HILFE bei Konstruktion eines Hochfrequenz Technik Verstärkers

> Aus einem 50mVpp Eingangssignal soll ein 5mVpp Ausgangssignal werden.

Das sind aber -20dB Verstärkung, also Abschwächung um Faktor 10. Dafür 
benötigt man keinen Verstärker sondern ein Dämpfungsglied bestehend aus 
3 Widerständen.

Hallo,
> Zu_doof_für_die_Welt schrieb:
> ich bin gerade dabei einen Hochfrequenz-Verstärker
Also irgend was oberhalb von 10 GHz.

> Bereich von 80-110 KHz um 20dB zu Verstärken
Das ist aber tiefste NF.

> Aus einem 50mVpp Eingangssignal soll ein 5mVpp Ausgangssignal werden.
Dazu reicht einfacher Spannungsteiler 9:1.

> Die 13 Volt Gleichspannungsquelle ist für die Versorgung fest
> vorgegeben. Da das ganze mit einem aktuellen Transistor gebaut werden
> soll, hab ich mich mal bei Reichelt umgeschaut und bin auf den Infineon
> SMBT 2222A gestoßen.
Und warum Transistor und nicht einfach ein OPV?

Aber oben über dem Datenblatt steht groß:  Switching Transitor!
Ist das Absicht?

> Erste Frage: Der Transistor SOLLTE doch eigentlich
> für das Projekt ausreichen.
Ja, wenn man gerade nix besseres hat, wird das auch gehen.

> Nun gut. Soweit die Gedanken. Nun an die Planung. Alles aufgebaut und...
> Tja... keine Verstärkung. Die 50mV werden sogar weniger. Ich habe euch
> meine Schaltung mitsamt PSpice Simulationsergebnisse mal angehängt. Das
> Datenblatt zum Transistor gibt es hier:
> 
https://www.infineon.com/dgdl/Infineon-SMBT2222A_MMBT2222A-DS-v01_01-en.pdf?fileId=db3a30431441fb5d011445fbaff0018f

Ich verstehe nicht, welche obskuren Umständlichkeiten du in diese 
Schaltung einbaust. Dafür aber einfache Grundprinzipien links liegen 
läßt?
https://de.wikipedia.org/wiki/Vorverst%C3%A4rker
Ganz offensichtlich ist schon das Problem der Arbeitspunkteinstellung in 
deiner Schaltung nicht gelöst. Und was sollen die vielen Drosseln 
bewirken. 1 Ohm im Kollektorzweig ist auch merkwürdig. Und azu ein 1 Ohm 
Einstellregler in der Stromversorgung?
Alles etwas merkwürdig.
Gruß Öletronika

>Also 80-110 MHz & 50mVpp zu 5Vpp !!!

Manoman - da sind ja sämtliche Zahlen verkehr. Da stimmen also noch 
nicht mal die 20dB, sondern es sind gleich mal 40dB.
Da musste schonmal mindestens ein zweistufiges Konzept nehmen. Und mit 
dem 300MHz-Transistor namens SMBT2222A wird das wohl erst recht nix.

ALSO jetzt nochmal die "Key-Points" in richtig:

- 80-110 MHz Eingangssignale
- 40dB Verstärkung -> 50mVpp werden zu 5Vpp verstärkt.
- Falls möglich: Einstufiger-Transistorverstärker

Also 5Vpp@100MHz sollte man mit einem OPV wie den THS3201 an 50Ohm 
hinbekommen. Aber Du willst ja unbedingt einen Transistorverstärker, und 
das auch noch einstufig. Gibt's einen Grund für die geforderte 
Einstufigkeit?

Hallo Günter, danke für Deine Antwort !

Günter Lenz schrieb:
> Fehlanpassung, du belastest den Verstärker mit 50 Ohm,
> der Verstärker hat aber etwa 340 Ohm.

Die 50 Ohm sind quasi vorgegeben, da ich vom Verstärker direkt an ein 
Oszi möchte.

