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Forum: HF, Funk und Felder "Active biasing" bei HF-Transistoren


Autor: Aldo (Gast)
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Hallo!

Ich stehe davor, mir meinen ersten HF-Transistorverstärker (LNA) bzu 
basteln. Der ATF-54143 scheint dafür eine gute Wahl zu sein, in 
Amateurfunkerkreisen ist er wohl recht beliebt und man findet einige 
Schaltungen im Internet. Siehe z.B. die Schaltung von OK1DFC: 
http://www.ok1dfc.com/eme/technic/ATF54143/1296MHz...

Ich würde aber auch gerne verstehen, was ich da zusammenlöte, und da 
bereitet mir das „active biasing“ noch etwas Kopfzerbrechen. Wie das 
aufgebaut ist, ist in der angehängten Grafik zu sehen (entnommen aus dem 
Datenblatt des ATF-54143: http://www.avagotech.com/docs/AV02-0488EN ). 
Insbesondere die Aufgaben von R4 und R7 sind mir nicht klar, aber hier 
mal genauer, was ich verstehe und wo es bei mir klemmt:

Über den Spannungsteiler R1/R2 stelle ich die Spannung an der Basis vom 
PNP-Transistor Q2 (BJT) ein. Die Emitterspannung liegt dann um Ube höher 
(Ue = Ub + Ube). Wenn ich mir die Schaltung von OK1DFC anschaue, ist Ub 
= 3,2V und Ue dementsprechend 3,8V. Mit R3 stelle ich Ids für den 
ATF-54143 ein, Spannungsabfall 1,2V bei 22 Ohm ergibt knapp 55mA für die 
OK1DFC-Schaltung. Durch den Spannungsabfall über R4 wird schließlich die 
Drain-Source-Spannung auf 3,3V gesetzt.

Das bringt mich zur ersten Frage: Welchen Grund hat R4 in der Schaltung? 
In den diversen Schaltungen, die ich gefunden habe, liegt R4 jeweils bei 
10-15 Ohm. Warum wird nicht direkt über R1 und R2 Ue = 3,3V eingestellt 
und R4 weggelassen, so dass Ue = Uds?
Soll hier niedrigen Frequenzen eine Abschlussimpedanz angeboten werden 
(also Stabilitätsgründe)? Wobei: Übernähme die Aufgabe nicht auch schon 
R3?

Dann weiter mit der linken Seite der Schaltung, mit Beispielwerten, die 
ich in Schaltungen mit dem ATF54143 gefunden habe:
R5 (50…100 Ohm) hat schätze ich die Aufgabe, niedrige Frequenzen 
abzuschließen, also ausschließlich Stabilitätsgründe. Liege ich damit 
richtig?
R6 (1kOhm…10kOhm) begrenzt laut Datenblatt den Gate-Strom des ATF-54143.

Was ich dann wieder nicht verstehe ist die Funktion von R7. Im 
Datenblatt steht dazu: „R7 is chosen to be 1kOhm. This resistor keeps a 
small amount of current flowing through Q2 to help maintain bias 
stability.” Dient also dazu, den Biasstrom konstant zu halten. Aber wie 
läuft das ab?


Kann mir vielleicht jemand hier im Forum auf die Sprünge helfen?
Schonmal vielen Dank für jede hilfreiche Antwort!

Aldo

Autor: Randy (Gast)
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> Welchen Grund hat R4 in der Schaltung?
...
> Soll hier niedrigen Frequenzen eine Abschlussimpedanz angeboten werden
> (also Stabilitätsgründe)?

Irgend sowas wird es wohl sein. Vielleicht auch dass die HF nicht so 
stark in die Bentriebsspannung reinsaut. Ist wohl eine Try&Error-Sache 
gewesen den da rein zu bauen.

> R5 (50…100 Ohm)

Ich glaube der Autor liebt diese C-R-C Kombination (wie auch schon mit 
R4) und baut sie einfach auf verdacht ein. Möglicherweise kann man sie 
weg lassen, möglicherweise ist sie notwendig damits nicht schwingt.

> R7

Ich vermute dass man einfach etwas Kollektorstrom durch Q2 haben will. 
Wahrscheinlich nützt es der Stbilität der Regelung dass der Basisstrom 
von Q1 genauso schnell fallen wie steigen kann. Q2 kann ja nur nach oben 
ziehen oder fallen lassen. Fallen muß der Strom aber von selber, R7 
beschleunigt das.

HTH
Randy

Autor: Kupfer Michi (Gast)
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Etwas Lesefutter...

Autor: Kupfer Michi (Gast)
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(Andreas kriegt das mit den langen File Names noch immer nicht in den 
Griff)

Autor: Kupfer Michi (Gast)
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( @!#*~ÄÖ  ... es nervt, 3.ter Versuch)

Autor: Aldo (Gast)
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Ich bin gestern und heute leider nicht dazu gekommen, mir weiter 
Gedanken darüber zu machen.

