Eingangsimpedanz von ZF-Verstärker

Ist bei dem Transistor keine Kurzschlu=DFeingangswiderstand oder Kurzschlu=DFeingangsleitwert angegeben?

Eingangswiderstand =3D (1+Kurzschlussausgangsleitwert*Lastwiderstand) / (Kurzschlusseingangsleitwert + Delta y *Lastwiderstand)

(Ich hoffe es ist die richtige Gleichung -- Es war doch ein Kollektorsufe oder?)

was für Transistoren hast du denn genommen? Ich hab mal schnell eine Kaskode mit BF199 simuliert und dann den durch BFR92A ersetzt, an 50 Ohm Quellimpedanz sind da glatt fast Faktor 10 drin in der Bandbreite, ich sehe hier in etwa 30dB bei 240 MHz.

Den Differenzverstärker habe ich mir jetzt nicht genau angesehen, sollte IMHO aber ähnliche Ergebnisse wie die Kaskode liefern, sieht soweit eigentlich plausibel aus. Aber die Miller-Kapazität sehe ich nicht, wohl aber die Eingangsimpedanz. Von NXP habe ich das Simulationsmodell des BFR92A, vielleicht wird es damit besser, nur ist der veraltet. Ansonsten gilt das Verstärkungs-Bandbreiteprodukt, also mit Gegenkopplung mehr Bandbreite. Die Eingangsimpedanz in Emitterschaltung könnte vom Hersteller angegeben sein, aber längst nicht für alle Transistoren.

mfg. Winfried

Martin Laabs schrieb:

Hätte jetzt auf die Steilheit des Transis getippt, kaum auf den Early-Effekt. Bei 2 mA sind rund 12 Ohm schon richtig.

Muss man Leistung verstärken? Bei 1 mA hast du auch mehr von deinen Ohms.

Ja, klar, geht ja direkt als Faktor ein.

Huch? Bei definiertem Strom und gleichbleibender Temperatur bleibt der auch. Je nach Exemplar allenfalls ein Faktor 2 anders, höchstens.

Vielleicht ist die GBW vom Transi am Ende, welchen Typ hast du denn? Auch ohne Miller ist die Verstärkung bei der Grenzfrequenz nicht mehr so dolle ;-]

Hallo Winfried,

Veraltet? Oldie but Goldie: Digikey hat davon fast 30000 auf Lager, 10c in hohen Stueckzahlen. Und die legen sich keine Ladenhueter auf Vorrat.

Ich hatte es mit einem Modell vom BFS17 simuliert.

Naja. Was mir die Eingangsimpedanz so niedrig und Frequentabhänig macht ist mit dem BFS17 die C_BC Kapazität. Die liegt irgendwo bei 0.8pF und damit fließt ein guter Teil von dem Signal welches ich an der Basis habe nicht durch die Basis des Transistor sondern durch die Kapazität gen nirgendwo. Dadurch sinkt mein Basisstrom und das effekt- vie Beta und meine Eingangsimpedanz sinkt ins Bodenlose.

Ja - leider für den BFS17 nicht. Aber ich werde es mal mit dem BFR92 probieren. Vielleicht wird das besser.

Danke, Martin L.

Ja - da hast Du Recht wobei ich mir jetzt nicht mehr sicher bin ob das eine das andere bedingt.

Ja - ich will Leistung verstärken. Es ist ein ZF Verstärker und ich möchte gerne um die 30dB pro Stufe haben um dann noch etwas rückkoppeln zu können damit die Intermodulation zurückgeht. Aber was meinst Du mit " Bei 1 mA hast du auch mehr von deinen Ohms."? Bei 1mA habe ich noch weniger Verstärkung, noch geringere Transit- frequenz und höhere Intermoduation. 2mA waren für mich ein ganz guter Kompromiss zwischen Strom sparen und Performance aufgeben.

Ja - das kann sein. Aber sowas steht in dem Datenblatt leider nicht drinn. (BFS17) Da sind ab 100MHz die S-Parameter aufgeführt und damit erübrigen sich dann alle anderen Angaben. Nur will ich ja bei 70MHz arbeiten und trau mich nicht so recht die S-Parameter von 100MHz zu verwenden. (Und außerdem finde ich es lächerlich bei 70MHz mit S-Parametern rum- zurechen.)

