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Forum: HF, Funk und Felder NPN-Basisschaltung - Simulation & Wirklichkeit


Autor: Günter W. (gnter_w659)
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Hallo,

ich habe angehängte Schaltung in LTSpice simuliert und anschließend in 
Lötinseltechnik mit 1206/1210er Bauteilen aufgebaut. Der Transistor 
BF199 ist "auf Beinchen".

Leider wurde die erwartete Verstärklung von ca +6dB (1MHz-100Mhz) nicht 
erfüllt.
Lt. meinem Spektrumanalyzer (OWON XSA1015-TG) wird ab ca 8MHz eine 
Verstärkung von ca +3dB erreicht.

Mir ist klar dass die Simulation nicht zu 100% passen kann.

Nicht klar ist mir hingegen:

1) warum ist die Verstärkung soweit von der Simulation entfernt (die 
Kurven sind nicht annähernd gleich)?
2) wo kommt der Tiefpass-Effekt ab ca. 8MHz her?

Vielen Dank für Eure Hinweise.

LG
Günter

: Bearbeitet durch User
Autor: Bernhard D. (pc1401)
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Günter W. schrieb:
> Hallo,
>
> ich habe angehängte Schaltung in LTSpice simuliert und anschließend in
> Lötinseltechnik mit 1206/1210er Bauteilen aufgebaut. Der Transistor
> BF199 ist "auf Beinchen".
>
> Leider wurde die erwartete Verstärklung von ca +6dB (1MHz-100Mhz) nicht
> erfüllt.
> Lt. meinem Spektrumanalyzer (OWON XSA1015-TG) wird ab ca 8MHz eine
> Verstärkung von ca +3dB erreicht.
>
> Mir ist klar dass die Simulation nicht zu 100% passen kann.
>
> Nicht klar ist mir hingegen:
>
> 1) warum ist die Verstärkung soweit von der Simulation entfernt (die
> Kurven sind nicht annähernd gleich)?
> 2) wo kommt der Tiefpass-Effekt ab ca. 8MHz her?

Eine Möglichkeit: C3/C4 sind für 100 MHz riesengroß und vermutlich 
längst im induktiven Bereich. Besorge Dir Datenblätter Deiner 
verwendeten Bauteile, nicht irgendwelcher SMD-C's, und wenn möglich die 
SPICE Modelle dazu.
Wahrscheinlich musst Du für den gewünschten Frequenzbereich bei C3/C4 
noch kleinere Cs mit genügend hoher Eigenresonanzfrequenz parallel 
schalten.

Gruß,
Bernhard

Autor: B e r n d W. (smiley46)
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Hallo Günter

Wäre nicht schlecht, wenn du die asc-Datei zur Verfügung stellen 
könntest.

Gruß, Bernd

: Bearbeitet durch User
Autor: Robert M. (r0bm)
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Günter W. schrieb:
> 1) warum ist die Verstärkung soweit von der Simulation entfernt (die
> Kurven sind nicht annähernd gleich)?

Die Simulation zeigt dir die Spannungsverstärkung (ca. 10dB) der Stufe, 
der SA gibt die Leistungsverstärkung (ca. 5dB) an.

> 2) wo kommt der Tiefpass-Effekt ab ca. 8MHz her?

Die Diagrammen sind in dieser Hinsicht etwas verwirrend. Das sieht mehr 
nach der Ausgangswelligkeit des TG an. Hast du vorher normalisiert?

Autor: Hui (Gast)
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Die Dimensioierung nimmt wenig Ruecksicht auf das Konzept. Allenfalls 
mal die Chrakteristiken der Basisschaltung nachschauen.

Autor: nachtmix (Gast)
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Günter W. schrieb:
> Leider wurde die erwartete Verstärklung von ca +6dB (1MHz-100Mhz) nicht
> erfüllt.

Klar.

Günter W. schrieb:
> Lt. meinem Spektrumanalyzer (OWON XSA1015-TG) wird ab ca 8MHz eine
> Verstärkung von ca +3dB erreicht.

So viel?

Bei der Basisschaltung gilt annähernd I_out=I_in, und wenn du auf beiden 
Seiten 50 Ohm realisierst, ist ohne Anpassnetzwerke die "Verstärkung" 
etwas geringer als 0dB.

Spannungsverstärkung kann die Schaltung aber haben, weil der 
Eingangswiderstand am Emitter sehr niedrig ist. Das bewirkt in einer 50 
Ohm Umgebung aber einen hohen Reflexionskoeffizienten.
Wenn du die Reflexion am Eingang mit vielleicht 45 Ohm Vorwiderstand zu 
0 machst (S11=1) bist du wieder bei 0dB Verstärkung.
Alternativ lässt du die Fehlanpassung am Eingang zu, dann wird der Strom 
dort doppelt so hoch und du bekämest knapp 6dB Verstärkung. Vermutlich 
hast du daran gedacht.
Das klappt aber nur, wenn du den 50 Ohm Lastwiderstand am Ausgang 
weglässt, denn der verbraucht die Hälfte der Leistung. Die andere Hälfte 
also knapp 3dB wird im reflexionsfreien Meßkopf verheizt.

