Verstärker mit steigendem Phasengang, was bedeutet das?

Hier die Kurven bei -20dB (also nach einem Einschalten) und dann noch 
mit +20dB (Bis zum Anschlag hochgetaktete Verstärkung).

Vp=5,0V
Rload=9,5 Ohm
Vin=200mVss
und adequat abgeblockt an Vp und SVR. Allerdings Steckbrett.

Ist unabhängig von Last und Eingangspegel. Das Ausgangssignal ist 
differentiell gemessen. Der Slave hängt halt minimal hinterher.

ArnoR schrieb:
> Ja, möglich. Das Programm kann oben nicht weiter plotten und fängt
> einfach unten wieder an.

Das liegt nicht nur am Programm. Es ist messtechnisch schlicht
unmöglich, zwischen den Phasenverschiebungen φ und φ+360° zu
unterscheiden. Das geht höchstens auf mathematischem Wege, wenn der
Aufbau der Schaltung genau bekannt ist.

> Aber es war ja noch nicht ganz beim TOP-Wert von 180°.

Das liegt an den diskreten Messpunkten (40/Dekade). Der letzte Messwert
vor dem scheinbaren Sprung ist +160° der nächste -180° bzw. +180°. Ich
habe den Kurvenabschnitt nach dem Sprung mal grafisch um 360° nach oben
verschoben und das fehlende Stück (mit eine roten Klammer markiert)
linear interpoliert. So sieht man, dass der Phasenverlauf tatsächlich
kontinuierlich ansteigt.

Diese Verschiebung könnte prinzipiell auch die Software selber
vornehmen, wenn sich zwei benachbarte Messpunkte um mehr als ±180°
unterscheiden und im Amplitudenverlauf nichts auf eine Resonanz
hindeutet. Die meisten Mess- und Simulationsprogramme (bspw. auch die
ganzen Spice- Visualisierungmodule) tun dies aber nicht.

Edit:

Habe gerade gesehen, dass LTspice die Phase defaultmäßig kontinuierlich
anzeigt. Man kann aber auch in den "springenden" Modus umschalten, wo
die Werte auf ±180° normiert werden.

Yalu, deine Ideen und Visualisierungen sind immer sehr hilfreich! Mir 
war schon klar, daß es letztlich die Laufzeit durch das Target ist, was 
den Sprung verursacht.

Aber warum die Phase ansteigt, muß ich später noch erforschen. Ich meine 
mich zu erinnern, daß alle von ArnoR als gut befundene Entwürfe von 
Verstärkern immer eine fallende Phase haben. Das verstehe ich momentan 
einfach nicht.

Arno: Der Amplitudenverlauf entspricht doch aber deinen Vorstellungen, 
oder? Hat ja die 20dB/Dekade abfallend.
Und dann wolltest du noch eine monotonen Phasenverlauf. Was ist sonst 
noch vorteilshaft?

Der TDA8551 hat allerdings merkliche Übernahmeverzerrungen. Das wird dir 
nicht gefallen.
Wenn du willst, kann ich dir ein oder zwei schicken. Falls du da 
Interesse hast.

Die Darstellung ist die vom Digilent Analog Discovery. Bislang hatte ich 
keinerlei Einwände bei anderen untersuchten passiven Bauelementen. Das 
ist allerdings das erste aktive Bauelement.

Phasen müssen immer fallen, sonst könnte man in die Zukunft schauen.

Wenn man den Phasengang differenziert kommt man auf die Gruppenlaufzeit.

Delta F/Delta Phi

 Bei ansteigender Phase würde diese negativ werden.

Was möglich wäre wenn innerhalb einer abfallenden Phasenverlauf ein 
kleines Stück wieder ansteigt. Sie kann aber niemals negativ werden

Ralph Berres

> der quasi kontinuierlich steigend ist.

Vermutlich Messgerät falsch angeschlossen (Eingang/Ausgang vertauscht).
Einfach einen 10kHz RC-Tiefpass zum Vergleich vermessen.

Helmut S. schrieb:
>> der quasi kontinuierlich steigend ist.
>
> Vermutlich Messgerät falsch angeschlossen (Eingang/Ausgang vertauscht).

Wie soll das gehen bei einer aktiven Schaltung?


> Einfach einen 10kHz RC-Tiefpass zum Vergleich vermessen.

Ja, manchmal back to the basics ist gut, wenn man den Wald vor lauter 
Bäumen nicht mehr sieht. Also gemacht: Phase steigt an, also induktives 
Verhalten, Zeitverzögerung, Zukunft da wo sie hingehört.
Und warum fällt die Phase bei den z.B. ArnoR Transistorgrundschaltungen?

