OP Verstaerkung Faktor 15, bei 25 Mhz

Hallo,

ich verzweifele ein wenig ueber einer sich aufschwingenden Operationsverstaerkerschaltung. Das Ausgangssignal eines AD9958 DDS Chips der 2 Vpp mit Offset 1.55 V ausgibt soll von DC (1 Hz) bis 25 MHz auf 30 Vpp verstaerkt werden - Faktor 15. Erste Schwierigkeit war die Wahl der Opamps die 15 Vpp ausgeben koennen und gleichzeitig noch eine Verstaerkung groesser 1 bei 25 MHz machen. Herausgefiltert hab ich den THS3001 der in der MSOP Version

18 V+- vertraegt und tatsaechlich auch auf +-15 V verstaerkt. Leider ist der Chip nicht so gut, dass er direkt Faktor 15 verstaerken kann.

Also hab ich eine Kette aus vier Operationsverstaerkern aufgebaut. Der erste subtrahiert den Offset weg, die anderen drei teilen sich die Verstaerkung auf (4*2*2 sollen es sein). Das ganze habe ich aufgebaut und laeuft auch - manchmal und dann sieht das Ausgangssignal auch brauchbar aus.

Wenn nicht, sieht man auf dem Oszi einen breit verschmierten Sinus, der Stromverbrauch steigt stark an und die OPs werden ganz schoen heiss. Dabei ist auch schon der ein oder andere Verstaerker abgebrannt (mit Flammen aus dem Gehaeuse!). Hervorrufen kann man das Verhalten indem man, zum Beispiel, mit dem Tastkopf den Ausgang eines Verstaerkers beruehrt - wie gesagt aber nur meist und nicht immer. Ich denke irgendwie spielt mir das Layout noch einen Streich und durch Ueberkopplungen (in die Verstaerkerschleifen?) fangen die OPs an sich Gegenseitig hochzuschwingen. Das passiert auch schon bei niedrigen (kHz) Frequenzen. Ein- und wieder ausloeten desselben Widerstands kann schon dazu fuehren, dass die Schaltung wieder stabil wird. Anfassen an der falschen Stelle ist auch schlecht, usw. usf.

Der aktuelle Schaltplan ist der folgende

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das letzte Layout ist
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und der naechste Versuch ist hier im werden:
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Bestueckt ist nur die Verstaerkerkette die aus einem Frequenzgenerator und einem Labornetzteil versorgt wird. Nicht zu sehen sind die Elkos auf der Rueckseite. Die restlichen Bauteile sind halt die Widerstaende und Kondensatoren der einzelnen Stufen. Ich kann sonst auch gern per Mail die Originaldateien verschicken.

Geaendert fuer den naechsten Versuch hab ich hauptsaechlich, dass jetzt V- statt GND unter die OPs zum Thermal-Pad geht. Ein 4-lagig Board ist leider keine Option.

Ideen, Tipps, (Rat)Schlaege, wie ich die Schaltung stabil bekommen kann sind herzlichst willkommen.

Danke,

Jan

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Jan Dittmer
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Es _können_ aber auch deutlich mehr sein, Dein Board wimmelt von parasitären Induktivitäten.

Das mit dem Offset ist bei _Current_ Feedback Opamps auch nicht sooo optimal, es geht, aber ned gut.

Klar, die wehren sich gegen die Misshandlung.

Das sind High Speed Amps, bei dem Gain schwingt Deine ganze "Masse"-Konstruktion bei irgendeiner _hohen_ Frequenz mit einem ordentlichen Hub und produziert dabei eine Verlustleistung, die Dein Board nicht mehr weg bringt => Peng.

C's in der Schaltung helfen bei einer instabilen Masse nur bedingt, das gibt womöglich weitere Schwingkreise. Außerdem kann so ein C bei hoher Frequenz auch zum L werden, das Wort "Elko" hört man in dem Zusammenhang eh' nur sehr ungerne.