Ich glaube ich habe auch da wieder mal die Begrifflichekit durcheinander- gewürfelt. Was mir zu schaffen macht ist die C_BC Kapazität die mir den Basisstrom nicht mehr durch die eigentliche Basis fließen lässt und damit die Stromverstärkung inkl. Eingangswiderstand sinkt.

Grenzfrequenz vom BFS17 bei 2mA soll nach NPX bei 1.5GHz liegen. Bisher dachte ich eigentlch, dass man mit dem Faktor 10, in diesem Fall ja fast

Vielen Dank, Martin L.

Hallo Martin,

Wenn Du mehr brauchst, koenntest Du Transistoren wie den BFG410 nehmen. Ist allerdings wie bei heissen Motorraedern, einmal zu unvorsichtig am Gas gezuppelt und es geht ab ins Gebuesch.

jetzt habe ich mir Deine Schaltung doch mal etwas angesehen. Mir fiel auf, daß sie im Gegensatz zu meiner testweisen Kaskode wenig Bandbreite hat, obwohl es doch IMHO keinen großen Unterschied geben sollte. Aber wenn Du niederohmiger arbeitest, kommt das wieder hin, nur bei z.B. 10 mA hast Du mehr Stromverbrauch. Mit dem BFR92A ist die Tendenz gleich, aber niederohmig betrieben bringt der wesentlich mehr, aber dann würde der BFS17 auch schon reichen.

Ich habe jetzt nicht untersucht, ob eine Kaskode die erforderliche Bandbreite auch bei kleinerem Ruhestrom schon bringt.

Ja stimmt, ist aber noch deutlich besser als eine Emittergrundschaltung.

Bei NXP sind wohl S-Parameter angegeben, aber damit habe ich mich selbst noch nicht beschäftigt, irgendwie wird man die Eingangsimpedanz daraus wohl berechnen können. Aber mir fiel noch auf, daß die OP-Schaltung ziemlich gefährliche Resonanzen verursacht.

mfg. Winfried

Hallo Martin,

jetzt hat es mich doch mal interessiert, Differenzverstärker und Kaskode zu vergleichen. Bei gleichem Arbeitspunkt hat anscheinend die einfache Kaskode ein um Faktor 2 besseres Verstärkungs-Bandbreiteprodukt, d.h. entweder 6 dB mehr Verstärkung oder doppelte Bandbreite. Das war mir bisher auch nicht bekannt und der Grund ist mir im Moment nicht klar.

Der BFS17 scheint da an der Grenze zu liegen, mit BFR92A müßte es gehen, nur wie Jörg schon sagte, landest Du mit einem 5 GHz-Transistor schnell im Gebüsch :-).

Ob die Emitterwiderstände mit 100 Ohm so günstig sind, weiß ich nicht genau, ich hab sie mal in der Simulation auf 10 Ohm verkleinert. Den OP würde ich als Integrator 10k und 1 nF auslegen, dann sind die gefährlichen Peaks weg.

Wie das mit Intermodulation aussieht weiß ich nicht, Gegenkopplung über die Emitterwiderstände ist sicher möglich, aber dann verlierst Du Verstärkung.

mfg. Winfried

Hallo Winfried,

Man koennte sich das Leben natuerlich auch einfach machen und zwei THS4021 nehmen. Dynamikbereich beinahe von hier bis hinter den Klondike, sehr rauscharm.

Aber das gibt einen Knacks beim Sportsgeist ;-)

Hallo Joerg,

das ist möglich, wobei ich aber nicht weiß ob der OP bei 70 MHz noch seine Vorzüge ausspielen kann.

Wenn ich mir die nichtlinearen Verzerrungen anhand des Spektrums ansehe, so scheint der Ansatz von Martin doch günstig zu sein, denn der Differenzverstärker hat im Gegensatz zur Kaskode bei nicht zu großen Amplituden nur ungradzahlige Harmonische und die auch viel kleiner. Um den Differenzverstärker breitbandiger zu machen, müßte er allerdings den Ruhestrom erhöhen, R12 verkleinern oder schnellere Transistoren nehmen.

