Eingangsimpedanz von ZF-Verstärker

Hallo Winfried,

[...]

Ist aber ziemlich einfach, wenn man sich mal ans Bewickeln von kleinen Ringkernen gewoehnt hat. Einfach mal einen aufbauen und ein wenig damit herumprobieren. Bisher war danach die uebliche Reaktion: "Warum hab' ich das nicht schon frueher...".

Wenn Tchaikovsky in vollem Dynamikbereich da durch muss, koennten 70dB schon noetig sein. Kommt darauf an, wer gerade dirigiert.

Klavier-Solos koennen aehnliches forden, pianissimo bis zum stehenden Spiel mit schmerzverzerrtem Gesicht.

[...]
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Gruesse, Joerg

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Joerg
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Wenn ich R12 durch eine Stromquelle ersetze brauche ich keinen Wider- stand und keine Drossel. Und weil der Ausgangswiderstand der Stromquelle gegen unendlich geht steigt die Verstärkung auf das Maximum. Da die Stromquelle aus einem PNP zwar nicht ideal ist aber eine ganz gute Nährung komme ich meinem Ziel einer möglichst hohen Verstärkung recht nahe. (Die Ausgangsimpednaz steigt zwar auch - aber wenn ich danach eh noch einen Puffer vorsehen sollte müsste das gehen.)

Wechselstrommäßig ändert sich bei endlichem L leider schon was - leider. Es bilden sich mit den parasitären Kapazitäten Resonanzen aus.

Ich hatte mir das mal angesehen - vor etwas einem Jahr als ich einen sehr rauscharmen Vorverstärker bauen wollte. Am Ende habe ich es nicht gemacht weil es mir recht kompliziert aussah und das was ich durch das Feedback an Rauschen spare ich durch die Verluste durch mehr Bauteile wieder reinhole. Ich hatte einen HEMT verwendet der bei 435MHz eine Rauschzahl von 0.2dB hatte. Das Anpassnetzwerk um ihn in Rauschanpassung zu betreiben hatte aber selber schon um die 0.4dB Verluste. Vermutlich hätte ich dann am Ende die 0.6dB NF auch ganz ohne Anpassnetzwerk erreicht. Ich denke, dass es mit dem noisless feedback ähnlich ist - jedenfalls bei den niedrigen Frequenzen und guten Transitoren.

Ja. Das hatte ich schon simuliert aber alles andere als eine gute Verstärkung bekommen. Bei ca. 700 Ohm Eingangsimpedanz (Realteil) bekomme ich wenig mehr als 10dB Leistungsverstärkung. Das ist mir ehrlich gesagt zu wenig.

Am Ende wegen des SNR, ja. Aber es ist nicht so, dass das Signal an der Grasnabe herumschwirrt - da sind schon 30dB Verstärkung und nochmal 9dB vom Mischer. Weil es aber möglichst wenig Leistung verbrauchen soll möchte ich halt die maximale Leistungsverstärkung und die gibts halt leider nur bei Leistungsanpassung.

Damit ich keine Intersymbolinteferenz bekomme. Schließlich kann sich das Signal ja noch selber stören. Außerdem will ich die ZF Filterung möglichst nicht direkt nach dem Mischer machen sondern noch einen Verstärker dazwischen schalten weil die SAW Filter auch mal 10dB Einfügedämpfung aufweisen und ich mir dann schnell wieder zu viel zusätzliches Rauschen einfange. (Die beiden LNA Stufen brauchen nämlich pro 15dB auch ihre 12mA weswegen ich sie bei ausreichendem Pegel möglichst bald abschalten wil)

Das ist auch die große Frage die sich mir stellt. Mit Übertragern arbeite ich nicht gerne weil ich selberwickeln nicht mag und kaufen so teuer ist. (Außerdem sind mir die verschiedenen Materialien ein schwarzes Buch mit sieben Siegeln) Ich werde beim Entwurf auf das Spicemodell vertauen und dann am NWA nachmessen. Aber erst mal muss ein belastbares Konzept her.

Naja. Ich habe hier ein Progamm - in der Demoversion - was mir die Anpassnetzwerke ausrechnet. Das tut ganz gut. (Vor allem weil es auf Spulen und Kondensatorwerte optimiert die es tatsächlich zu kaufen gibt oder die man aus zwei käuflichen zusammenschalten kann. Was bringt mir ein Programm - von denen es viele gibt - das mir eine Spule von 8.83uH vorschlägt?)