Ja klar, Schwingungen halt.

Merke: Oszillatoren schwingen grundsätzlich nicht und Verstärker immer.

Aua.

Lies doch bitte mal den Abschnitt PCB Design Considerations im Datenblatt.

=> We mean it!

Nö, das ist ein Muss, wenn man schon so eine Wahnsinnskette aufbaut. Es geht natürlich auch ein 6-Lagen Board oder ein 8-Lagen Board ...

Du wirst auf die harte Tour lernen, dass Du mindestens eine vollständig durchgängige Masselage haben willst, auch wenn Du das jetzt noch nicht möchtest. Lediglich fünf Layouts später ...

Außerdem gibt es da sicher eine andere Lösung statt dieser ominösen Kette, es gibt z.B. schöne Buffer mit fixem Gain von AD und LT für genau derlei Zweck.

Du machst die zwei typischen Beschaffungs-Fehler: a) "Ich baue nur ein, was ich beim C und bei Reichelt bekomme" b) "Ich kann mir kein Multilayer für mein High Speed Design leisten"

IC's kann man auch schlecht in der Badewanne ätzen, manchmal braucht es einfach eine aufwendigere Technologie (hier: Multilayer) zum sicheren Betrieb einer Schaltung.

Gruß Oliver

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

  1. kann der THS3001 nur +-16,5Vcc ab,
  2. ich kann nicht sehen, dass der wesentlich mehr als +-13V im Ausgang schafft
  3. Ich hab kaum Erfahrung mit CFB, aber Du hast alle Stufen als non- inverting Amplifiers ausgeführt. NIA sind per Definition schon pöse, besonders bei kl. Verstärkungen. Die Grundlage für einen Oszillator ist
0° Phasendrehung bei V=1 :-P. Du bist da verdächtig im Nahbereich.
  1. ich sehe keinerlei Kompensation gegen kapazitive Last,
  2. +-15V in was für eine Last? Ich vermute mal 50Ohm anhand der merkwürdigen Eingangsschaltung, das wird er auch kaum schaffen. pi*Schnauze 30Vss sind 10Veff. P=U^2/R=100/50=2W. Die schafft er auch nicht.
  3. 2W bei 25MHz kann Dir mächtig Ärger einhandeln.

Lies mal das TI-Datenblatt besonders aufmerksam ab Seite 23 (habs nur überflogen), da steht, dass der OPamp schon bei 1pF am -IN hysterisch werden kann (1pF iss nix!). Auch die anderen application hints überzeugen mich nicht, dass alles easy ist.

Egal wie, mit dem THS3001 allein wirste Deine Anforderungen nie schaffen. Sprech mal mit einem HF-Fritzen (Funkamateur...). Ich bin hier nur das mA-Männchen.

Warum kaufste Dir nicht die Versuchsplatine? Allein die Schaltung sieht schon mächtig anders aus als Deine :-(

Bin mal gespannt, was Joerg sagt, wenn er aus seiner Schreckstarre ob Deines Versuches aufwacht :-)

Bitte, viel Glück :-)

Saludos Wolfgang

--
Meine 7 Sinne:
Unsinn, Schwachsinn, Blödsinn, Wahnsinn, Stumpfsinn, Irrsinn, Lötzinn.
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Wolfgang Allinger

Jan Dittmer schrieb:

