3 Logarithmische Verstärker

Erstellt: DL6GL, 04.03.2017, letzte Änderung

Für unsere Kurzwellenanwendung setzen wir zwei AD8307 ein.

Im einschlägigen Fachhandel ist der AD8307 kaum unter 10€ zu bekommen. Preiswerter gibt es ihn aus der EU bei Makis, SV1AFN, noch billiger aus China über die Bucht (wer's mag).

Abb. 3.1: Logarithmische Verstärker (Log Amps).

Die Eingangsbeschaltung der Log Amps bildet sowohl die 50Ω-Last an den Sekundärwicklungen im Koppler als auch die für die Log Amp-Eingänge notwendige Signaldämpfung. Mit Wahl der Windungszahlen der Kopplerkerne und damit des Kopplungsfaktors und aus der maximalen TX-Leistung ist mit den Pi-Abschwächern R1 bis R5 sowie R10 bis R15 der maximale Eingangspegel der Log Amps festzulegen. Beim AD8307 sollte er mit etwa +10dBm am oberen Ende des linearen Bereichs liegen. Berechnungshilfen im Excel-Sheet. Je nach TX-Leistung und Kopplungsfaktor kann die Belastbarkeit der vorgesehenen SMD 0805-Widerstände in den Abschwächern überschritten werden. Mit dem 06/2018 angepassten Excel-Sheet kann ein zusätzlich vorgeschalteter Leistungsabschwächer berechnet werden.

Die Abschlussanpassung für den Abschwächer besorgen Ch1 und R7+R8 sowie Ch2 und R16+R17 unter Berücksichtigung der Eingangsimpedanz der Log Amps, siehe auch hier auf dieser Website.

Tab. 3.1: Auslegungsbeispiele 10, 50, 100 und 200W-Koppler ohne Leistungsabschwächer.

Bei beengten Verhältnissen wird es vorteilhaft sein, jenseits 100W PEP kleinere Ringkerne, dann aber z.B. zwei gestockt, und höhere Windungszahlen bis etwa 30 für den Spannungstransformator einzusetzen. Beispiel in der letzten Tabellenzeile. Bei gestockten (aufeinander gelegten) Ringkernen verteilt sich der magnetische Fluss auf einen größeren Querschnitt. Die magnetische Flussdichte je Kern, die bestimmte Maximalwerte nicht überschreiten sollte, reduziert sich entsprechend.

IC4 sorgt für eine niederohmige Einspeisung in die ADC des Controllers. Die Ausgangsimpedanz zum AVR-ADC sollte nach Datenblatt 10kΩ oder kleiner sein. Damit wird der Sample&Hold-Kondensator am ADC-Eingang rasch aufgeladen. Die Signalabtastung (sampling) im ADC erfolgt damit optimal schnell.
Mit der dort (Abb. 4.1) einstellbaren ADC-Referenzspannung von 2,5 ± 0,12V und der maximalen Ausgangsspannung des AD8307 von 2,5V ist eine Spannungsfolgerschaltung von IC4 mit R20/R24 = 0Ω, ohne R19 und R23 ausreichend. Fallweise kann mit den Gegenkopplungswiderständen die Spannungsverstärkung > 1 ausgelegt werden, V = 1 + R24/R23 = 1 + R20/R19.

Abb. 3.2: Log Amp-Modul.

Nach dem Bestücken der Platine und Überprüfung der von IC3 gelieferten Versorgungsspannung ist ein Test der AD8307 angeraten. Wir hatten hier Ausfälle. Mit offenen Eingängen sollten sich an den FWD- und REV-Anschlüssen ca. 200 bis 250mV zeigen. Mit definierten Eingangspegeln kann die Anzeigekurve nach Datenblatt (TPC5) kontrolliert werden, etwa mit 10MHz bei -60dBm ca. 0,5-0,6V und bei +5dBm ca. 2,1-2,2V.
Zu beachten sind die verschiedenen Bohrungen in den Masseflächen. Sie sind für Durchkontakierungen zur Massefläche auf der Rückseite gedacht.

Das Modul muss abgeschirmt werden, im Mustergerät in der dritten Kammer des Kopplers.

Abb. 3.3: Koppler fertig bestückt, Realisierung DG1KPN.

Wie auch immer die Verbindung zur Controllerplatine gestaltet wird, jeder der vier möglichen Koppler hat eine Adresse 1…4, die an den zwei Adressleitungen eingestellt wird, siehe Abschnitt 4.

Auslegungsgesichtspunkte

Mit der Wahl der Ringkerne und des Kopplungsfaktors über die Windungszahl wird zunächst die maximal vom Koppler beherrschbare TX-Leistung festgelegt. Die Abschwächer vor den Log Amps passen den ausgekoppelten Maximalpegel an den oberen Eckpunkt der logarithmisch linearen Kennlinie an.

Zuweilen soll es ja vorkommen, dass irgendwann danach die Lust auf mehr Power mit einer kräftigeren PA übermächtig wird. Um dann nicht das komplette Gerät neu bauen zu müssen, wären vielleicht folgende Überlegungen angezeigt.

1. Auslegung des Kopplers auf die vernünftigerweise maximal denkbare TX-Leistung. Hier ist eine mögliche Erwärmung des Spannungstransformators infolge hoher Magnetfelddichten die bestimmende Größe mit Auswirkung auf Kerngröße und Windungszahl. Ein Umbau auf höhere Leistungen ist hier maximal aufwendig.
2. Weniger aufwendig ist die Anpassung der Abschwächer vor den Log Amps. Es ist daher nahe liegend, sich hier auf die aktuell verfügbare TX-Maximalleistung festzulegen. Damit wird weiterhin erreicht, dass der ADC im Auswertecontroller größtmöglich ausgesteuert wird und folglich mit bestmöglicher Auflösung arbeitet.

Für solche Planspiele vor dem Aufbau ist das Excel-Sheet im Download gedacht.