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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Endstufe für schwankende Lastimpedanz


Autor: Abdul K. (ehydra) Benutzerseite
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Angeregt durch die Dokumentation/Artikel des Royer-Converters durch Falk 
Brunner, und den <primären?> Thread zur Anwendung:
Beitrag "Wer hat Erfahrung mit Induktionsöfen >1kW"
hier eine konkrete Frage zu Schaltungsideen:

Ich muß eine HF-Endstufe an einer impedanzmäßig variablen Last 
betreiben. Die effektivste Schaltungsvariante 1. Class-E ist leider 
anscheinend auch entsprechend extrem impedanzempfindlich. Mir bleiben 
hier wohl nur zwei weitere Möglichkeiten:
2. Class-D (ohne PWM)
3. Royer-Converter

Mir schwand, das der Royer recht robust auf variable Impedanz reagiert.
Vor allem Leerlauf und Kurzschluß sehen interessant aus. Was meint ihr,
macht es Sinn so es mit einem Royer zu versuchen? Bislang sah ich keinen
Entwurf bei dem mich interessierenden Frequenzbereich von 10 bis 200
MHz.

Die Zerstörung der AM-Information bei der Verstärkung ist sekundär. Die 
Güte kann auch recht hoch sein. Stört alles nicht groß.

Die Frequenz/Modulation wird digital angeliefert durch eine vorgesetzte 
PLL.

Von daher Blödsinn oder elegant? Schonmal jemand verwendet?

Gruß

Autor: Ben ___ (burning_silicon)
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> Frequenzbereich von 10 bis 200 MHz.
was soll'n das werden? wollt ihr jetzt schon UKW sender als royer oszi 
bauen oder was? naja, mach mal und grüß mir den peilwagen!

Autor: Zwölf Mal Acht (hacky)
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Was soll's denn werden ? Man kann sich zum Beispiel einen Schwingkreis 
mit hoher Guete vorstellen, oder einen Satz von solchen Schwingkreisen. 
Wenn man da mit variabler Impedanz drauf geht, so verschieben sich die 
Frequenzen. Ist das erlaubt, oder sogar erwuenscht ?
Was spricht denn gegen ein Automatching ?

Autor: Abdul K. (ehydra) Benutzerseite
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Eine Treiberstufe für eine definierte aber variable Last, z.B. eine 
kurze Antenne. Genauso gut kann man es für einen Piezowandler benutzen, 
dessen akustische Last nicht genau definiert ist. Oder ein Ringmischer, 
der für hohe Intermodulationsfestigkeit einen hohen LO-Pegel brauch.

Ein Royer ist bereits ein Schwingkreis relativ großer Güte. Das 
Automatching wird durch eine Ansteuerung per variabler Frequenz gemacht. 
Klassischer Antennentuner ist zu aufwändig.

Mich würde ein Vergleich der drei Technologien interessieren. Vielleicht 
gibt es auch eine noch eleganteren Weg mit Standardbauelementen gute 
Systemeffektivität zu erreichen.

Schade. Interessiert mal wieder niemanden. Werde LTspice befragen.

Autor: Falk Brunner (falk)
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@Abdul K. (ehydra) Benutzerseite

>Schade. Interessiert mal wieder niemanden.

Deine Wünsche sind ja auch ein "wenig" exotisch.

Autor: Abdul K. (ehydra) Benutzerseite
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Immerhin doch interessanter als die 1001.te 
LED-Stromquellentreiberschaltung - zumindest für manche Menschen.

Guten Rutsch!

Autor: Kai Klaas (Gast)
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>Immerhin doch interessanter als die 1001.te
>LED-Stromquellentreiberschaltung - zumindest für manche Menschen.

Interessant schon. Aber du wirst bei diesem Thema wohl nicht allzu viele 
kompetente Beiträge erwarten dürfen.

Für einen Elektronik-Anfänger ist das Internet eine traumhafte 
Spielwiese. Wenn aber ein Experte, der eigentlich schon alles weiß, 
etwas sucht, dann wirds ganz schnell sehr sehr dünn...

Kai Klaas

Autor: Abdul K. (ehydra) Benutzerseite
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Immerhin die bekannten Zuhörer ;-)

Vom alles wissen bin ich immer weiter weg...


