Varaktordiode: Verzerrungen verhindern durch vorspannen

[Vicky M. (vicky_m)]

Hallo alle zusammen,

wenn man eine Varaktordiode in Sperrichtung betreibt, kann man diese als 
variable spannungsabhängige Kapazität verwenden.

Nun möchte ich in einer Phasenschieberschaltung eine Skyworks SMV1231 
verwenden. Der Eingangspegel beträgt 5dBm. Um verzerrungen zu 
unterdrücken, muss ich die Diode vorspannen. Am besten so hoch, dass das 
Wechselsignal meine Diode nicht in den Leitbereich versetzt.

Stimmt das, was ich schreibe?

Wenn ja, müsste ich doch die Diode in einem 50 Ohm System bei 5dBm (= 
400mV) um ca. 500-600mV Vorspannen. So würde meine Diode nie in den 
Leitbereich kommen, oder?

Oder sollte ich versuchen die Vorspannung noch weiter zu heben, um 
weiter in den linearen Bereich zu kommen?

Vielen Dank für eure Hilfe und ich hoffe ich habe mein Problem 
verständlich erklären können.

Beste Grüße

[Günter Lenz (Gast)]

Vicky M. schrieb:
>muss ich die Diode vorspannen. Am besten so hoch, dass das
>Wechselsignal meine Diode nicht in den Leitbereich versetzt.
>
>Stimmt das, was ich schreibe?

Ja, damit wenig verzerrungen entstehen gibt es auch
noch die antiserielle Schaltung.

https://de.wikipedia.org/wiki/Kapazit%C3%A4tsdiode

[Helmut S. (helmuts)]

> Wenn ja, müsste ich doch die Diode in einem 50 Ohm System bei 5dBm (=
400mV) um ca. 500-600mV Vorspannen. So würde meine Diode nie in den
Leitbereich kommen, oder?

5dBm sind 1,1V Spitze-Spitze. Da müsstest du mindestens 1V Sperrspannung 
nehmen.

[Pandur S. (jetztnicht)]

Allenfalls sind die 5dBm auch etwas hoch. Das Problem ist dass die 
Kapazitaet auch von den Instantanen spannung abhaengt. Bei 5dBm, welches 
vielleicht 2Vpp sind faengt man sich eine nichtlineare Kapazitaet ein. 
Bedeutet die Wellenform ist nicht mehr symmetrisch. Reichen 0dBm nicht ?

[Vicky M. (vicky_m)]

Zitronen F. schrieb:
> Allenfalls sind die 5dBm auch etwas hoch. Das Problem ist dass die
> Kapazitaet auch von den Instantanen spannung abhaengt. Bei 5dBm, welches
> vielleicht 2Vpp sind faengt man sich eine nichtlineare Kapazitaet ein.
> Bedeutet die Wellenform ist nicht mehr symmetrisch. Reichen 0dBm nicht ?

1.)
Ich habe in Schaltung „Varaktor_Test1“ die Varaktordiode eingebunden und 
überprüft. Sollte soweit stimmen.
http://www.skyworksinc.com/uploads/documents/200058Q.pdf

2.)
Anschließend habe ich, wie du vorgeschlagen hast die Schaltung nach dem 
Prinzip der antiseriellen Schaltung aufgebaut, siehe LTSpice 
„Varaktor_Test2“.
Mit diesem Spannungsteiler erziele ich bei 2V Steuerspannung eine 
Sperrspannung der Varaktordioden von 1.2V. Somit könnte ich theoretisch 
mit 5dBm (=1.125Vpp) Eingangssignalen umgehen, oder?


3.)
Wie kann ich in LTSpice nun die Verzerrungen anschauen welche sich 
ergeben wenn ich den Eingangspegel hochschraube? Müsste ich doch eine 
FFT machen und die IIP3 -Produkte anschauen und verrechnen mit

IIP3 = Pin + Intermoduationsabstand/2

4.)
Was ich gerne noch gesehen hätte ist die Kapazitätsänderung bei 
Veränderung der Steuerspanung von 2-15V. Wie mache ich das?
Ich möchte gerne sehen wann ich im linearen Bereich der Kapazitätsdiode 
bin?

