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Priamp

自作、プリアンプ  目次

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FETの電流帰還NFB 2016/12/12

HFや50MHzの高周波増幅でGainを調整したい場合、
トランジスタならエミッタに抵抗を入れ電流帰還NFBを掛ける方法がある。(下図右)

FETではゲートにDC電圧を掛ける方法が一般的だが、マイナス電圧で使いにくい時もある。
そこで、ソース抵抗のパスコンを外し電流帰還NFBを掛ける方法を試してみた。

2SK61-GRではGainは-5dB位だった。トランジスタに比べGain低下が少ない。
MosFETの2SK241や3SK121でも同じ様な感じでGain低下した。
また、ゲートのDC電圧を下げる方法と同じ事になるらしく、併用しても効果が足される事はなかった。

RF-NFB-AMP.PNG

2SK192Aだけは小抵抗でGainが大きく変わったり、電源電圧で変わったりしてちょっと変?

プリアンプの石 2009/4/1

7L1WQGさんのHPに「プリアンプの設置、製作について」という記事が出ています。
BS用の10GHzのHEMT-FETを430MHz以下に使うとマッチングが難しく、実際はノイズが増える。という話です。

私もあれこれ作って見ましたが、HEMT-FETはノイズっぽくなる場合がほとんどで、
むしろ携帯電話用の1GHzクラスのFETの方が良いと感じていました。
(432MHz EME受信に使ったのも寺子屋プリ改でした)

技量が足りないのか?と思っていたが、そういう訳で納得です。

EME用プリアンプの製作 2007/4/2

3SK177プリアンプはS/Nもなかなか良く、フィルター特性で145MHzのかぶりを低減してくれるのでSATには好都合です。
ただ、EME用としてはもう少しNFがほしく、NE76184A改造がいまいちだったのでキャビティ式に作り直してみた。
0.3mm真鍮板と0.5mm両面基板を使っています。
写真→Amp00732s.jpg

入力はオーソドックスな方法ですが、調整したらトリマをだいぶ入れないとS/Nが良くならなかった。
Lを1ターンから減らしてストレートにしてもトリマは半分位で、予想とだいぶ違う。
仕様書ではD-Sは3VなのでRegICのGNDにダイオードと抵抗を入れて近づけてみたが、少ししか変わらなかった。

それなりにGainとS/Nは良くなったが、やけに広帯域でいまいち納得がいかない。
容量が大きいと言うことはFETの入力インピーダンスが低いのか?
良く考えたら「GaAs MES FET」って接合型だから、3SKのMOS型より低いのでは?

やっぱ仕様書を読み解かなきゃだめって事でSパラメータは苦手だったが、いろいろ探して調べてみた。
 ・Sパラメータ解説 i-laboratory トラ技の穴
 ・インピーダンス計算 高周波関係の計算プログラム

NE76184A500MHz R+JX(Ω)432MHz NFmin(Ω)2GHz R+JX(Ω)2GHz NFmin(Ω)
in-Z 11.2 -395.5188 +57412.8 -95.160.0 +123.8
Out-Z238.9 -120.7(↑予想)75.5 -102.5

出力は伝送トランスで良さそうだが、やはり入力は低いようだ、NFminがかけ離れているようだ。
どうやってマッチングしようか?
 思案中

仕上げとノイズSG 2007/3/11

今週の成果です。
サトー電気のプリアンプを手持ちの部品を使ってケースに入れた。(↓左)
大きさがぎりぎりで入出力がやや長くなってしまったが、問題は無いようで調子よく動いています。
(金属スペーサでGNDをケースに落としています。)
やっぱケースに入れると使いやすくなりますね

プリアンプも効果が有ることは判っているが、比較が難しい。
GigaStもHiGainアンプが有ればNFが測れるようだが、ちょっと難しそうだし。
とりあえずノイズSG基板を試してみると、ちゃんと10Vで13dBほど出てきた。これは使えそう。

Goodアイデアな7L1WQGさんのノイズSGをスイッチングする方法を作ってみました。(↑右)
CMOSなら10Vのまま使えるので、オーディオのスイッチングをさらに簡単にしてみました。
ノイズSG回路図→NoiseSG_1.gif

FT-817をAMモードするとピーと聞こえました。この音を最大に調整すればS/Nmaxにできる訳です。
パソコンでWaveSpectraを使って測ると、650Hzとその高調波が見えました。

