Také už vám odešel předzesilovač s MMIC PGA-103+ a nevíte proč? Celý setup v klubu je řešen dvoukabelově, tak by se takovéhle věci stávat neměly, ale stalo se, dokonce opakovaně. Strávil jsem dost času analýzou, proč se to děje a myslím si, že příčinu již znám. Nedělám si ovšem nárok na to, že všechno vím, je možné, že se mýlím a budu rád za poznatky čtenářů. MMIC PGA-103+ má napájecí napětí v rozmezí 3 až 5V a obvykle se doporučuje napájet ho přes napěťový stabilizátor řady 78L05, který má proudovou pojistku nastavenou na 100 mA.
Typické zapojení je zde (W1GHZ)
Odešlé předzesilovače s PGA-103+ je možné rozdělit do dvou skupin podle druhu poškození. Obě skupiny mají společné to, že obvod MMIC je poškozen napěťovým průrazem. Tyto obvody jsou velmi citlivé na napěťový průraz, průrazné napětí je pouze v řádu voltů. Do první kategorie patří průraz na vstupu, který je způsoben přepětím, které přijde na vstup zesilovače. Do druhé kategorie patří napěťový průraz na výstupu zesilovače, který je způsoben napětím přivedeným zvenčí na výstup zesilovače. Upozorňuji na to, že k průrazu zesilovače spolehlivě stačí napětí 12V. Abychom poznali, ze které strany proniklo do zesilovače smrtící napětí, stačí změřit stejnosměrné napětí na vstupu a výstupu zesilovače. Zdravý zesilovač má na vstupu ss napětí cca 0,6V a na výstupu má napětí v rozsahu 3 až 5V dle použitého stabilizátoru. Zesilovač zničený průrazem na vstupu má na vstupní nožičce napětí blízké nule, zatímco zesilovač zničený průrazem na výstupu má na vstupu napětí v pořádku, ale na výstupu má napětí pod 3V a napájecí stabilizátor je položený do proudové pojistky. Oba způsoby průrazu znamenají, že předzesilovač je zničený. Přesto má smysl rozlišovat oba stavy z důvodu, že nám napoví, jak modifikovat okolní obvody s cílem ochrany zesilovače.
Jeden z možných způsobů ochrany vstupu předzesilovače je odpor do země.
variantně je možné chránit vstup zesilovače antiparalelně zapojenými Schottkyho diodami.
Ochrana výstupu zesilovače spočívá nikoli v doporučení, jak ochranu udělat, ale v doporučení, co nedělat. Spolehlivým způsobem, jak předzesilovač zničit, je napájet ho po koaxiálním kabelu pomocí injektoru, jak doporučuje například HB9AFO a jehož článek převzal web ok2kkw.com , originální článek je zde. Někdo může namítnout, že výstupní port MMIC je kondenzátorem 100 pF stejnosměrně oddělen od výstupního konektoru, tak se na něj napájecí napětí 12V nemůže dostat. To je sice pravda, ale k poškození zesilovače dojde v okamžiku připojení napájecího napětí. V tomto okamžiku dojde k derivaci náběžné hrany napájecího napětí na kondenzátoru C2 a výstupním odporu zesilovače a vzniklým jehlovým impulsem se prorazí chip v MMIC. Obvod PGA-103+ je totiž zatraceně rychlý a k průrazu stačí velmi krátký jehlový impuls. Shodně dojde k derivaci sestupné hrany napájecího napětí při vypnutí napájení a tím ke vzniku jehlového impulsu, tentokrát záporného. Než mi došlo, že záhadně odcházející PGA-103+ jsou poškozeny tímto mechanismem, zničil jsem několik obvodů. Diskusemi s kolegy, kterým se stávalo totéž, jsem se ujistil v tom, že domněnka je správná. Destrukci MMIC by se dalo zabránit tak, že by napájecí napětí nabíhalo pomalu, není to však bezpečné řešení, protože náběžná a sestupná hrana se objeví při nechtěném rozpojení a spojení koaxiálního kabelu. Jediné bezpečné provedení je napájet zesilovač po samostatném kabelu, popřípadě je jeví bezpečným posílat po koaxu napětí 5V a uvnitř předzesilovače ho stabilizovat na něco mezi 3 a 5V. Celkem rád bych věděl, kolikrát už HB9AFO měnil MMIC ve svém zesilovači.
