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Der GaAs-FET S3030 in einem 2-m-Vorverstärker

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In den UKW-Berichten 1/1981 wiesen wir in einer Ultrakurz-Meldung zum ersten Mal auf einen neuen Transistortyp hin: Gallium-Arsenid-Feldeffekt-Transistoren (GaAs-FETs) in Doppel-Gate-Ausführung. Von Texas Instruments im X-Pack-Plastikgehäuse herausgebracht, vereinigen sie in sich die Vorzüge des rauscharmen Halbleitermaterials Gallium-Arsenid mit der bequemen, vielseitigen Schaltungstechnik der DG-FETs - und sie sind preiswert!

Der seinerzeit vorgestellte Typ S3000 (Daten bis 800 MHz) wird vermutlich demnächst in Fernsehtunern auftauchen. Für die professionelle Technik wird der Typ S3030 mit Garantiedaten bei 1 GHz angeboten. Ein hiermit von der Redaktion entwickelter 2-m-Vorverstärker soll hier beschrieben werden. Seine Rauschzahl wurde an zwei Aufbauten zu 0,9 bzw. 0,5 dB gemessen.

1. Zur Schaltung

Auf den ersten Blick könnte man die in Bild 1 gezeigte Schaltung für einen der bekannten Verstärker mit BF900 oder BF981 halten, doch das Schaltzeichen gibt einen ersten Hinweis, daß es sich um eine Art SperrschichtFET mit zwei Gates handelt. Die für Gate 1 erforderliche negative Vorspannung wird als Spannungsabfall am Source-Widerstand R3 erzeugt: etwa 1,8 V an 180 Ω, also fließt ein Drainstrom von 10 mA. Gate 2 erhält eine positive Vorspannung, deren Wert nur wenig Einfluß auf die Rauschzahl zeigt. Man kann R1 variieren, wenn die Source-Spannung mehr als 0,3 V vom Nennwert abweicht. Sicherheitshalber begrenzt eine Z-Diode die Betriebsspannung auf 10V. Da eine höhere Spannung die Rauschzahl nicht verringert, hat es wenig Sinn den Transistor durch (kurzzeitige) Überspannung zu gefährden, nur um die Z-Diode einzusparen. Die Betriebsspannung kann über das Ausgangskabel zugeführt werden.

Bild 1
Bild 1: Dieser 2-m-Vorverstärker erreicht eine Rauschzahl von minimal 0,5 dB; er läßt sich fern- oder direktspeisen und kann mit einem Dämpfungsglied für die überschüssige Verstärkung versehen werden.

Zur HF-Seite ist zu sagen, daß die niedrige angegebene Rauschzahl nur mit Schwingkreisen hoher Güte, kurzen, geraden Zuleitungen zum Transistor, und UHF-mäßiger Abblockung von Source und Gate 2 erreichbar ist. Die Aufbauhinweise werden zeigen, daß dazu ein Mittelding zwischen Leiterplatten-und Luftaufbau gewählt wurde.

2. Bauteile

T1S3030 (TI)
D110-V-Z-Diode
L17 Wdg. versilb. Draht 1 mm ø auf 10-mm-Dorn gewickelt, Spulen-länge ca. 20 mm. Freitragend mit mindestens 5 mm Abstand zur Platine direkt an Trimmer C1 und Masse festgelötet; Anzapf direkt zur Buchse: ca. 1,5 Wdg.
L25 Wdg. versilb. Draht 1 mm ø auf 10-mm-Dorn gewickelt, Spulen-länge ca. 12 mm. Freitragend mit ca. 5 mm Abstand auf die Platine löten. Anzapf ca. 1,5 Wdg. vom kalten Ende.
C1Tronser-Lufttrimmer mit 2 Anschlußfahnen: 6 pF
C2Tronser-Lufttrimmer mit 2 Anschlußfahnen: 13 pF
C3, C41 nF keram. Scheibenkondensatoren ohne Anschlußdrähte (Wert unkritisch)
Restliche 3 Kondensatorenkeram. Scheiben, RM der Anschlußdrähte: 5 oder 2,5 mm
WiderständeKohleschichttypen der Größe 0207 (0,33 W)
Gehäuse74 × 74 × 30 aus Weißblech Buchsen: vorzugsweise N, sonst BNC

3. Aufbau-Hinweise

Wir empfehlen, vor Beginn des Aufbaus diesen Absatz zu lesen, da ja nicht unbedingt jeder unsere schlechten Erfahrungen nachvollziehen muß! Dieser Transistor sollte mit den für MOS-Bauelemente und GaAs-FETs geltenden Vorsichtsmaßnahmen behandelt werden. Die größten Gefahren bilden Hochspannung aus statischer Aufladung (Teppichboden, Kleidung aus Kunststoffasern) und zu starke Hitze-Einwirkung beim Löten. Man baut deshalb den FET erst zum Schluß in die fertige Schaltung ein und lötet schnell mit wenig Zinn. Mit Batterie- oder Niederspannungs-Lötkolben (z.B. Weller Magnastat) kann man gefahrlos arbeiten, bei anderen zieht man kurzzeitig den Netzstecker. Wenn man die Platinenmasse mit dem Netz-Schutzkontakt verbindet und vor dem Berühren des FET mit Händen, Pinzette, Lötkolben kurz die Masse berührt, kann nichts mehr schief gehen!

