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Forum: HF, Funk und Felder Problem mit HF-Amp (Impedanzanpassung, Versorgungsspannug?)


Autor: ME (Gast)
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Hallo zusammen

Ich versuche gerade in einem Laboraufbau den HF-Verstärker CA2832C zum 
Laufen zu kriegen. Er sollte Signal im Bereich von 50 bis 100 MHz 
verstärken und eine Ausgangsleistung von ca. 30 dBm erbringen.

Datenblatt:
http://www.qsl.net/n2ckh/ca2832c.pdf

Leider beträgt der gemessene Gewinn deutlich weniger als die 
spezifizierten 34 dB. Ich vermute folgende mögliche Fehlerquellen:

1) Fehlende Impedanzanpassung:
Aus- und Eingang sollten 50 Ohm-Impedanz haben. Mir ist auf Grund des 
Datenblatts nicht klar, ob dafür Anpassungsschaltungen nötig sind, oder 
ob das bereits auf dem Chip realisiert ist. (Falls ja, wie müsste die 
Anpassung am besten passieren? Pi-Dämpfungsglieder?)

2) HF-Einstrahlung auf die Versorgungsspannung
Bis jetzt ist nur ein 10 nF Kondensator zwischen dem Pluspol der 
Versorgungsspannung und der Masse geschaltet. Wäre eine bessere 
HF-Isolation (z.B. mit einer Spule in Reihe) gut? Wie genau müsste eine 
solche HF-Isolation in den Versorgungsleitugen genau ausschauen und 
dimensioniert sein?

Besten Dank für jede Hilfe

Autor: Bernhard (Gast)
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Der ist offenbar auf 50 Ohm gematcht, schau dir mal S11 
(Eingangsreflexion) und S22 (Ausgangsreflexion) an, das sind Werte um 
-20 dB, das ist eine ganz gute Anpassung (Reflektierte Welle ist 20 dB 
schwächer als hinlaufende).

10nF sind ein falscher Wert bei 100 MHz zum Abblocken der 
Betriebsspannung, schalte mal was im Bereich einiger 100pF parallel 
dazu. Ich weiss aber nicht, ob das der Grund ist.

Wie wurde der Gain gemessen?

Autor: HF-Vollprofi (Gast)
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> Leider beträgt der gemessene Gewinn deutlich weniger als die
> spezifizierten 34 dB. Ich vermute folgende mögliche Fehlerquellen:

- HF-Transistor hat falschen Arbeitspunkt
- HF-Transistor ist falsch angepasst
- HF-Transistor ist defekt
- HF-Transistor oszilliert

Mehr Fehlerquellen fallen mir nicht ein.

Autor: HF-Vollprofi (Gast)
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> 2) HF-Einstrahlung auf die Versorgungsspannung
> Bis jetzt ist nur ein 10 nF Kondensator zwischen dem Pluspol der
> Versorgungsspannung und der Masse geschaltet. Wäre eine bessere
> HF-Isolation (z.B. mit einer Spule in Reihe) gut? Wie genau müsste eine
> solche HF-Isolation in den Versorgungsleitugen genau ausschauen und
> dimensioniert sein?

Du brauchst fuer den Arbeitsfrequenzbereich Deines Transistors eine 
moeglichst hohe Impedanz in den Bias-Leitungen. In der Regel machen sich 
Induktivitaeten und Tiefpassfilter mit passenden Kondensatoren gut. Die 
verwendeten Bauelemente muessen fuer den Frequenzbereich geeignet sein,

Untersuche die Situation in Deiner Schaltung mit dem Spektrumanalysator.

Autor: ME (Gast)
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Danke für die Antworten.

Den Gain habe ich mit Funktionsgenerator und Oszilloskop gemessen.

