RF ojačevalnik

[s54mtb]

Pa bo do jutri pripravljen?

[VolkD]

Pa bo do jutri pripravljen?

Ne bo. Ni namenjen temu.
Potrebujem ga zato, da lahko testiram stvari, ki potrebujejo med 30 in 40dbm nivoja za pobudo. Torej kot instrumentacijski ojačevalnik. Signal generator namreč seže le do 15dbm.
Najprej je bila želja samo za obseg do 30MHz, potem sem pa videl, da se da več. Zakaj pa ne!

V kompletu bo kasneje torej še ena škatlica, ki bo dvignila nivo še za vsaj 10db.

[VolkD]

No zdaj delam pa še dva.

IMG_20200806_092010.jpg

Ne bosta povsem enaka, uporabil bom nekaj drugačnih elementov, da vidim razliko.

[VolkD]

Pravkar sem odkril zakaj mnogo ljudi ne mara RF stvaritev.
Bojijo se, da bodo morali v izdelku pustiti svoj prst.

[VolkD]

Z Gali52 se mi to ni dogajalo,a sem imel v tem primeru maksimalno ojačanje nekje 33db.
V prikazanem videu je uporabljen ADL5545 in je očitno neprilagojen. Kapaciteta prsta pa je, kot je videti, povsem dovolj, da dobimo skoraj idealen odziv.
Gumby bi rekel wudu, pa ni!
Kapaciteta prsta v okolici 50 Ω linije izkustveno pomeni cca 10 pF. Ostane le še vprašanje kam ? Nekje v okolico prsta. Ampak prst je velik, SMD kondenzator 10pF pa majhen.

In tu se začne lepota RF zgodbe,...

[VolkD]

IMG_20200807_103150.jpg

Tako, tole je končano.
Seveda bo treba narediti še enega, pa še,... pa treba bo še kaj izmeriti,...

[s54mtb]

Kaj predlagaš za frekvenčno področje 3,3 do 2,5GHz, cca 39dBm izhoda, signal je SS.

[mondxxi]

Glede na opisano temperaturo ohišja bi morda razmislil o povečanju zunanje površine ohišja v smislu plitkih kanalčkov, nekaj dodatnega rezkanja sicer, vendar boljša disipacijska karakteristika škatle. Samo povem.

[VolkD]

Kaj predlagaš za frekvenčno področje 3,3 do 2,5GHz, cca 39dBm izhoda, signal je SS.

Zakaj pa rabiš 10W ?
No ja, širokopasovni ojačevalniki so kar hud problem, še posebej, če morajo biti linearni. V večini primerov profesionalci (WiFi ali telefonija) uporabljajo elemente, ki so interno prilagojeni za dano frekvenco. Saj gredo tudi navzdol, a je ojačanja manj.
Ni da se to ne da narediti, a je izbor elementov, ki so uporabni zožen na take, ki se ne delajo masovno. To pa pomeni €€€.

Na nivojih tam do 30db je pa kar precej tega kar se da uporabiti, meni osebno so všeč GALI in podobne bolhe.
Je pa tako, da je treba iskati kompromis med ojačanjem stopnje in izhodnim nivojem. Višji kot naj bi bil izhodni nivo manjše ojačanje ima ponavadi bolha.
Je pa tako, da so sodobni elemeti "obdarjeni" z velikim ojačanjem. Izdelava stopenj na teflonu vodi največkrat v težave, saj namesto ojačevalnika dobimo oscilator. FR4 ima nekaj več izgub v materialu in v teh primerih deluje nam v prid.

[VolkD]

Glede na opisano temperaturo ohišja bi morda razmislil o povečanju zunanje površine ohišja v smislu plitkih kanalčkov, nekaj dodatnega rezkanja sicer, vendar boljša disipacijska karakteristika škatle. Samo povem.