Die eigentliche Filterung wird ein SAW Filter bewerkstelligen (auch wenn ich noch nicht weiß wo ich einen passenden her bekomme) Aber wenn man schmalbandig anpasst hat der ganze Verstärker außerhalb des gewünschten Bereiches sowieso weniger bis gar keine Verstärkung.

Viele Grüße, Martin L.

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Martin Laabs

Martin Laabs schrieb:

Hallo,

die Stromquelle kann aber auch wieder einen frequenzabhängigen Ausgangswiderstand haben - gegen unendlich geht der nur im Idealfall und bei Gleichstrom. Ausserdem ist dazu der Eingangswiderstand der folgenden Stufe parallelgeschalten.Es gibt Kaskodestromquellen die sind etwas besser auch vom Freqeunzgabg. Man sollte das jedenfalls im Anwendungsfall ausmessen.

In vergleichbaren Schaltungen habe ich gerne mit Kaskoden aus Dual-FETs am Eingang und evtl. auch am Ausgang oder als Stromquelle gearbeitet. Ein Resonanzfilter halte ich auch für sinnvoll beim Einsatz für ZF-Zwecke

Ich bin bei der Schaltung ausgegangen von:

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Bernd Mayer

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Bernd Mayer

das bringt IMHO nur bei kleinen Frequenzen was, aber Du könntest versuchen, die Ein- und Ausgangskapazitäten in ein Anpassungsnetzwerk mit einzubeziehen. Zumindest schmalbandig könnte das was bringen.

Hm, also mit R12=500 Ohm klappt das breitbandig, schmalbandig wäre Impedanztransformation nötig.

0.2 dB Rauschzahl sieht schon recht sensationell aus. Aber ich habe mich im Detail nicht damit beschäftigt, deswegen kann ich wenig dazu sagen. Beim Rauschen müßte IMHO das aktive Bauelement die theoretische Grenze durch Rauschanpassung bestimmen. Wie das mit der Intermodulation ist, dazu habe ich das Prinzip des noisless feedback noch nicht verstanden. Bei OPs geht das über die Gegenkopplung, aber dann mit noise.

Mir könnte vorschweben, R12=500 Ohm zu machen, sind ca. 24 dB Verstärkung bei genügend Bandbreite. Wenn Du am Eingang mit Übertrager von 50 auf 700 Ohm transformierst, also ca. 1:4-Übertrager, sind das 24

  • 12 dB = 36 dB.

Ansonsten scheint mit den Transistoren bei 2 mA einfach nicht mehr drin zu sein.

Ja, für Leistungsanpassung sind dann Transformationsnetzwerke nötig.

Da fehlt mir momentan das Gefühl dafür, was bei Seitenbändern mit -70 dB Störungen zu erwarten ist. Ich hatte mal was mit Bluetooth simuliert, also digital, weiß jetzt aber die Details nicht, da waren die Störträger glaube ich vergleichsweise riesig. Aber wenn der Anschlag an eine Klaviersaite nicht klirren soll, könnten -70 dB durchaus sein :-).

Habe mir die Tiefpässe mal genauer angesehen, man kann sich damit sehr schön LC-Kettenleiter für Tschebyscheff mit variablen Impedanzen berechnen. Aber wie das mit der Impedanztransformation genau zu verstehn ist, steht da nicht, vermutlich nur schmalbandig, sonst wäre es widersprüchlich. Leider sind die Quellen immer so extrem knapp, es ist eine Wiedergabe aus:

Cohn, S.B. Direct-coupled-resonator filters Proc. IRE, Vol. 45 (1957), pp. 187-196

Ich habe das mal programmiert und rätsle herum, was es wohl bedeuten mag. Aber wenn Du schon was Passendes hast, kannst Du ja in der Simulation einiges probieren. Ich erinnere mich dunkel, mal sowas mit dem Smith-Diagramm gemacht zu haben.

