Hilfe bei 144-MHz-Kleinsignalverstärker, der nicht verstärkt

Ich habe versucht, einen einzelnen Transistorverstärker zu bauen, um das Spannungssignal zu erhöhen, das von einem Si5351-Modul kommt, das auf 144 Megahertz eingestellt ist.

Mein primäres Ziel ist es, die Spannung um das 3- bis 4-fache zu erhöhen. Die Standardausgabe des Si5351 mit 85 Ohm Last beträgt etwa 1,3 Volt. Ich möchte auf etwa 4 Volt kommen. Wohlgemerkt, noch nicht mit irgendeiner Last übereinstimmen - nur um zuerst die Spannung zu erhöhen. Ich scheine auf Schritt und Tritt Probleme zu haben (selbst LTSpice-Simulationen funktionieren nicht so, wie ich es erwartet habe ... seufz )

Ich dachte naiv, ich könnte einen einfachen gemeinsamen Emitter der Klasse A entwerfen, um dies zu versuchen, aber es funktioniert einfach nicht und ich weiß nicht warum. Die Vorspannungen machen alle Sinn.

Ich verwende hier ein BF240-Transistordatenblatt , das laut Datenblatt eine Ft von 1,1 GHz hat. Theoretisch sollte ich also in der Lage sein, mindestens einen Gewinn von 7 zu erzielen. Ich habe den BF240 von Jameco Electronics gekauft.

Hier ein Bild meines aktuellen Prototypenbaus:Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Es ist ein Arduino, der das Si5351-Modul programmiert, das 144 Megahertz ausgibt. Ich messe dann den Ein- und Ausgang meines Transistorverstärkers.

Hier ist das Schema:

schematisch

Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan

Ich legte eine Last von etwa 10K auf, nur um mögliche Fremdheiten auszuschließen.

Wenn ich die DC-Vorspannungen messe, scheint alles gut zu sein. Ich habe ungefähr 1,75 Volt an der Basis und 0,9 Volt am Emitter, dieser Emitterwiderstand hat ungefähr 46 Ohm, also sollte er ungefähr 20 mA betragen. Der BF240 soll bis zu 50 mA verarbeiten können, also sollte er sicher sein. Ich messe eine Gleichspannung von etwa 6,8 Volt am Kollektor. Die DC-Vorspannung sieht also gut aus. Ich habe den Transistor zweimal überprüft, indem ich ihn entfernt und den Basis-Emitter-Übergang gemessen habe, und er scheint in Ordnung zu sein, nicht kurzgeschlossen usw.

Ich bin mir ziemlich sicher, dass ich die Pinbelegung auch richtig gelötet habe - ich habe sogar einen Transistortester verwendet, den ich besitze, und er hat überprüft, dass die Pinbelegung mit dem Datenblatt übereinstimmt, wobei die flache Seite Ihnen zugewandt ist, Kollektor, Emitter, Basis. Ich habe zwei verschiedene Transistoren ausprobiert und erhalte ähnliche Ergebnisse bei der Verstärkung.

Ich sollte einen Gewinn von ungefähr 4 oder 4,5 bekommen, aber wie Sie sehen können, bekomme ich ein NEGATIV! gewinnen, es ist in zwei Hälften geschnitten..wtf.

Dies ist das Eingangssignal, gemessen kurz vor dem Eingangskondensator:Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Und hier ist, was ich auf dem Kollektor des Widerstands bekomme:

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Ich weiß, dass ich ein ziemlich langes Kabel vom Si5351 habe, aber ich suche noch nicht nach Perfektion, und das Signal macht es in Ordnung - es ist buchstäblich, dass der Transistor überhaupt nicht zu verstärken scheint, obwohl er es sein soll ein Transistor mit höherer Frequenz.

Ich kann mir nicht vorstellen, dass es mein Layout ist, das dazu führt, dass es überhaupt nicht verstärkt wird.

Meine Oszilloskopsonde ist auf 10x eingestellt und ich verwende die superkurze Sondenfedererdung. Das Oszilloskop ist ein 200-MHz-Oszilloskop mit 200-MHz-Sonden.

Bereichssonde:Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Ich muss eindeutig etwas VIEL falsch machen, weil es für mich keinen Sinn ergibt. Ich weiß, dass RF "Magie" ist, aber das ist ein bisschen seltsam.

Ich habe die Schaltung in LTSpice simuliert und es sieht so aus, als ob sie eine Verstärkung von etwa 4 ergibt, was ich wollte.