このプリアンプの効果を測定してみたら、なかなか良好な結果でした。→NSG_0311-1.png

リベンジ、NE76184A 2007/2/11

以前の寺子屋プリアンプNE76184A改造ではGainが低く、キャビティでないと無理か?とも考えたが、
さらに色々やっていて出力を抵抗直結にしてみたが良くなかった。ならばと4:1トランスに改造してみた。

Gain大幅UPしやっと本来の性能が出ました!(NE76184Aは3SKのGaAsより出力インピーダンスが低い?)
だが、少し不安定でANT外してもノイズが多かった。
入力の20pFトリマを廻すとノイズは減ったが、max位置だったので68pFのセラコンに変えました。

トランスのコアの素性は忘れてしまって判りませんが、3ターンバイファイラ巻きです。
2ヶ作って、Gigastで通過損失を見たら144MHz〜435MHzもフラットですばらしい特性でした。

また、出力の共振ラインはトリマを外しパスコンを追加して単なる電源配線にしています。
出力パターンも穴を開けてGNDにしています。
ソース抵抗でIdが変化し、33Ω=16.5mA、75Ω=10.0mAでした。
電源は10/11の回路で2.5Vを作っていますが、5Vreg+抵抗でも良いと思います。
写真→amp00685s.jpg
特性 →AmpNE76184T.png

Gainは3SK177より5dB以上高く、衛星通信にはちょっと過剰な感じもします。
f特性はやや広めな感じで、空芯コイルの方がQが高いのかもしれません。

4/2、ノイズSGなどで確認したところ3SK177のアンプよりS/Nが悪かった。作り直し。

プリアンプのノウハウ 2007/2/4-8

共振出力のタップ位置を下げて、GainUP
寺子屋プリアンプ3SK177改に保護ダイオードをつける為にいじっていたら、
出力のタップ位置を1/4以下に下げた方がGainが上がり、特性も鋭くなる事に気がつきました。
きっとインピーダンス的に下げた方が合うのでしょう。オリジナルのFET直下と比べると3dBは上がりました。
保護ダイオードをつけたら1dBほど下がった感じでしたが。
(↓元の出力パターンに穴を開けてGNDにしています)

2/8、NFが少し良くなった感じがします。

抵抗出力タイプは容量負荷に弱い
バラックで使っていたサトー電気のプリアンプをジャンクのケースに入れたら、Gainが出ない!
もしやと出力の3pFを外すとそこそこのGainは得られたが、元の状態(2.5D2V 20cm)には及ばない。
NFへの影響はどうなんだろう?
ケースのBNCコネクタが予想外の容量を持っていたようで、このケースに入れるの止めました。
なお、保護ダイオードに使った1SS133は優秀で2本で2pFを下回る位の感じでした。

2/8、こちらのJR4MDA局のプリアンプ測定ページにも直結は容量負荷に弱いと書いてありました。
  トランス出力が良さそうに見るので、似たコアで1:4を作って、270Ωを置き換えてみました。
  結果はGainがさらにUpしたものの不安定になった感じでした。とりあえず270Ωに戻した。

<コメント>

FETが飛んでしまう 2007/1/24-28

また、寺子屋プリアンプ改の3SK177が飛んでしまった。
190円の石とはいえ、これで6回も飛ばしてしまった事になる。トホホ

3回はつけたまま送信してしまった。FMだと一発で逝ってしまう、これはしかたない。
3回が謎で145MHzFMを送信したとたん、逝ってしまった。最近は2回連続でこれです。

元々、145MHz→435MHzへのかぶりが多いので、何かの拍子に入力過多で壊れるのだろうか?
一瞬、受信側のFT-817の送信LEDが点いた様にも見えた。回り込みで誤動作してる?

NFを気にして保護ダイオードはつけてなかったが、入れないと駄目かも。

実はサトー電気のプリアンプを使っている時にも起きたが、無事だった。
出力が抵抗負荷だから強いのだろうか?たまたまなのか??

1/28、症状が出やすい時が有ったので、色々探ってみた。
FT-817にプリアンプを入れていて、デジタルインターフェイスを繋いでいる時に起きていた。
マイクやRS232は関係なかった。送信LEDが付くのはD-IFのPTTがONしていたようだ。

デジタルインターフェイスはJARLnews-2006冬に載っていた、直接繋ぐ簡単な方法でした。
PTTの配線がANTになってる?。PTT用Trのベースにパスコン1000pFを入れたら症状は止まりました

なお症状の確認を何回もやったが、サトー電気のプリアンプは無事だった。やはり強いようだ。

<コメント>

サトー電気のプリアンプ 2007/1/21

サトー電気は仕事が早い。土曜に振り替えで注文を出したら水曜に物が来た。
今回、パーツ注文のついでに430MHzプリアンプ基板を買って作ってみた。
部品はありあわせで作ったので定数はキットとちょっと違うがところがあるが概ね同じです。

Amp3sk177_s_c.png

この回路で特徴的なのは、出力を抵抗だけでやっている事である。
出力の3pFは同調がないので、高い周波数を落とすためだろうか?

