Vorverstärker für Frequenzzähler

Sehr einfacher Vorverstärker, Impedanzwandler

Die Schaltung ist mit wenigen Standardbauteilen entworfen, soll einfach nachbaubar sein.
Hintergedanke war auch der Empfänger 40 m von W7ZOI:

Thread

QRP und Selbstbau: W7ZOI 40M Direct Conversion Receiver

Hallo,

OM sTef, DM5TU, hat mich auf ein kleines Bauprojekt des CalQRP Club aufmerksam gemacht und wir beide werden dieses Projekt umsetzen. Wer möchte, kann sich daran beteiligen und das Forum zum Austausch nutzen. Das Projekt ist schon einige Jahre alt und findet sich in dem bekannten Buch Experimental Methods in RF Design im Kapitel 1 auf Seite 13 wieder. In erster Linie ist es ein Lernprojekt und eine gute Übung zum SMD-Löten (1206). Obwohl SMD, sind diese Bauteile nicht zu eng platziert,…

DH4YM

October 5, 2024 at 8:00 PM

Der hat einen Zählerausgang hinter dem Oszillator mit ca. 200 Ω Ausgangsimpedanz.
Viele Frequenzzähler haben einen genormten Eingangswiderstand, meist 50 oder 75 Ω.
75 Ω trifft man häufig bei Messgeräten für Radio- und Fernsehtechnik an, manchmal auch 60 Ω.
Der Verstärker hat einen Ausgang mit 62 Ω, taugt für 50, 60 und 75 Ω bei sehr geringer Fehlanpassung.

Eingangsimpedanz: 400 Ω
Ausgangsimpedanz: 62 Ω
Betriebsspannung: 9 Volt
Frequenzbereich: 1-30 (100) MHz
Verstärkung: ca. 3,5 dB, bezogen auf Spannung

Will man den Verstärker für Linearzwecke nutzen, bleibt das Signal bis ca. 6 dBm sauber.
Man kann ihn ernsthaft übersteuern, das Ausgangssignal wird dann zunehmend zum Rechteck.
Bei Frequenzzählern ist dieser Effekt, also ernsthaft Kompression, meist erwünscht.

Simulation
Hier wurde mit LTSpice simuliert, Simulatoren Spice sind nur bedingt für HF geeignet.
Die Datei im Anhang, .txt entfernen, enthält das Modell für den 2222A von ON.
Wer möchte, probiere mal mit der Schaltung herum.
Die Spulen im Schaltbild sind parasitäre Bauteilinduktivitäten, also keine extra Bauteile.
R4 mit 400 Ω ist der Innenwiderstand der Signalquelle, also auch kein Bauteil in der Schaltung.
Ähnlich ist es bei R7, impedanzrichtiger Abschluss des Verstärkers.
62 Ω deshalb, weil sich dann sowohl an 50 Ω als auch an 75 Ω ein SWR von nur ca. 1,2 ergibt.

Was für die Spezialisten unter uns!
Zuvor erwähnte ich, daß die Basis des 2222A ab ca. 20 MHz niederohmig wird.
Das sieht man schön im Frequenzgang, die blaue Kurve ist die Spannung an der Basis.
Man nehme für den Emitterkondensator C6 nur 22 pF und variiere L4 im Bereich 10 bis 100 nH.
Damit erreicht man eine Kompensation der internen Basiskapazität, Serienschwingkreis.
Viel ändert sich an der Niederohmigkeit nicht, jedoch steigt die Verstärkung bei hoher Frequenz.

Ändert man den Generatorwiderstand R4 auf 75 Ω, erhält man den Verlauf im mittleren Diagramm.
Der Verstärker ist jetzt eingangsseitig wesentlich besser für hohe Frequenzen angepasst.
Man sieht, der Frequenzgang ist deutlich abhängig von der Impedanz der Quelle am Eingang.

Vermutlich werde ich noch eine Vorstufe zu dem hier entwerfen.
Damit soll der Eingang hochohmiger werden, glatterer Frequenzverlauf und mehr Verstärkung.
Im nächsten Teil kommt der Nachbau, dafür reicht eine kleine einfache Punktrasterplatine.

73, Andreas

Ihr denkt vermutlich an Empfänger wie von W7ZOI!

Klar, dann ist so eine Schaltung ein Batterietöter, mehr als der Empfänger selbst benötigt.
Der Verstärker ist für den heimischen Gebrauch gedacht, wenn man ein Netzteil zur Verfügung hat.
Sparte ich mir, man gönnt der Schaltung einen 78L09 und kann dann an vorhandene 12 V im Shack.