Die 10 nF bei der Versorgungsspannung sind so im Datenblatt angegeben. 
Trotzdem habe ich jetzt mal noch 470 pF parallel geschaltet. Das hat 
aber nichts geändert. Die Versorgungsspannung habe ich auch auf dem Oszi 
angeschaut. Sie zeigt zwar ein gewisses Rauschen, aber keine mit dem 
Signal korrelierende Schwankungen.

Da eine Impedanzanpassung bei 50 Ohm-Systemen offenbar nicht nötig ist, 
nehme ich jetzt an, dass das Problem bei der Kühlung liegt. Das Bauteil 
ist zwar auf ein grosses Stück Kupfer geschraubt, aber wird trotzdem 
sehr heiss. Allerdings müsste der Gain gemäss Datenblatt auch bei 100 °C 
noch weniger als 1 dB vom spezifizierten Wert bei 25 °C abweichen.

@HF-Vollprofi

> - HF-Transistor hat falschen Arbeitspunkt
> - HF-Transistor ist falsch angepasst
> - HF-Transistor ist defekt
> - HF-Transistor oszilliert

> Du brauchst fuer den Arbeitsfrequenzbereich Deines Transistors eine
> moeglichst hohe Impedanz in den Bias-Leitungen.

Es handelt sich um eine integrierte Schaltung. Es muss daher weder der 
Arbeitspunkt richtig gewählt werden, noch gibt es (extern zugängliche) 
Bias-Leitungen. Das haben die Ingenieuere von Motorola bereits 
(hoffentlich richtig) erledigt.

Autor: Martin Laabs (mla)
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Die Methode den Gain zu messen ist - nett Gesagt - unüblich. Ich hoffe 
der Ausgang war während der Messung wenigstens einigermaßen angepasst. 
Und ich hoffe auch, dass das Oszilloskop nicht kaputt gegangen ist.
Ansonsten auf niederimpedante Masse achten. Sonst gibt es ein Feedback 
über den induktiven Anteil der sowohl Verstärkung als auch Impedanz 
beeinflusst. (Manchmal gewollt - hier aber sicher nicht mit positiver 
Auswirkung.)

Viele Grüße,
 Martin L.

Autor: aha (Gast)
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>Den Gain habe ich mit Funktionsgenerator und Oszilloskop gemessen.

Das kann man richtig oder falsch machen. Der Funktionsgenerator muss 
natuerlich die 50 Ohm bringen, das Scope das Watt an 50 Ohm vertragen, 
was automatisch einen Powerattenuator, resp abgeschlossenen Richtkoppler 
bedingt. Ja. Und zu guter letzt muss man sich an den Eingangsbereich 
halten. Frequenz- wie amplitudenmaessig. 30dBm, also 1 Watt sind 20Vpp 
da kommt nicht mehr. Da kann man also nicht mit mehr als -4dBm an den 
Eingang, das waeren dann weniger als 400mVpp.
Alles mehr als 400mVpp am Eingang wird eine zu kleine Verstaerkung 
haben.

Klar ?

Autor: ME (Gast)
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Auf 50 Ohm-Anpassung habe ich geachtet. Der Generator hat einen 50 
Ohm-Ausgang. Das Oszilloskop einen hochohmigen Eingang (1 MOhm, 50 pF). 
Um diesen auf 50 Ohm zu bringen wurde ein T-Stück montiert (direkt an 
den Eingang, d.h. Abzweigung so kurz wie möglich) und das andere Ende 
auch wieder mit 50 Ohm abgeschlossen. Um den Abschlusswiderstand nicht 
zu überlasten wurden noch Attenuators dazwischen geschaltet (deren 
Abschwächung natürlich bei der Berechnung des Gains berücksichtigt 
wurde).

Das Eingangssignal lag bzgl. Frequenz- und Amplitude innerhalb des 
gemäss Datenblatt spezifizierten Bereichs.

Inwiefern ist dieser Messaufbau ungeeignet?
Wie würde ein besserer aussehen?

Autor: aha (Gast)
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Kann man fuer 80MHz noch machen. Viel wichtiger ist, die 400mVpp am 
Eingang nicht zu ueberschreiten.

