Pré-amplificador de baixo ruído

LNA = Low Noise Amplifier

por PY4ZBZ    em 14-06-2018    rev. 30-07-2018

 

 

Usando componentes de sucata de LNBF e outras, montei um LNA para UHF com numero de ruído NF menor que 0,5 dB ! e ganho G de 23 dB.

Num LNA, o dado mais importante é o numero de ruído NF (Noise Figure)

O ganho na verdade não importa muito, a não ser que o LNA seja usado para compensar a perda de um cabo comprido e/ou com muita atenuação, e ligado entre a antena e esse cabo. Nesse caso, o ganho do LNA deve ser maior que a atenuação do cabo.

O real ganho no uso de um LNA não é o seu ganho G, mas a diferença entre o NF do receptor e o NF do LNA !

Portanto, só faz sentido usar um LNA com NF MENOR que o NF do receptor !

O ganho G do LNA também diminui o fator de ruído F do receptor para F´ = (F-1)/G quando ligado direto na entrada do receptor. O valor de F´ é somado ao F do LNA. Portanto, quanto maior o ganho G do LNA, menor é a participação do F do receptor no fator de ruído resultante LNA+receptor. Por exemplo, com 20 db de ganho no LNA, 100 em unidades lineares, a contribuição do NF do receptor torna-se totalmente desprezível no NF resultante, pois é dividida por 100. 

Qualquer amplificador PIORA a relação sinal/ruído, pois além de amplificar tanto o sinal quanto o ruído presentes na sua entrada pelo ganho G, ainda gera um ruído interno, que é somado ao ruído na sua saída ! Se o amplificador fosse ideal e não gerasse nenhum ruído extra, o NF dele seria de 0 dB e o F seria igual a 1.

Lembramos que o fator de ruído F de um amplificador é a relação entre a relação sinal/ruído Se/Ne de entrada e a relação sinal/ruido Ss/Ns de saída dele (em unidades lineares):

F = (Se/Ne) / (Ss/Ns)

O numero de ruído NF é 10 vezes o log de F e é expresso em dB:

NF = 10 log F

 

A figura seguinte mostra o esquema do LNA de fabricação caseira, usando um FET NE325S01:

 

A figura seguinte mostra a resposta do LNA feita com um velho Tektronix 2712 com tracking generator:

 

As duas figuras seguintes mostram o LNA caseiro sem as tampas:

 

 

Medições que comprovam o baixo NF do LNA, da ordem de 0,5 dB ! :

 

A primeira medição foi feita com um  FCD (FunCube Dongle), que já tem um NF baixo devido ao uso interno de um LNA BGA2717 com NF teórico de 2,3 dB.

A figura seguinte mostra as medições com o FCD sem LNA à esquerda, e com LNA à direita. Podemos notar 2 dB de melhora na SNR (de 43 para 45 dB) com o LNA.

Donde NF do LNA = 2,3 - 2 = 0,3 dB !

 

 

A segunda medição foi feita com o dongle Terratec com tuner E4000. Sem LNA à esquerda, e com LNA à direita. O LNA melhorou a S/N de 34 para 37 dB, ou 3 dB.

Podemos deduzir que o NF do E4000 é de (37-34)+0,3 = 3,3 dB aproximadamente.

 

 

A terceira medição foi feita com um dongle com R820T2. Sem LNA à esquerda, e com LNA à direita. O LNA melhorou a S/N de 32 para 38 dB, ou 6 dB.

Podemos deduzir que o R820T2 tem um NF de 6+0,3 = 6,3 dB aproximadamente, o que não é muito bom...

 

Obs. : em todos os testes o ganho do tuner foi reajustado para melhor desempenho, com e sem LNA. Com LNA, o ganho dos tuners precisou ser reduzido em torno de 20 dB, o que corresponde ao ganho do LNA, que foi ligado direto na entrada dos dongles. Claro que estas medições não são de alta precisão, mas servem para confirmar os valores teóricos do NF e o correto funcionamento do LNA, já que o ganho somente não define a qualidade de um LNA.

 

 

Links:

 

http://www.wa5vjb.com/references/preamp-Cookbook.pdf

http://www.py2bbs.qsl.br/gasfet.php

 

 

73 de Roland.

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