Der GaAs-FET S 3030 in einem 70- cm-Vorverstärker

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Die positive Resonanz auf den in den UKW-Berichte 1/1982(1) erschienenen Beitrag über einen 144-MHz-Vorverstärker mit dem S3030 DG-GaAs-MES-FET gab den Anstoß, einen ähnlichen Verstärker für 432 MHz zu entwickeln. Gespräche mit DL9JU und DJ1SK auf der VHF-UHF 82 in München gaben wertvolle Hinweise und die angefertigten Muster funktionierten problemloser als BF981-Verstärker für das 2-m-Band!

1. Vorüberlegungen

Bei allen Exemplaren lag die Rauschzahl zwischen 0,7 und 0,8 dB, gemessen mit einem automatischen Rauschmeßplatz. Noch niedrigere Rauschzahlen für EME-Betrieb können nur mit Mikrowellen-GaAs-FETs wie beispielsweise dem MGF1400 (ca. 0,5 dB) oder dem MGF1412 erreicht werden. Diese Transistoren kosten aber etwa 4 bis 8 mal soviel wie der S3030.

Mit bipolaren Transistoren sind ebenfalls Rauschzahlen unter 1 dB möglich, so zum Beispiel 0,6 dB mit dem NE64535. Mit dem neuen BFQ69 von Siemens konnte in einer Breitbandschaltung von 80 bis 470 MHz [Loss-less Feedback-Schaltung nach (2)] eine Rauschzahl von 0,8 dB bei 432 MHz erzielt werden. Letztere hat allerdings keine Vorselektion; diese kann zwar durch ein vorgeschaltetes Filter realisiert werden, doch kann ein Filter mit einer Durchlaßdämpfung von nur 0,5 dB die Rauschzahl um bis zu 6 dB verschlechtern ! Solche Anordnungen sind oft auch mit vielen Meßgeräten kaum oder nur sehr schlecht auf minimales Rauschen abzugleichen.

Diese Probleme werden umgangen, indem man einen DG-FET wie etwa den BF981 oder den S3030 einsetzt. Diese Transistoren sind am Gate so hochohmig, daß die Eingangs-Rauschanpassung durch einen Parallelschwingkreis mit Anzapf realisiert werden kann, womit man gleichzeitig eine Selektion erhält.

2. Aufbauhinweise

Die Schaltung (Bild 1) und die Bauskizze (Bild 2) zeigen alle für einen Nachbau wichtigen Details. Das 30 mm hohe Gehäuse kann aus Leiterplattenmaterial oder Messingblech zusammengelötet werden. In der Trennwand sollte man die Bohrung für den Transistor nicht vergessen.

Bild 1
Bild 1: Der S3030, ein GaAs-Doppelgate-MES-FET, wird in diesem 70-cm-Vorverstärker mit 11 mA betrieben und bringt eine Rauschzahl von rund 0,7 dB.

Bild 2
Bild 2: Für höchste Güte und optimale Abschirmung wird die bewährte Kammerbauweise angewendet und eingangsseitig ein versilberter Innenleiter, sowie ein Glasrohr-Trimmer eingesetzt.

Wenigstens auf der Eingangsseite sollte man höchste Güte anstreben und deshalb den Innenleiter (6-mm-Messingrohr) versilbern und einen Glasrohr-Trimmer (Fa. Johanson, 5 pF, oder Tekelec Airtronic) einsetzen. Zur Not tut es auch ein Keramik-Rohrtrimmer (Valvo). Auf der Ausgangsseite dagegen genügt ein Keramiktrimmer. Die Innenleiter-Länge (ca. 70 mm) richtet sich nach den verwendeten Trimmern.

Ähnlich wie in der in (1) veröffentlichten 2-m-Version werden die Anschlüsse von Source und Gate 2 auf keramische Scheibenkondensatoren ohne Anschlußdrähte gelötet. Der Kapazitätswert ist bei sauberem Einbau recht unkritisch und kann zwischen etwa 270 pF und 1 nF liegen. Eine Ferritperle auf der Drain-Zuleitung verhindert zusammen mit der Drossel-Widerstands-Kombination für die Drainspannung Schwingungen mit höheren Frequenzen.

Die Gleichspannungen für Drain und Gate 2 werden durch Durchführungskondensatoren in die Kammern geführt, deren Kapazitätswert weniger wichtig ist als ihre (UHF-mäßige) Ausführung. Die Z-Diode schützt den Transistor vor Überspannungen; sie hat bei normaler Betriebsspannung von 12 V keine unmittelbare Funktion. Der Transistor sollte wie ein C-MOS-Bauteil behandelt werden.

3. Abgleich

Zuerst führt man eine gleichspannungsmäßige Kontrolle durch indem man den Spannungsabfall am Source-Widerstand mißt. Er sollte etwa 2,0 V betragen. Bei größeren Abweichungen kann man einen der beiden Gate-2-Widerstände entsprechend verändern.

Bei geschlossenem Gehäuse stellt man nun die beiden Trimmer auf maximale Verstärkung ein. Abschließend wird der Eingangstrimmer in Richtung größere Kapazität gedreht, bis die Empfindlichkeit, also der SignalRausch-Abstand, optimal wird. Am leichtesten gelingt dieser wichtige Schritt natürlich mit einem automatischen Rauschmeßgerät (die Gelegenheit bietet sich eventuell auf der UKW-Tagung in Weinheim). Zuvor kann man es aber ganz gut mit einem sehr schwachen FM-Signal versuchen, das man mit einem FM-Empfänger bei völlig geöffneter Rauschsperre abhört. Wenn der Signalpegel im richtigen Bereich liegt, sind geringste Änderungen des HF-seitigen Rauschabstandes deutlich als Veränderungen des NF-Rauschabstandes hörbar.

3.1. Muster-Meßwerte

Rauschzahl F = 0,7 dB
Verstärkung A = 22 dB
Drainstrom I_D = 11 mA
Eingangs-Intercept-Point IP_i = 0 dBm

4. Literatur