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keine Angst vor SMD's und MMIC's

Manch einer, der bisher gerne mehr oder weniger einfache HF- bzw. elektronische Geräte entwickelt und gebaut hatte, bzw. gerne experimentiert hat, verliert immer mehr die Lust daran, da viele moderne IC’s nur in SMD-Ausführung zu bekommen sind. Selbst in „Ausschlachtgeräten“ findet man heute größtenteils nur SMD-Bauteile. Auch preislich geht die Entwicklung dahin, dass bedrahtete Bauteile immer teurer und SMD-Ausführungen immer billiger werden.  Bis vor ein paar Jahren hatte auch ich noch eine gewisse Ehrfurcht vor diesen winzigen Dingern.

SMD Gehäuse im Vergleich zu einem Streichholz übliches MMIC Gehäuse

2009 wollte ich mir ein HF-mV-Meter für KW bis hohe UHF-Frequenzen bauen, siehe „HF-mV-Meter mit AD8307“ hier in der Bastelecke.  Es gab einen IC, welcher den Bau ungemein erleichtern konnte, aber den IC bekam ich nur im SMD-Gehäuse zu einem vernünftigen Preis. Ich war also gezwungen, mich mit SMD-Löten zu befassen.  Die Größen der Bauteile sind in mehreren Stufen genormt.  Übliche Größen sind z.B. „0402“ mit 1mm Länge und 0,5mm Breite. Etwas größer ist Gehäuse „0603“ dann „0805“ oder bis „1206“ mit 3,2mm x 1,6mm. Noch größere aber auch noch kleinere Gehäuse sind selten anzutreffen.    Voriges Jahr gab meine Handfunke VX7r ihren Geist auf. Im Inneren sind Bauteile in der SMD-Größe „0402“ und sogar „0201“ verbaut, das bedeutet: Ein Widerstand ist bis zu 0,6 mm lang und 0,3 mm breit, oder sollte ich lieber sagen …0,6 x 0,3mm winzig!  Ich wagte es trotzdem und begann mit der Reparatur… und nach Austausch von 3 Bauteilen läuft das Gerät wieder einwandfrei.

Voraussetzung für erfolgreiche Arbeit mit SMD-Bauteilen ist allerdings: Ruhige Hände, einigermaßen gute Augen und (oder) eine Arbeitslupe, eine feine Lötkolbenspitze  und dünnes Lötzinn (max. 0,8 mm Durchmesser).  Obwohl ich eine Abneigung dagegen habe, für Experimente bzw. für Einzelanfertigungen eine Platine zu entwickeln und zu ätzen, möchte ich dies bei Verwendung von SMD-Bauteilen dringend  empfehlen. Mind. aber für den SMD-IC  und für die Bauteile drumherum sollte ein kleines Platinchen angefertigt werden. Um das aufwändige Ätzen zu ersparen, kann so ein Platinchen evtl. mittels einer Handfräsmaschine, wie sie im Modellbau gern verwendet wird, gefräst werden.

Aetz-(Fraes-) Vorlage

Bestueckung,

 der rote Rand deutet die notwendige Verloetung mit der Hauptplatine an.

Wer schon mit HF-Technik für UHF bzw. SHF gebastelt hat, wird festgestellt haben, dass bei so hohen Frequenzen bedrahtete Bauteile nur Probleme machen. Es ist ja bekannt, dass z.B. der gewickelte Aufbau von Folienkondensatoren dazu führt, dass selbige bei sehr hohen Frequenzen nicht mehr eingesetzt werden können. SMD-C’s sind größtenteils als Plattenkondensatoren aufgebaut (außer Elkos) und sind daher ideal zur Verwendung bei sehr hohen Frequenzen.


typischer Aufbau eines SMD-Kondensators

Das ist auch ein Grund, SMD-Bauteile  zu verwenden, selbst dann, wenn das Gerätchen nicht zwingend klein werden muss.  Das zeigte sich beim oben genannten Beispiel mit dem AD8307 ebenso, wie bei der folgenden Beschreibung eines Breitbandverstärkers von 1 bis 400 MHz, welcher in ein, eigentlich sehr großes Gehäuse eines Röhren-bestückten Wobbelsenders eingebaut wurde.

Zuerst wollte ich den Verstärker in konventioneller Weise aufbauen, aber als ich mit mehreren Problemen kämpfen musste (unlineare Verstärkung, Schwingneigung und Ein- bzw. Ausgangsimpedanzen weit ab von 50 Ohm) , entschied ich mich zur Verwendung eines MMIC’s.

von mir verwendeter IC ungefähre Innenbeschaltung übliche Außenbeschaltung
Diese kleinen IC’s haben eine rel. gleichmäßige Verstärkung über einen weiten Frequenzbereich.  In meinem Fall sollte die Verstärkung ca. 10 bis 12 dB über einen Frequenzbereich von 1 bis 400 MHz betragen. Die Ausgangsleistung wurde auf ca. 10 dBm festgelegt.  Ich habe mich für den „SKY 65014-92LF“ entschieden. Da meine geforderten Werte unter den Max.-Werten des „SKY65014“   liegen, er also nicht seine volle Leistung abgeben braucht, betreibe ich diesen mit reduzierter Betriebsspannung (3,7 Volt/44 mA). Erlaubt wäre: 4,7 Volt bei 70 mA. Praktisch würde dies aber bedeuten, dass dieser winzige Kerl 1/3 Watt an Wärme verbraten muss! Obwohl ich den MMIC  zu einem Preis bekam, bei dem auch mal ein IC sterben kann (unter einem Euro), gönne ich ihm doch lieber ein langes Leben.            