Die beidseitig kaschierte, versilberte Platine (Bild 2) mit der Bezeichnung DF9RL 001 ist 72 mm × 72 mm groß, so daß sie in das entsprechende Weißblechgehäuse eingelötet werden kann. Die Luftspulen erfordern eine Abschirmwand - ebenfalls aus 0,5-mm-Weißblech - die an den Seitenwänden und auf der Platine nahtlos festgelötet wird. Vorher erhält sie allerdings in etwa 11 mm Höhe zwischen den Trimmeranschlüssen eine 2,5-mm-Bohrung für den Drain-Anschluß. Rechts und links neben dieser Bohrung lötet man die beiden Scheibenkondensatoren für Source und Gate 2 so fest, daß der Transistor unmittelbar mit ganz kurzen Anschlüssen festgelötet werden kann. Gate 1 und Drain sollten dann ohne viel Verbiegen an die Tronser-Trimmer gelötet werden können. Von diesen Scheibenkondensatoren zur Bohrung in der Platine wird je ein Draht eingelötet.

Bild 2
Bild 2: Der GaAs-DG-FET sitzt in der Trennwand, Source und Gate 2 sind auf keramische Scheibenkondensatoren gelötet.

Alle Masseverbindungen sind so angeordnet, daß die betreffenden Bauelementedrähte durch die Platine gesteckt und oben und unten gelötet werden können. Auch die Flansche der Koaxialbuchsen sollte man am besten löten, um einwandfreie Masseverbindungen sicherzustellen. Von den Innenleitern führt ein Draht beziehungsweise am Ausgang ein Scheibenkondensator mit längeren Anschlußdrähten direkt zum jeweiligen Anzapf.

Bild 3
Bild 3: Diesem Probeaufbau fehlen Fernspeisung, Dämpfungsglied und Gehäuse - er wurde nur für Meßzwecke aufgebaut.

4. Abgleich und Meßwerte

Als erstes kontrolliert man den Spannungsabfall am Source-Widerstand R3. Sollte er mehr als 0,3 V vom angeschriebenen Wert abweichen, so wechselt man R1 aus: Bei zu niedriger Spannung wählt man R1 kleiner und umgekehrt.

Nun kann man den Vorverstärker zwischen Antenne und Empfänger schalten und zunächst auf maximales Rauschen (wenn kein Signal vorhanden ist), und dann auf beste Hörbarkeit eines möglichst schwachen Baken-senders abstimmen. Sollte der Verstärker schwingen, so ist sehr wahrscheinlich die Anpassung zwischen Vorverstärker-Ausgang und Empfänger-Eingang zu schlecht. Nachdem die Verstärkung für die meisten Einsatzfälle ohnehin zu hoch sein wird, baut man das gestrichelt gezeichnete Dämpfungsglied auf und führt den Ausgang hierüber. Zum Verhindern des Schwingens reichen meistens 3 dB Dämpfung. Im allgemeinen wird später das Kabel zwischen Vorverstärker (an der Antenne montiert) und Empfänger genügend Dämpfung haben, um Schwingen zu verhindern.

Zuviel Vorverstärkung verschlechtert das Großsignalverhalten der Empfangsanlage unnötig. Vor allem wenn der Vorverstärker mit wenig Kabel oder gar ohne Kabel unmittelbar am oder im Empfänger betrieben wird, sollte man ein Dämpfungsglied einbauen. Insgesamt können zwischen Vorverstärker und Empfänger bis zu 10 dB Dämpfung liegen, ohne daß die Rauschzahl der Anlage verschlechtert wird. Die Tabelle gibt dazu passende Werte aus der Normreihe an (Z = 50 Ω).

Tabelle 1: Ausgewählte Dämpfungsvierpole in Pi-Schaltung mit Widerständen der Normreihe
Dämpfung dBR6 ΩR5 = R7 Ω
3,1518270
6,1439150
9,5468100
12,410082

Die Rauschzahl des Vorverstärkers hängt bei vorgegebenem Aufbau und optimalen Ab-gleich nur noch vom Anzapf an der Spule L1 ab. Wer die Meßmöglichkeiten dazu hat, kann versuchen, den für das betreffende Exemplar optimalen Anzapf zu finden. Er liegt in jedem Fall zwischen 1 und 2 Windungen vom kalten Ende. Abschließend noch die Mustermeßwerte für die Verstärkung (ohne Dämpfungsglied) und 3-dB-Bandbreite: V = 28 dB; B = 13 MHz.

DL3WR / DF9RL.