Schaltungsidee HF-Verstärker

Martin Laabs schrieb:

HF-mässig sag ich mal nix. X7 weglassen und gleich durch Spannungs- teiler C/B/E bei X6 ersetzen. Das mit der Mitkopplung mit C15 kommt eh nicht gut :-]

Rolf_Bombach schrieb:

Hallo,

sind da vielleicht nur die Plus- und Minuseingänge beim Opamp in der Skizze vertauscht?

Oder kann man das auch als Opamp mit invertierender Ausgangsstufe (X6) sehen und muss daher die Opampeingänge logisch vertauschen.

Ich baue solche Schaltungen bei Entwicklungen grundsätzlich auch auf und mache Messungen und gehe erst mal davon aus dass der OP die Schaltung nicht nur simuliert hat und sie auch funktioniert.

Bernd Mayer

Ohne aktive Arbeitspunkeinstellung wird das aufgrund der sehr sehr hohen Eingangsimpedanz von dem Transistor X5 nichts - jedenfalls nicht besonders stabil. Transistor X5 muss ja noch im aktiv-linearen Bereich arbeiten. Ansonsten ist C15 keine Mitkopplung sondern ist Teil des Integrators.

Tschüss, Martin L.

Martin Laabs schrieb:

Das meinte ich ja. Ein Spannungsteiler vom Kollektor zu Vcc mit Abgriff an Basis würde direkt die Gegenkopplung bilden, ohne Opamp. Ein C von Basis nach Vcc würde für AC-Überbrückung sorgen. Ist Standardschaltung für "künstliche Induktivität", wurde vor kurzem hier auch für Netzteilschaltung diskutiert.

Wozu allerdings diese gut sein soll, wüsste ich nicht. Wird ja letztendlich mit 50 Ohm belastet. Warum nicht einfach eine Drossel? Eventuell sogar nur ein Widerstand. Kleine Differenzen würden eh die Emitterwiderstände ausgleichen. Bei diesem aktiven Aussenwiderstand X6 würde ich eher mal überlegen, ob dessen parasitären Kapazitäten nicht schlimmer sind als ein einfacher Widerstand an Belastung darstellen würde. Über Kreuzmodulationsfestigkeit und vielleicht doch etwas "schiefe" Verteilung der Ströme beim Differenzverstärker gibt es ja auch noch einige Diskussionen in AFU-Publikationen.

Schon klar, auch die Phasenlage der Gegenkopplung scheint mir richtig. Nur, ein C vom Ausgang zum + Eingang vom Opamp scheint mir dennoch gewagt.

Hallo Rolf, Hallo Martin,

Das gehoert auch nicht so. Die dritte Skizze zeigt, wie ein Integrator gebaut wird:

Joerg schrieb:

X6 invertiert das Ausgangssignal des OpAmp, daher ist der Kondensator richtig eingezeichnet und der nichtinvertierende Eingang wird zum Summenpunkt. Der OpAmp ist dazu da, den Arbeitspunkt des Differenzverstärkers auszuregeln. Ich frage mich, ob das so kompliziert gelöst werden muss, wenn das Ausgangssignal dann doch AC-gekoppelt über C21 abgegriffen wird.

Gruß, Alexander

Ah - jetzt verstehe ich was Du meinst. Ich werde es mal bei Gelegenheit durchrechnen.

Das Problem ist, dass die verfügbaren Drosseln dann irgendwann keine Drosseln mehr sind. Außerdem bilden sie mit den parasitären Kapazitäten des Transistors Schwingkreise die die Anpassung und Bandbreite kaputt machen.

Ich hatte das ausprobiert. Wird aber nicht gut weil am Widerstand bei dem Ruhestrom schon viel zu viel Spannung abfällt. Lässt man ihn aber schön klein verschenkt man zu viel Verstärkung.

Ja - da ist was drann. Habe mir um die Arbeitspunkteinstellung auch nicht wirklich viele Gedanken gemacht. Mal sehen ob das mit einem einfachen Spannungsteiler einigermaßen Temperaturstabil ist.

Tschüss, Martin L.

Hallo Alexander,

Ah, yes. Mea culpa, Du hast recht.

Hallo Martin,

Dann setzt man zwei bis drei in Serie. 100uH, 4.7uH, 0.22uH oder so, je nach gewuenschtem Frequenzbereich.

Ja, dass hattest Du ja schon in einem anderen Posting vorgeschlagen. Wenn ich das aber analytisch rechne bekomme ich dann gleich mehrere Resonanzen. Dass das praktisch wohl nicht so auftreten wird liegt wohl an der unzureichenden Modellierung der technischen Induktivität als gedämpfter Paralellresonanzkreis. Aber drei Spulen sind dann auch gleich teurer als ein Transistor und einem viertel Opamp. (Und es tut bis DC - wenn man mal die Koppel- kondensatoren vernachlässigt.)