Der SKY65014-92LF  arbeitet von einigen  -zig kHz  bis über 7 GHz  und erzeugt eine Ausgangsleistung von über 50 mW. Seine Ein-und Ausgangsimpedanzen liegen recht genau bei 50 Ohm.  Als Antennenvorverstärker ist er nicht zu empfehlen, denn sein Rauschen liegt bei ca. 5,5 dB (bei 2 GHz).  Aber als Treiberstufe in kleinen Sendern oder als Oszillator-Treiber für Shottky-Ringmischer oder, wie in meinem Fall zur breitbandigen Verstärkung des Wobblersignals ist ein MMIC das ideale Bauteil.

Ein MMIC ist ein äußerlich sehr einfaches Bauteil.  Er besitzt nur 3 Pole. Einen Eingang, einen Ausgang und Masseanschluß. Der Masse-Pin ist meist in mehrfacher Ausführung, um die elektrische Stabilität bei hohen Frequenzen zu verbessern. Im Frequenzbereich arbeiten diese Bauteile oft von Gleichspannung bis zu einigen GHz!  Der richtige Arbeitspunkt der Eingangsstufe ist intern festgelegt.  Am Ausgang muss (wie bei einem Transistor)  natürlich ein Arbeitswiderstand angebracht werden, welcher meist aus einer kleinen Induktivität und einem niederohmigen Widerstand besteht, welcher gleichzeitig der Strombegrenzung dienen kann. Die Höhe des Widerstandes wird in vielen Datenblättern vorgegeben. Er richtet sich nach der empfohlenen Betriebsspannung und dem gewünschten (evtl. max.) Betriebsstrom. Damit der Arbeitspunkt am Eingang den optimalen Wert behält, sollte der MMIC sein HF-Signal nur über einen Kondensator erhalten. Das bedeutet, dass seine Verstärkung nur für Wechselspannung erfolgt, was aber kein echtes Problem darstellt, denn für Gleichspannung sollte man besser einen Operationsverstärker  verwenden.  Wenn aber doch der Betrieb von Gleichspannung bis hohe Wechselspannung erfolgen muss, dann bleibt nichts anderes übrig, als die Eingangsbeschaltung recht aufwändig mit R/C-Netzwerken evtl. nach Datenblatt zu gestalten.

In den obigen 2 Bildern ist die bestückte MMIC-Platine meines 400-MHz-Verstärkers zu sehen.  Der 100-Ohm-Widerstand ist zusammen mit dem 47nF Betriebsspannungs-Blockkondensator in senkrechter Position aufgelötet. Dadurch konnte das Platinchen sehr einfach und klein gehalten werden.

Auf dem linken Bild ist die kleine MMIC-Platine im Abschirmgehäuse zu sehen. Auf das freie Feld links vorne wird noch die Regelung der Betriebsspannung aufgebaut.  Im rechten Teil des Gehäuses ist ein Tiefpass für 400 MHz zu erkennen. Dieser ist in meinem Fall nötig, weil durch die Frequenzaufbereitung im Wobbler eine Nebenwelle bei 500 MHz vorhanden ist, welche hiermit um nochmal mind. 30 dB gedämpft wird.

Das rechte Bild zeigt das komplette Schaltbild meines 400 MHz-Breitbandverstärkers.  Der Transistor mit den umliegenden Bauteilen dient nur der Begrenzung der Betriebsspannung.  Wenn 8 Volt am Eingang anliegt, beginnt der Transistor zu begrenzen. Bei noch höherer Spannung brennt der dünne Sicherungsdraht durch. Diesen zu ersetzen, ist viel einfacher, als der Austausch des MMIC's.


viel Erfolg beim Arbeiten mit diesen Winzlingen

de Edi  DC2NJ

 
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Aktualisierung 16.04.2014 von DC2NJ
This page was created on 27.03.2014 by DC2NJ
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Kommentar
Benutzer Diskussion
DL9NBJ
Geschrieben am: 02.04.2014 12:44  Aktualisiert: 02.04.2014 12:44
Webmaster
Teilnehmer seit: 18.11.2009
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Beiträge: 95
 Sehr schöner Artikel
Hallo Edi, das ist ein sehr schöner Artikel. Weiter so! Thilo DL9NBJ
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