Večina meritev me še čaka. Tudi temperature,... trenutno se škatla po cca 40 min segreje na 65°C. Je pa malo odvisno od mirovnega toka, ki ga nastaviš.
Škatla je predvidena, da se privijači ali na ohišje velje škatle ali na kos hladilnika.

[s54mtb]

Napaka... 1W

[VolkD]

Napaka... 1W

Enega od GALI mmic-jev, v naslednji stopnji pa tole.

[VolkD]

Mogoče bi se tako moč dalo doseči tudi z kakim drugim MMIC-jem. So taki, ki dajo 0,5W. Če uporabiš dva,.... ja vem, komplikacije.

BGA7027, MMG30271BT1, MMG30271BT1

Nekaj se bo dalo narediti,... mogoče me celo zagrabi.

[VolkD]

Malo se še igram in delam meritve na drugem ojačevalcu.

IMG_20200729_113945.jpg

IMG_20200729_113938.jpg

Zadeva v tem trenutku da dlako manj kot 0,7 W ali bolj natančno 28,4dbm. V račun je treba vzeti, da je na sondi še dodtno 20db attenuator.

[VolkD]

IMG_20200729_113951.jpg

IMG_20200729_113957.jpg

Kakorkoli, tole mi daje vedeti, da je nekje neka prilagoditev slaba. No saj razlika ni velika, moč je 0,68W ali 28,2dbm. To pomeni, da je za 0,2db razlike. Običajno bi to zanemaril, ampak tokrat imam pa veselje in voljo.

S plastično paličico ( paličica je kar od vatiranih palčk) sem se dotikal vse povsod. Največja sprememba je bila na tuljavi.
No pa dajmo sem si rekel in segrel spajkalo.

[VolkD]

IMG_20200729_115741.jpg

IMG_20200729_115758.jpg

Tako, tuljavice sem zamenjal. Zdaj pa da vidim, če moja teorija z vatirano paličico pije vodo.
Torej, preko te tuljave gre signal s prve stopnje na naslednjo.

No kaj menite sem na izhodu dobil več ali manj kot prej?

[daluka]

IMG_20200729_115741.jpg

IMG_20200729_115758.jpg

Tako, tuljavice sem zamenjal.

Kroz maglu se sjećam da je Matjaž pisao (CQ ZRS ili Digitalni mostovi, ako netko ima neka skenira) o pravilnoj orijentaciji zavojnica u projektiranju RF sklopova i kako je vrlo važno da budu međusobno pravilno orijentirane.

[VolkD]

Petindvajset vas je videlo to tuljavo, a si nihče od vas ni upal dati nobene prognoze.

Kroz maglu se sjećam da je Matjaž pisao (CQ ZRS ili Digitalni mostovi, ako netko ima neka skenira) o pravilnoj orijentaciji zavojnica u projektiranju RF sklopova i kako je vrlo važno da budu međusobno pravilno orijentirane.

Tole sicer drži, a ne v tem primeru, saj je tu to edina tuljava, torej ni medsebojnega sklopa. Tu gre le zato, da ima nova tuljava večjo induktivnost.

IMG_20200729_115815.jpg

Moram priznati, da je rezultat malo presenetil tudi mene. Ne morem lagati, da ne, saj bi sicer obrnil preklopnik.
Izkazalo se je, da sem s to menjavo tuljave pridobil 2,3db. Pridobil sem jih na račun boljše prilagoditve med obemi stopnjami.

[VolkD]

Še drug ojačevalnik sem končal. Naredil sem vse kar sem vedel in znal.

7PNG1.png

Ta ima še eno malenkost ojačanja več. Elementi pač niso povsem enaki. Z rezultatom sem kar zadovoljen.

[VolkD]

1vs2.jpg

Zanimiva je primerjava med obema ojačevalnikoma.

Oranžna je prvi, modra karakteristika pa drugi.

Zdaj se grem pa dajat še s tretjim.