Die Bandfilter selber zu bauen, ist glaube ich zuviel :-). Bei der sicher nur erforderlichen schmalbandigen Anpassung würdest Du sicher das Mögliche herausholen. Aber Du müßtest die Bauelemente, vor allem die Transistoren, genauer kennen. Was die Intermodulation betrifft, vielleicht ist mit FETs da mehr rauszuholen? Leider kenne ich außer BF245 jetzt keine, aber die haben doch eine quadratische Eingangskennlinie, das müßte doch Vorteile bringen? Oder Röhren, ich kannte mal einen Röhrenfreak, der hatte wohl ein Museum davon und einen Differenzverstärker damit gebaut wie er mir erzählte. Aber das kann sicher keine ernsthafte Alternative sein ;-).

mfg. Winfried

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Winfried Salomon

in meinen vorherigen Mails habe ich etwas übersehen. Falls Du schmalbandig arbeiten kannst mit Leistungsanpassung, so kannst Du mit dem Ruhestrom auch weit unter 2 mA gehen, ohne daß sich die Leistungs-Verstärkung stark reduziert. Die Eingangsimpedanz geht dann nämlich fast proportional hoch und hebt mit entsprechendem Anpassungsnetzwerk den Verlust fast wieder auf. Die bandbreitenbegrenzenden Kapazitäten werden durch die Anpassungsnetzwerke wegkompensiert. Es könnte sogar sein, daß unter diesem Aspekt Differenz- und Kaskodeschaltung wieder die gleiche Verstärkung erreichen, nicht jedoch gleiches Klirren.

Aber breitbandig wäre das wie gesagt nur mit Übertrager möglich.

mfg. Winfried

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Winfried Salomon

Hallo Bernd,

ich habe obige Schaltung interessehalber auch mal mit JFET BF245C simuliert. Es sieht aber so aus, als wenn die nur Spannungs-Verstärkung bringen, wenn man die sehr hochohmig betreibt, aber dann ist die Bandbreite sehr gering. Welche FETs wären denn da empfehlenswert?

Was Intermodulation betrifft, so scheinen sie besser als bipolare zu sein, ich kann im Moment aber nicht feststellen wieviel besser, da ich bei 2 GB schon out of memory bekomme. ist schwer aufzulösen. Falls sie wirklich dramatisch besser sein sollten, weiß ich warum man früher in UKW-Vorstufen Doppeltrioden wie ECC85 genommen hat ;-).

mfg. Winfried

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Winfried Salomon

Winfried Salomon schrieb:

Hallo,

mit Dual-FETs als Puffer (am Ein- und Ausgang) habe ich bei Differenzverstärkern mit BJTs oder auch Differenzverstärker-ICs (z.B. LM353) gute Erfahrungen gemacht um den hohen Ein- und Ausgangwiderstand zu nutzen das kann ein paar dB bei der Verstärkung und beim Rauschen bringen. Bei den FET-Schaltungen hat mir auch die Linearität sehr gut gefallen wegen der extrem geringen Intermodulation.

Mit den Kaskoden als Stromquelle (entweder FET-BJT oder reine FET-Kaskoden mit Dual-FETs) habe ich eher diskrete Breitbandopamps selbst entwickelt mit min. +- 15V Betriebsspannung.

Für die Schaltungen hatte ich Anregungen bei Tietze/Schenk oder Nührmman, teilweise auch durch Analyse der innenbeschaltung von guten Opamps hergenommen.

Zum FET-Typ kann ich wenig sagen, ich habe genommen was ich da hatte: Das waren ca. 100 Dual-FETs vom Völkner (Bezeichnung DN904 - IIRC) deren Daten ich nie gefunden hatte, da habe ich mir halt einige Daten (Offsetspannung, Reststrom, usw.) selbst ausgemessen und dann gute Erfahrungen damit gemacht. Offset war zwischen 2 mV und 20 mV der I_DSS ging bis ca. 30 mA. Rückwirkungskapazitäten u.Ä. habe ich nicht messen können mein Oszi ging bis 20 MHz.

Diese Dual-FETs waren zusammen mit CA3053/LM3053-Differenzverstärker-ICs einige Zeit lang meine Lieblingsbauelemente für analoges Verstärkerdesign von DC bis in den Shortwavebereich.

Anregungen hatte ich mir auch von den Applikationen von Siliconix (jetzt Vishay) oder Toshiba geholt da gibt es einige Dual-FETs.

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Bernd Mayer

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Bernd Mayer

Winfried Salomon schrieb:

Hallo,

mit Dual-FETs als Puffer (am Ein- und Ausgang) habe ich bei Differenzverstärkern mit BJTs oder auch Differenzverstärker-ICs (z.B. LM3053) gute Erfahrungen gemacht um den hohen Ein- und Ausgangwiderstand zu nutzen das kann ein paar dB bei der Verstärkung und beim Rauschen bringen. Bei den FET-Schaltungen hat mir auch die Linearität sehr gut gefallen wegen der extrem geringen Intermodulation.