Welche Probleme es mit der Eingangsimpedanz geben könnte kann ich im Moment aber nicht erkennen, jedenfalls nicht bei 50 Ohm.

Wenn es besonders auf Klirrarmut ankommen soll, wäre vielleicht noch was mit FET denkbar.

mfg. Winfried

Hallo Winfried,

Der kommt locker bis ueber 300MHz. Man kann ihn ohne Tricks aber nicht unter 20dB betreiben, fuer eine AGC muesste man ein paar PIN Dioden oder so einsetzen.

Die Verzerrungskurven sind fuer 2V Ausgang angegeben. Ich betreibe ihn mit wesentlich weniger, suchte aber aus diesem Grund bewusst einen Amp, der mit +/-12V versorgt werden konnte. Bei den neumodischen 5V Amps ist das oft ein Krampf, einen guten Dynamikbereich zu bekommen. Bei uns laeufen Dutzende davon bei 40MHz und sind dort erste Sahne.

Liegt das vielleicht daran, dass sich der Ruhestrom bei der Kaskode nicht auf zwei Transistoren aufteilt sondern, das Serienschaltung, durch beide Transistoren hindurchfließt? Damit brauche ich bei gleichem Arbeitspunkt für den Kaskodenverstärker nur die halbe Leistung. Mit der Kaskode habe ich kein Kochrezept wie ich den Arbeitspunkt des "oberen" Transistors einstellen soll. Ein paar Volt über den des eigentlich verstärkenden - aber wie viel?

Die Differenzstufe hat für mich auch noch den Vorteil mit nicht all zu viel Aufwand eine Gegenkopplung einbauen zu können ohne zu viel Angst zu haben, dass es bei anderen Frequenzen auf einmal eine Mitkopplung wird.

Ja. Ich habe es mit dem BFR92 ausprobiert aber dort bildet wieder mal die Basis-Kollektor Kapazität einen Schwingkreis mit der Drossel. Und dieser Schwingkreis liegt, je nach Drossel, recht nah an meiner ZF. Das wäre prinzipiell nicht so schlimm aber es mach die Ein- und Ausgangsimpedanzen ganz schlecht vorhersagbar. Eine größere Drossel geht wegen der Eigenresonanz nicht und eine kleinere ist wegen der Verstärkung blöd.

Warum sind die 100 Ohm Widerstände problematisch? Sie sind doch mit Kondensatoren für die Arbeitsfrequenz überbrückt. Ich hatte sie vorgesehen weil die Kollektorspannung an den Transisotren nicht gleich war als ich noch einen resestiven Lastwiderstand hatte und damit die Arbeitspunkt bei gleicher Basis-Emitter Spannung nicht ganz identisch waren. Außerdem hilft es gegen Fertigungstoleranzen bei den Transistoren.

Mit der Harmonischen Analyse habe ich bei meinem Progamm noch so meine Probleme weil es über eine FFT gemacht wird und ich für gute Ergebnisse recht lange simulieren muss. Wie ich die Intermodulation simulieren soll ist mir da ein ganz großes Rätsel weil es dann ja mit der ganzen Fenster- ei losgeht. Vermutlich werde ich es, wenn ich was passendes gefunden habe, einfach aufbauen und ausmessen.

Dein Vergleich von Kaskode und Differenzverstärker in dem anderen Bei- trag finde ich sehr spannend. Auch dafür vielen Dank.

Martin L.

Hallo Martin,

glaube ich hab's jetzt, beim Differenzverstärker "sieht" der linke Transistor hf-mäßig nicht Masse, sondern die zu seiner Ausgangsimpedanz gleiche Eingangsimpedanz des rechten Emitters, wobei sich dann der Signalstrom halbiert. Damit verdoppelt sich zwar die Eingangsimpedanz, aber die Verstärkung halbiert sich. Diesem Nachteil stehen aber die deutlich geringeren nichtlinearen Verzerrungen gegenüber. Vermutlich hebt sich durch die Symmetrie da was auf.

Also die Emitterschaltung habe ich mit dem Kollektor auf 1.4 V gelegt, zur Arbeitspunktstabilisierung in den Emitter noch 27 Ohm kapazitiv überbrückt. Habe darüber aber nicht groß nachgedacht, letzten Endes muß man das Datenblatt konsultieren.

