Als Teil meiner Diplomarbeit muss ich eine Verstärkerstufe mit möglichst
geradem Frequenzgang von 5 bis 15MHz und einer Ausgangsleistung von min.
25W (Dauerbetrieb) bauen. Das grundsätzliche Problem ist aber nun, das
es sich um kapazitive, resisitive oder induktive Lasten handeln kann.
Wie kriege ich den Verstärker unter diesen Bedingungen stabil? Woher
bekomme ich brauchbare Infos?
Ich habe schon mal eine 27MHz CB Senderendstufe erfolgreich aufgebaut,
bin also kein kompletter Anfänger in diesem Bereich.
Die Effizienz der Schaltung ist unwichtig und die Spannungsversorgung
ist auch nicht Teil der Aufgabe (Versorgung mit Labornetzteil).
Mario schrieb:> Wie kriege ich den Verstärker unter diesen Bedingungen stabil?
Stabilität ist nur eines der Probleme.
Ob eine Stufe unter allen Lastbedingungen stabil sein kann, kann man an
den S-Parametern sehen.
Das wird in einschlägigen Lehrbüchern behandelt.
Das nächste Problem ist, ob und wie lange die Endtransistoren die
reflektierte Leistung aushalten oder ob sie abfackeln.
Das steht evtl. in den Datenblättern, aber meist nur für bestimmte
Frequenzbereiche.
Fraglich ist auch, ob die Endstufe unter allen Lastbedingungen mit
Vollaussteuerung arbeiten muss.
Oft kann man ja mit reduzierter Leistung die Anpassung vornehmen und
dann erst auf hohe Leistung umschalten.
Mario schrieb:> Wie kriege ich den Verstärker unter diesen Bedingungen stabil?
Wenn es auf Effektivität nicht ankommt, kannst du mit 100 W fahren
und ein 6-dB-Dämpfungsglied passender Verlustleistung nachschalten. ;)
Das verheizt natürlich dann 75 W, aber es reduziert die für den
Verstärker sichtbare Fehlanpassung drastisch.
Ansonsten ist halt die Frage, in welcher Form und Geschwindigkeit sich
die Last ändert. Für automatisch arbeitende Antennenanpassgeräte
gibt's ja durchaus Beispiele.
Eine Moeglichkeit waere auch, die Endstufe ueberzudimensionieren, und
die Reflektionen und Fehlanpassungen in der Endstufe zu verbraten. Also
fuer mindestens doppelte Leistung ausgelegt.
Es gibt auch Transistoren, die fuer starke Reflektionen ausgelegt sind,
Werbung "no destroy".
Kapazitive oder induktive Last, was soll das genau heissen?
Das Antennenanpassgeraet wurde ja schon genannt. Eventuell musst Du ja
den Bedingungen entsprechend ein Anpassgeraet konstruieren, was eine
Kompensierung (L oder C)vornimmt.
Mario schrieb:> Wie kriege ich den Verstärker unter diesen Bedingungen> stabil?
Abblocken, verdrosseln, abschirmen. Das hilft i.d.R. gegen
die ungewollten Rückkopplungen. Über-Alles-Gegenkopplung
ist bei klassischen HF-Endstufen nicht üblich, kann also
auch keine Stabilitätsprobleme geben.
Anpassung über "resistive Zwangsanpassung" --> Dämpfungs-
glieder, wie von Jörg beschrieben. Ggf. sind auch zwei
getrennte Dämpfungsglieder zu je 3dB am Anfang und am Ende
der Leitung sinnvoll.
Verstärker natürlich entsprechend größer auslegen und
an die Kühlung der Dämpfungsglieder denken (!).
> Woher bekomme ich brauchbare Infos?
Amateurfunk-Literatur. 5MHz...15MHz ist ungefähr 80m...20m.
Normale Kurzwelle.
Z.T. gibt auch AppNotes von Transistorherstellern (z.B. von
Philips).
> Ich habe schon mal eine 27MHz CB Senderendstufe erfolgreich> aufgebaut,
Na also, das passt doch.
Endstufen die für solche Anwendungen gebaut sind arbeiten in der Regel
im A-Betrieb.
Das bedeutet das, ohne Ansteuerung die meiste Verlustleistung anfällt,
und bei Vollaussteuerung nur noch die Hälfte als Verlustleistung
abgeführt werden.
Diese Endstufen sind was die reflektierte Leistung betrifft, schon mal
weitgehend immun.
Der zweite Punkt ist die maximal auftretende Spannung und Strom an den
Endtransistoren.
Wenn man die Endtransistoren mindestens für den doppelte Spitzenspannung
und Spitzenstrom dimensioniert, welche bei Vollaussteuerung auftreten,
dann müsste die Endstufe immun gegen jede Art von Last sein.