基板があると製作は簡単でした。
ドレイン抵抗が入っていてもFETはちゃんと10mA流れていました。(なるほど)

プリアンプ特性Amp3sk177_s.png
Gainもちゃんと出てるし、入力同調だけでも下は結構、減衰がある。
上があまり落ちて居ないのが出力同調の違いみたいだ。

寺子屋435MHzプリアンプ、3sk177改と聞き比べてみたが、ほとんど遜色ない。
145MHzからのかぶり低減にもちゃんと効果がありました。
簡単な回路でこの性能には驚き。目から鱗でした。

145MHZ用も買ってあるので、また作って見るつもりです。

<コメント>

プリアンプのフォローアップ 2006/10/11

寺子屋プリアンプのNE76184A改造品をさらに試しています。

・電源を変えて電圧を上げたらGainがUPするのか?
  2.5Vが最大Gainで3V以上ではGainDownしてしまい逆効果でした。
 ・ソース抵抗を100Ωから下げて電流UPしたら?
  Gainは少し下がってしまいました。

2.5VのRegICが無かったので、手持ちの部品で定電圧回路を作ってみた、
ツェナーの代わりにLEDで定電圧を作ってパイロットランプと兼ねています。
Rを大きくすると電圧は少し下がり微調整できます、簡単な回路ですが有用です。

Reg25V.png

しつこくやってるプリアンプ改造 2006/8/24

しつこく寺子屋プリアンプの改良を試みています。

上記と同様の改造を3SK177でも行ったところ周波数特性を改善できました。
周波数特性特性 priamp3SK177TC.png (比較 priamp3SK177.png 2/3)

 <2007/2/11を見てください>

おそらくNE76184Aはインピーダンスが高い方が良いのだろうが、このパターン配置ではこれが限界だと思います。
これでBPFが無くてもプリアンプだけで145MHzのかぶりを抑える事ができるようになりました。

プリアンプのさらなる改良 2006/7/30-8/7

スワロー改造のプリアンプが調子良いものの、寺子屋プリアンプも周波数特性は良いので、もう少し何とかなるのでは?
と考えていたらCAWさんから2SK571?をいただいたので、寺子屋プリアンプに付けてみた。<br>

GigaStで見るとGainは8dbほどあるのだが、ANTに付けて聞いてみるとGainが足りない感じ??
周波数特性では1.3GHz付近が上がりぎみなのも気になったのでフェライトビーズを入れたり色々やってるうちに、Gainが出なくなって電流も30mAから下がらず!壊してしまいました。
過電圧のはずは無いので、静電気?半田の熱?CAWさん申し訳ありません

ここでgainの出なかった理由を考えて色々な回路を見ていたら、入出力の100pFをトリマーに変えたらNF改善できるのでは?と気がつきました。
とりあえず50pFを付けて調整したら、入力側トリマーは細かいノイズが少なくなる所がありました!
出力側トリマーの変化はブロードな感じ。

ここでANTを付けて効果を確認しているうちに、自作BPFは1dB以下とはいえロスがあるのだから、プリアンプが先でBPFを後にした方が良いのでは?と気がつきました。
正解でした!プリアンプ効果が上がり、BPFは後ろでも大丈夫でした。

ただ、こうすると寺子屋プリアンプの元の共振トリマー、新たにつけた出力トリマー、BPFの共振トリマーが相互に影響して周波数特性を合わせるのがとっても面倒になりました。
GigaStでやってもだいぶ時間が掛かってしまい、以下のであきらめました。
FETは3SK183でG2にバイアスを加えています。
写真→Amp00591s.jpg

まだ、スワロー改造の方がGainがあり良いものの、差は少なくなったしフィルター効果はこっちの方が良い感じです。

ちなみに確認用の信号は普段は邪魔な漏れ電波です。アンテナの向きで強さを変えられますし、寺子屋SWRブリッジをATT代わりに使うとノイズぎりぎりの信号になります。
またWaveSpectraもSN比やFMのノイズレベルを比べるのに重宝してます。

8/7 FETを3SK177に変えてみた。Gainも少し上がってさらに良くなった、UHFクラスではこの石が最良かも。
  スワロー改との差もごく僅かになった感じがします。
  BPFつきプリアンプ特性 Amp177_TC_BPF.png