Woher kommen eigentlich die Formeln im Royer-Artikel? Selbst entworfen 
oder gibt es da eine Referenz?

Autor: Falk Brunner (falk)
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@Abdul K. (ehydra) Benutzerseite

>Woher kommen eigentlich die Formeln im Royer-Artikel? Selbst entworfen
>oder gibt es da eine Referenz?

Die einfacheren sind von abgeleitet oder abgeschrieben. Die letzten 
beiden zur Maximalleistung sind von Benedikt K. hergeleitet worden.

MFG
Falk

Autor: Silvio K. (exh)
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Hallo Abdul,
deine Informationen beißen sich ein wenig. Auf der einen Seite willst du 
eine Endstufe bauen, auf der anderen sieht du den Royer als Lösung. Mein 
Problem ist, dass die Endstufe eben eine Endstufe ist und der Royer ein 
Generator/Oszillator. Endstufe != Oszillator. Bitte berichtige mich, 
wenn ich dich falsch verstanden habe.

>Die Frequenz/Modulation wird digital angeliefert durch eine vorgesetzte
PLL.

Der Royer sucht sich die Frequenz selbst. Falk wird mich berichtigen, 
wenn es nicht so ist.

Willst du eine resonante Last betreiben? Eine Antenne ist es in einem 
gewissen Frequenzbereich ja auch. Eine Kurze glaub ich nicht.

Du erwähntes Class E, D und Royer. Die Effektivität spielt wohl auch 
eine Rolle. Um welche Leistungsklasse geht es denn?

Du kannst ja 10dB Dämpfung zwischen Ausgang und Last machen, dann 
interessiert es die Endstufe auch nicht was hinten dran ist :-)
Wohl eher nicht

Gruß

Ach ja: wie variabel ist die Last? Bleib sie reell oder hat sie eine 
schöne komplexe Resonanzkurve?

Autor: Zwölf Mal Acht (hacky)
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Fuer ein kontinuierliches System bin ich an einem Automatcher. Das 
Matching, dh Reflexion gegen Null, mache ich mit 2 Kondensatoren, die 
mit Schrittmotoren gesteuert werden. Am Ausgang des Systems habe ich 
einen Richtkoppler, der mir die Vorwaerts- und die Rueckwaertsleistung 
koppelt. Die Rueckwaertsleistung in Bezug zur Vorwaertsleistung wird als 
Betrag und Phase ausgewertet. Da ich das Signal kenne, kann ich 
kontinuierlich arbeiten, dh messe und korrigiere die Schrittmotoren in 
einer Regelschleife.

Autor: Abdul K. (ehydra) Benutzerseite
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Silvio K. schrieb:
> Hallo Abdul,
> deine Informationen beißen sich ein wenig. Auf der einen Seite willst du
> eine Endstufe bauen, auf der anderen sieht du den Royer als Lösung. Mein
> Problem ist, dass die Endstufe eben eine Endstufe ist und der Royer ein
> Generator/Oszillator. Endstufe != Oszillator. Bitte berichtige mich,
> wenn ich dich falsch verstanden habe.

Ich möchte den Royer fremdsteuern. Ist also nicht ganz Royer-Struktur.


>
>>Die Frequenz/Modulation wird digital angeliefert durch eine vorgesetzte
> PLL.
>
> Der Royer sucht sich die Frequenz selbst. Falk wird mich berichtigen,
> wenn es nicht so ist.

Ja ja, weiß ich. Muß allerdings noch durchdenken, wie der Royer bei 
Fremdsteuerung seine Lastkennlinie durchfährt.


>
> Willst du eine resonante Last betreiben? Eine Antenne ist es in einem
> gewissen Frequenzbereich ja auch. Eine Kurze glaub ich nicht.

In erster Linie ist die Last resonant. Ein Paper für kurze Antennen habe 
ich angehängt. Wie man sieht, ist so eine Antenne schmalbandiger und 
niederohmiger als die klassische Größe. Die Oberwellen des Signals 
decken sich nicht ganz mit den Oberresonanzen der Antenne. Das Verhalten 
entspricht eigentlich haargenau einem Quarzkristall.