Viele Grüße, Martin L.

Hallo Martin,

Das kann man kaum noch modellieren, allenfalls bis ein paar zig MHz.

Das ist die richtige "Denke", in Euros oder Dollars. Wenn man Spulen straffrei oder beinahe straffrei umgehen kann, sollte man das tun. In Asien, besonder Taiwan und China, sind sie jedoch nicht teuer.

ne Du hattest recht :-). C15 muß an den - Eingang des OPs angeschlossen werden, die Schaltung ist so nicht stabil. Außerdem gehört dann noch 1 R an V8, obwohl das wenig Sinn macht. An der Stelle müßte man einen nicht invertierenden Integrator nehmen, nur sieht der _etwas_ anders aus :-).

Für einen Breitbandverstärker würde ich in den Kollektor von X5 einfach ein R von vielleicht 1 KOhm legen, danach kapazitiv 50 Ohm ankoppeln. Schmalbandiger wäre eine Drossel sicher am einfachsten. Mir erschließt sich der Sinn mit der Stromquelle X6 nicht, die bräuchte man vielleicht bei DC-Kopplung, aber die ist ja nicht erwünscht.

mfg. Winfried

Hallo Martin,

abgesehen vom fehlerhaften Integrator erreichst Du am Ausgang X5 eine mögliche Bandbreite von mehreren GHz an 50 Ohm. Wenn Du X6 durch 1 KOhm oder so ersetzt, hast Du immer noch praktisch volle Leistungsanpassung. Also halte ich den ganzen Aufwand dort für nicht sinnvoll. Auch ein Transformationsnetzwerk bringt am Ausgang nichts, sondern verringert nur die Bandbreite, erhöht auch nicht mehr die Verstärkung.

Das Transformationsnetzwerk am Eingang hingegen halte ich für sinnvoll, damit holst Du das Letzte aus dem Transistor raus, nämlich ca. 9 dB zusätzliche Verstärkung.

Ich habe Diff4 mal interessehalber simuliert, nachdem ich C15 sinnvoll umgelegt hatte :-). Soweit ich das sehen kann, scheint X6 die nichtlinearen Verzerrungen deutlich zu verschlechtern, da wäre dann eine einfache Kaskode wieder besser, vor allem verstärkt die ja 6 dB mehr. Die 30 dB die Du bei Diff4 angegeben hast, sehe ich in Bezug auf Kollektor X5, am R26 sind es ca. 15 dB. Das Transformationsnetzwerk vor R26 bringt Dir IMHO keinen Vorteil.

Zur Beurteilung der Intermodulation habe ich einfach 2 Spannungsquellen bei 70 und 71 MHz am Eingang addiert. Man sieht dann im Abstand von 1 MHz die Mischprodukte. Ich weiß allerdings nicht, wie gut die Spice-Modelle das nachbilden, ich bin da eher skeptisch, vor allem bei FETs. Vor allem braucht man auch riesigen Rechenaufwand, um die immer noch diskrete Fouriertransformation ohne großes numerisches Rauschen durchzuführen, hier scheint mir der Rechner am Ende zu sein und die Messung wäre angebracht.

Das Anpassungsnetzwerk am Eingang sieht anders als erwartet aus, hast Du die CB-Kapazität von X4 da mit einbezogen?

mfg. Winfried

Alexander Dörr schrieb:

Du kannst aber die lokale Instabilität nicht mit einer globalen Gegenkopplung wegkriegen. AC-positiver Feedback mit globaler DC-negativer Gegenkopplung ist _die_ klassische Rechteck- generatorschaltung. Ein weiterer Schwachpunkt ist R25-C13. C13 ist aus HF-Gründen nötig. Aber die Kombination verbraucht nochmals Phasenreserve. Die nächste Gemeinheit ist die hohe Verstärkung in der Schlaufe durch die gegeneinander anrennenden Stromquellen. Korrekte Stelle für Kompensation wäre die Verbindung der beiden Kollektoren, also der Ausgang. Dort ein dicker C gegen GND wäre stabilisierend, jedoch nicht so der Knaller für das Ausgangssignal. Einigermassen richtig wäre: V8 über 4k7 (was anderes liegt ja nicht rum :-]) an den minus-Eingang des Opamps. C15 ebenfalls an den minus-Eingang. Ein weiterer 1 nF vom Plus-Eingang gegen Masse. Wobei für C15 und diesen neuen C

Martin Laabs schrieb:

Bei 50 Ohm Dämpfung? Da kann eigentlich nicht viel passieren. Vielleicht gezielt eine schlechte Drossel nehmen, so Entstörkram.

