Hallo Leute,
ich versuche gerade ein 40MHz ASK Funksignal zu verstärken, um es danach
zu dekodieren.
Die ASK Modulation liegt im unteren kHz-Bereich und ist nach der
Verstärkung dann zielich einfach zu dekodieren.
Das Funksignal ist aber ziemlich klein, dewegen habe ich mal in LTspice
3 Verstärkerstufen hintereinander gehängt, was ja hier eigentlich auch
ganz gut aussieht....
In der Realität auf meinem Testboard sieht das allerdings ganz anders
aus:
bei einem Eingangssignal von 5mV kommen nach 3 Verstärkerstufen am Ende
leider nur 500mV raus.
Das ist leider viel zu wenig, 80..100dB Verstärkung bräuchte ich schon,
damit ich mit der Reichweite eingermaßen hinkomme.
Ich habe schon versucht die Bauteile in LTspice möglichst real zu
paramtriesieren, aber irgendwie scheint das nicht zu reichen.
Wenn ich z.B. die Koppelkondensatoren in der Realität zwischen die
Verstärkerstufen hänge, bricht das Signal der vorhergehenden Stufe schon
ziemlich stakt zusammen, was in LTSpice nicht so ist. Das bedeutet ja
wohl, dass der jeweilige Eingang der Verstärkerstufen den Ausgang der
vorhergehenden in der Realität wesentlich mehr belastet als im Modell.
Aber zumindest die DC-Arbeitspunkte der Transistoren stimmen in der
Realität mt der Simulation überein (wenigstens etwas..).
Das Transismodell habe ich aus einer Infineon-Library (vielleicht stimmt
hier ja etwas nicht...)
Wäre sehr schön, wenn jemand ein paar Tips hätte, was ich falsch mache
oder wie sich LTspice hier besser an die Realität anpassen lässt, damit
die Simulation auch Sinn macht.
Die HF-Löterei auf der Versuchsleiterplatte ist auf die Dauer ziemlich
nervtötend und bringt für eine Optimierung wenig neue Erkenntnisse.
Falls jemand unabhängig davon eine andere oder bessere Idee für einen
einfachen Verstärker für das Funksignal hat, wäre das natürlich auch
super!
Die meisten Schaltungvorschläge, die man im Netz findet sind entweder so
uralt, dass man die Bauteile dafür micht mehr bekommt oder es ist so
aufwändig, dass man hinterher ein halbes Radio hat...
Vielen Dank!!
BFR92P für einen 40MHz Verstärker zu verwenden ist mutig. Die Dinger
schwingen dir ratzfatz auf Frequenzen oberhalb deiner Messtechnik.
Zeig mal den Aufbau.
Und Anpassung vermisse ich bei deinem Verstärker auch noch.
5mV zu 500mV sind 40dB also 13dB pro Stufe, was mir plausibel erscheint
wenn man bedenkt dass keine Gedanken über das Matching gemacht wurden.
80-100dB mit hintereinander geschalteten Verstärker ist sehr mutig, da
braucht man krasse Entkopplung zwischen Ein- und Ausgang damit das nicht
schwingt.
BFR92 hat ordentlich Grenzfrequenz, ich sehe gerade Hinz hat dazu auch
schon was geschrieben. Kann ich nur unterstützen. Besser wäre ein
Transistor mit nur einigen 100 MHz Grenzfrequenz ... oder du setzt den
Arbeitspunkt (Kollektorstrom) so niedrig, dass man nicht in den Bereich
hoher Grenzfrequenzen kommt.
Danke für den Tp mit dem Transistor!
Kann vielleicht jemand einen gängigen SMD-Typen vorschlagen, der
sinnvoll ist?
Mit Schwingen hatte ich bisher kein Problem, aber vielleicht dann nach
der nächsten Verstärkerstufe...
Im Anhang ein Bild von dem Testaufbau (das grüne ist die Antenne).
Wie gesagt, ich bin bei dem Verstärkerkonzept nicht festgelegt, probiere
auch gerne mal was anderes aus.
Hier noch ein paar Dinge die mir so einfallen:
Ich stimme Bernhard und Hinz vollkommen zu, vielleicht schwingt deine
Schaltung im höheren GHz-Bereich und du kannst es nicht messen...