<コメント>

プリアンプの改造 2006/7/15

以前、オークションでスワロー誘電製の良く判らないプリアンプを激安で落札した。
(800MHzだったので皆さん手を出さなかったのでしょう。)

半年ほどほおって有ったのですが、やっと435MHzに改造して見ました。
共振棒がストレートだったので、とりあえず手持ちのエナメル線で長くしてみたが、Gainが今ひとつ出なかった。
出力コンデンサが小さすぎる?と1pF→22pFに交換したら良くなりました。入力も1000pF→100pFにしてみた。
FETやバイアス抵抗、共振トリマはそのままです。
(↓内部写真、抵抗みたいですがコンデンサです)

改造後の特性 priampS-0870改.gif

測ったらGainは10dbで同じくらいだが使用感ではもっと有りそうです、NFも良好だった。
周波数特性はいまいちだが、寺子屋改より良い感じなのはやはり、いい石(HEMT?)を使っているからか?

<コメント>

プリアンプを改造 2006/2/3-13

寺子屋197プリアンプのFETを飛ばして交換してから、なんとなくNFが悪くなってFT-817そのままと変わらないように感じていました。
調べてみるとFT-817の初段2SK2685はNF1.0でそこそこ良さそう。ただ、かぶりが出ることからFET入力までのフィルターが十分ではなくPriAmpの余地はありそうです。

いきなりHEMTも難しそうなので、手持ちの2SC2367で別のPriAmpを作ってみたが、いまいちうまく動きませんでした。使い易そうでNFの小さいFETを探し通販で3SK177を買って寺子屋プリアンプに付けてみました。

本当はFETの最適インピーダンスとか合わせるべきですが、GaAsDualGateFETなので位置も定数もほとんどそのまま(G2のみ47K/15k)として、FETがチップで小さくなった分パターンを切ってジャンパーで延長しています。

FET3SK1833SK1773SK1133SK97
仕様 NF 1.2(800M) 1.1(900M) 1.5(900M) 1.7(1G)
測定Gain(db) 11 13 11 11
聞いた感じ意外と良い少し良くなったちょっとだけ改善ノイズも多い
3SK177DSG1G2D電流
測定値7.61V1.19V0.0V1.84V12mA

電流は電源電圧やG2を変えてもあまり変わりませんでした。G1か?
改造後プリアンプの特性 priamp3SK177.png
NF値のとうりにノイズが少し減って聞きやすくなった気がしています。(3SK121はすぐに飛ばしてしまったので?)

ちゃんと調整し測定したら帯域外の減衰もそこそこあるので、フィルターを外してみました。145MHzからのかぶりはほぼ無くなり大丈夫なようです。一石二鳥ですね。
ちなみにON表示のLEDは高輝度青にして電流を0.6mAに減らしてます。高輝度LEDの方が少電流でも良く光ります。

PS.しばらく使っていたらFO-29などでかぶりが出る事があったので、BPFを追加しました。
総合特性 BPFamp0602.png

6/18.誤送信で壊してしまった・・。
今度は3SK183に変えてみた、裏返して付ける事になったが、性能はほぼ変わらず意外と良い印象です。

フィルター付きプリアンプを製作 2006/1/22

FETを飛ばして交換したプリアンプですが、いまいちに感じたのでGigastで測ったらGainが7dBしか有りませんでした。
FETは3SK121で互換性があるはずだが?と思い考えてしまいましたが。寺子屋シリーズの144MHzの方はG2にバイアスが掛かっているので、試してみたらGainは11dBにUPし元と同じくらいになりました。
(FET下のパターンに切れ目を入れてSとG2を分けて、G2側に抵抗を立て空中配線してます。)

さらに、145MHz→435MHzのかぶりを抑えるためにデュープレクサをHPFとして使ってるのですが。ケーブルも太くかさばるので、小型のBPFを自作してみました。
最初は昔、熊本方式の7Kボビンで作った物があったので測ってみたらバンド外減衰は良いのですが、挿入損失が3dB位あって今ひとつでした。次にこれも昔、1.2GHzをやろうとして作ったキャビティがあったので、写真のように改造してみたら挿入損失は1dB以下となかなか良いできになりました。(参考、アマチュアのV・UHF技術)
これを、プリアンプと一体化したら、かぶりも見事に無くなり扱いやすくなりました。

総合特性は上を参照

ケーブルの1.5Dも損失が目立ったので、もう少し良いのに変えたい所です。次はもっとLowNFのFETに挑戦してみようかな。

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