Autor: Schrauber (Gast)
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Die Messung mit dem Oszilloskop ist etwas unkonventionell und 
fehlerträchtig. Ich würde mal am Abschlußwiderstand mit einem 
Diodendetektor die Ausgangsspannung messen...die Genauigkeit bei 30dBm 
ist hervorragend, sollten ca. 10V Gleichspannung anstehen.

Autor: Papa G. (Gast)
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Der CA2832C kann bei 28V Versorgungsspannung über 3W Ausgangsleistung an 
eine 50-Ohm-Last abgeben. Gute Anpassung und Kühlung sind dabei sehr 
wichtig - sonst lötet sich irgendwann einer der Endtransistoren selbst 
vom Keramiksubstrat aus, und das war's dann: die Verstärkung bricht um 
6..8dB ein, und die Ausgangsleistung liegt nur noch bei etwa 400mW. Wenn 
diese Daten zu Deinem Modul passen, ist es vermutlich leider bereits 
kaputt.

Der Kühlflansch des Moduls sollte nur so heiß werden, daß man ihn mit 
der Fingerspitze wenigstens 10 Sekunden berühren kann, ohne hinterher 
eine Art Urschrei ausstoßen muß. Bei mir hat sich zur Abblockung der 
Versorgungsspannung eine Kombination aus 10uF Tantalelko parallel zu 
einer Kombination aus 100nF in Reihe mit 10 Ohm bewährt. In Richtung zur 
Spannungsquelle kommt dann noch eine 1uH-SMD-Drossel dazu.

Der innere Schaltungsaufbau des Verstärkers besteht übrigens aus 
mehreren übertragergekoppelten Gegentaktstufen, arbeitet im A-Betrieb 
und nimmt bei 28V bis zu 630mA auf, und zwar unabhängig von der 
Aussteuerung! Deshalb unbedingt auf die Kühlung achten.

Autor: ME (Gast)
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Danke fuer die kompetente Antwort.

Ich nehme unterdessen auch an, dass das Problem wohl bei der Kuehlung 
liegt. Das IC wurde schon sehr heiss.

Wenn ich deine Abblockschaltung richtig verstanden habe, sieht diese so 
aus:
                L1
+Vsupply ----^^^^^^-------------- Vcc an CA2832C
                     |       |
                     |       |
                     |      ---
                    ---     | |
                 C1 ---     | | R1
                     |      ---
                     |       |
                     |       |
                     |      ---
                     |      --- C2
                     |       |
                     |       |
GND---------------------------- GND an CA2832C

Mit folgende Werten:
L1 1uH SMD
C1 10uF Tantalelko
R1 10 Ohm
C2 100nF

Die Funktion von R1 verstehe ich nicht wirklich. Dieser Widerstand 
erhoeht doch nur den ESR-Wert von C2! Ist das gewollt?

Autor: Abdul K. (ehydra) Benutzerseite
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Für Dämpfung benötigt man eine Senke für die Energie. Das ist den 
meisten nicht klar. Eine Anordnung von hochqualitativen Bauelementen in 
einem Filter kann also für sich allein gar nicht funzen.


Gruß -
Abdul

Autor: Schrauber (Gast)
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Ich kenne den Baustein nicht genau, aber: Solche RC-Glieder parallel zur 
Betriebsspannung sieht man öfters bei HF-Endstufen. Sinn und Zweck der 
Schaltung ist es dem PA-Transistor einen breitbandigen reelen Abschluss 
zu geben der also auch über den eigentlichen Nutzfrequenzbereich hinaus 
geht. Damit wird ein parasitäres Schwingen verhindert.