C4 entweder weglassen oder mit 100nF ersetzen! -> Parallelresonanz
zwischen parasitärer Induktivität von C19+C18 und der Kapazität von C4.
Extrem wichtig ist die Masse-Gestaltung, wenn du so stark verstärken
willst. Im Aufbau von dir sehe ich so grob, dass die Masse mehrer Stufen
die gleiche ist. Schau, dass die großen Ströme der Letzten Stufe nicht
über die gleiche Leitung fließen wie die der ersten. Das ist dann
Impedanzkopplung.
In der ersten Stufe hast du L5 und C13. Die sollen ja einen Sperrkreis
bei 40 MHz erzeugen. Vermutlich um die Schwingneigung bei einer so hohen
Verstärkung zu unterdrücken?
Da du ziemlich hochohmig unterwegs bist, ist deine Schaltung sehr
empfindlich auf kapazitive Kopplung. Da die Emitterschaltung invertiert,
bist du nach der 2. Stufe im Gleichtakt, nach der 3. wieder im
Gegentakt. Schau also, dass der Eingang der 1. und der Ausgang der 3.
Stufe gut gegeneinander geschirmt sind. Geschirmt kann auch eine
Guard-Masse bedeuten.
Wie ist deine Ausgangsimpedanz in der Messung? In LTSpice ist der
Ausgang nicht belastet…
Gruß Thomas
hinz schrieb:> BFR92P für einen 40MHz Verstärker zu verwenden ist mutig. Die Dinger> schwingen dir ratzfatz auf Frequenzen oberhalb deiner Messtechnik.> Zeig mal den Aufbau.
Ein BFS17 wäre weniger kritisch bezüglich Schwingneigung.
Wenn schon Breadboard, dann eines mit Massefläche.
Danke, danke!
An den Ausgang kommt die Dekodierschaltung (Spitenwertgleichrichtung mit
HF-Opamp), also eigentlich auch eher hochohmig. Brauche ich da eine
spezielle Anpassung oder reicht dann ein Widerstand mit ein paar kOhm
gegen Masse aus?
Wenn du es mit einem hochohmigen Messgerät am Ausgang misst, dann
brauchst du keine Zwangsanpassung.
Außer du willst es unter realen Bedingungen wissen. Dann kannst du ja
eine Antennennachbildung bauen. Das ist im Prinzip ein C gegen Masse.
Die Größe der Kapazität ergibt sich aus der Länge der Antenne und der
Frequenzbereich.
Ich würde dir folgendes Vorgehen empfehlen:
- Messtechnik sicherstellen:
Überprüfe mit deiner OP-Messschaltung ob die Pegel stimmen und miss
somit deinen Generator.
- Problem reduzieren:
Miss zuerst nur die erste Stufe. Klemme die anderen ab und prüfe je nach
Messgerät das du hast ob die Stufe schwingt.
Dann checke die Verstärkung. Wenn die nicht passt, dann ist das Modell
falsch oder der Aufbau. Das kriegst du aber relativ leicht raus indem du
die parasitären Elemente zu den simulations-Bauteilen hinzufügst.
- Sorge außerdem generell für eine saubere Versorgung. Sie ist so
wichtig... ohne Basis keine komplexe Schaltung. Darunter verstehe ich,
dass du schaust wie die Ströme fließen und welche Pfade diese sich
teilen.
- Replizieren
Stimmt dann die Verstärkung kommt Stufe 2 und 3
- Zusammenschalten
Schalte anschließend zuerst nur Stufe 1 und 2 zusammen und
synchronisiere die Simulation.
So müsstest du schnell zum Erfolg kommen.
Helmut S. schrieb:> Ein BFS17 wäre weniger kritisch bezüglich Schwingneigung.
ACK
> Wenn schon Breadboard, dann eines mit Massefläche.
Dead-Bug-Methode ist hier zu empfehlen.
Bernd E. schrieb:> Wäre sehr schön, wenn jemand ein paar Tips hätte, was ich falsch mache> oder wie sich LTspice hier besser an die Realität anpassen lässt, damit> die Simulation auch Sinn macht.
Ich bin da anderer Meinung als meine Vorschreiber hier.
Deine Arbeitspunkteinstellung ist nicht vollständig ausgeführt
und für einen 40MHz aperiodischen Verstärker sind die
Widerstandswerte viel zu hochohmig.