>
> Du erwähntes Class E, D und Royer. Die Effektivität spielt wohl auch
> eine Rolle. Um welche Leistungsklasse geht es denn?

100mW bis ca. 5W.
Es geht mir vor allem um Bauelement-Effektivität - also wenige billige 
Standardteile.


>
> Du kannst ja 10dB Dämpfung zwischen Ausgang und Last machen, dann
> interessiert es die Endstufe auch nicht was hinten dran ist :-)
> Wohl eher nicht
>

Nicht besonders effizient. Macht man in Meßgeräten wo Leistung, Baugröße 
und Preis keine primäre Rolle spielen.

>
> Ach ja: wie variabel ist die Last? Bleib sie reell oder hat sie eine
> schöne komplexe Resonanzkurve?

Ich würde den komplexen Anteil als kontinuierlich bezeichnen. Bin nur an 
der ersten Hauptresonanz der Antenne interessiert.


Gruß zurück und nochmals einen guten Rutsch!

Autor: Abdul K. (ehydra) Benutzerseite
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Nebliger Pfad schrieb:
> Fuer ein kontinuierliches System bin ich an einem Automatcher. Das
> Matching, dh Reflexion gegen Null, mache ich mit 2 Kondensatoren, die
> mit Schrittmotoren gesteuert werden. Am Ausgang des Systems habe ich
> einen Richtkoppler, der mir die Vorwaerts- und die Rueckwaertsleistung
> koppelt. Die Rueckwaertsleistung in Bezug zur Vorwaertsleistung wird als
> Betrag und Phase ausgewertet. Da ich das Signal kenne, kann ich
> kontinuierlich arbeiten, dh messe und korrigiere die Schrittmotoren in
> einer Regelschleife.

Das hatte ich auch erst vor. Wird mir aber mechanisch zu aufwändig. Hast 
du es irgendwo dokumentiert?

Autor: Falk Brunner (falk)
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@Abdul K. (ehydra) Benutzerseite

>Ich möchte den Royer fremdsteuern. Ist also nicht ganz Royer-Struktur.

Ob das gut geht?

>Ja ja, weiß ich. Muß allerdings noch durchdenken, wie der Royer bei
>Fremdsteuerung seine Lastkennlinie durchfährt.

Wenn er das denn überhaupt will und sich nicht dabei verschluckt. 
Fremdsteuerung klingt eher nach einem "normalen" Resonanzwandler. Der 
ist fremdgesteuert und treibt einen Schwingkreis auch neben der 
Resonanz, je nach Lastbedingung.

MFG
Falk

Autor: Zwölf Mal Acht (hacky)
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>Das hatte ich auch erst vor. Wird mir aber mechanisch zu aufwändig. Hast
du es irgendwo dokumentiert?

Leider nicht so einfach. Hierarchische Sheets, kann ich aber nicht 
weggeben. Und ist auch nicht so breitbandig geplant. Vielleicht 40% 
Bandbreite, nicht das 10fache.

Autor: Silvio K. (exh)
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@ Abdul,
welche Transistoren willst du eigentlich nehmen? 10-200 MHz und das in 
einer Schalttopologie. Das sollten schon recht schnelle Transistoren 
sein... Nimmt doch einen 50W LDMOS und betreibe ihn mit 5 W in Class A. 
Ist zwar ineffizient und teuer, aber sicher auch recht robust in Bezug 
auf Fehlanpassnung.


@ Nebliger Pfad, Nebliger Tag Heute, Schöner Tag heute etc.

>Die Rueckwaertsleistung in Bezug zur Vorwaertsleistung wird als
>Betrag und Phase ausgewertet.
Wie machst du das? Mit 4 Detektoren?
Welchen Bereich deckt dein Tuner ab (im Smithchart bitte)?

Gruß

Autor: Abdul K. (ehydra) Benutzerseite
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Silvio K. schrieb:
> @ Abdul,
> welche Transistoren willst du eigentlich nehmen? 10-200 MHz und das in
> einer Schalttopologie. Das sollten schon recht schnelle Transistoren
> sein... Nimmt doch einen 50W LDMOS und betreibe ihn mit 5 W in Class A.
> Ist zwar ineffizient und teuer, aber sicher auch recht robust in Bezug
> auf Fehlanpassnung.