Kann nur sagen, was bei mir funktioniert hat bei ähnlicher Anwendung mit Au ca. 22 und ~18Mhz: LT1222N (dekompensiert, Au > 10) läuft auf Au ca. 11 (Rf selektiert auf passende Amplitude am Ausgang) und kleiner Kompensationskapazität für sauberes Rechteck am Ausgang des ganzen Objektes. Danach LT1206-T7 mit Au=2 und Cc= 10n, der auch für den nötigen Ausgangsstrom sorgt (was der 1222 nicht kann). Beides versorgt mit +-16V (hat gereicht für die nötigen 20V p-p in 50 Ohm). Klappt gut, der 1206 braucht bei dem fließenden Strom natürlich einen Kühlkörper (daher auch T7 Gehäuse).Die Leistung und die Bandbreite reichen für das nötige auch aus.Ist auch stabil mit einem 10n Glimmer-C am Ausgang (da sollen schon Funktionsgenerator-Endstufen abgebrannt sein). Aufbau recht simpel mit teils bedrahteten Bauteilen auf doppelseitiger Platine (Oberseite = Masse, vollflächig), Abblock-C 1n NP0 (0603), 100n X7R (0805) und 10µ OS-CON (bedrahtet).Widerstände größtenteils SMD 0805, ausser es mussten Leitbahnen durch (dann 0207). Stromversorgungsleitbahnen gingen nicht alle hin ohne die Masse zu zerschneiden, daher mit isolierten Drähten weggezogen. Weiterer Tipp:Ein LM317 mit 1µ von ADJ nach GND funktioniert deutlich besser als ein 78xx, vor allem in Hinsicht auf die Sprungantwiort und Brummunterdrückung.

Gruss, Robert

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Robert Obermayer

Ok, ganz auf die Schnelle, es ist etwas Stress aufgekommen. Waldbraende (weit weg ...), Rauch, Pool veralgt, Filter verstopft, alles auseinandergenommen. Muss aber heute abend wieder laufen.

Die Abblock-C sind auch im zweiten Layout noch meilenweit von den Pins weg, besonders die fuer Pin 7. Im Prinzip brauchst Du fuer V+, V- und GND je eine volle Plane.

Irgendwie stimmt Layout und Schaltbild nicht ueberein, im Layout sieht es nach Einspeisung invertiert Pin 2 aus, Schaltplan sagt Pin 3.

Es geht auch mit zwei Lagen, aber das ist ein Hochseilakt ohne Sicherheitsnetz und verlangt einige Jahrzehnte HF Erfahrung. Man muss eine moeglichst vollstaendige Groundplane hinbekommen, diese nicht in der Naehe der Chips schlitzen und die 0.1uF Abblock-C muessen sehr nahe an den Pins sitzen. Wenn Du das noch nicht oft gemacht hast, nimm lieber vier Lagen.

Baue die Kette zum Test mal so auf: Stueck kuperkaschierte Platine nehmen, Chips mit 1-2mm Abstand der Pins zur Platine aufkleben. Dazu eignen sich bei Euch (gespuelte) Langnese Eisstielschnipsel. Darf vorher gegessen werden, am besten schmeckt Krokant :-)

Nun 0805 oder 0603 Abblock-C 0.1uF direkt von Pins nach Masse. Widerstaende in Freilueft oben drueber. Jetzt sollte es stabil sein und Du kannst testen, ob das ganze Deine Anforderungen erfuellt. Dann das Layout versuchen, auch so hinzubekommen. Wobei die Gegenkopplung natuerlich dann neben den Chip muss. Aber die Abblock-C sollte jeweils schmack am Pin sitzen.

--
Gruesse, Joerg

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Joerg

Hallo Jan,

Oliver hat Dir schon einige Antworten geschrieben. Ich ergaenze noch etwas, was mir dazu in den Sinn kommt.

Das kann eigentlich nicht stimmen, weil dieser Current-Feedback-Amplifier hat ein Verstaerkungs/Bandbreite-Produkt von 1750 MHz, wobei die maximal moegliche Bandbreite bei 420 MHz liegt.

Siehe:

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Siehe 3. Zeile.

Waere dies ein gewoehnlicher Opamp, nimmt die Frequenzbandbreite mit Zunahme der Verstaerkung linear ab. D.H. bei einer Verstaerkung von 15 haette ein solcher Opamp noch immer eine Grenzfrequenz 117 MHz (1750MHz/15), - mehr als

4 mal so viel wie Du brauchst.