Bei breitbandigen Endstufen wird man eh kein Anpassungsnetzwerk mit
Schwingkreisen vorsehen, sondern mit breitbandigen Transformatoren, und
die Endstufe selbst kräftig gegenkoppeln, um einen linearen Frequenzgang
zu erzielen. Siehe Konstruktion von KW Transistor-Endstufen von 2-30MHz.
Bei Endstufen mit Anpassung mit Hilfe von Schwingkreisen muss man bei
der Dimensionierung der maximal auftretende Spitzenspannungen und
Spitzenströme noch die Güte des Schwingkreises am Ausgang
berücksichtigen.
Deswegen sollten Anpassungskreise eine möglichst geringe Güte aufweisen.
Ralph Berres
Ralph Berres schrieb:> noch die Güte des Schwingkreises
Genau die hohe Güte/Resonanz gibt "schöne" Spitzen, die man kaum
erwartet bei so niedriger Speisespannung.
Mario schrieb:> Das grundsätzliche Problem ist aber nun, das> es sich um kapazitive, resisitive oder induktive Lasten handeln kann.
Eine reine Kapazität oder Induktivität kann mit der Wirkleistung von
25W nichts anfangen. Du brauchst also unbedingt einen
"Schluckwiderstand", der im Notfall 25 W aufnehmen kann...
Bitte präzisiere doch mal die in Frage kommenden Lasten. Diese sollten
durch ein variables Anpassglied, z.B. ein L- Glied, an den
Verstärkerausgang angepasst werden. Alles andere ist Murks.
DH1AKF K. schrieb:> Eine reine Kapazität oder Induktivität kann mit der Wirkleistung von> 25W nichts anfangen. Du brauchst also unbedingt einen> "Schluckwiderstand", der im Notfall 25 W aufnehmen kann...
Hier geht es lediglich darum das die Endstufe bei jeglichen Lasten
stabil bleibt und nicht zerstört werden kann.
Natürlich wird bei einen SWR von unendlich keine Wirkleistung
übertragen.
Das wird der TO wohl auch selber wissen.
Es gibt auf dem Markt Endstufen, welche genau diese Forderungen erfüllen
Amplifier Research z.B. oder Franconia. Alles Endstufen für EMV
Messungen.
Aus dieser Verstärkerserie gibt es welche die lückenlos von 100KHz-1GHz
100W abgeben können. Diese sind absolut stabil gegen jegliche Lasten.
Diese haben auch keinen Schluckwiderstand, und auch keine selektiven
Anpassnetzwerke.
Ralph Berres
foo schrieb:> Das nächste Problem ist, ob und wie lange die Endtransistoren die> reflektierte Leistung aushalten oder ob sie abfackeln.
das ist eigentlich kein Problem, man muss den Transistor nur durch eine
Röhre ersetzen und diese nicht zu knapp dimensionieren.
...damit eine strahlungsgekühlte Senderöhre kaputt geht brauchts rohe
Gewalt (oder einen Hammer)
Schreiber schrieb:> ...damit eine strahlungsgekühlte Senderöhre kaputt geht brauchts rohe> Gewalt (oder einen Hammer)
Na dann betreibe mal eine 1KW Röhrenpa ohne Antenne.
Auf Grund des hohen Übersetzungsverhältnis von Röhreninnenwiderstand zu
Last sind in der Regel die Anpassungskreise relativ schmalbandig und
haben deswegen eine hohe Güte.
Wenn die Last da mal fehlt!! Dann kannst du mal sehen wie es funkt und
kracht.
Solche breitbandigen unkaputtbaren Endstufen kann man eigentlich nur mit
sowohl in der Spannung als auch dem Strom und Leistung
überdimensionierten Endtransistoren bauen. So wird es auch in der Regel
gemacht.
Heute gibt es eigentlich keinen ernsthaften Grund mehr Endstufen mit
Röhren aufzubauen. Den heutigen modernen LD-Mos Transistoren kann keine
Röhre mehr das Wasser reichen.
Ralph Berres
DH1AKF K. schrieb:> Diese sollten durch ein variables Anpassglied, z.B.> ein L- Glied, an den Verstärkerausgang angepasst werden.
Das ist nicht immer praktikabel.
> Alles andere ist Murks.
Das ist, höflich formuliert, nicht richtig.
Es gibt z.B. Anwendungen für breitbandige Ultraschalltechnik;
die Transducer sind dann z.B. im Bereich 1MHz...100MHz
einsetzbar und fast reine Kapazitäten. Ein Variometer am
Messkopf ist häufig nicht tolerabel.
Die einzige - und durchaus etablierte - Möglichkeit für diese
Fälle ist die Zwangsanpassung mit Dämpfungsgliedern.
Also muss ich die Schaltung einfach deutlich überdimensionieren und
dann einen gut gekühlten Anpassungswiderstand verwenden?