Es soll aber billig werden. LDMOS ist eher das Gegenteil davon. Gibt 
allerdings einen kleinen Typ bei STM.
Ich dachte eher an die Mitsubishi RF-MOSFETs. Kosten nicht die Welt. 
Lasse mich aber gerne auch von bipolaren Typen überzeugen.

Das mit dem Frequenzbereich war von mir irreführend dargestellt. Ich 
verstimme nur um ca. 100kHz auf die Bezugsfrequenz im Bereich von 10MHz 
bis 200MHz. Dieser Bereich einfach, weil er ISM, Fernsteuerfrequenzen 
und vor allem die Tierbeobachtungsfrequenzen beeinhaltet. Und über 
200MHz kann ich mir aufgrund zunehmender Asymmetriewirkung einen 
symmetrischen Verstärker kaum noch vorstellen. Klar gibt es sowas auch 
bei höheren Frequenzen. Aber das kriege ich nicht hin.

(Hintergrund ist ein aktuelles Projekt Tracking von Nashörnern im Busch)


>
>
> @ Nebliger Pfad, Nebliger Tag Heute, Schöner Tag heute etc.
>
>>Die Rueckwaertsleistung in Bezug zur Vorwaertsleistung wird als
>>Betrag und Phase ausgewertet.
> Wie machst du das? Mit 4 Detektoren?
> Welchen Bereich deckt dein Tuner ab (im Smithchart bitte)?
>

Ist doch bekannte Technik. Ein dafür vorgesehenes fertiges IC gibt es 
bei AD. Weiß die Nummer aber nicht aus dem Kopf. Interessant wäre der 
mechanische Teil der Abstimmung!

Autor: Zwölf Mal Acht (hacky)
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Es soll eine Spule auf Resonanz gesweept werden. Ein 
Parallel-Schwingkreis, an den man kapazitiv ankoppelt. Die Kondensatoren 
hab ich noch nicht. Die Herausforderung dabei ist, dass alles schoen 
klein werden soll. Und unbekannt ist die Repetierbarkeit von Sweep zu 
Sweep.

Autor: Silvio K. (exh)
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>Ist doch bekannte Technik. Ein dafür vorgesehenes fertiges IC gibt
>es bei AD. Weiß die Nummer aber nicht aus dem Kopf.

AD8302

Die ICs von AD kenne ich und weiß, dass die eine Doppeldeutigkeit in der 
Phasenlage mitsichbringen. D.h. die analoge Spannung ,die die Phasenlage 
representiert, hat einen dreieckigen Verlauf über den vollen 
Phasenumfang von 360 Grad. Man kann ja einen zweiten Ics nehmen und mit 
verzögertem Signal die Doppeldeutigkeit auflösen. Ist dann aber doppelt 
so teuer.

Oder wie macht man das sonst? Weiß ich leider nicht. Bitte näher 
ausführen auch wenn offtopic.

Gruß

Silvio

Autor: Zwölf Mal Acht (hacky)
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>Oder wie macht man das sonst? Weiß ich leider nicht. Bitte näher
ausführen auch wenn offtopic.

Eine Quadraturmischer plus je einen LogAmp.

Autor: Abdul K. (ehydra) Benutzerseite
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Silvio K. schrieb:
>>Ist doch bekannte Technik. Ein dafür vorgesehenes fertiges IC gibt
>>es bei AD. Weiß die Nummer aber nicht aus dem Kopf.
>
> AD8302

Ja genau. Wollte ich gerade hier aktuell einbringen. Warst schneller. 
Gibt es eigentlich weitere ähnliche Typen?


>
> Die ICs von AD kenne ich und weiß, dass die eine Doppeldeutigkeit in der
> Phasenlage mitsichbringen. D.h. die analoge Spannung ,die die Phasenlage
> representiert, hat einen dreieckigen Verlauf über den vollen
> Phasenumfang von 360 Grad. Man kann ja einen zweiten Ics nehmen und mit
> verzögertem Signal die Doppeldeutigkeit auflösen. Ist dann aber doppelt
> so teuer.
>

Hm. Müßte mir das Datenblatt genauer ansehen.