Du steuerst auf 2 Vpp aus. Die Slewrate betraegt 6500 V/us (siehe 2.Zeile). Das ergibt eine amplitudenbedingte Frequenzbandbreite von 1.034 GHz. Wahnsinnig viel!

Jetzt kommt noch dazu, dass Du eben kein gewoehnlicher Opamp verwendest. Bei einem Current-Feedback-Amplifier nimmt die Frequenzbandbreite viiiiiel weniger ab in Funktion von der Verstaerkung.

Fazit, wenn Du den THS3001 fuer eine Frequenzbandbreite von 25 MHz bei einer Verstaerkung von 15 und einer Amplitude von von nur 2 Vpp einsetzen willst, genuegt ein Current-Feedback-Amplifier und Du schiesst noch immer ein wenig mit Kanonen auf Spatzen.

Aaaaaaber, wie schon der Oliver schrieb, einen sauberen Aufbau ist dringend noetig. Falls Du versuchshalber nicht gleich ein Multlayerprint realsieren willst, eines muss es aber sein, ein GND-Plan ist unabdingbar noetig!!!

Viel Erfolg.

Gruss Thomas

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Thomas Schaerer

Sorry Fehler passiert, Du steuerst ja auf +/- 15 V, also auf 30 Vpp auf. Da reduziert die gegebene Slewrate auf die Frequenzbandbreite 69 MHz. Das ist aber noch immer mehr als genug!

Gruss Thomas

--
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Thomas Schaerer

Robert Obermayer schrieb:

Ja, nur scheint es denn nicht equivalent zu 78Lxx mit 100mA Strombegrenzung zu geben. Oder weiß jemand eine entsprechende Typennummer beim LM317? Gerne auch im TO92.

- Henry

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Henry Kiefer

Den Maximalstrom als Strombegrenzung einsetzen? Das finde ich mutig. Bei Strombegrenzung denke ich an LM317 mit einem einzelnen Widerstand wie auf Seite 20 des Datenblatts von National.

LM317 in TO92 nennen sich LM317LZ und sind gebräuchlich genug, um bei den üblichen Verdächtigen erhältlich zu sein. Bei Angelika heißt es IL317L und ist mit 13 Cent eingermaßen günstig.

Warum nicht SOT223 ?

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--
Kai-Martin Knaak
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Kai-Martin Knaak

Jan Dittmer schrieb:

Dir ist bewu=DFt, das der DAC einen Gegentaktausgang besitzt. Du also sym= =2E auf einen folgenden OP gehen solltes. =DCblicherweise sitzt am Ausgang ein =DCbertrager. Siehe Bild 32 des Datenblattes. Wichtig die Unteschrift: "Typical DAC Output Termination Configuration"

den

Selbsterregung. Deine Schaltung hat zuviel parasit=E4re Induktivit=E4ten.=

Hat Oliver schon hingewiesen.

Du hast vorher mit dem OP nicht gespielt? Dann wirst du das nachholen m=FCssen ;-)

Nimm eine doppelseitige Platine. Die Unterseite ist die Masseseite. Dort wird nicht ge=E4tzt ;-) An beiden Seiten je eine BNC Buchse(Eingang und Ausgang). Abblock Cs in vorbereitet L=F6cher stecken und mit der Unterseite verl=F6ten. Das gleichen mit den Gegenkopplungswiderst=E4nden(G11,FB5,G1)= =2E An (+) und (-) Pin der OPs je drei Cs. 500pF + 10nF + 0,1=B5F. Den 500pF und 1nF direkt an die Pins l=F6ten. Als Entkopplungswiderst=E4nde sollten in den Stromversorgungsleitungen je=