Die Niederohmigkeit am Ausgang muss schon sein!
Neben mir steht ein älterer Frequenzzähler von Grundig mit Eingang 75 Ω.
Auch will der für sicheren Betrieb ein Signal ab 0,5 Veff am Eingang sehen.
Irgendwo in einem Umzugskarton habe ich noch einen amerikanischen Zähler mit 50 Ω, der auch gut Pegel sehen will.
Genau für solche meist älteren Geräte, Gräber mit Logik-ICs, ist die kleine Schaltung gedacht.
Immer wieder tauchen solche Geräte in der Bucht oder bei Kleinanzeigen zu erschwinglichen Preisen auf.

Wer lieber auf modernere Geräte setzt, ist vermutlich mit dem Modul hier gut bedient:
7-stelliges Frequenzzählermodul bis 1,2 GHz
Da reicht dann natürlich ein einfacher Trennverstärker, wie von euch vorgeschlagen.

73, Andreas

Aufbau des Messverstärkers

Ich rate dazu, einen PN2222A von ON zu nehmen, mit dem wurde auch simuliert.
Bei Transistoren von anderen Herstellern hatte ich teilweise erhebliche Abweichungen bei den HF-Eigenschaften.
Als Beispiel aus eigener Erfahrung nenne ich CDIL, so etwa ab 30 MHz ging die Verstärkung in den Keller.

Das Schaltbild ist soweit mit dem der Simulation identisch, hier natürlich ohne parasitäre Induktivitäten.
Viele OMs mögen kein SMD, die Schaltung lässt sich komplett mit bedrahteten Bauteilen aufbauen.
Bei vielen Bauteilen sind mehrere Raster möglich, z.B. Keramikkondensatoren mit Beinchen 1/10 oder 2/10 Zoll.
Wer will, kann auch teilweise SMD 0805 oder 1206 einlöten, geht gut bei zwei Lötaugen mit Abstand 1/10 Zoll.
Als Steckverbinder nahm ich Stiftleiste 1/10 Zoll, ist nur als Vorschlag zu verstehen, praktisch und günstig.

Die Werte für C2 bis C4 sind unkritisch, Abblockkondensatoren HF.
C3 sollte schon Tantal sein, merklich bessere HF-Eigenschaften gegenüber Al-Elkos.
Auch der Wert von C7 ist unkritisch, sollte wegen der unteren Grenzfrequenz nicht zu klein sein.

Der Nachbau sollte für den halbwegs geübten Hobbyelektroniker kein Problem sein.
Man beachte die Spannungsangabe am Kollektor, die 6,7 Volt sollten auf +/- 0,3 Volt stimmen, DC-Arbeitspunkt.
Bis auf C3 nimmt man Keramikkondensatoren, Folienkondensatoren taugen für HF-Schaltungen meist nicht.
Die Schaltung ist inzwischen getestet, nehme ich gerade für Messungen am Empfänger 40 m von W7ZOI.
Im nächsten Teil gehe ich auf die tatsächlich gemessenen Werte ein.

73 es 55, Andreas

Ja und nein!

Tantals sollte man nicht als reine Siebelkos nehmen, tatsächlich ungeeignet.
Ripple mögen die nicht, erst recht nicht in Schaltnetzteilen, sind dann sehr schnell im Tantal-Himmel.
Als Koppelkondensatoren sind sie meist prima, z.B. in NF-Schaltungen.
Ich habe die auch schon in HF-Schaltungen als Koppelkondensatoren gesehen.
Im Vergleich zu AL-Elkos ist deren parasitäre Induktivität niedrig, gilt auch für moderne LOW ESR.
Deren ESR bezieht sich meist auf 100 kHz, normalerweise im Datenblatt angegeben.

Hier soll der Tantal nicht so wirklich HF abblocken, dafür sind die Keramikkondensatoren gedacht.
Der soll eher die Induktivität einer eventuell langen Zuleitung für die Spannungsversorgung kompensieren.
Da geht es nicht um Netzbrummen, eher um Schwingneigung eines Spannungsreglers davor zu unterdrücken.
Nicht ohne Grund zeichnete ich 1 nF und 100 nF Keramik ein, die blocken HF.
Auch Keramikkondensatoren haben eine meist nicht zu vernachlässigende Grenzfrequenz.
100 nF würde ich nie für UKW es up nehmen, taugt da nicht mehr.
Dafür ist dann der 1 nF gut, man nehme bevorzugt NP0/C0G, taugt wirklich für ernsthaft HF.

73, Andreas

Vorschlag zur Güte!

Ich bin manchmal etwas old school.
Bei den Keramikkondensatoren wie X7R hat sich in den letzten Jahren sehr viel getan.
Wer will und hat, es gibt sie seltener bedrahtet, nimmt statt Tantal einen Keramikkondensator.
Hier im Layout ist es einfach, da geht natürlich auch SMD für C3.
Die Dinger haben zwar einige Nachteile, interessieren aber bei der Betriebsspannung nicht.

