EOM-Treiber für feste Frequenz

Hier kam vorhin jemand an mit dem Bedürfnis nach einem Treiber für einen Elektro-Optischen Modulator (EOM), Typ Linos LM0202. Für die Elektronik sieht das Teil im wesentlichen wie ein Kondensator mit 80 pF aus. Die Herausforderung besteht in der Kombination von hoher Spannung (150V) und Radiofrequenz (bis zu 100 MHz). Außerdem soll die Modulation gut sinsusförmig sein. Höhere Harmonische sollten mehr als 40 dB Abstand von der Grundwelle haben. Andererseits sind Frequenz- und Phasengang reichlich egal. Im Betrieb wird der Treiber konstant bei der gleichen Frequenz laufen. Selbst eine Einstellung der Arbeitsfrequenz durch Austausch von Bauteilen ist akzeptabel. Der Hintergrund ist mal wieder eine Laser-Stabilisierung auf einen optischen Resonator nach Pound-Drever- Hall.

Bei einem Vorab-Experiment wurde ein kommerzieller RF-Verstärker, der mit

1W an 50 Ohm spezifiziert ist, direkt angeschlossen und mit einem Synthesizer gefüttert. Eine Induktivität wurde in Reihe geschaltet, um die Impedanz bei der Betriebsfrequenz zu minimieren. Wenn man von der damit erreichten Modulationstiefe extrapoliert kommt man für die gewünschte Amplitude auf einen 5W-Verstärker. In der für das Experiment benötigten Anzahl würde das den Etat für diese Komponente deutlich übersteigen. Nun wird die Breitband-Verstärkung, die den hohen Preis rechtfertigt, eigentlich gar nicht gebraucht. Also gibt es die Vermutung dass es eine weniger aufwendige Treiber-Schaltung auch tun würde.

Eine Idee ist, zur Impedanzanpassung zwischen Verstärker und EOM zu verbessern. Dazu fällt mir ein Transformator mit passender Untersetzung ein. Ist das bei den benötigten Strömen und Frequenzen realistisch? Oder macht so ein Übertrager im Zweifel zu große Verluste?

Oder sollte man statt eines Reihen-LC einen parallelen Schwingkreis aufbauen. Das muss dann mit weniger hohen Strömen, dafür aber um so höheren Spannungen getrieben werden.

Oder ganz anders: Den EOM als Teil einer aktiven Oszillator-Schaltung einsetzen. Ein Blick in den H&H legt dafür einen Colpitts-Oszillator nahe (Seite 297).

Wir sind sicher nicht die ersten die EOMs hoher Amplitude bei möglichst wenig Aufwand betreiben möchten. Gibt es da erprobte Schaltungsprinzipien?

Bin für sachdienliche Hinweise dankbar,

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Kai-Martin Knaak                                  tel: +49-511-762-2895
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Kai-Martin Knaak
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In article , Kai-Martin Knaak writes: |> |> Hier kam vorhin jemand an mit dem Bedürfnis nach einem Treiber für einen |> Elektro-Optischen Modulator (EOM), Typ Linos LM0202. Für die Elektronik |> sieht das Teil im wesentlichen wie ein Kondensator mit 80 pF aus. Die |> Herausforderung besteht in der Kombination von hoher Spannung (150V) und |> Radiofrequenz (bis zu 100 MHz).

Klingt irgendwie wie die RGB-Endstufen-ICs von Röhrenmonitoren...

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Georg Acher

"Kai-Martin Knaak" schrieb im Newsbeitrag news:foijis$l8m$ snipped-for-privacy@gwaiyur.mb-net.net...

Variante 1: Ergaenze die 80pF mit (abstimmbarer) Spule zum 100MHz Schwingkreis,und verwendet einen mit 100MHz getakteten Schalter (z.B. MOSFET an 12V) als Klasse-E Verstaerker (Schaltung im Web). Die 150V ergeben sich durch die Güte des Schwingkreises als Resonanzüberhöhung, ggf. gedaempft durch gueteverschlechtendes Poti.

Das waere billig.

Variante 2: Piezo-Treiber ? Fertig kaufen oder nachbauen.

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Manfred Winterhoff, reply-to invalid, use mawin at gmx dot net
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MaWin

MaWin schrieb:

Class-E funktioniert nur bei genau bekannten Last-Eigenschaften. Das Verhalten darf sich auch im Betrieb nicht mehr ändern. Sollte man vorher abklären.

Google: Nathan Sokal

- Henry

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Henry Kiefer

Wie waere es mit einer normalen Class-C Stufe, bei der die 80pF einen Teil des Schwingkreises ausmachen? Wobei 80pF fuer 100MHz recht hoch ist, sollte aber irgendwie gehen. Wenn es dann noch amplitudenmoduliert werden muss, ginge das ueber die Versorgungsspannung. Da ganze koennte z.B. auf 30V oder hoeher laufen, was immer der Transistor mag. Der Kollektor saesse dabei an einer Anzapfung, sodass man am oberen Ende des Schwingkreises auf die gewuenschten 150V kommt. Leistung braucht es dann nicht viel, nur was eben aufgrund des ungeunstigen LC Verhaeltnisses an Verlusten im Schwingkreis auftritt.

