Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Hf Spannungsverstärker


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von Nic (Gast)


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Hallo zusammen,
Ich habe Folgendes Problem: ich habe ein Hochfrequenzsignal von einem 
Arduino (200kHz) um Bits zu übertragen, jedoch muss ich dieses Signal 
über ein 30 m langes Kabel schicken. zur Sicherheit würde ich deshalb 
das Signal auf circa 30 V erhöhen, heißt also 5 V auf 30 V umwandeln, 
damit ich eine sichere Datenübertragung habe.

Ich habe es bereits mit einem Operationsverstärker versucht, jedoch ist 
die Bandbreite viel zu gering, und Hf Operationsverstärker sind zu 
teuer.

Nun habe ich mir vor allem nochmals die Basisschaltung von Transistoren 
angeschaut. Jetzt stellt sich die Frage ob man diese Basisschaltung, wie 
eine im Anhang zu sehen ist, ebenfalls mit einem Mos Fet umsetzen kann , 
da Transistoren ebenfalls zu geringe Bandbreiten besitzen, und diese 
Bandbreiten für Mos Fets kein Problem sind.

Falls jemand den Kommentar bringen sollte dass ich mich doch gefälligst 
selbst informieren soll, dass habe ich bereits getan ansonsten würde ich 
mich hier wohl kaum melden …

: Verschoben durch Moderator
von Jörg W. (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite


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200 kHz ist noch keine HF. :)

Klar kann man einen FET auch in Gateschaltung betreiben, aber was 
versprichst du dir davon?

Das sinnvollste für dich wären vermutlich Leitungstreiber und 
-empfänger, a la AM26LS31/26LS32.

von ArnoR (Gast)


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Nic schrieb:
> ich habe ein Hochfrequenzsignal von einem
> Arduino (200kHz) um Bits zu übertragen, jedoch muss ich dieses Signal
> über ein 30 m langes Kabel schicken. zur Sicherheit würde ich deshalb
> das Signal auf circa 30 V erhöhen, heißt also 5 V auf 30 V umwandeln,
> damit ich eine sichere Datenübertragung habe.

1V/m Verlust? Nee so ist das nicht. Ein bisschen verstärken ist ja i.O. 
und wird zur Anpassung auch gebraucht, aber nicht auf 30V. Viel 
wichtiger ist es, den Verstärker am Kabelanfang und den Empfänger am 
Kabelende auf die Kabelimpedanz anzupassen. Die tollste Verstärkung 
nützt dir nämlich nichts, wenn dein Signal nicht mehr erkennbar ist.

Die Bandbreite des Verstärkers muss so groß sein, dass es keine 
unzulässigen Signalverformungen gibt, also mindestens 2MHz, eher etwas 
mehr.

von Nic (Gast)


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Jörg W. schrieb:

> Klar kann man einen FET auch in Gateschaltung betreiben, aber was
> versprichst du dir davon?


Ich hätte es auf diese Weise getan weil es für mich im Moment am 
einfachsten erscheint und ich mit der Gate-Schaltung die Spannung auf 
30V erhöhe und ich nur ein Signal habe, dass ich verstärken muss. Zudem 
ist es auch am billigsten, da ich noch Mos Fets habe.

von Nic (Gast)


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ArnoR schrieb:
> Die tollste Verstärkung nützt dir nämlich nichts, wenn dein Signal
> nicht mehr erkennbar ist.
>
> Die Bandbreite des Verstärkers muss so groß sein, dass es keine
> unzulässigen Signalverformungen gibt, also mindestens 2MHz, eher etwas
> mehr.

Genau deshalb würde ich die 30 V als Bezugsspannung wählen da es 
ebenfalls möglich wäre, dass ich längere Kabel als 30 m benutzen muss . 
Die Sache mit den unzulässigen Signalverformungen habe ich auch 
betrachtet und bin so auf den Mosfet gekommen, da dieser sehr geringer 
Schaltzeiten besitzt und somit das Signal theoretisch einwandfrei 
übergeben wird.
Das ist mein Gedanke , ich weiß jedoch nicht ob ich falsch liege.

von RS-422 ? (Gast)


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Die Bandbreite darf aber auch nicht zu hoch sein. Die Oberwellen der 
Rechtecksignale ergeben Reflektionen und Störstrahlung.

Die RS-422 Treiber wurden doch genau für dieses Problem entwickelt.

von Jörg W. (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite


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Nic schrieb:
> da dieser sehr geringer Schaltzeiten besitzt und somit das Signal
> theoretisch einwandfrei übergeben wird

Bei 200 kHz könnte das sogar noch passen, denn das ist, wie ich eingangs 
schrieb, ohnehin keine HF, sondern nur bessere NF.  Die Wellenlänge auf 
einer Leitung beträgt bei dieser Frequenz ca. 1 km, d.h. deine paar 
Meter sind noch „elektrisch kurz“, sodass du dir um Dinge wie 
Reflektionen am Leitungsende noch keine Gedanken machen müsstest.

