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2017年9月24日 (日)

144MHz帯用 プリアンプの検討 (2)

前回バイアス点を決めましたが、3SK241 のデータシートと睨めっこをしながら再考し、
ID = 12 mA, Vgs1 = 0.85 V に変えることにしました。
そのときの最大振幅が取れる交流負荷線から、負荷インピーダンスは 417 Ω ぐらいになります。


この負荷インピーダンスをもとに、出力回路の設計をしてみました。
構成は、2ポールのバンドパスフィルタと L マッチの組み合わせで考えます。
トロイダル・コア活用百科を参考にしながら、Excel で各定数を計算しました。

まず最初に、2ポールのバンドパスフィルタの設計から。
入出力のインピーダンスを 417 Ω 、中心周波数を 145 MHz 付近、
フィルタの Q を約 10 として、Excel で計算。
その計算結果を Qucs でシミュレーションしてみると、

20170924_0001

まあ当たり前でしょうが、設計どおりの結果です。


次に、インピーダンス変換 ( 417 Ω → 50 Ω ) の L マッチを追加します。
また Excel で計算させ、結果をシミュレーションしてみると、

20170924_0002

ちょっとした計算誤差なのか、144 MHz 付近で僅かにリアクタンス分が残りますが、
まず問題ないと思われます。


この結果をもとに、実際入手可能な部品の定数に置き換えていきます。
キャパシタはトリマーコンデンサを使えば良さそうですが、インダクタはどうするか悩みます。
コアが回せる FCZ コイルのようなものか、またはトロイダルコアを用いた固定のコイルか。
今回は、トロイダルコアを用いた固定インダクタンスのコイルを使ってみることにします。


トロイダルコアは、カーボニル鉄系の #12 材が良さそうです。
T-50 #12、T-37 #12、T-25 #12 あたりが入手容易なので、これらで考えることにします。
得られるインダクタンスが巻き数の二乗に比例するので、中々所望の値を得ることができません。


取りあえず所望の値に一番近くなるように設計し直すと、負荷インピーダンスが
約 320 Ω となってしまいました。

20170924_0003

周波数特性は、あまり変わりません。

20170924_0004

スミスチャートです。

20170924_0005


負荷インピーダンスが約 320 Ω に変わったので、バイアス点も少し見直した方が
よいのかと思いました。

Id は 最良 NF から決めているので、Vgs1 やVgs2 はそのまま変わらずです。
結局 Vds を少し下げて、6 V 程度とすることにします。
バイアス回路だけ考えると、こんな感じになりました。

20170924_0006

実際は、FET のバラツキがあると思いますので、組み立て後に Id が約 12 mA となるように、
ソース抵抗を調整する必要があると思っています。


入力回路については、まだ悩んでいます。
回路的には、L マッチ+ LC 並列共振回路にするつもりです。
ただ、ノイズマッチングを取る必要があるようですが、
どの程度のインピーダンスでドライブすれば良いのかが分かりません。

取りあえず、他の製作例を参考に一回作ってみて、後はカットアンドトライ
ということになると思います。
電子工作は、失敗してなんぼだと思いますので...
来週以降、ぼつぼつ部品集めに掛かりたいと思っています。

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