Woher bekomme ich Infos z.B. über die breitbandigen
Ultraschallendstufen? Eine kapazitive Last scheint das größte Problem
darzustellen, resistive Lasten sind gutmütig und bei induktiven Lasten
gibts genug Material, da Motoren und Lausprecher häufige Anwendungen und
anscheinend auch nicht ganz so problematisch wie kapazitive Lasten sind.
Bei meiner Anwendung handelt es sich um (universitäres) Messequipment.
Eine Anpassung wärend der Aufnahme eines Frequenzganges ist leider nicht
wirklich möglich, sehr wohl aber eine Kalibrierung vor den Messungen an
einer bekannten Last. Der Frequenzgang muss also nicht wirklich perfekt
linear sein, aber möglichst reproduzierbar. Und das Teil muss wirklich
robust sein, im Laboreinsatz werden keine Gefangenen gemacht!
Mario schrieb:> Das grundsätzliche Problem ist aber nun, das> es sich um kapazitive, resisitive oder induktive Lasten handeln kann.Mario schrieb:> Eine kapazitive Last scheint das größte Problem> darzustellen,
Vielleicht schreibst du uns erst mal wie die Last tatsächlich aussieht,
bei welche du 25W reinschieben willst.
Wenn es sich um einen Piezoelement handelt, habe ich das Gefühl. das bei
15MHz und 25W riesige Ströme fließen müssen. Da wirst du eine
breitbandige Endstufe schon verdammt überdimensionieren müssen, oder du
kommst um ein Anpassungsnetzwerk nicht drum herum.
Warum muss man immer den TOs die Würmer einzeln aus der Nase ziehen?
Warum kann man nicht von Vorne herein schreiben um was es konkret geht?
Ralph Berres
Mario schrieb:> Als Teil meiner Diplomarbeit muss ich eine Verstärkerstufe mit möglichst> geradem Frequenzgang von 5 bis 15MHz und einer Ausgangsleistung von min.> 25W (Dauerbetrieb) bauen.
Es ist ein Messgerät. Da kann man nicht so genau sagen was da
angeschlossen wird, die Spezifikationen sind auch eher willkürlich
festgelegt worden, aber daran werde ich mich wohl halten müssen wenn ich
fertig werden will...
Mario schrieb:> Es ist ein Messgerät. Da kann man nicht so genau sagen was da> angeschlossen wird, die Spezifikationen sind auch eher willkürlich> festgelegt worden, aber daran werde ich mich wohl halten müssen wenn ich> fertig werden will...
Du must aber irgendwelche Lastgrenzen angeben. Oder willst du die 25W
auch an 0,1 Ohm abgeben? Dann müsstest du riesige Ströme bereitstellen
können, oder
willst du 25W an 100Kohm bereitstellen. Dann benötigst du eine
Hochspannungsendstufe.
Wenn du eine kapazitive Last von 100nF hast und dann bei 25MHz 25Watt
liefern willst dann sind die Ströme auch riesig groß.
Also irgendwelche realistischen Randbedingungen must du schon zugrunde
legen.
Ralph Berres
Ralph Berres schrieb:> Du must aber irgendwelche Lastgrenzen angeben. Oder willst> du die 25W auch an 0,1 Ohm abgeben? Dann müsstest du riesige> Ströme bereitstellen können, oder willst du 25W an 100Kohm> bereitstellen. Dann benötigst du eine Hochspannungsendstufe.
Der Einwand ist einerseits berechtigt, andererseits aber auch
merkwürdig: Ein 1kW-Motor gibt das eine Kilowatt auch nicht
unter beliebigen Bedingungen ab, sondern nur im Nennarbeitspunkt.
Dementsprechend verstehe ich die Angabe "25W" auch als
Nennleistung bei Anpassung.
Dass es unmöglich ist, unter beliebigen Lastbedingungen
25W (Watt! also Wirkleistung!) abzugeben, sieht man sofort,
wenn man in Gedanken einen hochwertigen Kondensator an den
Ausgang anschließt. Die notwendige Blindleistung übersteigt
dann schnell jedes sinnvolle Maß.
Possetitjel schrieb:> Dementsprechend verstehe ich die Angabe "25W" auch als> Nennleistung bei Anpassung.
Ich würde eine Endstufe auch so dimensionieren. Vielleicht so
überdimensionieren, das sie bei beliebigen Lasten zwar nicht die
Leistung abgibt, aber wenigstens nicht zerstört wird, oder runterregelt.
So kenne ich es von Endstufen für EMV Einstrahlmessungen.
5-15MHz 25W ist ja noch halbwegs human und auch mit normalen Mitteln
hinzubekommen.
Viel aufwendiger und teuerer wird es schon wenn es 10KHz bis 1GHz mit
100W oder mehr sein soll. Nicht umsonst kosten solche Verstärker locker
20000 Euro.
Ralph Berres