Jetzt hast Du mehr Verstärkung als Dir lieb ist.
Möglicherweise reicht auch eine Stufe
Aber kleiner geht ja immer.
LG
old.
Bernd E. schrieb:> bei einem Eingangssignal von 5mV kommen nach 3 Verstärkerstufen am Ende> leider nur 500mV raus.
So viel? In der Schaltung ist fast alles falsch gemacht was man falsch
machen kann.
Beispielsweise hat Q6 einen Ausgangswiderstand von etwa 3k3. Dieser
Widerstand bildet mit einer am Kollektor wirksamen Lastkapazität einen
Tiefpass. Diese Kapazität besteht aus der Ausgangskapazität von Q6 und
der Eingangskapazität (B-E- und Millerkapazität) von Q1. Schon eine
Lastkapazität von nur 1pF (real ist die größer), ergibt eine
Grenzfrequenz von nur noch 40MHz. Da wird also viel Verstärkung
verschenkt.
Ein weiterer Punkt ist die Belastung einer Stufe durch die nachfolgende.
Wie wir wissen, ist der Ausgangswiderstand von Q6 etwa 3k3. Nun wird der
Ausgang aber mit dem Eingangswiderstand von Q1 belastet. Der hat keine
HF-Stromgegenkopplung und daher nur einen rel. kleinen
Eingangswiderstand von etwa 3k. Damit wird die von Q6 gemachte
Verstärkung halbiert.
Das Ausgangssignal wird speziell an der unteren Halbwelle verzerrt.
Daher gibt es reichlich Oberwellen im Spektrum. Die erste Oberwelle ist
nurum12dB kleiner als das Nutzsignal.
GEKU schrieb:> Das Ausgangssignal wird ... verzerrt.
Deshalb schrieb ich:
Aus der W. schrieb:> Jetzt hast Du mehr Verstärkung als Dir lieb ist.> Möglicherweise reicht auch eine Stufe> Aber kleiner geht ja immer.
LG
old.
Aus der W. schrieb:> GEKU schrieb:>> Das Ausgangssignal wird ... verzerrt.
Die Verhältnisse können durchaus anders sein, da die Schaltung png
nicht mit der Simulation asc überein stimmt.
Nein denn ich habe einen Screenshot von der asc gemacht.
Stelle mal den Generator auf 200µV statt auf 1mV.
Dann arbeitet das mit maximaler Verstärkung ohne
anzuecken.
LG
old.
Aus der W. schrieb:> Nein denn ich habe einen Screenshot von der asc gemacht.
Im Screenshot hat die Basisbeschaltung einen Spannungsteiler,
in der Simulation nur einen Widerstand gegen Vdd
LG
GEKU
Aus der W. schrieb:> Stelle mal den Generator auf 200µV statt auf 1mV.> Dann arbeitet das mit maximaler Verstärkung ohne> anzuecken.
So ist es!
LG GEKU
GEKU schrieb:> Im Screenshot hat die Basisbeschaltung einen Spannungsteiler,> in der Simulation nur einen Widerstand gegen Vdd
Nein. Wie kommst Du drauf? Alle Transistoren haben einen
Basisspannungsteiler bekommen.
LG
old.
Aus der W. schrieb:> Pardon.
kein Problem
Ich habe einen Vergleich gemacht.
Um besser den Unterschied zu sehen habe ich die Frequenzen leicht
verschoben.
Auch wird der Unterschied bei linearer Darstellung deutlicher
LG
GEKU
Bernd E. schrieb:> Ich habe schon versucht die Bauteile in LTspice möglichst real zu> paramtriesieren, aber irgendwie scheint das nicht zu reichen.
Es geht ja auch noch besser. KEMET und MURATA, und auch andere, bieten
zu jedem Kondensator Kennlinen an. Z.B. ist die Eigenresonanz manchmal
wichtig. Weiter wird auch eine Spice Netlist zum Einbinden in LTspice
für jeden Kondensator bereitgestellt.
Wenn man möglichst real simulieren möchte, dann sollte man diese Modelle
nutzen.
PS:
Das Bild 1_-0603 ist ein 1µF Kondensator (1000 nF).
mfg Klaus
40MHz_Amp_01.png
(280 KB)
40MHz_Amp_02.png
(240 KB)