Trotzdem hielte ich fertige Treiber und Empfänger für die sinnvollste 
Lösung, wenn du nicht gerade nur des Lernens wegen einen Verstärker 
bauen willst.

von Jörg W. (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite


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Welche MOSFETs wolltest du überhaupt benutzen?

von Ben B. (Firma: Funkenflug Industries) (stromkraft)


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MAX232 ggf. mit geschirmtem Kabel wäre mein Favorit. Ansonsten irgendwas 
in Richtung RS-485, was z.B. bei DMX512 zum Einsatz kommt.

von Nic (Gast)


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Jörg W. schrieb:
> klar kann man einen FET auch in Gateschaltung betreiben, aber was
> versprichst du dir davon?
>
> Das sinnvollste für dich wären vermutlich Leitungstreiber und
> -empfänger, a la AM26LS31/26LS32.

Danke für diesen Tipp, ich werde jetzt doch diesen Baustein benutzen. 
Weil das dann mit Sicherheit funktioniert. :D

von Nic (Gast)


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Apropos, gibt es auch bei 200 kHz eine elegantere Variante eine 
Differenz zwischen zwei Potentialen zu verstärken, als mit einen 
Differenz Operationsverstärker?

von Dergute W. (derguteweka)


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Moin,

Nic schrieb:
> Apropos, gibt es auch bei 200 kHz eine elegantere Variante eine
> Differenz zwischen zwei Potentialen zu verstärken, als mit einen
> Differenz Operationsverstärker?

Man wird's kaum glauben, aber: Mit einem Differenzverstaerker?
Den kann man z.b. auch mit einer Doppeltriode, vielleicht der ECC85, 
aufbauen, wenn man keinen Operationsverstaerker haben will. Oder mit 2 
Transistoren...

Gruss
WK

von Purzel H. (hacky)


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Was soll an so einem nicht gut sein ? Du solltest dir im Klaren sein, ob 
du Analog oder digital arbeiten willst. Resp ob es sich um analogsignale 
oder digitalsignale handelt.


Bei einem Differenzsignal muss uebrigens der GND mitgezogen werden, wird 
also ein 3 poliges Kabel benoetigt.

von jemand (Gast)


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Name H. schrieb:
> Bei einem Differenzsignal muss uebrigens der GND mitgezogen werden, wird
> also ein 3 poliges Kabel benoetigt.

Bitte was?

von Christian S. (roehrenvorheizer)


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Hallo,

den Eingang einer Leitung schließt man besser über eine 
Kollektorschaltung an und schließt das andere Ende mit dem 
Wellenwiderstand ab.

MfG

von Christoph db1uq K. (christoph_kessler)


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Ich hätte auch erst mal an RS422/485-Treiber und Empfänger gedacht, die 
gibt es seit Jahrzehnten.
http://category.alldatasheet.com/index.jsp?Searchword=RS485
da kommen vor allem die Typen von Linear Technology, aber die anderen 
früheren von Motorola und Texas sollte es auch noch geben, viele 
pinkompatibel.
LTC1480 LTC1483 u.ä. meistens irgendwie mit der 485 im Namen.

von Stefan S. (chiefeinherjar)


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Jörg W. schrieb:
> Bei 200 kHz könnte das sogar noch passen, denn das ist, wie ich eingangs
> schrieb, ohnehin keine HF, sondern nur bessere NF.  Die Wellenlänge auf
> einer Leitung beträgt bei dieser Frequenz ca. 1 km, d.h. deine paar
> Meter sind noch „elektrisch kurz“, sodass du dir um Dinge wie
> Reflektionen am Leitungsende noch keine Gedanken machen müsstest.

Korrigiert mich bitte, wenn ich falsch liege, aber ist bei digitalen 
Signalen nicht die Anstiegszeit der kritische Parameter?
Ich meine, selbst bei 100 Hz Takt aber Flankensteilheiten im ps-Bereich 
hätte ich doch - bei falschem Abschluss - massive Reflexionen und 
(schlimmstenfalls) doppelte low-high-Übergänge (bspw beim Takt des SPI).

Ich bin hier mal davon ausgegangen, dass die Daten nicht moduliert 
sondern direkt übertragen werden sollen.

von ArnoR (Gast)


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Stefan S. schrieb:
> Korrigiert mich bitte, wenn ich falsch liege, aber ist bei digitalen
> Signalen nicht die Anstiegszeit der kritische Parameter?