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Was zum Teufel habe ich falsch verdrahtet - oder diese Transistoren sind nicht richtig oder so..

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Antworten (2)

Ihre Oszilloskopsonde belastet die Schaltung mit etwa 16 pF oder 70 Ohm bei 144 MHz. Die Ausgangsimpedanz ist höher, nahe dem Wert des Kollektorwiderstands. Somit haben Sie eine sehr signifikante Spannungsdämpfung am Ausgang. Die Impedanz am Eingang ist niedriger, da Sie sie direkt am Ausgang der Signalquelle abtasten. Der Verstärker hat möglicherweise eine Verstärkung, die Ihrer Erwartung nahe kommt.

Danke, ich habe es geschafft, es richtig zu messen, indem ich eine kleine DIY-Messschaltung mit "hoher Impedanz" hinzugefügt habe, die das Signal über einen Widerstandsteiler gemessen hat. Ich glaube, ich konnte jetzt eine genaue Messung erhalten, und es war eine Leistungsverstärkung von etwa 8 dB durch diesen Verstärker. Ich habe auch den Kollektorwiderstand in einen Impedanzanpassungstransformator geändert (auf einen Ringkern gewickelt). Scheint jetzt gut zu funktionieren.
Das ist großartig, und Sie sind willkommen. Die eingebaute Möglichkeit, sich hier zu bedanken, besteht darin, eine Antwort positiv abzustimmen. Sie können auch eine Antwort als beste auswählen, wenn Sie möchten.
Wenn Ihnen jemand sagt, dass er diesen Fehler nie gemacht hat, lügt er entweder oder er hat so etwas noch nie versucht.

Versuchen Sie, den Kollektorstrom auf 5 mA zu reduzieren. Das Gain-Bandwidth-Produkt sackt bei 20 mA ab. siehe Grafik aus DatenblattBei 5 mA sieht es so aus, als ob die maximal erreichbare Verstärkung des BF240 etwa 900/144 = ca. 6 beträgt.

Erwägen Sie stattdessen auch die Verwendung einer Kaskode-Konfiguration, wenn dies nicht den gewünschten Gewinn bringt. Das kann hilfreich sein:

https://www.allaboutcircuits.com/textbook/semiconductors/chpt-4/cascode-amplifier/

Ich habe meine Werte geändert, um 120 Ohm für den Emitter und 470 Ohm im Kollektor zu verwenden, und möchte immer noch nicht arbeiten, ich habe 1,65 Volt Eingang und 1,54 Ausgang. (Weniger als Eingabe). Ich muss vielleicht einfach davon ausgehen, dass diese Transistoren Müll sind und bei UKW doch nicht funktionieren
Es ist äußerst unwahrscheinlich, dass diese Transistoren nicht das tun, was das Datenblatt sagt. Sie berücksichtigen wahrscheinlich nicht alle Parasiten, insbesondere die Ausgangsbelastung.
Ich habe es geschafft, die Schaltung zum Laufen zu bringen, indem ich meinem Oszilloskop eine Schaltung zur Erhöhung der Impedanz hinzugefügt habe. Ich habe auch auf die Verwendung von Transformatorpaaren umgestellt. Damit war die Messung korrekt und ich sehe jetzt eine Ausgabe von etwa 8 dB Verstärkung. Also es funktioniert jetzt richtig! Ich habe definitiv gelernt, wie man HF-Schaltungen richtig misst
Ja. Rs machen SCHRECKLICHE Kollektorimpedanzen bei HF-Frequenzen. Denken Sie nur: Eine "Streu" -Kapazität von 5 pF ist sehr klein (leicht mit Verdrahtungs- / Kabelbaugruppen zu bekommen). Nun, bei 220 Ω, raten Sie mal, mit 5 pF parallel zu 220 Ω ergibt sich eine 3-dB-Ecke von 1/(2*pi R C) = 1/(2*pi*220*5E-12) = 144,6 MHz! Es sind also nur 5 pF erforderlich, um Ihren Ausgang um 1/2 zu töten. Schlussfolgerungen: 1) Verwenden Sie für diese Anwendung immer Ls, nicht Rs; 2) Wenn Sie können, befestigen Sie C über dem L, um es bei der Ausgangsfrequenz in Resonanz zu bringen, es sei denn, L ist "groß", und 3) verwenden Sie einen Transformator, wenn Sie können. AUCH - umgehen Sie diesen 50-Ω-Emitterwiderstand für mehr Verstärkung!