[VolkD]

Zamislite si, da začenjamo od začetka. Tu se bom namreč malo trudil tudi z elementi, ki jih imam doma. Rezultati so drugačni, a to ne pomeni, da nujno slabši. Vse je odvisno od tega kaj želimo. Ali želimo čim bolj po frekvenci ravno ojačanje ali pa čim večje ojačanje. Pa še kakšen kriterij bi se našel.

Za začetek sem v že narejen ojačevalnik dal GALI51. Napajam ga preko tuljave 3.3uH. Tuljava za prilagoditev naslednje stopnje ima dva ovoja.
Vse je lepo vidno na fotografiji:

IMG_20200809_181501.jpg

[VolkD]

Kasneje sem zamenjal najprej napajalno tuljavo za tako 1uH in naredil meritev. Nato pa sem spremenil še tuljavo za prilagoditev na naslednjo stopnjo. Zdaj ima en sam ovoj.

IMG_20200809_182117.jpg

[VolkD]

Po prvi meritvi je bil odziv sledeč:

ODZ1.jpg

Zamenjava napajalne tuljave ni prinesla ravno velike spremembe, "žarek" druge meritve je moder, a ker gre tako zelo blizu prvi meritvi je videti kot, da je zelen. Največja sprememba je na samem začetku krivulje, kar je pričakovano.

ODZ2.jpg

Prilagodilna tuljava prinese več sprememb. Po tej zamenjavi vidimo rdeč žarek.

ODZ3.jpg

[VolkD]

Rdeča, torej zadnja krivulja je še najbolj ravna od vseh. Tisti špik na cca 400MHz lahko z nastavljivim kondenzatorjem premikam levo desno. Kaj več pa se bojim, da ne bo šlo.
Z nižanjem vrednosti napajalne tuljave se da znižati ojačanje tistega puklja na začetku. To bo zdaj naslednja naloga.

[VolkD]

Razlike pri spremembi te napajalne tuljave so precej majhne, zato sem se odločil, da grem z vrednostjo za razred nižje. Torej na 100nH.

IMG_20200809_190023.jpg

Tudi razlike med posameznimi poizkusi so majhne. Če prikažem vse krivulje na eni sami sliki bo nastal kaos.

ODZ4.jpg

Tu je prikazan le zadnji in predzadnji odziv. Rdeča krivulja predstavlja predzadnji, modra pa zadnji odziv.
Ja, tu je pa zdaj dilema. Kaj je bolje? Modra ima res nekaj manjša nihanja, a tudi manjše ojačanje.

Še enkrat naj povem, da je na izhodu vezja 30db attenuator, torej je potrebno številkam na levi dodati 30 [db].

[VolkD]

ODZ5.jpg

Seveda sem ponovno pustil prejšnji odziv in v sliko dodal novega.
Kaj je pa sedaj tole ?
Tistega enormnega ojačanja na nizkih frekvencah smo se dodobra znebili. Verjetno vas muči kako.

[VolkD]

IMG_20200809_194545_1.jpg

Takole!
Ste opazili? No se opravičujem packariji, moral bom počistiti fluks. Malo me je noter potegnilo, pa sem pozabil na čiščenje.
Kljub temu se da videti dva elementa več. Za upor ni sporno - je 10Ω. Kondenzator boste pa morali kar verjeti, da je 1nF.

Ste se izgubili kje je kaj ?

Zdaj bo lažje:

rf.sch.jpg

[VolkD]

Mislim, da bom moral vrednosti še malo popraviti.

[VolkD]

ODZ6.jpg

Tale odziv je nastal tako, da sem Cx dal 10nF.

Rdeče je 1nF, zeleno pa 10nF.

[VolkD]

Odločil sem se, da vidim še kaj se da narediti z GALI05. V ta namen sem pobral ven vse kar sem v prejšnjih poizkusih delal.

Ostalo je torej le to kar je na levem delu že objavljene slike. MMIC je pa seveda GALI05.

Odziv, ki sem ga dobil je sledeč:

PNG8.jpg

To je osnova in od tu dalje se bomo igrali.