Bau den Verstärker
> erst mal ohne die Filter an Ein- und Ausgang auf.
> Dann testest du ihn mit niedrigen Frequenzen, und dann
> immer höher. Wenn das dann funktioniert kannst du die
> Filter anschließen.

Das mache ich morgen direkt mal. Sollte ich das mit dem selben 
Transistor machen, oder dazu direkt einen anderen auswählen ?

 Was für eine Sprechleistung
> erwartest du? Mehr als 100mW kannst du von dieser
> Schaltung nicht erwarten.

Das sollte doch für den Eingang des Oszilloskops reichen, oder ?

Hallo,

vielleicht kannst Du hier etwas abschauen:

http://www.hcrs.at/TRANMW.HTM

MfG

hinz schrieb:
> Günter Lenz schrieb:
>> Fehlanpassung, du belastest den Verstärker mit 50 Ohm,
>> der Verstärker hat aber etwa 340 Ohm.
>
> Auch eingangsseitig gibts keine Anpassung.
>
>
>
>
>
> Wer stellt solche Aufgaben?


Leider ein Professor. Er meinte, dass sei doch ein leichtes und 
innerhalb von 3-4 Stunden einfach zu erledigen. Ich habe das Semester 
zwar aufgepasst und auch die Klausur bestanden, aber da merke ich 
zumindest mal wieder, wie deutlich der Unterschied zwischen Theorie und 
Praxis doch ist.

hinz schrieb:
> Marius S. schrieb:
>> Die 50 Ohm sind quasi vorgegeben, da ich vom Verstärker direkt an ein
>> Oszi möchte.
>
> Die haben für gewöhnlich 1MOhm//..pF Eingangsimpedanz.

Korrigier mich, wenn ich falsch liege, aber die 50 Ohm habe ich 
eigentlich aus Gründen der Leistungsanpassung gewählt. Koax-Kabel, die 
zum Verbinden / Anschließen des Verstärkers an das Oszi genommen werden 
haben ja auch 50 Ohm.

Hi,

hinz schrieb:
> Zu_doof_für_die_Welt schrieb:
>> Das Ziel ist es, die Schaltung als einstufigen Transistorverstärker zu
>> dimensionieren. Daher soll ich auf OPAmps verzichten.
>
> Kannst du mit 40dB vergessen.

Sehe ich auch so...
Im besten Fall wird am Ende ein Leistungsoszillator herauskommen der 
Wild irgendwo in oder um das Radioband herumschwingt. (Wenn es böse ist 
im Flugfunkband)

Und das "Simulieren" kannst du sowieso vergessen!
Auch wenn sich das bauen von HF-Schaltungen im Bereich von 100MHz von 
ehemals gefühlt "sehr hohen Frequenzen" mittlerweile zu Basteln mit 
"nervösem Gleichstrom" gewandelt hat, so ist es doch immer noch so das 
das Layout selbst eines der wichtigsten Bauteile ist. Gerade bei 
Verstärkern!
Und je höher der Verstärkungsfaktor um so entscheidender ist der 
Einfluss des Layout
Ein und dieselbe Schaltung -aufgebaut nach demselben 100% 
funktionierenden Schaltplan und beidesmal den Schaltplan fehlerfrei 
umgesetzt- kann in einem Fall super funktionieren und im anderen die 
wildesten Sachen machen. Und das nur weil ein oder zwei kleine 
Layoutdetails bei ansonsten weitgehend identsichen Aufbau anders sind.
Und diesen Einfluss zu simulieren ist eine Sache für sich!

Es ist zwar in der Tat so das heute oft auch Schaltungsaufbauten mit 
einigen 100Mhz funktionieren obwohl der Layouter so ziemlich jede 
einzelne HF Designregel missachtet hat. Das liegt aber zu großen Teilen 
an der Verwendung hochintegrierter Bausteine die oft noch weit jenseits 
der "empfohlenen" Bedingungen einigermaßen Stabil funktionieren.