Autor: Christoph Kessler (db1uq) (christoph_kessler)
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Die CA...-Typen stammen ursprünglich von TRW, Motorola hatte MHW...
http://www.datasheetarchive.com/manufacturers/3774/
CA2101
CA2201
CA2300
CA2301
CA2422
CA2600
CA2800
CA2818
CA2850R
CA2885
CA3170
CA3220
CA3270
CA3300
CA3301
CA4300
CA4300R
CA4301
CA4301R
CA4418
CA4422
CA5800
CA5800H
CA900
CA900B

der CA2832 ist aber nicht darunter

Autor: Arno H. (arno_h)
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Autor: ME (Gast)
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Unterdessen habe ich das Problem eingrenzen koennen. Erst habe ich auch 
an eine Ueberhitzung gedacht, da das IC sehr heiss wurde. Nachdem ich 
aber einen neuen Chip (frisch aus der Verpackung) auf einen Kuehkoerper 
geschraubt habe und dieser ebenfalls nicht den spezifizierten Gain 
aufwies, muss das Problem offenbar noch wo anders liegen.

Deshalb 2 neue Fragen:

1) Weiss jemand ob evtl. die Chargen-Nr. 9815 vielfach Probleme 
verursacht?
2) Sind diese Bauteile enorm empfindlich auf elektrostatische 
Aufladungen? *

(* Bei der Montage wurde ein Erdungsarmband verwendet.)

Sowie die immer noch offene Frage:

3) Ist die oben gezeichnete Schaltung zur Abblockung der 
Versorgungsspannung so richtig?
(Oder muss sie evtl. in Reihe zwischen IC und Versorgungsspannung 
liegen?)

Danke fuer eure Hilfe.

Autor: id (Gast)
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Erfahrungsgemäss liegt es fast nie (aber nur fast) daran, dass Chargen 
defekt sind.

Wie sieht überhaupt dein Aufbau aus? Oft liegt  am nicht idealen Aufbau 
der Hund begraben. Vielleicht kannst du ja mal ein Foto davon hier 
posten.
Hast du die Application Note AN1022 von Freescale gelesen? Da steht über 
den Aufabu etwas drin und was man alles beachten soll.

Ich hätte auch  Bedenken bei der Messtechnik, die du anwendest.
Dein Oszi hat eine Eingangskapzität von 50 pF, parallel dazu liegen 
deine 50 Ohm. Das macht eine 3 dB-Grenzfrequnez von etwa 60 MHz, wenn 
ich mich nicht täusche.... (lass mich aber gern eines besseren belehren)

Grüße,
Ingo

Autor: Papa G. (Gast)
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Hallo ME,

die gezeichnete Schaltung ist richtig.  Verstärker mit dem Datecode 9815 
habe ich nicht in den Fingern gehabt, nur frühere (ab 92xx) und spätere 
(bis 0117). Die späteren hatten gegenüber den früheren etwa 1dB weniger 
Verstärkung, lagen aber durchaus im laut Datenblatt zulässigen Bereich. 
Besonders empfindlich gegen elektrostatische Aufladung sind die Module 
meiner Erfahrung nach nicht. Bei unsauberer Masseanbindung neigen sie 
zum Schwingen (die Massebeinchen allein reichen meiner Erfahrung nach 
nicht aus; der Kühlflansch muß selbst flächig mit der HF-Schaltungsmasse 
verbunden sein). Damit läßt sich die fehlende Verstärkung aber nicht 
erklären. Der Hinweis auf die zweifelhafte Meßmethode scheint mir nicht 
völlig abwegig - vielleicht findest Du in Deinem Umfeld jemanden mit 
Zugang zu einem Meßsender und einem HF-Leistungsmesser oder 
Spektrumanalysator; das könnte helfen, bestehende Zweifel auszuräumen...