[Frauenversteher (Gast)]

Vicky M. schrieb:
> Was ich gerne noch gesehen hätte ist die Kapazitätsänderung bei
> Veränderung der Steuerspanung von 2-15V. Wie mache ich das?

Kuckst Du ins Datenblatt.

[Helmut S. (helmuts)]

Hier die Simulationen.
Beachte, dass die Gesamtkapazität von zwei Dioden in Serie nur halb so 
groß ist.

Den Klirrfaktor habe ich mit .FOUR berechnen lassen. Die Ergebnisse des 
Klirrfaktors stehen im Log-File.

View -> SPICE Error Log

[Vicky M. (vicky_m)]

Helmut S. schrieb:
> Hier die Simulationen.
> Beachte, dass die Gesamtkapazität von zwei Dioden in Serie nur halb so
> groß ist.
>
> Den Klirrfaktor habe ich mit .FOUR berechnen lassen. Die Ergebnisse des
> Klirrfaktors stehen im Log-File.
>
> View -> SPICE Error Log


Vielen lieben Dank dir. Deine Beispiele haben mir sehr geholfen :)

Jedoch habe ich eine Frage.

Die Widerstände habe ich sehr hochohmig ausgelegt, um mein HF Signal zu 
entkoppeln.

Des Weiteren wurde hier diskutiert, dass ich die Sperrspannung auf 
mindestens 1.2V mittels eines Spannungsteiler anheben sollte. Dies würde 
die Verzerrung reduzieren. In Bild1 habe ich das auch mal umgesetzt. 
LTSpice hat auch einen geringeren Klirrfaktor angegeben.

Meine Frage an dich ist nun, warum du das nicht gemacht hast? Gibt es 
hierfür einen Grund, den ich übersehe/nicht kenne?

[Helmut S. (helmuts)]

Der Spannungsteiler ist doch sinnlos. Der macht gar keinen Offset und 
das macht hier auch gar keinen Sinn. Die Simulation soll herausfinden 
wie weit man mit der Spannung heruntergehen kann ohne einen nenenswerten 
Klirrfaktor zu bekommen. Genau dazu ist die Schaltung gedacht.
Die minimale Spannung wird später direkt von Vd bereitgestellt.

[Pandur S. (jetztnicht)]

Dem Poster sollte vielleicht auffallen, dass 5dBm viel zuviel fuer 
Varactordioden sind.
Er soll's mal mit -6dBm probieren.

[Fabian Z. (fabi_z)]

Helmut S. schrieb:

Hallo Helmut S.,

ich habe eine grundlegende Frage zu deiner Schaltung. Ich habe versucht 
deine Schaltung zu verstehen. Mir ist klar das durch die Steuerspannung 
die Kapazität der Varaktordioden verändert wird.

Jedoch verstehe ich nicht wozu die 100 Ohm in dieser Schaltung sind?

[Vicky M. (vicky_m)]

Zitronen F. schrieb:
> Dem Poster sollte vielleicht auffallen, dass 5dBm viel zuviel fuer
> Varactordioden sind.
> Er soll's mal mit -6dBm probieren.

Leider ist es mir nicht aufgefallen. Ich weiß das für hohe HF-Pegel Pin
Dioden verwendet werden.

Bekannt ist mir auch, das hohe HF-Pegel bei Varaktordioden sich direkt 
in
eine nicht-lineare U-I-Kennlinie niederschlagen, sodass sich dann ein
nicht linearer Leitwert ergibt.

Jedoch weiß ich nicht, wie groß dieser Pegel ist!

Wie bestimme ich den optimalen Bereich?

Da ich mich im Lernprozess befinde, würde ich mich sehr freuen, wenn du
mir das erklären könntest.