Muß jetzt erstmal den WAF anheben gehen durch Schrankbauen...

> Also gemacht: Phase steigt an,

Dann ist der Fall ja klar. Die Software des Messgerätes hat einen Bug.

Abdul K. schrieb:
> Also gemacht: Phase steigt an, also induktives
> Verhalten, Zeitverzögerung

wieso hat eine Induktivität steigende Phase? sie fällt genauso wie bei 
einer Kapazität.

Es ist egal ob du ein Tiefpass oder Hochpass mit einen R und L oder 
einen R und C aufbaust. In allen Fällen fällt die Phase.

Bei einen Tiefpass von 0° auf -90° bei einen Hochpass von 90 ° auf 0°

simuliere einfach mit LTspice die vier Passarten.

Ralph Berres

Die Phase fällt egal wie viel Hochpässe und Tiefpässe man hintereinander 
schaltet.

Das Vorzeichen der Phase ist einfach verkehrt herum. Ansonsten sieht der
Phasenverlauf unterhalb von 1,4MHz ja ganz gut aus und entspricht – wie
auch der Amplitudenverlauf – in etwa dem eines Tiefpasses 1. Ordnung mit
eine Grenzfrequenz von 140kHz.

Rechts davon wird's aber sehr komisch:

Der abfallende Amplitudenverlauf macht plötzlich einen Knick und
verläuft danach horizontal. Analoge Schaltungen haben normalerweise
keine Knicke im Frequenzgang.

Die Phase geht ab 1,4Mhz immer steiler nach oben (bzw. nach unten, wenn
man das Vorzeichen korrigiert), und zwar stärker, als es bei einer
konstanten Totzeit der Fall wäre. Da eine Analogschaltung normalerweise
keine Totzeit hat und in diesem Bereich anhand des Amplitudenverlaufs
auch keine Resonanz erkennbar ist, kann also auch der Phasenverlauf
nicht stimmen.

Ich würde mal so frei weg behaupten:

1. Das falsche Vorzeichen der Phase ist ein Softwarefehler.

2. Das Messsystem stößt bei höheren Frequenzen und den damit verbundenen
   kleinen Ausgangsamplituden des Verstärker einfach an seine Grenzen.

@Abdul:

Weißt du, wie das Digilent-System diese Frequenzgänge ermittelt?

Wird da ein Sinussignal mit zeitlich variabler Frequenz erzeugt und für
jeden Frequenzpunkt nacheinander die Amplitude und die Phase gemessen?

Oder wird ein Signal erzeugt, das alle interessierenden Frequenzen auf
einmal enthält (also bspw. eine Sprungfunktion oder ein ausreichend
niederfrequenter Sägezahn), und das gemessene Ausgangssignal des
Verstärkers per Fourier-Tranformation ausgewertet?

Der horizontale Amplitudenverlauf oberhalb von 1,4Mhz könnte ein
Softwareproblem sein: Werte unterhalb des Diagrammsbereichs werden
einfach durch den kleinsten darstellbaren Wert (in diesem Fall -40dB)
ersetzt.

Es könnte aber auch sein, dass die -40dB dem kleinstmöglichen von null
verschiedenen Messwert (also 1 LSB) des ADC entsprechen. Der ADC hat
laut Produktbeschreibung eine Auflösung von 14 Bit und damit einen
Dynamikumfang von 84dB. Der aufgenommene Frequenzgang belegt nur einen
Bereich von 20dB (-40db bis -20dB), weswegen der ADC eigentlich noch
viel Reserve haben sollte. Aber vielleicht musst du – wie auch bei jedem
gewöhnlichen Oszi – irgendwo eine passende analoge Eingangsverstärkung
einstellen, damit der Dynamikumfang des ADC bestmöglich genutzt wird?

Der Dr*ck machte bislang auf mich einen sehr guten Eindruck. Ich möchte 
das Teil eigentlich nicht mehr missen. Vor allem genial wenn man 
Mixed-Mode Projekte hat, da man analoge Kanäle synchron zu digitalen 
Signalen darstellen kann.