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Gruesse, Joerg

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Joerg

Hmm, im Elektronik-Abkling-Becken nebenan wartet gerade ein voll funktionsfähiger Eizo F57 auf den Container. Den könnte man probeweise schlachten...

Haben denn die Elektroden der Bildröhren vergleichbare Kapazitäten? Außerdem würde ich denken, dass die Bandbreite der Ablenksignale ein gutes Stück unter 100 MHz ist. 1024 Zeilen mal 120 Hz ergibt gerade mal

100 kHz. Um den benötigten Sägezahn zu erreichen, sollten 10 MHz ausreichen.

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Kai-Martin Knaak
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Kai-Martin Knaak

Nein, es sind die Videoendstufen gemeint. Die Dinger, die auf den Röhrensockel draufgesteckt sind.

Bei Pollin sind gerade Hybrid-ICs dafür im Angebot. Schau dir mal deren technische Daten an. Sollten alle ähnlich sein.

100MHz sollten die locker schaffen. Die Kapazität einer Röhre ist vermutlich kleiner als deine Anwendung. Schau halt mal.

Gruß - Henry

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Henry Kiefer

Das klingt schonmal gut. Ich überblicke nicht so ganz, wie stark sich die höherischen Harmonischen des Takts auf die endgültige Signalform übertragen.

Reicht es, wenn man die Kapazität auf 1e-2 kennt? Zu Schmutz-Effekten, wie Rest-Induktivität und ohmschen Widerstand schweigt sich das Datenblatt aus.

Das sollte kein Problem sein. In der Anwendung soll das Teil einfach nur vor sich hin schwingen und damit das Laserlicht modulieren. Das Ganze wird Teil einer Nachfolge-Uhr für den Cs-Standard. Da ist gerade alles darauf ausgelegt, dass sich möglichst wenig ändert :-)

/---------Zitat aus dem vierten Treffer :^) | Class E is a form of 'switching' amplifier which was patened by Nathan | Sokal WA1HQC in around 1976. \--------------------------------------

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Kai-Martin Knaak
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Kai-Martin Knaak

Wenn ich Dich richtig verstehe, wäre das so ähnlich wie Mawins Vorschlag, nur mit bipolarem Transistor statt MOSFET. Allerdings würdest Du Dich nicht auf die Resonanz zur Spannungsüberhöhung verlassen, sondern im halbwegs linearen Bereich des Transistors arbeiten. Oder?

Also einen RF-Trafo berechnen und selber wickeln. Das wäre für mich völliges Neuland. Aber warum nicht? Einmal ist immer das erste Mal.

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Kai-Martin Knaak
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Kai-Martin Knaak

Noe, schon als Schalter, nennen die HF Spezis C-Betrieb. Du musst ihn aber ein wenig resistiv belasten, sonst macht es (Achtung, Ruediger, jetz kuett et ...) FATZ ... *PENG*. Ich weiss auch nicht, wie uebel ein EOM eine saftige Ueberspannung nimmt. Die Dinger kosten ja meist eine Stange Geld.

Nur Mut. Und im Zweifel fragen, wir HF Leute sind damals auch nicht vom Himmel gefallen, hatten auch gefragt (und so einiges zerschossen...).

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Joerg

Was auch noch geht: Spule parallel, sodass sich bei der gewuenschten Frequenz Parallelresonanz ergibt. Dann einen guten CMOS Treiber nehmen, der die Frequenz packt, hochtransformieren und auf den Schwingkreis. Ob die Mini Circuits Uebertrager 150V abkoennen weiss ich nicht, muesstest Du mal nachsehen.

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Gruesse, Joerg

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Joerg

Kai-Martin Knaak schrieb:

Wenn das relativ gemeint ist auf die Kapazität bezogen, ist das super. Auf Anhieb gehts eh nicht. Du wirst abgleichen müssen wegen der ganzen Streueffekte. Meßgeräte hast du ja genug. Also kein Problem, falls du ein GHz-Scope hast.

Soll das heißen, meine Info beeinflußt die Zukunft der Zeitmessung der PTB? Wow!

Ja, ist richtig. Du wolltest doch Infos über Class-E. Und das Patent ist abgelaufen. Ich habe auch noch diverse Artikel darüber.

- Henry

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Henry Kiefer

Joerg schrieb:

Gib ihm doch Hilfe: z.B. 74AC573, alle Ausgänge parallel geschaltet.

Gibt ordentlich Muskeln. Aber nix für Steckbrett. Am besten in SMD und mit zwei Abblockkondensatoren unterschiedlicher Größe. Sind billig. Da darf man auch mal was *fatz peng oder stille* machen.