10 Ohm reichen. R17-19...23 weglassen. Daf=FCr den Ggenkopplungszweig niederohmiger gesta= lten.

Zuerst den letzten OP best=FCcken und sehen, wie weit der sich aussteuern=

l=E4t. Wenn der ordnuntgsm=E4=DFig arbeitet, den zweitletzten best=FCcken= usw.

pg,

te

ist

F=FCr die Stromversorgung einen Vielfachstecker vorsehen. Kommt besser beim L=F6ten ;-)

Unbedingt vorher Elektronik 14/6.7.1990, S.89-93 beachten. "Die richtige Leitungsf=FChrung in analogen Schaltungen" von Paul Brokaw,=

Jeff Barrow. Es gibt noch einen interessanten Artikel in der Elektronik, der =FCber di= e richtige Abblockung in Stromzuf=FChrungen bei OPs informiert. Habe jetz aber keine Lust, nachzusehen ;-)

BTW unbedingt die Applikationen f=FCr DAC und OP reinziehen!

--=20 mfg hdw

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Horst-D.Winzler

"Horst-D.Winzler" schrieb im Newsbeitrag news:g88qvc$odj$01$ snipped-for-privacy@news.t-online.com...

Wird beim THS3001 nicht empfohlen, zu hohe Kapazitaet vom Eingangspin zur Masseflaeche.

Kapitel 19

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nimmt sich auch den THS3001 zur Brust

--
Manfred Winterhoff, reply-to invalid, use mawin at gmx dot net
homepage: http://www.geocities.com/mwinterhoff/
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MaWin

Das Datenblatt sagt exakt folgendes: "Ground plane - It is essential that a ground plane be used on the board to provide all components with a low inductive ground connection, but should be removed from below the output and negative input pins as noted"

Also: Die beiden Pins freistellen, und nur die, aber keine Plane-sparen-und-Leiterbahnen-in-Masse Schlitze. Gute EDA Systeme können das.

Freistellung heißt: Alles drumherum und außerhalb der Vias ist nur Masse, ausschließlich Masse und nix außer Masse.

Außerdem sollte man die Versorgung eigentlich auch über eine Plane führen. Dazwischen viele und die richtigen Abblock-C's dicht an den Bauteilen.

Was mir an dem Layout auch noch aufgefallen ist: Die Monster-Vias. Die haben bestimmt ein lustiges elektrisches Modell und perforieren die Plane unnötig. Bei Profi-Fertigung gibt es Vias mit brauchbaren Dimensionen.

"17.2.2.3 Multi-Layer ... Critical designs call for multi-layer boards. Some of the reasons are obvious: ..."

Die neuen Halbleitertechnologien haben bei hohen Frequenzen soviel Verstärkung, dass man höllisch aufpassen muss, dass der Krempel nicht schwingt. Ich empfehle, nur mal einen simplen BFP4xx oder gar BFP6xx mit etwas Basis- und Kollektorstrom und einem Draht im Emitter in der Nähe eines Spektrumanalysators zu betreiben, dann sieht man, was Sache ist.

( Aber bitte nicht als Oszillator planen, schon als Verstärker, sonst schwingt er nicht, Murphy und so ;-)

Wir haben mit den THS6022 und THS6062 sowie mit diversen Current Feedback Typen einiges gemacht, alles nur mit Multilayer, sonst wird es instabil.

Das hilft alles nix, sorry, aber "Badewannen"-Ätzen ohne hauseigene Multilayerpresse ist bei dem THS3001 nicht wirklich eine gute Idee. Es gibt Technologien, die sind nicht gut für hausgemachte Platinen geeignet, dafür gibt es die einschlägigen Pool-Lieferanten, bei denen man Multilayer als Eurokarte schon zwischen

100 bis 200 Euro pro Stück bekommt.

Gruß Oliver

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

Manchmal zieht eine Schaltung aber nur 20mA. Da ist TO220 mit 1A Quatsch. Außerdem kann man so eine Endstufe thermisch sensorieren!