To kar lahko takoj opazimo je, da ima GALI05 precej več ojačanja kot GALI51. Na frekvencah okrog 20MHz imamo skoraj 50db ojačanja, kar je noro. V življenju še nisem videl takega dvostopenjskega ojačevalnika.
Ampak prav to bo nadloga, ki jo bo treba odpraviti. Rad bi namreč, da bi ojačevalnik imel v celotnem pasu čim bolj enako ojačanje.

[VolkD]

Zgornja slika desna stran-
Potem sem pa Rx dal na 0 in Cx na 330pF. Pravzaprav upora sploh ni bilo, spajkal sem le kondenzator. Odziv rahlo preseneti:

ODZ02.jpg

Modra je nova krivulja, oranžna pa en korak nazaj. Verjetno si nihče ne želi imeti take krivulje v karakteristiki ojačevalnika. Ampak za poizkus je zanimivo. Za tak odziv je kriv nihajni krog, katerega sestavni del sta Cx in L4, le da je L4 100nH in ne kot je na sliki, za razred večja dušilka.

Kakorkoli tole očitno ni korak v pravo smer, kot referenca se torej vrnem raje nazaj.

[VolkD]

Tak nihajni krog ima očitno prevelik Q. Zato je odziv frekvenčno ozek. Vrnil sem se na že preizkušeno verzijo z uporom. Tokrat je Rx 15Ω, kondenzator pa 15nF. Odziv je v modri barvi prikazan tu:

ODZ03.jpg

Na grafu je tudi v oranžni barvi videti stanje pred korekcijo z elementi x.

Še vedno imamo v področju okrog 30MHz ojačanje bogatih 44db. Pravi čudež je, da zadeva nikjer ne oscilira.
Tudi v celotnem področju do 360MHz je ojačanje preko 30db.

Še vedno pa motijo relativno velika odstopanja v ojačanju v celotnem območju do 500MHz. Pomakanje prsta v bližino voda pove, da se tu da še kaj narediti.

[VolkD]

No pa saj smo se do sedaj že nekaj naučili. Vpliv prsta pomeni, da nekje manjka 10pF. Ostane le še vprašanje kje. To se da malo ugotoviti z indikatorjem iz plastike - fino je, če je teflonski, malo pa je pri res mikrolokaciji stvar preizkušanja.
Jaz sem se odločil za kondenzator, ki je na sami nožici GALI05.

IMG_20200810_221448.jpg

Tale dodatek se mi zdi kar hvaležen. Odziv to tudi potrjuje.

ODZ04.jpg

Krivulja brez tega kondenzatorja je modra, s tem kondenzatorjem pa rdeča.

Običajno se ne da doseči izboljšanje v celotnem frekvenčnem področju. No tole je izjema. Prav povsod se je krivulja pomaknila v želeno smer. Zdaj je glede na frekvenco nihanje manjše, pa še zgornja meja frekvenčnega pasu se je povečala.

[VolkD]

Jaz samo pišem,... nimam pojma če to sploh koga zanima. lahko bi dodal kakšno stran pot, kak poskus, ki ni uspel, a ne vem, če bo sploh komu zanimivo.

[jmivsek]

Jaz samo pišem,... nimam pojma če to sploh koga zanima. lahko bi dodal kakšno stran pot, kak poskus, ki ni uspel, a ne vem, če bo sploh komu zanimivo.

Je je, kar nadaljuj!

[VolkD]

Je je, kar nadaljuj!

Kako naj pa vem?
V celi temi je bil tvoj komentar edini, zahvale pa le tri, pa še to so dve na postu, ki nima tehnične vsebine.

[forest70]

No pa saj smo se do sedaj že nekaj naučili. Vpliv prsta pomeni, da nekje manjka 10pF. Ostane le še vprašanje kje. To se da malo ugotoviti z indikatorjem iz plastike - fino je, če je teflonski, malo pa je pri res mikrolokaciji stvar preizkušanja.
Jaz sem se odločil za kondenzator, ki je na sami nožici GALI05.

