HA8KDAA 2020-as koronavírus járvány alatt körünk egy teljes FM vevőt tervezett a kijárási korlátozás idején. Ennek az FM vevőnek az előerősítőjéről szól ez a cikk.
Alapvetően a rádiók első fokozatának két szerepe van. Az egyik, hogy erősítse a jelszintet, így a későbbi fokozatok plusz zaja minél kevésbé rontson a jel-zaj viszonyot. Mivel az első fokozat zaját a többi fokozat bejövő jelként erősíti, ezért fontos, hogy a legelső erősítő minél jobban erősítsen minél kevesebb zajjal. Ezt a részt hívják előerősítőnek, kisjzajú előerősítőnek (Low Noise Amplifier – LNA) vagy szlengesen előfoknak.
Egy rádió bemeneti fokozatának első része általában szűrni is szokott, erre azért van szükség, hogy más sávban beérkező jelek ne vezéreljék túl a fokozatainkat, illetve ha nem is vezérlik túl, a magasabb jelszint jobban kihozza az áramkörök nemlinearitását (az csak egy közelítés, hogy az áramköreink lineárisan működnek egy pont körül). Ezt szokás előkiválasztó szűrőnek hívni. Ezt mi kihagytuk az áramkörünkből, aminek eredményeként a telefonok csomagküldése, a Bluetooth, de még a bekapcsolt pisztolypáka is belehallataszott az kimenetbe, amikor közvetlen a vevő mellett volt a zavaró berendezés.
Tranzisztornak az MMBFJ310 tíousú J-FET-et választottam. Ennek oka az volt, hogy az adatlap szerint jól működik 100 MHz környékén, akár 15 dB erősítést is tud mutatni földelt Gate-es bekötésnél. Végül az ábrán látható kapcsolási rajz született. Mivel nem tudtam az adatlap alapján egyértelműen méretezni a Source-GND ellenállást, ami beállítja munkapontba a FET-et, ezért ide egy potenciómétert helyeztem 470 Ohm maximális ellenállással, mivel 2-300 ohmos ellenállásra számítottam nagyságrendben.
Az n csatornás J-FET működéséről röviden annyit, hogy a Drain és a Source egy N adalékolású félvezető csatornán vannak összekötve. Szerepük egyébként a működés szempontjából felcserélhető. Az azonos adalékolású csatornán tud áram folyni, valamekkora ellenállást mutat a félvezető réteg. A gate-et (ami egy p adalékolású réteg), negatívabb potenciálra helyezztük, mint a csatorna bármelyik része, ekkor az elektromos tér a csatornát effektív elszűkíti. Ezt a szűkítést érdemes középre beállítani, hogy mindkét irányba egyformán tudjuk szabályozni. Amikor jelet kapcsolunk a Source (kevésbé pozitív vége a csatornának a Gate-hez képest) és a Gate közé, akkor változtatjuk a csatornának a szűkülését, és ezzel a Drain-ből Soruce-ba folyó áramot.
A jelenlegi kapcsolásban a Gate-et kötöttük 0V-ra, a source és a föld közé pedig egy ellenállást kapcsolunk. Ez az ellenállás a rajta átfolyó áram miatt megemeli a Source-on mérhető feszültséget, így a Gate a Source-nál negatívabb lesz; a fent leírt működési mechanizmust életbe lép.
A source-kör fele egy fojtó tekercset tettem, hogy az RF ne tudjon folyni a poti fele, illetve egy kondit is a poti mellé, hogy az esetleges kontakthiba ne zavarja a FET munkapontját.
A Drain körbe egy fojtótekercs került, illetve egy kellően kicsi reaktanciájú csatolókondenzátoron keresztül az SA612 bemeneti impedanciája. Ez az impedanicia enyhén kapacitív, illetve magában a FET-ben is van egy Drain-Gate kapacitás. Összességében egy párhuzamos rezgőkör jön létre a drain körben, ami körülbelül az FM adók frekvenciáján rezeg. Hangolt kimeneti körről az alábbi cikkben olvashatunk: https://ha5kfu.hu/2019/11/18/eloerosito-kapcsolas-tervezese-red-pitaya-kartyahoz-80-m-en/
Az erősítést az okozza, hogy a source felől kisebb ellenállás látszódik, mint amekkora a Drain körben van, áram viszont csak errefele tud folyni, azaz ugyan az az áram az SA612 bemeneti impedanciáján (1,5 kohm) nagyobb feszültséget ejt, nő a jelszint. A FET adatlapja alapján 70 ohm körül van a bemeneti impedancia ebben az elrendezésben, amihez tökéletesen tudjuk csatlakoztatni egy 1,5 m hosszú drótot, megvalósul a teljesítményillesztés. Bemenetként egy sorkapcsot és egy SMA lenyomatot is elhelyeztünk a NYÁK-on, igény szerint bármelyik beforrasztható.