Muß irgendwie blind gewesen sein. In einem Datenblatt des LM317 fand ich vor einiger Zeit keine L-Version. Das wunderte mich damals. Das er aber überhaupt L-bezeichnet wird, wußte ich auch nicht. Und wenn man keinen Suchbegriff definieren kann, dann wirds mit Google aussichtslos...

Naja, die alte Kuh lernt eben doch noch :-)

Manchmal will man eben kein SMD.

Danke für die Nachhilfe.

Gruß - Henry

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Henry Kiefer

Horst-D.Winzler schrieb:

Den Artikel mußt du jetzt aber zur Verfügung stellen. Eventuell war der Fragesteller damals noch gar nicht geboren :-)

CFB lief bei mir auch schon mehrmals freiverdrahtet.

- Henry

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Henry Kiefer

Eben nicht, siehe Seite 3 im Datenblatt. Die Version THS3001HVx kann

+- 18.5 V und schafft dann +-15 V am Ausgang. Und viele Verstaerker in diesem Frequenzbereich mit der Ausgangsspannung hab ich wirklich nicht gefunden (= keine).

Merk ich mir fuer den naechsten Versuch.

Zwischen den OPs oder nur am Ausgang? TI hat eine Application note zu "Driving capacitive loads with a ths3001" und da ist auch nur ein Widerstand am Ausgang.

Es sind nur kleine (so ca. 1 - 30 pF) kapazitive Lasten vorgesehen.

Ja, das ganze ist in einer ordentlichen Metallbox und nur fuer das Labor. Mittlerweile waere ein fertiger Verstaerker auch schneller gewesen - aber der Ehrgeiz ;-)

Danke fuer die Tipps,

Jan

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Jan Dittmer

Der LT1206 kann wieder keine +-15 am Ausgang. Aber der LT1222 sieht interessant aus - da koennte ich schonmal zwei OPs zu einem zusammen fassen.

[ ... ]

Interessant, muss ich mal testen.

Jan

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Jan Dittmer

Ich dachte die Leiterbahnen waeren schon kurz :( Irgendwie muss man auch mit der Loetspitze noch zwischen kommen.

Dort also lieber einen Voltage Feedback Typ nehmen? Welcher Typ waere da geeignet?

Das habe ich befuerchtet, ja :(

Also lieber Tantals?

Ja, hab ich (natuerlich) hinterher erst gelesen.

Die bekomme ich auch mit 2 Lagen hin, denke ich.

Typen? Die auch die Frequenz schaffen?

Danke, ich hab die Bauteile mit dem Digikey Selektor ausgewaehlt und da auch bestellt.

Ich haette 25 MHz noch nicht bei High-Speed eingeordnet sondern eher so Medium.

8 mil koennen wir hier ohne Probleme in der Kuevette aufloesen. Badewanne hab ich noch nicht getestet. Platine bestellen wollte ich eigentlich nicht, weil der Testcyclus dann noch laenger wird...

Jan

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Jan Dittmer

Ok, schlecht.

Schaltplan ist von dem aeltern Board, die naechste Version soll invertiert sein.

In welcher Reihenfolge wuerde man die Layer dann verwenden? Unten GND und V+- auf die Zwischenlagen?

Wieviel mm ist noch schmack? 1er ? Einfache Keramik 0805 reichen aber oder mussen es spezielle sein?

Danke,

Jan

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Jan Dittmer

Ich hatte es testweise mit einem aufgebaut und das Ergebnis war voellig verzerrt. Kann aber natuerlich auch am restlichen Layout gelegen haben. Ich probiers zusammen mit den anderen Tipps nochmal aus.

Jan

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Jan Dittmer

Jan Dittmer schrieb:

Die Bauform 0805 mit Standard-C drinnen ist zu deinem Erschrecken zuverlässig bis ca. 100MHz gut.

Bei Murata und AVX kannst du dich über die höheren Frequenzen gut informieren.

- Henry

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Henry Kiefer

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