Autor: Hui (Gast)
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Versuch mal die Basisschaltung mit 5 Ohm am Eingang laufen zu lassen.

Autor: nachtmix (Gast)
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nachtmix schrieb:
> (S11=1)

Muss natürlich S11=0 heissen. Da war ich gedanklich wohl schon beim 
nächsten Satz.

Autor: nachtmix (Gast)
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Hui schrieb:
> Versuch mal die Basisschaltung mit 5 Ohm am Eingang laufen zu lassen.

Das könnte ungefähr der tatsächliche Eingangswiderstand des Transistors 
sein.
Siehe auch meinen obigen Beitrag.

Autor: Günter W. (gnter_w659)
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Ich antworte hier an "alle":

Danke für Eure konstruktiven Erklärungen. Diese helfen mir mein 
bescheidenes Wissen zu erweitern.

@nachtmix:
Meinst du 5 Ohm in der Simulation oder real? Wie soll letzeres 
funktionieren. Der Trackinggenerator ist mir 50Ohm am Ausgang definiert.

@BerndW
Gerne, die Datei sollte im nun dabei sein.

@Robert
Danke, ich habe wohl nicht sorgfältig genug abgelesen.
Bzg: Normalisierung: Nein, daher sind ein vorher und ein nachher 
Screenshot im Post enthalten.


LG Günter

Autor: Hui (Gast)
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Nun, die Basisschaltung ist nicht wirklich geeignet fuer 
Spannungsverstaerkung. Man kann die Messung so machen, aus Kuriositset, 
sie bringt aber nichts weil man sie so nicht verwendet. Sie wird 
verwendet wenn man eine tiefe Ausgangsimpedanz hat. zB  5 Ohm.

Die Kollektorschaltung zB hat eine Spannungsversterkung von 1. Sie wird 
verwendet wenn man eine hohe Eingangs- und tiefe Ausgangsimpedanz haben 
will.

Autor: Helmut S. (helmuts)
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Die Eingangsimpedanz ist ca. 15Ohm bei dem kleinen Ic von 2mA.
Es fehlen noch die ganzen Zuleitungsinduktivitäten der Bauteile. Die 
sind 0,5nH bis 1nH je mm Leitungslänge. Falls der Generator und das 
Kabel nicht exakt die gleiche Impedanz (50Ohm) haben, hat auch die 
Kabellänge noch einen Einfluss.

Autor: W.S. (Gast)
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Günter W. schrieb:
> Meinst du 5 Ohm in der Simulation oder real?

grrmpf...

Also, bedenke mal, daß du in der Realität doch lieber einen 
Eingangswiderstand von 50 Ohm oder noch mehr und nicht 5 Ohm haben 
willst. Bei Basisschaltung mußt du dann im Kollektorkreis eben mit einem 
deutlichst höheren Lastwiderstand arbeiten, was im Klartext 
"RF-Transformator" anstelle R5 heißt.

Sowas gibt's fertig, zumeist 1:1, aber du bräuchtest wenigstens 4:1.

Und bedenke auch mal deinen Emitterwiderstand. Dort muß nämlich auch der 
Strom hindurch, der (transformiert) durch deine Last fließen soll, also 
mach ihn ein gutes Stück niederohmiger und schalte ne passende 
Induktivität mit ihm in Reihe, damit er dein Eingangssignal nicht 
wegdämpft.

Bei der Gelegenheit kannst du aus R4 auch gleich nen Dämpfungs-Ferrit 
machen.

W.S.

Autor: atthias Kattelmann (Gast)
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Auf alle Fälle scheint ein Fehler in der dB Rechnung unterlaufen zu 
sein. Eine Verstärkung in dB ist eine n-fache Verstärkung in 
logarithmisch, eine Verstärkung in Dbm ist eine absolute Spammumg bzw. 
Leistung. Ich glaube an die Simulation.

Viel Erfolg

Autor: Elektrolurch (Gast)
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Es gibt keine Verstärkungsangabe in dBm.

dBm ist ein absolutes Leistungsmaß. Wobei der Bezugspegel definiert ist: 
0dBm=1mW.

Eine Verstärkung ist das Verhältnis von einer Eingangsgröße zu einer 
Ausgangsgröße eines Zweitors. Also eine dimensionslose Zahl. Auch nach 
einer Logarithmierung in dB bleibt eine Verstärkungsangabe eine 
dimensionslose Zahl. Deshalb ist die Angabe einer Verstärkung in dBm 
schlichtweg Unsinn.

Autor: Matthias K. (kannichauch)
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Vielleicht hatte der Autor ja die Verstärkung korrekt errechnet.
Das hatte nicht geprüft. Ich sah nur die Anzeigewerte in dBm.
Wie kommen(jetzt bei mir) manchmal nur so viele Rechtsschreibfehler 
rein!

MfG

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