Autor: Schrauber (Gast)
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Ja,
ich dneke das Problem bist Du selbst bzw. Deine kranke Messtechnik! Hast 
Du etwa einen 50Ohm Abschluß genommen, dann ein Stück Kabel zum Oszi? 
Dann transformierst Du vermutlich einen Kurzschluß oder sonstwas an 
Deinen 50Ohm Widerstand. Vergiß das Oszi, sowas braucht kein 
HF-Techniker. Nimm lieber mal den Detektor den ich Dir schon früher 
vorgeschlagen habe. Dann siehst Du nämlich auch ob das Ding auch ohne 
Ansteuerleistung ein Signal erzeugt. Überhaupt schon mal den Ruhestrom 
ohne Ansteuerung gemessen?
Sollten ca 450mA sein, oder?

Autor: ME (Gast)
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Danke fuer die Antworten.

Meine Messtechnik ist evtl. nicht ideal, aber scheint mir trotzdem nicht 
das hauptsaechliche Problem zu sein. Ich habe naemlich, um sicher zu 
sein, mit dem selben Messaufbau einen ausgeliehenen, fertig aufgebauten 
Verstaerker mit einem Modul vom selben Typ ausgemessen und komme dabei 
auf den richtigen Gain (etwa 35 bis 38 dB, je nach Frequenz).

Einen Diodendetektor habe ich nicht zur Verfuegung.
Einen Spektrumanalysator habe ich auch bereits verwendet, er zeigte aber 
das gleiche Resultat.

Als Signalquelle dient der Agilent N6030A Arbitrary Waveform Generator, 
mit dem ich ein SInus-Signal generiere.

Der Hinweis auf den Ruhestrom finde ich hilfreich. Den habe ich 
natuerlich auch schon gemessen und er lag immer deutlich ueber den im 
Datenblatt angegeben Wert.

Autor: Schrauber (Gast)
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>Der Hinweis auf den Ruhestrom finde ich hilfreich. Den habe ich
>natuerlich auch schon gemessen und er lag immer deutlich ueber den im
>Datenblatt angegeben Wert.

Das könnte auf ein Schwingen hindeuten, evtl. auch im GHz-Bereich, 
müsstest Du mit dem Spektrumanalysator sehen können.

Autor: Schrauber (Gast)
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Einen Detektor kannst Du leicht selber bauen. Eine Diode ans heiße Ende 
des Abschlußes und das andere Ende mit einem C (z.B. 1nF)an Masse. Am C 
kannst Du die Gleichspannung mit Multimeter messen. Als Diode wäre 
Schottky / Germanium ideal, zur Not reicht sogar eine 1N4148.

Autor: ME (Gast)
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Ich habe mir das Aussgangssignal des Verstaerkers jetzt mal mit einem 
Spektrumanalysator mit 3 GHz Bandbreite angeschaut. Ich sehe aber keine 
ausgepraegten Peaks im Spektrum, die auf ein Schwingen hindeuten, 
sondern nur ein gleichmaessiges Rauschen. Die einzigen Peaks, die etwas 
ueber dem uniformen Rauschen liegen, haben immer noch eine sehr geringe 
Leistung von etwa -50 dBm.

Der Selbstbau eines Diodendetektors, waere gemaess obiger Beschreiung 
sicher moeglich. Allerdings fehlt mir eine Moeglichkeit, um den Detektor 
nachher zu kalibrieren.

Autor: Schrauber (Gast)
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Hmmm,

hab schon oft erlebt, daß sowas weit oberhalb 3GHz schwingt, je nachdem 
wie schnell der Prozess der Halbleiter ist. Evtl. lässt sich auch durch 
Befingern des Aufbaus eine Änderung des Ruhestromes beobachten, das 
würde z.B. auf ein Schwingen hindeuten.

>Allerdings fehlt mir eine Moeglichkeit, um den Detektor
>nachher zu kalibrieren.

Schau doch mal bei Infineon das Datenblatt zur BAT62 an, übrigens eine 
sehr gute Wahl für einen Detektor! Da gibts auch eine Meßkurve 
(gleichgerichtete Spannung über HF-Spannung). Kalibrieren muß man eher 
bei kleinen Leistungen, bei über 30dBm ist die Genauigkeit von Haus aus 
sehr gut.

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