Danke aber für die Beiträge, damit habe ich erst einmal wieder etwas 
Lesestoff, vielleicht hilft das schon weiter.

Autor: Wolfgang Horn (Gast)
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Aldo schrieb:
> Welchen Grund hat R4 in der Schaltung?
> In den diversen Schaltungen, die ich gefunden habe, liegt R4 jeweils bei
> 10-15 Ohm. Warum wird nicht direkt über R1 und R2 Ue = 3,3V eingestellt
> und R4 weggelassen, so dass Ue = Uds?
> Soll hier niedrigen Frequenzen eine Abschlussimpedanz angeboten werden
> (also Stabilitätsgründe)? Wobei: Übernähme die Aufgabe nicht auch schon
> R3?
>
> Dann weiter mit der linken Seite der Schaltung, mit Beispielwerten, die
> ich in Schaltungen mit dem ATF54143 gefunden habe:
> R5 (50…100 Ohm) hat schätze ich die Aufgabe, niedrige Frequenzen
> abzuschließen, also ausschließlich Stabilitätsgründe. Liege ich damit
> richtig?
> R6 (1kOhm…10kOhm) begrenzt laut Datenblatt den Gate-Strom des ATF-54143.
>
> Was ich dann wieder nicht verstehe ist die Funktion von R7.


Hi, Aldo, meine Verdachtsdiagnosen:

Wunsch: Die Werte der Bauelemente.

R4: Entkopplung des eher höher frequenten Zweiges an L4 von Kollektor Q2

Warum nicht direkt über R1 und R2: HF-Verstärker brauchen eine 
niederohmige Bias, wenn sie sich von Übersteuerung rasch wieder erholen 
sollen.

Ferner: Manche Höchstfrequenztransistoren rauschen bei NF erheblich. 
Dies niederfrequentes Rauschen muss klein gehalten werden.

R5: Impedanzrichtiger Abschluss auch bei Betriebsfrequenz. Ein anderer 
Abschluss ist nicht zu sehen.
R6: Paßt den Pegel an R7 an die Gatespannung an.
R7: Richtig, Ruhebelastung. Bei Übersteuerungen hat die Stromquelle Q2 
Einiges zu tun. R7 wird ihre Rückkehr in den Normalzustand 
beschleunigen.

Ansonsten: Die vielen Pole im Gegenkopplungsnetzwerk machen mich fast 
schwindelig. Mit den Werten der Bauelemente wird man sehen, welcher der 
vielen Tiefpässe dominiert.

Übrigens: Sehr lehrreich fand ich Patentschriften von Prof. Ullrich 
Rohde.

Ciao
Wolfgang Horn

Autor: Jens G. (jensig)
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Dieses Bias-Netzwerk ist (zusammen mit Q1) eigentlich ganz einfach eine 
Stromregelung für den Q1 für den Fall, daß der Drainstrom des Q1 sich 
durch Temperatureinfluß ändert. Dieser Strom wird über R3 gemessen, und 
führt bei Q2 zu einer entsprechenden Gegenreaktion.
Wenn Q1 also zu viel zieht, erhöht sich die U über R3, somit macht Q2 
etwas dicht(er), somit weniger Kollektorstrom, was zu weniger Spannung 
an R7 führt. Diese Spannung sieht der Q1 dann an seinem Gate, womit der 
Q1 abgeregelt wird.
Das der Q2 evtl. recht stark rauschen mag, ist hier kein Problem wegen 
der Filterung (R-C-L) in Drain und Gatespeisung.
Und was die angesprochenen viele Pole betrifft: die Schaltung scheint 
dahingehend wohl ganz gut ausgewogen zu sein, denn sie funktioniert 
zumindest bei mir ganz gut zu hause - allerdings die 70cm-Version.
Auch das Eigenrauschen ist so gering, daß ich lässig das 
Antennenrauschen höre, wenn ich die Antenne anstecke. Die Schaltung 
funktioniert also.

Autor: Jens G. (jensig)
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R4/5/6 dürften übrigens nur Entkopplungs/Filteraufgaben in Zusammenhang 
mit den C's haben (niederfrequentes Rauschen des Q2 fernhalten).

Autor: Jens G. (jensig)
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Letztendlich ist das eine Basisschaltung mit einem pnp, weil an der 
Basis das Steuersignal (für die Stromregelung) eingespeist wird.

Autor: HFIng (Gast)
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Jens G. schrieb:
> R4/5/6 dürften übrigens nur Entkopplungs/Filteraufgaben in Zusammenhang
> mit den C's haben (niederfrequentes Rauschen des Q2 fernhalten).

Falsch. R4 und R5 dienen als Abschlusswiderstände für niedrige 
Frequenzen.
Soll die Stabilität erhöhen.

Autor: Aldo (Gast)
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Vielen Dank euch Dreien, insbesondere für die längeren Erklärungen von 
Wolfgang und Jens!

Allmählich steige ich dahinter - jetzt fehlen noch ein paar Bauteile und 
dann geht's ans Experimentieren.

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