IMG_20200810_221448.jpg

Tale dodatek se mi zdi kar hvaležen. Odziv to tudi potrjuje.

ODZ04.jpg

Krivulja brez tega kondenzatorja je modra, s tem kondenzatorjem pa rdeča.

Običajno se ne da doseči izboljšanje v celotnem frekvenčnem področju. No tole je izjema. Prav povsod se je krivulja pomaknila v želeno smer. Zdaj je glede na frekvenco nihanje manjše, pa še zgornja meja frekvenčnega pasu se je povečala.

Kaj pa če bi dal tam majhen smd trimerček?

[Kroko]

Nadaljuj, meni je tole ena bolj zanimivih tem.

[VolkD]

Kaj pa če bi dal tam majhen smd trimerček?

Pri trimerjih velja vzeti v zakup njihove priključke, ki predstavljajo tuljave. To potem ni več kondenzator med dvema točkama ampak v serijo z njim še tuljava. Včasih to gre, drugič spet ne.

Obstajajo tudi zelo majhni SMD trimerji, ki imajo te probleme manj izrazite. No raje bi se jim izognil, ker potem ljudje to vrtijo toliko časa, da je trimer čisto zmahan in je rezultat še slabši kot če zgrešiš pri fiksnem kondenzatorju 50% kapacitete.

[Slavko]

Ti samo piši, vsaj zame je to naj tema in ne imej občutka, da nihče ne bere.
Res pa je, da kogar RF ne zanima ne bo odpiral teme. Bi rekel, da je kar nekaj forumašev, ki z veseljem in čakanjem prebirajo to temo.

[Iztok]

Jaz samo pišem, ...

Ti kar nadaljuj. V RF se nikoli nisem dosti poglabljal, ker jo je bilo včasih v industriji zelo malo in mi sedaj malo pomagaš "prinašat noter" na zanimiv in praktičen način ...

[VolkD]

Nekatere prispevke, ki so bili že kar offtopic in niso prispevali k temi v naslovu, so pa sicer koristni sem premaknil sem.

[VolkD]

Teorija pravi, da lahko dve impedence med seboj prilagodimo z LC členi. Le dovolj členov mora biti. V praksi se izkaže, da "dovolj členov" ni ravno enormno velika številka.
Kaj po tej teoriji lahko naredimo v našem vezju ?
Ja tuljavo že imamo, to je vod od GALI proti tranzistorju. Manjka nam torej še kakšen kondenzator. Čisto "na pamet" sem torej vstavil en kondenzator 22pF.

IMG_20200810_221449a.jpg

Glede na velikost kondenzatorja sem mislil, da bo signal na frekvencah nad 100MHz kar izginil. No odziv je malo presenetil.

ODZ05.jpg

Nova krivulja je zelene barve. Razlike so presenetljivo majhne.
Vidi se da je odklon dogajanja v smer, ki si jo ravno ne želimo, a del krivulje tam do 240MHz ni tako napačen.

Je treba vedeti, da jaz ko delam meritev nimam primerjave dveh krivulj. Slike, ki jih objavim tukaj sestavim iz dveh ali več prej posnetih slik. To je razlog, da pri tako majhni spremembi v danem trenutku niti ne vem ali je situacija boljša ali ne.

Mogoče bi se tu splačalo malo igrati z manjšim kondenzatorjem.

[mondxxi]

V enem od prejšnjih prispevkov si objavil načrt, ali del načrta. Ali bi bilo možno tele empirične poskuse, ki so lepo dokumentirani z slikami meritev in slikami dodanih elementov na PCB-ju dodati še popravke na načrtu. Tisti, ki se nam nekaj sanja o RF-ju, bomo mogoče lažje sledili in dodali kakšno zrno, ki ga pričakuješ (ali pa tudi ne). Drugače pa zanimiva tema.