Mit den Kaskoden als Stromquelle (entweder FET-BJT oder reine FET-Kaskoden mit Dual-FETs) habe ich eher diskrete Breitbandopamps selbst entwickelt mit min. +- 15V Betriebsspannung.

Für die Schaltungen hatte ich Anregungen bei Tietze/Schenk oder Nührmman, teilweise auch durch Analyse der innenbeschaltung von guten Opamps hergenommen.

Zum FET-Typ kann ich wenig sagen, ich habe genommen was ich da hatte: Das waren ca. 100 Dual-FETs vom Völkner (Bezeichnung DN904 - IIRC) deren Daten ich nie gefunden hatte, da habe ich mir halt einige Daten (Offsetspannung, Reststrom, usw.) selbst ausgemessen und dann gute Erfahrungen damit gemacht. Offset war zwischen 2 mV und 20 mV der I_DSS ging bis ca. 30 mA. Rückwirkungskapazitäten u.Ä. habe ich nicht messen können mein Oszi ging bis 20 MHz.

Diese Dual-FETs waren zusammen mit CA3053/LM3053-Differenzverstärker-ICs einige Zeit lang meine Lieblingsbauelemente für analoges Verstärkerdesign von DC bis in den Shortwavebereich.

Anregungen hatte ich mir auch von den Applikationen von Siliconix (jetzt Vishay) oder Toshiba geholt da gibt es einige Dual-FETs.

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Bernd Mayer

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Bernd Mayer

Martin Laabs schrieb:

Hallo,

die Kapazität die für die Millerkapazität verantwortlich ist, ist ähnlich spannungsabhängig wie eine Kapazitätsdiode - siehe die Datenblätter.

In der Praxis werden häufig schon 0,7 V-Basis-Emitterspannung bei Kaskoden mit BJTs eingesetzt wegen Einfachheit und Dynamik. Bei FETs kann man leichter grössere Spannungen einstellen benötigt dann aber - pegelabhängig - möglicherweise höhere Betriebsspannung.

Bernd Mayer

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Bernd Mayer

Hallo Winfried,

Seit es den P8000 nicht mehr gibt, habe ich immer bipolare Transistoren genommen. Auch damals schon, weil die Dinger so teuer waren.

--
Gruesse, Joerg

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Joerg

Hallo Bernd,

Die Vbe ist im linearen Betrieb immer um 0.7V. Sonst funzt es nicht.

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Gruesse, Joerg

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Joerg

Joerg schrieb:

Hallo,

ja - schon klar.

Gemeint war "minimale U_CE des "unteren" Transistors bei der Kaskode ab ca. 0,7V aufwärts". Im Netz habe ich sogar eine Schaltung mit nur 0,4V gefunden - also Kollektorspannung niedriger als Basisspannung: T3 auf Seite 44 "Kaskode-Differenzverstärker ...mit Bipolatransistoren"

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Bernd Mayer

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Bernd Mayer

Hallo Bernd,

habe mehrere Varianten von Breitbandverstärkern mal simulationsmäßig untersucht. Die Kaskode mit bipolaren Transistoren bringt die größte Verstärkung, aber auch die größten Verzerrungen, besser ist da der Differenzverstärker, auch wenn er 6 dB weniger verstärkt. Mit JFETs, hier BF245C ist die Bandbreite drastisch reduziert, oder die Verstärkung, je nachdem was man machen will. JFETs scheinen nur in speziellen Einsatzgebieten sinnvoll zu sein, bei Breitbandverstärkern wohl eher nur zum Impedanzwandeln. Deren Steilheit ist einfach zu gering. Der Vorteil ist die Verzerrungsarmut, Intermodulationseffekte konnte ich nicht mehr herausrechnen, die Mischprodukte scheinen hier einen Abstand von über 120 dB zu haben.

Für den hier angesprochenen Anwendungsfall als breitbandiger verzerrungsarmer Verstärker scheint mir der ursprüngliche bipolare Differenzverstärker schon optimal zu sein.

