FA-NWT: hochohmiger Meßvorverstärker für Frequenzzähler

    Hallo QRPForum,


    ich habe heute einen hochohmiger Meßvorverstärker für meinen reziproken Frequenzzähler entworfen und vermessen.


    Der reziproke Frequenzzähler hat zwei Messeingänge:

    • bis gut 38,5MHz
    • bis 2,7GHz mit 1:128 Vorteile MB510

    Für den 38,5MHz Bereich ist dieser hochohmiger Meßvorverstärker mit BFW92 gedacht.


    Messungen


    Mit dem FA-NWT und vorgeschaltetem 30dB Dämpfungsglied in einer 50 Ohm Umgebung habe ich diese S21 Messung durchgeführt.


    Aber die Eingangs- und Ausgangsanpassung an 50R ist für meine Anwendung, als Vorverstärker für meinen Frequenzzähler, nicht wichtig, so habe ich diese nicht bestimmt.


    Da es sich um eine einfache, nicht frequenzkompensierte Verstärkerschaltung um den BFW92 handelt, ist der Rückgang der Verstärkung Schaltung abhängig. Siehe Experimental Methods in RF Design .


    Im Bereich von 3,6MHz bis 51MHz geht die Verstärkung um 2dB von 28dB auf 26dB zurück, das finde ich ein gutes Ergebnis für diesen einfachen Schaltungsaufbau.


    Mit 28dB, das einer ~25 fachen Spannungsverstärkung entspricht, müsste man Signale bis mindestens 20mV messen können.


    Habt ihr evtl. weitere Anregungen oder Vorschläge ?


    Denn ich bin dann am layouten der Schaltung und hoffe bald fertig zu werden.


    .

    Hallo Uwe,
    macht einen guten Eindruck.
    Am Eingang würde ich aber noch 2 antiparalellgeschaltete Dioden zum Schutz gegen höhere Eingangsspannungen vorsehen.
    Wie ist die Empfindlichkeit unterhalb 3,5 MHz?
    73 Wolfgang

    Zitat von DL8DWW

    Am Eingang würde ich aber noch 2 antiparalellgeschaltete Dioden zum Schutz gegen höhere Eingangsspannungen vorsehen


    Dabei ist zu beachten, dass eine Diode je nach Typ eine erhebliche Sperrschichtkapazität aufweist. Diese Sperrschichtkapazität (mal 2) bildet einen Spannungsteiler mit dem Innenwiderstand der zu messenden Quelle und kann daher bei sehr hochohmigen Quellen Verstärkung und Frequenzgang beeinflussen..


    Zur Schaltung ansonsten ist anzmerken, dass die Transistorstufen einen Ausgangswiderstand in der Größenodung des Kollektorwiderstandes haben. In diesem Falle 460 Ohm im Leerlauf. Der reale Ausgangswiderstand der letzten Stufe ist also der Kollektorwiderstand parallel dem Eingangswiderstand des angeschlossenen Detektors, im Falle NWT also 460 // 50 Ohm. Dementsprechend ist die Leerlaufverstärkung trotz Spannungsgegenkopplung lastabhängig. Bei einer Ausgangsstufe als Emitterfolger könnte man diese Abhängigkeit der HF-Vestärkung von der Last vermeiden. Da die Stufen wegen der geringen Betriebsspannung ohne Stromgegenkopplung (Emitterwiderstand) betrieben werden, ist auch keine allzugroße Stabilität und Linearität zu erwarten. Für die Zwecke als einfacher hochohmiger Detektor oder als Vorverstärker für einen Zähler reicht das vollkommen aus. In einem Layout würde ich einen Emitterwiderstand mit parallel C zur Stromgegenkopplung und einen Widerstand von der Basis nach Masse zumindest vorsehen, dann kann die Schaltung bei Bedarf auch mit stabilem Arbeitspunkt und definierter Verstärkung betrieben werden.


    Da die Linearität nicht im Vordergrund steht, könnte man bei der Eingangsstufe auf den zweiten FET als Stromquelle verzichten. Man gewinnt dadurch bei den 5V Betriebsspannung eine geringfügig höhere Aussteuerfähigkeit, muss als Nachteil dafür aber den Strom individuell mit dem Gate Spannungsteiler einstellen, die die FETs Streuungen haben.


    73, Günter

    "For every complex problem there is an answer that is clear, simple, and wrong" (H.L. Mencken)

    4 Mal editiert, zuletzt von DL4ZAO ()

    Hallo Uwe,


    deine Messwerte machen mich stutzig, insbsondere die angeblichen 28 dB Verstärkung. Die von dir verwendete Schaltung arbeitet fast ohne Gegenkopplung mit Vollgas. In einer Simulation liegt die mit 50 Ohm belastete Verstärkung schon bi 50 dB. Kann es sein, dass dein Verstärker schon in der Begrenzung ist? Hast du schon mal mit einem Oszilloskop geprüft, was da an Wellenform rauskommt.