V datasheetu k PGA-103+ je uvedeno maximální nepřekročitelné napětí na výstupním pinu 6V
Schéma zesilovače HB9AFO tak, jak jej uveřejnil web ok2kkw.com
Tento způsob napájení zesilovače je nutno jednoznačně odmítnout.
poznámka: většina pramenů popisujících zesilovače s PGA-103+ se shoduje na tom, že pro dosažení nízkého šumového čísla je nutné použít originální napájecí tlumivku TCCH-80+. Koupil jsem několik tlumivek, poslavil z nich předzesilovače a tyto zesilovače jsem porovnal s týmiž zesilovači, které jsem osadil běžnou SMD tlumivkou 56 nH. Změřil jsem šumové číslo a kupodivu jsem nenašel rozdíl, resp. zesilovač s tlumivkou 56 nH se nehodí pro nízké kmitočty, kde je již impedance tlumivky nedostatečná a snižuje zesílení. Zesilovače jsem hodnotil s perspektivou použití v pásmu 70cm, kde již SMD tlumivka 56nH vyhoví. Vyslovuji tedy hypotézu, že někteří autoři vlastnosti zesilovače možná neměřili a opisují chytře vypadající doporučení od jiných :-) Tvrdím a mám to podložené měřením na minimálně patnácti kusech zesilovačů, že s běžnými součástkami (SDM kondenzátory, SDM tlumivky 56 nH ) je opakovatelně dosažitelné šumové číslo 0,5 dB a zisk 21 dB v pásmu 432 MHz.
Proč nám tedy odcházely předzesilovače v klubu? Je to proto, že používáme více anténních systémů a některé jsou osazeny předzesilovači s PGA-103+, jiné jsou osazeny staršími zesilovači s ATF54143. Starší zesilovače jsou uzpůsobené pro napájení po koaxiálním kabelu přesně tak, jak je v zapojení HB9AFO, novější s PGA-103+ mají napájení samostatným kabelem. RXový anténní přepínač je osazen koaxiálními relé Tohtsu CX-120A, která jsou adresovaná běžným otočným paketovým přepínačem, nic složitého. Jednou sekcí přepínače jsou ovládána relátka, druhá sekce slouží k distribuci napájení předzesilovačů po koaxu. Anténní přepínač umožňuje pomocí switchů nastavit, do kterého předzesilovače se napájení po koaxiálním kabelu pouští a do kterého nikoli. Teoreticky je vše správně, v praxi se však projevuje, že koaxiální relé mají konečnou dobu odezvy na připojení napětí a po dobu, když už je napětí do cívky relé přivedeno, ale kontakty relé ještě neopustily klidový stav, se napájení po koaxiálním kabelu mžikově dostane i na porty, na kterých být nemá. To je celé vysvětlení. Stálo nás několik PGA-103+, spoustu nervů a odhadem několik desítek spojení v závodě. Odešel dokonce i předesilovač MKU LNA 432A, kterým je osazena hlavní anténa 8x22el. Tento zesilovač je osazen ATF54143, který není složité vyměnit a po výměně tranzistoru vykazuje shodné vlastnosti, jako před zásahem.
To, že zesilovač s PGA-103+ lze zničit, jsem zjistil už dříve, v době jejich prvního nasazení do provozu. Tak nějak jsem tušil, že problém souvisí s napájením po koaxu a provizorně jsem ho vyřešil tak, že jsem za zesilovač namontoval koaxiální atenuátor 6 dB. Zesilovač zesiluje dostatečně a atenuátor snese 12V nez poškození. Později jsem do anténního přepínače dodělal switche, kterými lze nastavit, do kterého předzesilovače se má pouštět napájení ko koaxu a do kterého ne. Přechodové jevy při přepínání relátek jsem ovšem zanedbal a to je jádro problému. Rozdíl mezi zesilovačem s PGA-103+ a MKU LNA 432A je v tom, že zesilovač DB6NT odejde na průraz po delší době, ale odejde také.