|
Схема данного малошумящего усилителя. разработана с помощью программы «Microwave оffice». В усилителе используется арсенид-галиевый Е-РНЕМТ транзистор ATF55153. Этому транзистору не требуется отдельного отрицательного источника смещения, он работает на положительном смещении подобно тому, как работают биполярные транзисторы.
По окончанию этапа компьютерного моделирования был изготовлен опытный образец, который и представлен на ваш суд 
Схема МШУ
Как видно из схемы, цепи широкополосного согласования, состоящие из L1/L2/C1/C2 и L5/C5/C4, обеспечивают соответствующее согласование по уровню шума, коэффициенту усиления, S11 и S22. Такая структура так же обеспечивает снижение коэффициента усиления на низких частотах.
Для упрощения схемы усилителя применено пассивное смещение, выполненное при помощи делителя напряжения, состоящего из R2 и R5. Напряжение на делитель подаётся из цепи стока, резистор R1 добавлен для того, чтобы ограничить ток затвора транзистора. Резистор R3 обеспечивает устойчивость усилителя во всём диапазоне частот. Не следует увлекаться слишком большими номиналами этого резистора, т.к. при его увеличении уменьшается коэффициент усиления, и коэффициент шума любого МШУ.
Микрополосковые линии Z1/Z2 на входе и выходе усилителя 50-ти омные. Линии L3/L4 включённые в оба вывода истока транзистора обеспечивают устойчивость усилителя на высоких частотах в районе 8-12 Ггц. Микросхема МС1 - стабилизатор питающего напряжения +5 вольт. 
Топология печатной платы
Печатная плата выполнена из фольгированного материала ФАФ-4Д,
толщиной 1.4 мм и толщиной медной фольги 0.05 мм, с диэлектрической проницаемостью 2.52. Рисунок печатной платы выполнен в программе «SprintLayout». Файл рисунка можно скачать по ссылке .
Плата изготовлена в домашних условиях с помощью «утюжно-лазерной технологии». Корпус изготовлен из двухстороннего фольгированного стеклотекстолита. Сквозные переходы выполнены проволокой диаметром 0.3 мм. Отверстия для переходов рассверлены сверлом 0.4 мм.
В усилителе применены SMD компоненты следующих номиналов и типов:
С1 - 3 пф
C2,C6,C8 - 2 нф
C3 - 0.91 пф
C4 - 7.5 пф
C5 - 3.3 пф
C7, C9 – 1мкф x 50 в (танталовый)
С10 - 3.3 нф (проходной)
L1 - 8.2 нГ
L2 – 10 нГ
L5 - 15 нГ
L6 - 1 мкГ
R1 - 10 ком
R2 - 1.2 ком
R3 - 24 ом
R4 - 4.7 ком
R5 – 68 ом
Линии Z1,Z2 и индуктивности L3,L4 выполнены печатным cпособом.
Все резисторы типоразмера 0805 с допуском +/- 5%.
Все керамические конденсаторы типоразмера 0805 фирмы «Murata».
С1,С3,С4,С5 группы NP0 с допуском +/- 0.25% или +/- 0.5%.
Конденсаторы С2,С6,С8 группы Р33 или N33 с допуском +/- 5%
Конденсаторы С7,С9 типоразмера 1206.
Все индуктивности (кроме L6) типоразмера 0805 или 0603 с допуском
+/- 2% или +/- 5% фирмы «Murata».
Индуктивность L6 типоразмера 1206 или больше. Она установлена с противоположной стороны платы на небольших контактных площадках
вырезанных ножом и соединена с входом микросхемы МС1 сквозным переходом.
Микросхема стабилизатора 78М05 или 78L05.
Транзистор ATF55143.
На фотографии , опытный образец усилителя.
При первом включении усилителя оказалось, что он работает и работает отлично, и даже не хочет возбуждаться с открытым входом.!!! Сравнение с усилителем на транзисторе ATF10136, имеющим коэфф. шума 0,45 dB, показало, что у нового усилителя этот параметр значительно лучше!
Да и усиление больше, чем у старого усилителя больше, чем на 3 dB.
Никакой настройки не проводилось, так как настраивать и крутить нечего!
Для расчёта усилителя были использованы “S” параметры транзистора для режима 3в, 30 мa. Проверка режима по постоянному току показала, что ток через транзистор - 27 ма, при напряжении сток-исток - 2.8 вольта. В заключении, несколько советов, для тех кто будет повторять этот МШУ.