Die Messart ist irgendwo dokumentiert: Der interne FG stepped durch alle 
Frequenzen mit der eingestellten Schrittweite. Bei jeder Frequenz wartet 
die Software einige Zeit, damit sich das zu untersuchende Objekt 
einschwingen kann. Dann machen die ADCs (Messung vor dem Target und 
Messung nach dem Target) einen kleinen Samples-Speicher voll und danach 
folgt ne FFT des Speichers. Die komplexe FFT liefert dann anscheinend 
Amplitude und Phase und wirkt gleichzeitig als Trackingfilter. Danach 
kommt der nächste Frequenzstep. Nebenher mißt es noch den THD beider 
Analogkanäle und kann so entscheiden, ob die gewählte Amplitude passend 
ist.
Das der Pegel paßt, habe ich natürlich kontrolliert. Oben schrieb ich ja 
schon, daß die Kurve nicht sonderlich vom gewählten Pegel abhängt.

Bis 5MHz hat es einen Meßfehler von -0,5dB, bei 30MHz ist der -3dB 
Punkt.

Bevor ich frage, habe ich immer schon diverse Fehlermöglichkeiten 
abgecheckt. Könnt ihr mir glauben (oder auch nicht).

Ich werds später noch weiter untersuchen.


> Der Phasengang eines linearen Systems sollte unabhaengig
von der Amplitude sein.

Ist so falsch.


So, dann werde ich dank Helmut erstmal den Phasengang meines Hirns erden 
gehen!

So, Yalu hat mit dem Vorzeichen recht. Vielleicht wirds bei der nächsten 
Release besser.

egonotto schrieb:
> Hier nochmal L=5mH und C=43nF in Serie geschaltet.

wie am Ausgang gemessen? Liegt da noch ein R in Reihe an dem die 
Spannung gemessen wurde?

Ich hätte eigentlich erwartet das der Phasengang von +90° auf -90° fällt 
und bei 0° die Resonanzfrequenz ist. Weil bei der Resonanzfrequenz heben 
sich die beiden imaginären Blindanteile auf, und es kann nur 0° 
rauskommen.

Ralph Berres

> Ich hätte eigentlich erwartet das der Phasengang von +90° auf -90° fällt
und bei 0° die Resonanzfrequenz ist.

Es wird nicht am Widerstand sondern am Kondensator gemessen. Deshalb 
stimmt der Phasenverlauf von 0° nach -180° aus der Messung.

In der Komponente Impedance Analyzer stimmt die Darstellung bis auf den 
Vorzeichenfehler. Mit dem kann ich leben.
In der Komponente Network Analyzer ist kein Vorzeichenfehler. 3.4.7 hat 
den Impedance Analyzer nicht mehr bzw. noch nicht wieder drin.
Ich habe keine Ahnung, wieso sie die Software auf Version 3 angehoben 
haben. Vielleicht wegen 64Bit Systemen. Vielleicht ist ihnen auch der 
vorherige Programmierer weggelaufen, denn die Darstellung im GUI war in 
der Version 2 deutlich schöner.

@Helmut:
Wenn du mit vertauschen meintest, den Referenzkanal mit dem Ausgang zu 
tauschen, habe ich probiert. Danach stimmt die Phase, dafür ist die 
Amplitude  invers ;-)
Die differentiellen Eingänge tauschen hatte ich schon vorher probiert. 
Das bringt in allen vier Möglichkeiten gar nichts.

Naja, was solls. Alles geklärt. Danke!

Was ist dann eigentlich die höchste Phase die auftreten kann in einem 
linearen System? 180° für eine Invertierung?

Abdul K. schrieb:
> Was ist dann eigentlich die höchste Phase die auftreten kann in einem
> linearen System? 180° für eine Invertierung?

ddie maximal mögliche Phasenänderung hängt von der Anzahl der im System 
vorhandenen Speicherglieder ab.

Man kann grob sagen pro Speicherglied ( L oder C ) liegt das Maximum bei 
90°.

Wenn z.B. man ein Hochpass dritter Ordnung betrachtet dann kann die 
Phasenverschiebung bei maximal 270° beginen.

Ralph Berres

Abdul K. schrieb:
> Was ist dann eigentlich die höchste Phase die auftreten kann in einem
> linearen System? 180° für eine Invertierung?

Dei maximale Phasenvesrchiebung ist +/-n*90°. Bei einem Tiefpass 9. 
Grades sind das -810°. Natürlich kann man das nur messen, wenn man bei 
ganz tiefen Frequenzen beginnt und dann mit genügend vielen Messpunkten 
kontinuierlich in Richtung hohe Frequenzen misst.
Hat man nur einen Messpunkt, dann kann man nur +/-180° messen da man die 
Verschiebung um ein Vielfaches von 360° nicht erkennen kann.

Ah ja, mehrfache Hochpässe, stimmt.