[VolkD]

Hvala za pripombo, bom objavil vse kot praviš. Je pa slika tu kar bistvena, da se vsaj malo vidi kje točno je kondenzator.

[s54mtb]

Mogoče pa na 100MHz ni več kondenzator.

Zakaj pa ne pomeriš z VNA? Imaš metode, kjer lahko meriš tudi v samem vezju.

[VolkD]

Kaj pa lahko z vna pomerim več kot s spektralnim analizatorjem in tracking generatorjem ?
Fazni kot. V redu. Ampak a to meritev tu potrebujemo ?
Razen tega VNA-ji v cenovnem razredu do nekje 1k€ nimajo na sprejemni strani drsečega filtra. Tako lahko v amplitudo zajamemo še energijo višje harmonskih popačenj.

Mogoče pa na 100MHz ni več kondenzator.

Čisto mogoče: Klik
Pa sosednji kondenzator ima težave še malo drugje, pa tuljava ima parazitne kapacitivnosti v okolico, ... nikoli konca. Zato pa izmeriš celoto in s tem zajameš še kup stvari, ki se kompenzirajo med seboj.

Sicer pa se woodoo kondenzatorje lahko vedno najde, a žal niso predmet tega prikaza izdelave RF ojačevalnika.

[VolkD]

nacrt.jpg

Tole je načrt celotnega ojačevalnika. V načrtu je uporabljen GALI52. Trenutno imam na tem mestu GALI05. Opozoril bi vas na tuljave TL1 do TL7, ker jih boste na fotografijah zaman iskali. So namreč sestavni del tiskanega vezja.

[VolkD]

nacrt1.jpg

Tudi povezava med nožico 3 MM1 in kondenzatorjem C6 je na načrtu ena sama črta. Na tiskanem vezju je videti kot vod, v resnici pa je tudi to ena dolga tuljava.

Tu vidimo na načrtu tudi kondenzatorje Cn, Cn1, Cn2,.... Z njimi potem prilagajamo impedance izhoda MM1 na vhod v tranzistor Q1.
To kar je treba eksperimentalno narediti je, poiskati čim boljše vrednosti kondenzatorjev, ki se jih potem doda na mesto voda (tuljave) kjer je odziv čim bližje temu, kar želimo.

Vse skupaj gotovo ni primerno za serijsko proizvodnjo in grabljenje denarja skupaj. Je pa prav gotovo najboljši način za pridobivanje znanja in mdb pri lastnem izdelku.

Postopek je lahko neroden, sploh ker so primerjalni odzivi, ki jih vidite tu rezultat dveh slik, ki so sestavljene skupaj v ps. V realnem času pa je človeški spomin preslab, da bi lahko kar na pogled določil, da je nova varianta slabša ali boljša od prejšnje. "Fine tuning" je torej lahko kar precej zahteven, predvsem pa časovno potraten. Količina veselja ob tem delu je pa odvisna od tega kako mahnjen si na RF pojave. Če v tem ne najdete veselja, je tik pred bruhanjem najbolje, da zamižite.

[VolkD]

IMG_20200810_221449b.jpg

Na vezje sem dodal še tretji kondenzator (10pF). Pred tem seveda sploh nisem preverjal, če je z drugim bolje ali ne.

No odziv je tak.

ODZ06.jpg

Je ta boljši ali slabši ? Zelo težko reči. Tam od 300 do 480 MHz je gotovo za dlako boljši, nižje pa k cilju, da bi bilo ojačanje po frekvenci čim bolj enako, gotovo ne pripomore. Ima pa tudi ta kondenzator gotovo svoj potencial.

Kljub temu je to slepa ulica, kajti že prejšnji poizkus je bil tak, da ni zadovoljil. Se bo torej treba malo vrniti nazaj. Pobrati ta kondenzator dol in poiskati za drugega boljšo vrednost in/ali pozicijo.