Оптимальная толщина фольгированного материала для этого усилителя
0.5 – 0.8 мм. Дело в том, что длина сквозного перехода, т.н. «VIA»
при более толстом материале, сводит на нет размеры линии в истоке. Линии
таких маленьких размеров, да ещё с проволочными сквозным переходом
трудно выполнить в домашних условиях и потом напаять на эти площадки
миниатюрный транзистор..
Импортный материал FR4, толщиной 0.79 мм вполне подойдёт. Единственное, что Вам потребуется, пересчитать линии на входе и выходе МШУ в программ «АРР САD». Конечно, фольгированный фторопласт предпочтителен по своим диэлектрическим параметрам.
Российский материал FR1 применять не советую. У него и диэлектрическая проницаемость больше, 5.2 против 4.7 у FR4. О тангенсе угла потерь материала FR1 можно сказать так – ну очень большие потери!
Маленькие контактные площадки отстают от подложки после нескольких касаний 20-ти ваттным паяльником.
При изготовлении платы следует, как можно аккуратнее выполнить истоковые линии у транзисторов, заземляющие площадки для С2,С3 и С4, а так же входную и выходную 50-ти омные линии.
Как уже было написано, правильно и без ошибок собранный усилитель практически не требует никакой настройки. Конечно перед включением питания надо внимательно просмотреть и прозвонить монтаж на предмет отсутствия коротких замыканий под SMD элементами. Желательно пользоваться паяльником с керамическим нагревателем.
Перед подачей напряжения на транзистор, проверьте выходное напряжение стабилизатора без запайки резистора R5. Если всё нормально, то впаяйте этот резистор. Подключите выход МШУ к приёмнику, вход усилителя можно оставить не нагруженным. Так больше шанцев обнаружить возбуждение усилителя. При подаче питания на транзистор, Вы должны услышать увеличение уровня шумов приёмника..
Режимы транзистора должны быть такими:
напряжение сток-исток 3 +/- 0.2 вольта;
напряжение затвора 0.6 +/- 0.05 вольта.
Ток через транзистор можно подстроить изменением в небольших пределах номинала резистора R2. Касания щупом прибора элементов схемы не должны сопровождаться резким увеличением уровня шумов в динамике приёмника.
В противном случае, это говорит о том, что Вы сделали что-то не так, и Ваш усилитель возбуждается. Если у Вас напряжение смещения, замеренное на различных концах индуктивности L2, отличается на десятые доли вольта да ещё и меняет знак, а замеры падения напряжения на резисторе R5 имеют различные значения по величине, то это тоже говорит о возбуждении усилителя.
Ещё раз повторюсь, что при установке деталей согласно перечню элементов, усилитель не должен возбуждаться! Мною воплощено в железо два таких усилителя, и оба запускались без проблем.
Графики параметров МШУ, полученные в процессе
компьютерного моделирования. Посмотрев на графики параметров S1,1 и S2.2 можно увидеть, что значение
параметра S1,1 имеет значение – 5.4887 dB, что соответствует КСВ по входу
3.27:1. На это не стоит обращать внимание, т.к. хороший КСВ по входу и хорошие шумовые параметры - несовместимые вещи. Вот почему многие не могут получить хороших шумовых параметров, предварительно настроив вход МШУ на КСВ 1.1:1 на «панораме». Но здесь есть один нюанс. При измерениях коэффициента шума на измерителе стоимостью 50 т. долларов
может появиться ошибка из-за большого КСВ по входу. Попутно возникает вопрос, зачем нужны такие дорогостоящие измерители?
КСВ по выходу очень хороший. Я включал два усилителя один за другим через кабельный адаптер. Всё прекрасно работало без возбуждений.
Динамические параметры на приборах не измерялись, но я провёл следующие испытания. Направив антенну с усилением 15 dB на базовую GSM
станцию с подключённым МШУ, я не заметил появления новых сигналов в диапазоне 1240-1300 мГц на трансивере FT-736R. Базовая станция расположена в 50 метрах от моего балкона, где была установлена антенна.
Как видно из графика «K factor», усилитель абсолютно стабилен вплоть до
14 Ггц. Кривая графика больше «единицы» во всём диапазоне частот и имеется запас по стабильности.
Ниже приведена таблица измеренных значений коэффициента шума и коэффициента усиления опытного образца усилителя. 
Резкие броски измеренного коэффициента шума, могли быть по той причине, о которой я писал выше. В заключении, выражаю огромную признательность и благодарность за оказанную помощь Дмитрию RA3AQ, Игорю UN9GW, Василию RA4SBC/3 и Василию, aka “vaseeb”.
Желаю всем успехов в МШУ-строении!!! Александр Скуридин, RW3AZ. |
Статьи 