Das mit der Gegenkopplung weiß ich jetzt nicht, das kann ein heißes Eisen sein. Aber für wenig Intermodulation scheint dieser Ansatz IMHO richtig zu sein.

Also diese Resonanz kann ich bei mir nicht finden, ich habe ungefähr 1 KOhm Eingangsimpedanz, die in der Nähe der Grenzfrequenz dann allmählich runtergeht. Wo genau tritt das denn bei Dir auf? Ich hab eine Quelle mit

Was mir natürlich aufgefallen ist, R12 ist viel zu groß, ich habe nicht mehr als 500 Ohm genommen, R12 bestimmt praktisch alleine den Frequenzgang. Da bringt auch ein besserer Transistor fast nix mehr.

Na ja, es fällt Spannung daran ab und ich habe dann die Parallelkapazitäten deutlich vergrößert, um überhaupt den Verstärkungsbereich zu sehen.

Ist klar.

ja die Einstellung der Fouriertranformation ist etwas knifflig, ich habe in 0.1 nS-Schritten simuliert über 50 uS mit 10 MHz Sinus bei 0.5 mV Amplitude. Du mußt das Step Ceiling auf 0.1 nS setzen und Print Step auch auf 0.1 nS. Die Rechenzeit geht noch so, dauert einige Minuten.

Aus dem Spektrum kann man aber nicht die Intermodulation bestimmen. Wie man den Interceptpoint simulieren oder berechnen kann, habe ich völlig vergessen. Vielleicht sollte man 2 Sinusschwingungen mit verschiedener Frequenz addieren und sich die Mischprodukte ansehen, das wird auf jeden Fall gehen.

War ja für mich auch neu, solche Betrachtungen findet man in Fachbüchern wohl eher nicht, die schreiben ja nur von einander ab inklusive Fehlern.

mfg. Winfried

Hallo Joerg,

Ja die Verzerrungskurven sehen wirklich gut aus, ist aber mit Gegenkopplung, aber bei 2 V. Muß mal nachsehen, ob es 1 Spicemodell dafür gibt, dann könnte man sich ein Bild verschaffen. Wäre mal interessant das mit einer handgestrickten Transistorschaltung zu vergleichen.

mfg. Winfried

Hallo Winfried,

SPICE habe ich mir verkniffen, gleich aufgebaut und vermessen. Klar, mit Transistoren haette ich das auch hinbekommen, aber bei diesem Kunden sind ein paar Dutzend davon drauf.

Hallo Winfried,

Machen wir immer nach Daumen und Zeigefinger :-)

Meist versuche ich, fuer den oberen Transistor soviel wie moeglich an Dynamikbereich zu lassen, also dessen Basisspannung so niedrig zu legen, dass das mit den Kapazitaeten beim unteren so gerade noch nicht ungemuetlich wird.

Ist kein heisses Eisen, macht man sogar bis zu hunderten MHz. Sieh Dir mal Verstaerker mit "noiseless feedback" an, leider bei vielen in Vergessenheit geraten.

Hallo Joerg,

habe mir mal das Spicemodell geholt und simuliert, aufbauen kann ich ja nicht, das müßte Martin schon machen. Wie vermutet ist der THS4021 mit

Ich weiß aber nicht welche Pegel gewünscht sind, ich habe Ausgangsspannungen unter 100 mV angenommen.

Mit Einzeltransistoren wird man aber weit höhere Bandbreiten als mit OPs erreichen, evtl. sogar mit gegengekoppelten Schaltungen.

mfg. Winfried

Hallo Joerg,

habe das auch nach Gefühl gemacht, die Kaskode war ja mal in einer Übung drin und mußte komplett ausgemessen werden. Sicher kann man da einige Luft rauslassen, aber das hätte mir jetzt zuviel Zeit gekostet.

"Noiseless" feedback ist mir leider nicht bekannt, klingt nach Reaktanzen, aber die sind frequenzabhängig. Was ist denn damit gemeint? Bei mir ist es nicht in Vergessenheit geraten, sondern ich hab's noch nicht gehört ;-).

mfg. Winfried