- Henry

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Henry Kiefer

"Kai-Martin Knaak" schrieb im Newsbeitrag news: snipped-for-privacy@lilalaser.de...

Dann erwarten wir, dass bei die Simplizitaet des Klasse E Amps, das Ding fuer 14.95 beim Discounter zu kaufen sein wird :-)

(Klasse E ist Klasse C mit Ausnutzung der Resonanzueberhoehung)

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Manfred Winterhoff, reply-to invalid, use mawin at gmx dot net
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MaWin

Das Zauberwort heißt LDMOS, hier ist eine nette Applikation für den von Dir gewünschten Frequenzbereich:

formatting link

Wenn das Ding kapazitiv ist, setzt man eine geeignete Induktivität bei der Wunschfrequenz nach Schwingkreisformel dagegen und versieht die mit einer Anzapfung für die Einspeisung.

Bei 80pF Last wären das bei 100 MHz rund 32uH. Ein zum Modulator paralleler hochohmiger Widerstand besorgt dann eine definierte Güte und verhindert eine teure Überspannungs- "Resonanzkatastrophe".

Nicht, wenn man ihn anzapft. eher im Gegenteil:

Der Reihenkreis ist in Deinem Fall auch ein Parallelkreis mit Stromeinspeisung, dabei definiert der Innenwiderstand Deiner Quelle die Güte mit, denn der Schwingkreisstrom fließt beim Serienkreis komplett durch den Generator!

Sieht so aus:

+-------+ | | L | | C_mod Ri_Gen. | | | +-------+

Alles nur eine Frage der Betrachtung ;-)

Und/aber:

Mit einer Anzapfung kommst Du leichter bei begrenzten Güten Deiner Schwingkreiselemente auf eine hohe Spannung am Modulator, denn das erreichbare Impedanz- und damit Spannungsniveau ist bei der Induktivität ohne Anzapfung durch den zwangsweise in Serie befindlichen Innenwiderstand des Generators wie auch die Güte der üblichen Induktivitäten klar begrenzt.

Eine Induktivität in der von Dir gewünschten Größenordnung mit Anzapfung ist im Grunde sehr leicht selber herzustellen und es gibt auch genügend Fertiger für Stückzahlen.

Alternativ könntest Du auch den Kondensator splitten, also einen zweiten solchen einfügen, das sieht dann so aus:

+-------+ | | C_mod | | | +---+ L | | | Gen. C2 | | | | +---+-------+

Das ist die Lösung für Wickelfaule ;-)

Again: Ggf. ein Parallelwiderstand zu L, um Ärger bei zu guten Schaltungselementen zu vermeiden.

Würde ich nicht machen, wenn es stabil sein soll.

Für eine Beständig Gut Funktionierende Lösung (tm) würde ich mit einem definiertem Generator-Impedanzniveau (z.B. 50 Ohm) arbeiten und dieses sowohl in Richtung Generator/Verstärker als auch in Richtung Modulator-Kreis mit einem Netzwerkanalysator kontrollieren.

Gruß Oliver

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Oliver Bartels + Erding, Germany + obartels@bartels.de
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Oliver Bartels

"Oliver Bartels" schrieb im Newsbeitrag news: snipped-for-privacy@4ax.com...

Hallo Oliver,

du solltest mal deinen Taschenrechner kalibrieren. :-) Bei 80pF und 100MHz gibt das wniger als 32nH. Das ist gerdade mal ein Stück Draht mit wenigen cm Länge.

Gruß Helmut

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Helmut Sennewald

MaWin schrieb:

Ich hege den Verdacht MaWin hat noch nie einen gebaut. Ich schon, ist nicht sooo einfach. Ein Layout gibts da ja auch noch voller Induktivitäten.

- Henry

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Henry Kiefer

"Henry Kiefer" schrieb im Newsbeitrag news:47add0c2$0$2297$ snipped-for-privacy@newsspool4.arcor-online.net...

Nein, hab ich erst gelernt, dass es den gibt, als ich die d.s.e FAQ baute.

Ich gehe mal davon aus, dass der Aufbau fuer Leute, die Atomuhren bauen, das kleinere Problem ist. Ob's die perfekte Loesung ist, weiss ich nicht, im Ursprungsposting stand ja wie ueblich nichts zum Problem drin, insofern sind die Tips alle geraten.

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Manfred Winterhoff
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MaWin

MaWin schrieb:

Ne ehrliche Antwort hält immer am längsten.

Daß muß er dann schon selber entscheiden und machen. Gute Meßgeräte werden sie genug haben.

- Henry

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Henry Kiefer

Dann lieber 74AC244. Allerdings geht AC bei 100MHz die Puste aus, muesste man sich mal neuere Serien wie 74AUC244 ansehen. Allerdings muss Kai-Martin dann von 3.5V hochtransformieren, weil sie nicht mehr aushalten.

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Gruesse, Joerg

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Joerg

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