Aber ein Einstufiger Transistorverstärker mit Versträrkungsfaktoren an 
der Grenze des Machbaren ist trotz einer eigentlich überschaubarer 
Anzahl an Bauteilen HF-Analogtechnik pur. DAs über einen gewissen 
Freqeunzbereich stabil zu bekommen ist eine Kunst für sich! Auch wenn 
man die Anforderung wirklich 40dB  GAIN zu erreichen vernünftigerweise 
schnell aufgibt. Auch bei geringeren Faktoren erfordert der stabile und 
reprodzubierbare Entwurf dann doch einiges an Erfahrung. Und die scheint 
mir einfach (noch?) nicht vorhanden zu sein.

Gruß
Carsten

@hinz (Gast)

>Jens G. schrieb:
>> Also 5Vpp@100MHz sollte man mit einem OPV wie den THS3201 an 50Ohm
>> hinbekommen.

>Das sind 0,5W, kann ich mit nicht vorstellen, dass der Kleine das kann.

5Vpp sind doch nur 1,75Veff. Und wenn ich mich nicht verrechnet habe, 
nur reichlich 60mW in den Load. Und da der THS3201 bei richtiger Wahl 
des Packages ein PowerPad hat, kann man damit auch  irgendwas um die 1W 
verbraten.

Marius S. schrieb:
> hinz schrieb:
>> Marius S. schrieb:
>>> Die 50 Ohm sind quasi vorgegeben, da ich vom Verstärker direkt an ein
>>> Oszi möchte.
>>
>> Die haben für gewöhnlich 1MOhm//..pF Eingangsimpedanz.
>
> Korrigier mich, wenn ich falsch liege, aber die 50 Ohm habe ich
> eigentlich aus Gründen der Leistungsanpassung gewählt. Koax-Kabel, die
> zum Verbinden / Anschließen des Verstärkers an das Oszi genommen werden
> haben ja auch 50 Ohm.

Ja, die KAbel haben oft 50 Ohm.
(Wobei die Kabel von z.b. Tastköpfen ganz andere Werte haben, auch bei 
denen wo man den TK selbst absziehen kann und dann ein BNC Innenstück 
(ohne Verriegelung) hat...)

Aber dein Abschluss (Oszi eingang) hat eben gerade KEINE 50 Ohm sondern 
eine Frequenzabhängige Impedanz. Es liegt somit auf jeden Fall eine 
Fehlanpassung vor. Udn die wird durch das Kabel dann noch Längenabhängig 
auf einen anderen Wert transformiert. (Impedanztransformation)
Und Abseits der Theorie kann bedingt durch die endliche Qualität der 
Steckverbindung und Kabel dann bei Bewegung der Komponennten dann noch 
eine verschiebeung der Werte auftreten.
Und dein Verstärker muss bei all dem Stabil bleiben...

Gruß
Carsten

Carsten S. schrieb:
> Hi,
>
> hinz schrieb:
>> Zu_doof_für_die_Welt schrieb:
>>> Das Ziel ist es, die Schaltung als einstufigen Transistorverstärker zu
>>> dimensionieren. Daher soll ich auf OPAmps verzichten.
>>
>> Kannst du mit 40dB vergessen.
>
> Sehe ich auch so...
> Im besten Fall wird am Ende ein Leistungsoszillator herauskommen der
> Wild irgendwo in oder um das Radioband herumschwingt. (Wenn es böse ist
> im Flugfunkband)

Da mein Prof OPAMPS für das Projekt leider kategorisch ablehnt heißt 
das, dass ich ihn von einem mehrstufigem Verstärker überzeugen darf ?