Ja, deswegen schrob ich oben, dass der TO etwa 2MHz oder mehr Bandbreite 
einkalkulieren sollte. Der genaue Wert hängt natürlich von den 
Ansprüchen an die Formtreue des übertragenen Signals ab.

von Egon D. (egon_d)


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Stefan S. schrieb:

> Jörg W. schrieb:
>> Bei 200 kHz könnte das sogar noch passen, denn das
>> ist, wie ich eingangs schrieb, ohnehin keine HF,
>> sondern nur bessere NF.  Die Wellenlänge auf einer
>> Leitung beträgt bei dieser Frequenz ca. 1 km, d.h.
>> deine paar Meter sind noch „elektrisch kurz“, sodass
>> du dir um Dinge wie Reflektionen am Leitungsende
>> noch keine Gedanken machen müsstest.
>
> Korrigiert mich bitte, wenn ich falsch liege, aber
> ist bei digitalen Signalen nicht die Anstiegszeit
> der kritische Parameter?

Das stimmt.

Jörgs Argumentation ist zwar praktisch zutreffend,
aber theoretisch nicht ganz astrein :)

Man müsste die Länge der Flanke (=Anstiegszeit mal
Ausbreitungsgeschwindigkeit) in Beziehung zur
Leitungslänge setzen. Alternativ nimmt man die
Wellenlänge der höchsten noch zu übertragenden
Harmonischen.

von nachtmix (Gast)


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Nic schrieb:
> zur Sicherheit würde ich deshalb
> das Signal auf circa 30 V erhöhen, heißt also 5 V auf 30 V umwandeln,
> damit ich eine sichere Datenübertragung habe.

Unfug, das schafft nur zusätzliche Probleme.
Du kannst das Signal problemlos mit den bereits erwähnten RS-422 
Treibern und Empfängern über eine gewöhnliche Telefonleitung (twisted 
pair) übertragen. Die physikalischen Enden der Leitung (also nicht 
unbedingt an den Positionen Sender und Empfänger) solltest du mit einem 
Widerstand (z.B. 150 Ohm) abschliessen.
Vor 30+ Jahren haben wir so schon zuverlässig 1,8MBit/s Signale über 
mehr als 100m übertragen.

von Sven B. (scummos)


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Stefan S. schrieb:
> Jörg W. schrieb:
>> Bei 200 kHz könnte das sogar noch passen, denn das ist, wie ich eingangs
>> schrieb, ohnehin keine HF, sondern nur bessere NF.  Die Wellenlänge auf
>> einer Leitung beträgt bei dieser Frequenz ca. 1 km, d.h. deine paar
>> Meter sind noch „elektrisch kurz“, sodass du dir um Dinge wie
>> Reflektionen am Leitungsende noch keine Gedanken machen müsstest.
>
> Korrigiert mich bitte, wenn ich falsch liege, aber ist bei digitalen
> Signalen nicht die Anstiegszeit der kritische Parameter?
> Ich meine, selbst bei 100 Hz Takt aber Flankensteilheiten im ps-Bereich
> hätte ich doch - bei falschem Abschluss - massive Reflexionen und
> (schlimmstenfalls) doppelte low-high-Übergänge (bspw beim Takt des SPI).

Ja, schon, aber man kann ja dann an die Enden einen geeigneten Tiefpass 
setzen.

von flo do (Gast)


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Doch geht es hier im Grunde "nur" um unipolare 0en und 1en, oder?
Ich begreife nicht, wozu man hier einen linearen Verstärker will.
Und auch nicht, was daran differentiell sein soll, muß, wird...

Ohne jede Ahnung sollte man vielleicht tatsächlich einfach das für
einen best. Zweck benutzen, was man sich bei anderen abgucken kann.

Also recherchieren, wie andere das Gleiche (evtl. auch sehr ähnliche
Dinge) eben umsetzen. Alternativ lernen, was nun was ist und wie dies
und jenes zusammenhängt und funktioniert ---> weit mehr Arbeit.

Bei dem Durcheinander komm ich jedenfalls auch ganz durcheinander.
Aber man muß doch so ein scheinbar einfaches Problem lösen können?

von Michael M. (michaelm)


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Nic schrieb:
> jedoch muss ich dieses Signal
> über ein 30 m langes Kabel schicken.

Wie sieht dein Kabel denn aus? Oder hast du mindestenes eine Idee dazu?

von Jörg W. (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite


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Sven B. schrieb:
> Ja, schon, aber man kann ja dann an die Enden einen geeigneten Tiefpass
> setzen.

Üblicherweise an den Anfang: slew rate limiting, d.h. man erzeugt 
absichtlich geringere Flankensteilheiten.

von Sven B. (scummos)


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Jörg W. schrieb:
> Sven B. schrieb:
>> Ja, schon, aber man kann ja dann an die Enden einen geeigneten Tiefpass
>> setzen.
>
> Üblicherweise an den Anfang: slew rate limiting, d.h. man erzeugt
> absichtlich geringere Flankensteilheiten.

Ok. Am Ende finde ich aber auch (zusätzlich) nicht schlecht, weil es 
HF-Einkopplungen vor dem Empfänger wegfiltert.

von Nic (Gast)


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Michael M. schrieb:

> Wie sieht dein Kabel denn aus? Oder hast du mindestenes eine Idee dazu?

Es wird ein Patchkabel.

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