí kondenzátor (C2) musí být vysoce kvalitní, tedy musí jít o trimry (Johanson, AirTronic, Tronser apod) se zcela zanedbatelnou hodnotou přechodového VF odporu mezi rotorem a statorem. Právě tento přechodový odpor je zřejmě faktorem, který zdaleka nejvíce ovlivňuje, resp. přímo degraduje šumové číslo předzesilovače - a to rozhodně více, než ztráty v dielektriku kapacitního trimru. Nemáme-li takový kvalitní trimr, nebo nevyhovuje-li nám jeho použití pro zvolenou mechanickou konstrukci, doporučuji jej - zejména vstupní vazební kondenzátor C1 - nahradit pevným keramickým kondenzátorem, jehož hodnotu je třeba vybrat cca mezi 3 až 6 pF pro nejmenší šumové číslo (vyzkoušeny byly typy Tesla TK 754). Šumové číslo se tím oproti použití kvalitního trimru nikterak nezhorší. Pro zajímavost - při výrobě LNA pro 144MHz jsem použil jako vstupní vazební kondenzátor tento relativně kvalitní trimr a dosáhnul jsem šumového čísla cca 0.35 dB. Po půl roce provozu však již předzesilovač dosahoval šumového čísla 0.7 dB (!). Na vině byl pochopitelně zoxidovaný kontakt na rotoru trimru... Problém se vyřešil výměnou trimru za pevný keramický kondenzátor 5.6pF. A šumové číslo zase bylo tam, kde původně... - pro dosažení co nejnižšího šumového čísla předzesilovače je třeba také použít co nejkvalitnější vstupní konektor (nejlépe kvalitní N konektor od renomovaného výrobce), protože levné čínské konektory s dielektrikem typu neznámé bílé umělé hmoty, nevím proč, přišumují až 0.5 dB (!). Totéž se týká konektorových spojek a redukcí zapojených na vstupu předzesilovače !!! A to i na dvoumetru... Úspěšnou contestovou sezónu 2007
vám přeje OK1VPZ |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