> Und das "Simulieren" kannst du sowieso vergessen!
> Auch wenn sich das bauen von HF-Schaltungen im Bereich von 100MHz von
> ehemals gefühlt "sehr hohen Frequenzen" mittlerweile zu Basteln mit
> "nervösem Gleichstrom" gewandelt hat, so ist es doch immer noch so das
> das Layout selbst eines der wichtigsten Bauteile ist. Gerade bei
> Verstärkern!
> Und je höher der Verstärkungsfaktor um so entscheidender ist der
> Einfluss des Layout
> Ein und dieselbe Schaltung -aufgebaut nach demselben 100%
> funktionierenden Schaltplan und beidesmal den Schaltplan fehlerfrei
> umgesetzt- kann in einem Fall super funktionieren und im anderen die
> wildesten Sachen machen. Und das nur weil ein oder zwei kleine
> Layoutdetails bei ansonsten weitgehend identsichen Aufbau anders sind.
> Und diesen Einfluss zu simulieren ist eine Sache für sich!

Kapiert und gespeichert.

> Es ist zwar in der Tat so das heute oft auch Schaltungsaufbauten mit
> einigen 100Mhz funktionieren obwohl der Layouter so ziemlich jede
> einzelne HF Designregel missachtet hat. Das liegt aber zu großen Teilen
> an der Verwendung hochintegrierter Bausteine die oft noch weit jenseits
> der "empfohlenen" Bedingungen einigermaßen Stabil funktionieren.
>
> Aber ein Einstufiger Transistorverstärker mit Versträrkungsfaktoren an
> der Grenze des Machbaren ist trotz einer eigentlich überschaubarer
> Anzahl an Bauteilen HF-Analogtechnik pur. DAs über einen gewissen
> Freqeunzbereich stabil zu bekommen ist eine Kunst für sich! Auch wenn
> man die Anforderung wirklich 40dB  GAIN zu erreichen vernünftigerweise
> schnell aufgibt. Auch bei geringeren Faktoren erfordert der stabile und
> reprodzubierbare Entwurf dann doch einiges an Erfahrung. Und die scheint
> mir einfach (noch?) nicht vorhanden zu sein.

Die Erfahrung ist tatsächlich noch nicht vorhanden. Aber das Projekt 
soll ja genau dazu dienen. Wäre wünschenswert, wenn ich das 
iiiiirgendwann in einer Firma auch mal alleine kann ;-)

> Gruß
> Carsten

Günter Lenz schrieb:
> Studiere mal diese Schaltung.
>
> http://dl4cs.de/?Amateurfunk-Sender___FM-Transistorsender_fuer_2m
>
> Diese Endstufe arbeitet im C-Betrieb, deine Schaltung arbeitet
> im A-Betrieb.

Danke ! Werde ich morgen ausführlichst machen !

Carsten S. schrieb:
> Marius S. schrieb:
>> hinz schrieb:
>>> Marius S. schrieb:
>>>> Die 50 Ohm sind quasi vorgegeben, da ich vom Verstärker direkt an ein
>>>> Oszi möchte.
>>>
>>> Die haben für gewöhnlich 1MOhm//..pF Eingangsimpedanz.
>>
>> Korrigier mich, wenn ich falsch liege, aber die 50 Ohm habe ich
>> eigentlich aus Gründen der Leistungsanpassung gewählt. Koax-Kabel, die
>> zum Verbinden / Anschließen des Verstärkers an das Oszi genommen werden
>> haben ja auch 50 Ohm.
>
> Ja, die KAbel haben oft 50 Ohm.
> (Wobei die Kabel von z.b. Tastköpfen ganz andere Werte haben, auch bei
> denen wo man den TK selbst absziehen kann und dann ein BNC Innenstück
> (ohne Verriegelung) hat...)
>
> Aber dein Abschluss (Oszi eingang) hat eben gerade KEINE 50 Ohm sondern
> eine Frequenzabhängige Impedanz. Es liegt somit auf jeden Fall eine
> Fehlanpassung vor. Udn die wird durch das Kabel dann noch Längenabhängig
> auf einen anderen Wert transformiert. (Impedanztransformation)
> Und Abseits der Theorie kann bedingt durch die endliche Qualität der
> Steckverbindung und Kabel dann bei Bewegung der Komponennten dann noch
> eine verschiebeung der Werte auftreten.
> Und dein Verstärker muss bei all dem Stabil bleiben...