Hier muß ich mich korrigieren, weil ich die Schaltung falsch eingegeben hatte und außerdem auch noch einen Denkfehler gemacht habe, das wollte ich so nicht stehenlassen.

Das Transformationsnetzwerk am Ausgang ist natürlich sinnvoll. Mit idealer Stromquelle und Übertrager ist eine unendliche Leistungsverstärkung erreichbar, begrenzt wird sie auch durch den Ausgangsleitwert von X5 und X6.

Vermutlich würde die Kaskode doch nicht mehr Verstärkung bei Leistungsanpassung bringen, weil sie die halbe Eingangsimpedanz haben müßte. Bei Diff4 hingegen stelle ich an R26 ca. 30 dB Verstärkung fest, an Kollektor X5 sind es ca. 47 dB. Wieviel Verstärkung mit dem Anpassungsnetzwerk am Ausgang erreichbar wäre, habe ich nicht untersucht.

Dann habe ich auch X6 durch ein L von 2.2 uH ersetzt, es ändert sich fast nichts, außer daß das Anpassungsnetzwerk verstimmt ist, man müßte es neu anpassen, die Verstärkung ist die gleiche. Der Frequenzgang hängt dann natürlich auch von diesem L mit ab. Probleme mit Resonanzen habe ich nicht sehen können. Der Einfluß von X6 auf nichtlineare Verzerrungen ist doch nicht so eindeutig. Durch die Schmalbandigkeit sind die Harmonischen nicht gut vergleichbar, bei den Mischprodukten sind die Amplituden vergleichbar, nur produziert X6 anscheinend Mischprodukte höherer Ordnung.

Was die Mischprodukte betrifft, so unterscheiden sich alle bipolaren Schaltungen nicht signifikant, auch MOSFETs wie BF998 sind ähnlich. Ausnahmen sehe ich hier nur beim 2N7000 und JFET wie BF245C oder 2N4416, bei denen kann ich überhaupt keine Mischprodukte herausrechnen. Jedoch könnte man bei denen nennenswerte Leistungsverstärkung nur mit entsprechenden Anpassungsnetzwerken erzielen, das gefällt mir weniger und ich traue den Spice-Modellen nicht.

Soweit ich sehe, funktioniert Diff4 bis auf den mißglückten Integrator ganz gut. Als Vorteil gegenüber einem L anstelle X6 würde ich sehen, daß man mit Breitbandübertragern die hohe Verstärkung auch breitbandiger machen könnte, bei L geht das nur schmalbandig. Der Nachteil wäre die zusätzliche Regelung des Arbeitspunktes und möglicherweise mehr Mischprodukte am Ausgang.

Ich habe hier ein Verfahren mit LC-Kettenleitern als Tschebyscheff-Transformationstiefpässe, wie sie am Ausgang realisiert sind. Der Vorteil ist die gleichzeitige Kompensation der Ausgangskapazität, die man in das Filter mit reinziehen kann. Am Eingang ist die Schaltung jedoch eine andere.

mfg. Winfried

Hallo,

ich habe auch noch mal etwas simuliert und es ist tatsächlich so, dass der Transistor als Spulenersatz einem einfachen Widerstand, jedenfalls ab richtigen Frequenzen, nicht überlegen ist. Werde mal wann anders etwas mehr dazu schreiben - ist schon spät und ich müde.

Viele Grüße, Martin

na ja, den 50 Ohm-Widerstand direkt in den Kollektor von X5 legen geht ja nicht, wegen der fehlenden Transformation, oder es müßte ein Breitbandübertrager benutzt werden. Hier hatte ich ja einen Blackout, denn mit idealer Stromquelle und Übertrager ist die Verstärkung zumindest theoretisch unbegrenzt. Man muß die Grundlagen doch ab und zu refreshen ;-).

Aber der Vorschlag von Rolf, die Gegenkopplung zu X6 des OP durch einen Spannungsteiler zu ersetzen ist auch recht gut. Das Resultat ist praktisch das gleiche, lediglich die Bauteilestreuungen könnten einen Abgleich erfordern, thermisch scheint es kaum zu driften. Der Nachteil wäre hier nur, daß die erreichbare Verstärkung begrenzt ist, weil der Kollektor X5 den Widerstand von sagen wir mal kleiner 20 KOhm "sieht", dadurch verliert man mindestens schon 1 dB oder auch mehr.

Ich habe nochmal versucht, die Mischprodukte dieser Schaltung durch verbesserte Einstellungen in PSPICE zu berechnen, mit brute force sozusagen. Wie es ausieht, hat die aktive "Last" X6 doch keinen signifikanten Einfluß darauf und ist damit doch eine interessante Möglichkeit, das L zu ersetzen, das ja den Frequenzgang auch noch beeinflussen würde.

mfg. Winfried