Beste Grüße
Vicky

[Helmut S. (helmuts)]

Fabian Z. schrieb:
> Helmut S. schrieb:
>
> Hallo Helmut S.,
>
> ich habe eine grundlegende Frage zu deiner Schaltung. Ich habe versucht
> deine Schaltung zu verstehen. Mir ist klar das durch die Steuerspannung
> die Kapazität der Varaktordioden verändert wird.
>
> Jedoch verstehe ich nicht wozu die 100 Ohm in dieser Schaltung sind?

Ich weiß ja nicht wie du deine Phasenverschiebung hinbekommen willst.
Irgend eine Serienimpedanz (R, L, R+L, Zin, Zout. Leitung) benötigt man 
doch um mittels Tiefpass oder Hochpass eine variable Phasenverschiebung 
hinzubekommen. Ich weiß ja nicht einmal bei welcher Frequenz das Ganze 
spielen soll und was da sonst noch für Randbedingungen da sind. Deshalb 
kannst du nicht erwarten, dass jemand ein genau für dich passendes 
Beispiel macht.

[Vicky M. (vicky_m)]

Helmut S. schrieb:
> Fabian Z. schrieb:
>> Helmut S. schrieb:
>>
>> Hallo Helmut S.,
>>
>> ich habe eine grundlegende Frage zu deiner Schaltung. Ich habe versucht
>> deine Schaltung zu verstehen. Mir ist klar das durch die Steuerspannung
>> die Kapazität der Varaktordioden verändert wird.
>>
>> Jedoch verstehe ich nicht wozu die 100 Ohm in dieser Schaltung sind?
>
> Ich weiß ja nicht wie du deine Phasenverschiebung hinbekommen willst.
> Irgend eine Serienimpedanz (R, L, R+L, Zin, Zout. Leitung) benötigt man
> doch um mittels Tiefpass oder Hochpass eine variable Phasenverschiebung
> hinzubekommen. Ich weiß ja nicht einmal bei welcher Frequenz das Ganze
> spielen soll und was da sonst noch für Randbedingungen da sind. Deshalb
> kannst du nicht erwarten, dass jemand ein genau für dich passendes
> Beispiel macht.


Das war gar nicht meine Frage sondern von einem anderen User :D. 
Trotzdem vielen Dank dir.

[Pandur S. (jetztnicht)]

>Zitronen F. schrieb:
>> Dem Poster sollte vielleicht auffallen, dass 5dBm viel zuviel fuer
>> Varactordioden sind.
>> Er soll's mal mit -6dBm probieren.

>Leider ist es mir nicht aufgefallen. Ich weiß das für hohe
>HF-Pegel Pin Dioden verwendet werden.
>
>Bekannt ist mir auch, das hohe HF-Pegel bei Varaktordioden
>sich direkt in eine nicht-lineare U-I-Kennlinie niederschlagen,
>sodass sich dann ein nicht linearer Leitwert ergibt.
>
>Jedoch weiß ich nicht, wie groß dieser Pegel ist!

Ein Pindiode ist auch eine Schaltdiode. Waehrend eine Varactordiode eine 
steuerbare Kapazitaet ist.  Damit kann man zB Filter oder Oszillatoren 
einstellen. Wir haben weiter oben den Graphen fuer eine Varactordiode 
gesehen. Eine Verachtfachung der Kapazitaet ueber 8 Volt 
Ansteuerbereich. Fuer eine wirksame Anwendung sollte die HF Amplitude 
klein gegen den Aussteuerbereich sein.

[Vicky M. (vicky_m)]

Eine Frage hätte ich da noch.

Wenn ich meine Varaktordiode antiseriell verschalte dann wird die 
Kapazität aufgrund der Serienschaltung kleiner als die kleinste 
Kapazität.

Doch was macht das mit der C(U) Kennlinie?

Ich frage deshalb so komisch, weil ich oft gelesen habe das wenn das 
Kapazitäts- zu Spannungsverhältnis einer Varaktordiode nicht ausreicht, 
das man diese dann in Serie schaltet. Somit schlussfolgere ich daraus 
das sich dann das Verhältnis vergrößern müsste.