Okay, ich merke schon, dass das doch etwas fordernder wird, als 
erwartet!

> Gruß
> Carsten


Aber eine grundsätzliche Frage habe ich noch: Mein log. 
Verstärkungsfaktor von 40dB entspricht doch dem linearen 
Verstärkungsfaktor von 100. So, nun schau ich in Datenblätter von 
Transistoren und entdecke immer wieder den Parameter Hfe. Hfe ist doch 
die Verstärkung des Transistors (bei meist nebenstehenden 
Voraussetzungen). Beispiel meines Transistors auf Seite 2 des 
Datenblatts: Hfe von 100 bei Ic von 150 mA und VcE von 10 Volt. 100 
Fache Verstärkung klappt aber mit obiger Schaltung nicht, wenn ich die 
Werte nach den Vorgaben des Datenblatts anpasse. Wo liegt mein 
Denkfehler ?

hinz schrieb:
> Marius S. schrieb:
>> Beispiel meines Transistors auf Seite 2 des
>> Datenblatts: Hfe von 100 bei Ic von 150 mA und VcE von 10 Volt. 100
>> Fache Verstärkung klappt aber mit obiger Schaltung nicht, wenn ich die
>> Werte nach den Vorgaben des Datenblatts anpasse. Wo liegt mein
>> Denkfehler ?
>
> DC vs AC

Stimmt. Steht ja dick DC Characteristics drüber und DC Current Gain an 
der Seite.

nachtmix schrieb:
> Marius S. schrieb:
>> Hfe ist doch
>> die Verstärkung des Transistors
>
> Stromverstärkung genauer gesagt, bei Kurzschluss am Ausgang und NF, also
> keinen Rückwirkungen.
> Bei 100MHz aber ist die Stromverstärkung schon viel kleiner, und die
> Rückwirkungen (Kollektor-Basis-(Miller-)Kapazität, Emitter-Induktivität)
> kann man nicht mehr vernachlässigen.

Danke für die Erklärung :-)

Egon D. schrieb:

> Du hast überlesen, dass im Datenblatt ausdrücklich
> steht: DC current gain. DC ist Gleichspannung bzw.
> Gleichstrom.
> 100 MHz sind kein Gleichstrom mehr.

Yup, dankeschön. Manchmal machen all die schönen Zahlen blind.

> Außerdem -- Behold, I tell you a mystery: Die Strom-
> verstärkung ist die am häufigsten und hartnäckigsten
> missverstandene Größe beim Bipolartransistor.
> Die STROMVERSTÄRKUNG des Transistors bestimmt (zusammen
> mit der Gegenkopplung) den EINGANGSWIDERSTAND (!!) der
> Stufe.
> Die STEILHEIT des Transistors bestimmt (zusammen mit
> der Gegenkopplung) die VERSTÄRKUNG der Stufe.
> Die Stromverstärkung des TRANSISTORS hat nahezu nix mit
> der tatsächlichen Verstärkung der STUFE zu tun (!!).

Totally amazed! Das muss ich mir nochmal genau anschauen ! Hatte ich 
jetzt so gar nicht im Kopf. Danke !!!

Günter Lenz schrieb:
> Diese Endstufe arbeitet im C-Betrieb, deine Schaltung arbeitet
> im A-Betrieb.

wenn er einen Verstärker vor einen Oszillografen schalten will,
nützt ihm C-Betrieb rein garnichts. Er benötigt A-Betrieb.

Carsten S. schrieb:
> Aber dein Abschluss (Oszi eingang) hat eben gerade KEINE 50 Ohm sondern
> eine Frequenzabhängige Impedanz.

Es gibt auch Oszillografen dessen Eingangsimpedanz sich von 1Mohm 13pF 
auf 50 Ohm umschalten lassen. Das sogar teilweise schon bei 100MHz 
Scopes.

Ralph Berres