Kommt diese Doppeldeutigkeit vielleicht wegen des Problems einer 
Division bei atan() zur Festlegung der Phase? Bei einer einfachen 
Divison verliert das Ergebnis Information wegen der Vorzeichen! Dafür 
gibt es ja auch die erweiterte bei diversen 
IEEE-FloatingPoint-Standards.
Vielleicht einfach den Endverstärker auf alle Mehrdeutigkeiten 
nacheinander anfahren und schauen was passiert?


Wenn man einen Antennentuner per Schrittmotor oder sonstwie wirklich 
billig und klein hinkriegt, würde ich das Konzept benutzen. Kann es mir 
mechanisch aber einfach nicht vorstellen. Der Drehko müßte allerbester 
Qualität sein, Varicaps fallen bei den auftretenden Spannungen flach.

Autor: Abdul K. (ehydra) Benutzerseite
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Zur Sache mit der Phase fand ich dies.

Autor: Silvio K. (exh)
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Abdul K. schrieb:
> Zur Sache mit der Phase fand ich dies.
Das Problem ist nun klar. Die Lösung mit dem Allpass ist 
Geschmackssache.

Nebliger Pfad schrieb:
> Eine Quadraturmischer plus je einen LogAmp.
Kannst du das noch ein wenig ausführen?
Du mischt wohl auf DC herunter?! Dann ist dein eines Signal der LO und 
du brauchst ihn auch um 90 Grad versetzt und er muss stark sein?! 
Dynamik!?

Es gibt ja auch die Lösung mit 4 Detektoren. So etwas wollte ich schon 
aufbauen. Wenn die Frequenz einigermaßen fest ist, dann kann man die 
Stehwelle praktisch mit den Detektoren "abtasten". An der Leitung werden 
die Detektoren lose im Abstand von lambda/4 oder /8 gekoppelt(Weiß ich 
gerad nicht genau). Man erhält 4 DC-Spannungen und kann den Rest wie 
Gamma (S11) und real transportierte Leistung berechnen. Gerade bei hohen 
Frequenzen ist das eine schöne Sache...

Frohes neues Jahr!

Autor: Zwölf Mal Acht (hacky)
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Wir reden von einer Endstufe. Da ist nichts mit Varicaps. In meinem Fall 
habe ich 1 Watt (30dBm), macht 20Vpp an 50 Ohm. Der Schwingkreis sollte 
auch noch etwas Guete haben. Dann haben wir schnell mal ein kilovolt. Da 
gibt es Vakuumdrehkondensatoren im 10x30mm Massstab mit 30pF oder so.

Autor: Silvio K. (exh)
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Nebliger Pfad schrieb:
> Dann haben wir schnell mal ein kilovolt.

Oder 100 Kilovolt. Wenn du nicht versucht Gamma=1 anzupassen und es nur 
um 30 dBm geht, dann kommst du so schnell nicht auf 1 kV.

Erinnerung:
> Nebliger Pfad schrieb:
>> Eine Quadraturmischer plus je einen LogAmp.
> Kannst du das noch ein wenig ausführen?

Gruß

Silvio

Autor: Zwölf Mal Acht (hacky)
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Die Spannung ist doch proportional zur Guete in einem Schwingkreis. Oder 
war's die Wurzel ? Stimmt, die Wurzel der Guete. Also Guete 100 ist 
machbar.

Mit einem Quadraturmischer an einem Richtkoppler kann man phasensensitiv 
runtermischen. Da man das Vorwaertssignal als LO nimmt, kommt man 
automatisch auf Dc runter. Ich bekomm Betrag und Phase aus real (I) und 
imaginaer(Q). Falls man noch etwas dynamikbereich braucht kann man das 
Betragssignal noch durch einen einfachen LogAmp lassen. Die einfachen 
LogAmps nennen sich dann Leveldetektor, die bringen dann 30mV/dB, ueber 
30..40dB oder so. Ich wuerd allerdings einen AD8302 nehmen, wenn der 
hinkommt.

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