    Nach meiner Erfahrung ist die Betriebsspannung von 5V auch nicht ausreichend, um die von dir verwendeten FETs in einem vernünftigen Kennlinienbereich zu betreiben. Ich befürche daher, dass der BF245C gar nicht richtig durchgesteuert wird. Miss mal HF Spannung (z.B. bei 100 kHz, die Basis des nachfolgenden Bipolartransistors sollte abgehängt sein) vor dem FET und nach dem FET Impedanzwandler. Wenn er richtig durchsteuert, darfst du nur wenige Prozent verlieren.

    Hallo Wolfgang und Günter,


    danke für die Analyse.
    Ich sehe jetzt, dass zwei Dinge zu ändern sind:

    • 2x BF245C sind für Vcc= +5V nicht geeignet
    • meine Messung mit -12dBm hat den gesamten Verstärker übersteuert; ist aber als Vorstufe für einen Frequenzzähler nicht kritisch und auch gewünscht.

    Also habe ich nach einer Idee von QRPProject [1] die Eingangsbeschaltung geändert und mit einem 50dB Dämpfungsglied die Verstärkung (S21) bestimmt.


    Die vier Messungen wurden von 0Hz bis jeweils: 1MHz, 10MHz, 30MHz und 60MHz durchgeführt.


    Quelle: [1] Universalzähler und Frequenzanzeige

    Zitat von de0508

    .....mit -12dBm hat den gesamten Verstärker übersteuert; ist aber als Vorstufe für einen Frequenzzähler nicht kritisch und auch gewünscht.


    Dabei ist zu beachten: einen Transistor in die Sättigung zu fahren ist bei hohen Freqenzen nicht ratsam. Denn er kommt nur langsam aus dem Sättigungsbetrieb wieder heraus, weil erst Ladungsträger ausgeräumt werden müssen. Das macht ihn weitaus langsamer, als im linearen Betrieb. Im Sättigungsbetrieb wird auch ein Gigahertz Transistor zur lahmen Krücke und macht bei einigen zig Megaherzt schlapp. Die Angabe der Transitfrequenz gilt also nicht für den Betrieb als Rechteck-Schalter in der Sättigung.


    73, Günter

    "For every complex problem there is an answer that is clear, simple, and wrong" (H.L. Mencken)

    Hallo Günter und Wolfgang,


    hier ist noch ein Vorschlag für ein HF-Limiter, der Signale ab 1,6Vss begrenzt.
    Bei HF Signalen mit U=30Vss, fließen 6mA das liegt noch gut um soll der Dioden.


    Die 4 Schottkydioden haben bei 1mA eine definierte Flussspannung von 0,4V und einen sehr niedrigen Kapazität, die noch durch die Reihenschaltung auf 1/4 reduziert wird.


    .

    Hallo Uwe,


    so ist der Eingang bis die Dioden leitend werden aber mehr oder weniger niederohmig und könnte die Quelle zu stark belasten. R1 müßte da schon wesentlich größer sein.


    Viele Grüße
    Bernd

    Hallo Günter und Mitleser,


    ich habe heute den Vorverstärker überarbeitet:


    a) eine Gegenkopplung über je einen 27R Emitterwiderstand,
    b) der Kollektorstrom wurde auf ~16mA angehoben
    und
    c) die Versorgungsspannung auf 9V erhöht.


    Das Ziel ist geblieben:

    Zitat

    Der reziproke Frequenzzähler hat zwei Messeingänge:
    bis gut 38,5MHzbis 2,7GHz mit 1:128 Vorteile MB510Für den 38,5MHz Bereich ist dieser hochohmiger Meßvorverstärker mit BFW92 gedacht.

    Messungen


    Mit dem FA-NWT und vorgeschaltetem 40dB Dämpfungsglied in einer 50 Ohm Umgebung habe ich diese S21 Messung durchgeführt.


    Aber die Eingangs- und Ausgangsanpassung an 50R ist für meine Anwendung als Vorverstärker nicht wichtig, so habe ich diese nicht bestimmt.


    .

    Hallo Uwe,
    vielleicht interessiert sich eine Schaltung die Eric und ich einsetzen, wenn wir sehr hochohmig mit dem VNWA messen wollen. Der Frequenzgang müsste auch viel besser sein.
    Vielleicht kannst du etwas damit anfangen:
    http://www.qrpforum.de/index.p…dDBFileDownload&dataID=19 --> Seite 102ff


    Grüße Jörn


    (Der dicke Brief für dich liegt immer noch auf meinem Schreibtisch - sorry)

    Hallo Jörn,


    eine interessante Schaltung.
    Hast Du da eine richtige Endlösung mit Leiterplatte als Taskopf , oder nur eine Lochrasterplatine aufgebaut.
    Hast Du weitere Tipps zur Verbesserung . Die Vor- und Nachteile werden ja meist erst in der Praxis sichtbar.


    Viele Grüße
    Bernd