Mit MOSFETs sieht es mit der Verstärkung deutlich besser als mit JFETs aus. Ich hatte leider kein geeignetes Spice-Modell, nur den 2N7000. Grob geschätzt verzerren sie so wenig wie JFETs, verstärken aber bei großer Bandbreite deutlich mehr, jedoch nicht soviel wie bipolare. Die würde ich dann eher in Eingansstufen einsetzen, denn dort müßte IMHO die Sache mit der Intermodulation wichtig sein. Besonders GaAs-MOSFETs sind für sehr hohe Frequenzen geeignet, man findet aber keine Simulationsdaten.

Das Verzerrungsverhalten genau zu berechnen, ist jedoch bei Spice schwierig, da man keine sehr genauen "Abtastwerte" durch das DGL-Lösungsverfahren bekommt. Ich habe da viel numerisches Rauschen drin und bin unsicher, was zum Signal gehört. Trotzdem müßte IMHO zumindest die Tendenz stimmen.

Das Siliconix-FET-Buch scheint leider verschollen zu sein :-(. Da standen glaube ich Applikationen mit JFETs für ultragute Mischer drin, weit besser als mit Dioden. Aber das ist schon zu lange her.

mfg. Winfried

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Winfried Salomon

Hallo Joerg,

P8000 kenne ich jetzt nicht, BF245 müßte es aber immer noch geben. Günstig für Breitbandverstärker könnten auch MOSFETs sein, aber da kenne ich im Moment keine, nur welche zum Schalten. Nur lassen sich bipolare Transistoren in Breitbandverstärkern für hohe Vertärkungen IMHO kaum ersetzen.

mfg. Winfried

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Winfried Salomon

Hallo Winfried,

Ja, das machen wir seit Jahrzehnten bipolar. Anfangs in Europa mit dem BFT66 und in Amerika mit dem 2N2369, dann kamen modernere. Ich benutze noch heute den BFS17, unschlagbar billig. Jetzt gibt es MMIC und das sind auch alles bipolare Transistoren mit den Widerstanden schon drin. Sozusagen als Fertiggericht ;-)

Doch man kann Breitbandverstaerker sehr schoen mit FET bauen. Mein erster war regelbar von 0dB bis 70dB, auf Hybrid. Bin aber wieder bei bipolar gelandet, hauptsaechlich wegen der Kosten.

--
Gruesse, Joerg

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Joerg

Hallo Winfried,

Mache es nochmal mit BF998 und Konsorten. Da geht echt die Post ab.

[...]
--
Gruesse, Joerg

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Joerg

Hallo Joerg,

ja ich habe das Datenblatt von Infineon hier, aber nur S-Parameter. Das ist ein MOSFET, mit dem ließe sich schon eine gewisse Verstärkung erzielen als Breitbandverstärker.

mfg. Winfried

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Winfried Salomon

Hallo Joerg,

soweit ich das hier sehe, müßte man FETs mit Breitbandübertragern wegen der ungünstigen Impedanzverhältnise betreiben. Wegen der geringen Steilheiten und Ausgangsströme bekommt man am Ausgang an z.B. 50 Ohm sonst nur sehr kleine Amplituden hin. Ich selbst habe aber mit FET-Schaltungstechnik kaum Erfahrung gemacht, was lineare Verstärker betrifft.

Was hingegen wieder sehr gut aussieht, sind GaAs-MOSFETs PHEMT z.B. von Avago (Agilent). Ich habe mir mal das Datenblatt des ATF-33143 geholt, was Steilheit und Rauschen betrifft, ist der wirklich unglaublich gut. Sogar ein Spice-Modell ist abgedruckt, muß mal sehen, ob das in den Level 4 von PSpice paßt, dann könnte man mal abschätzen was der bringt. Nur das Gehäusemodell verstehe ich noch nicht ganz, die transmission lines muß ich mir mal genauer ansehen.

mfg. Winfried

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Winfried Salomon

Hallo Winfried,

Geht, aber er kostet um die 10c. Wie hiess das frueher in der Attika Werbung? "Es war schon immer etwas teurer, einen besonderen Geschmack zu haben ..."

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Gruesse, Joerg

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Joerg

Hallo Winfried,

Wenn man das moechte, muss der Kaskode ein Folger nachgeschaltet werden. Geht mit FETs auf die Dauer aber ins Geld, deswegen benutze ich dafuer meist keine. Ausser unter 100MHz, wo man Schalt-FETs zweckentfremden kann, die unter 5c liegen.

Solche Leckerbissen sind natuerlich was feines. Na ja, hin und wieder traeumt man ja auch bei Auto vom Ferrari Testarossa ;-)

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Gruesse, Joerg

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Joerg

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