73, Andreas

Letzter Teil, Messergebnisse

Man schaue sich sich den Frequenzgang im ersten Teil an, die Simulation mit Quelle 75 Ω am Eingang.
Auf Überprüfung Frequenzgang 400 Ω verzichtete ich, hätte dafür eine impedanzrichtige Anpassung bauen müssen.
So genau kommt sich das hier nicht, die Pegel in der Tabelle sind auf 1 dB gerundet.
Man sieht, die tatsächlich gemessenen Werte stimmen recht brauchbar mit der Simulation überein.
Die Tendenz Höhenanhebung ist signifikant, gut getroffen trotz bedrahteter Bauteile auf Punktrasterplatine.

Wie habe ich gemessen?
Als Generator nahm ich einen Abgleichsender Grundig AS5F, siehe Bild.
Recht vielseitiger Kasten für Rundfunkwerkstätten, kann auch AM und FM, Frequenzbereiche 0,1 bis 120 MHz.
Der Ausgang ist 75 Ω, mit Kabel RG179 75 Ω ging ich an den Eingang des Verstärkerchens.
Am Ausgang des Verstärkerchens schloss ich direkt folgendes Messmodul mit AD8310 an:
HF-Leistungsmesser-Modul von 0,1 MHz bis 440 MHz
Das modifizierte ich mal für übliche 75 Ω Rundfunktechnik gemäß Datenblatt.
Vermutlich, habe ich mehr Zeit, eröffne ich mal ein Thema zu AD83xx, gut und günstig nicht nur für Afu.
Mit den meisten AD83xx bekommt man im sicheren Bereich mehr als 60 dB hin mit Genauigkeit besser 1 dB.
Es wird log HF zu lin DC gewandelt, Messausgang, an dem mit einem guten Multimeter gemessen.
Den AS5F stellte ich so ein, daß der AD8310 etwa 1,5 Volt DC liefert, ungefähr Mitte Messbereich.
Die DC-Werte rechnete ich mit einem Taschenrechner auf dB um, auf 1 dB gerundet.
Der AS5F hat nicht in allen Frequenzbereichen exakt gleichen Pegel, die Tabellenwerte sind entsprechend korrigiert.

Am Anfang schrieb ich was von Kompression, absichtliche Übersteuerung des Verstärkers.
Genau das sieht man im Diagramm, die Ausgangsspannung geht gewollt in die Begrenzung.
Ohne Kompressionseffekt taugt der Verstärker bis ca. 0,5 Veff am Ausgang.

73, Andreas

HF über Flachbandleitung?

Unten im Bild sieht man, wie ich mit Zwillingslitze den Verstärker mit dem Empfänger 40 m W7ZOI verband:

Thread

W7ZOI DC-Receiver 40 m Nachbau

Nachbauvorschlag DC RX 40 m

DH4YM war so nett und fertigte Platinen für den Direct Conversation Receiver 40 m von W7ZOI.
Die Idee zum Nachbau wurde von ihm Anfang Oktober 2024 vorgestellt, siehe hier:

qrpforum.de/forum/index.php?thread/15475/ Auch ich gehöre zu den Nachbauern, will hier auf den Aufbau, Betrieb, etc. eingehen.

Ich werde mich vermutlich nicht exakt an die Anleitung in der Baumappe halten.
Einen Fehler entdeckte ich, bzw. eine sehr grenzwertige Bestückung.
Auf der Platine befindet sich…

DL2JAS

October 30, 2024 at 11:12 PM

Eigentlich ist das mehr oder minder Pfusch, jedoch abhängig von der Wellenlänge vertretbar.
Es gibt eine grobe Faustformel, (halbwegs brauchbarer) Pfusch soll deutlich unter 1/100 Wellenlänge bleiben.
Hier passt das bei 7 MHz, Flachbandkabel ca. 7 cm lang, zudem das SWR nicht wirklich interessant ist.

Stiftleiste 1/10 Zoll hat bei zwei Kontakten (symmetrisch) etwa einen Wellenwiderstand von 130 bis 150 Ω.
Nimmt man drei Kontakte, GND-Signal-GND, ist das annähernd ein Koaxialanschluss in der Gegend 65 bis 75 Ω.
Hat man dazwischen ernsthaft Dielektrikum, z.B. Flachbandkabel, wird es niederohmiger, eher 50 Ω.

Man betrachte auch im Bild das Adapterchen SMA-Buchse auf Buchse für Stiftleiste.
Bei ernsthaft HF ab UKW es up ist das wirklich Pfusch, taugt aber in der Praxis bis Kurzwelle als Behelf.

Der kleine Verstärker passt auch prima für ZF-Filter!
Typische Keramikfilter von z.B. Murata haben meist eine Ein- und Ausgangsimpedanz von 330 Ω.
Man schließt dann noch passend einen Widerstand parallel an, um auf die richtige Impedanz zu kommen.
Man kann übrigens die Filtercharakteristik etwas beeinflussen, wenn man eine Impedanz ungleich 330 Ω wählt.
An den Verstärkerausgang schließt man z.B. einen AD83xx an, um frequenzabhängig den Durchlass zu messen.

73, Andreas