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Forum: HF, Funk und Felder HF-Verstärker: Arbeitspunkt-Problem


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von Daniel R. (sparker)


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Hallo,

ich stehe vor einem Rätsel und mir fällt quasi nichts mehr dazu ein.
Ich habe eine kleine HF-Schaltung aufgebaut (und vorab in ADS 
simuliert).

Es geht mir zunächst nur um die AP-Einstellung.
Die Schaltung sollte lt. Simulation ca. Idc=40 mA aufnehmen, nimmt aber 
nur 26,6mA auf.
Sie besteht aus einem VCO-IC (ca. 10 mA), einem HF-Transistorverstärker 
(ca. 15 mA), einem nachgeschaltenen Mikrostrip-Bandpass und einem 
weiteren HF-Transistorverstärker (sollte auch ca. 15 mA haben, ist 
eigentlich dieselbe Schaltung) - und beim zweiten HF-Verstärker besteht 
nun das Problem, dass der AP nicht stimmt (zumindest habe ich das so mit 
meinem Multimeter festgestellt).

Die  Kollektorspannung sollte eigentlich ca. 2 V sein, liegt aber bei 
4.8V (Versorgung 5 V), d.h. ca. 200 mV fallen an R5 ab. Die 
Basisspannung schaut OK aus.
Der Kollektor ist sicher verlötet (so auch der gesamte Transistor).

Ich habe bereits:
-Widerstände kontrolliert
-Diodenmessung am Transistor mit dem Multimeter durchgeführt - die 
Spannungswerte im stromlosen Zustand der Schaltung sind exakt gleich wie 
beim 1. Transistor
-den HF-Transistor durch einen anderen ersetzt

Anmerkung: Ich kann den VCO-Output auch deaktivieren, das Ergebnis 
bleibt gleich (die Schaltung nimmt dann halt um die 10 mA des IC weniger 
auf).

von Egon D. (egon_d)


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Daniel R. schrieb:

> Die  Kollektorspannung sollte eigentlich ca. 2 V sein,
> liegt aber bei 4.8V (Versorgung 5 V), d.h. ca. 200 mV
> fallen an R5 ab.

Naja, ich würde es mal mit einem Koppelkondensator in
der Basis versuchen.

von ArnoR (Gast)


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Daniel R. schrieb:
> Die  Kollektorspannung sollte eigentlich ca. 2 V sein, liegt aber bei
> 4.8V (Versorgung 5 V), d.h. ca. 200 mV fallen an R5 ab.

Dann könnte R4 viel zu hochohmig sein (68K?).

Egon D. schrieb:
> Naja, ich würde es mal mit einem Koppelkondensator in
> der Basis versuchen.

Ist doch drin (C3). Würde der fehlen, wäre die Kollektorspannung von Q2 
viel zu niedrig, weil der ja dann direkt die Kollektorspannung von Q1 an 
der Basis hätte.

von Daniel (Gast)


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Egon D. schrieb:
> Daniel R. schrieb:
>
>> Die  Kollektorspannung sollte eigentlich ca. 2 V sein,
>> liegt aber bei 4.8V (Versorgung 5 V), d.h. ca. 200 mV
>> fallen an R5 ab.
>
> Naja, ich würde es mal mit einem Koppelkondensator in
> der Basis versuchen.

Das habe ich mir auch mal gedacht, aber dann bewusst anhand der 
Simulationsergebnisse weggelassen.
Es dürfte ja seitens des Filters keine Gleichspannung drauf sein, da das 
ein Coupled-Line Bandpass ist und der Streifen ja quasi "frei" liegt.

ArnoR schrieb:
> Daniel R. schrieb:
>> Die  Kollektorspannung sollte eigentlich ca. 2 V sein, liegt aber bei
>> 4.8V (Versorgung 5 V), d.h. ca. 200 mV fallen an R5 ab.
>
> Dann könnte R4 viel zu hochohmig sein (68K?).

Alle Widerstandswerte wurden kontrolliert.

von Helmut S. (helmuts)


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Die Stromverstärkung B eines realen Transistors kann doch zwischen 
Faktor 0,5 und Faktor 2 des typischen Wertes sein. Da ist es dann ja 
kein Wunder, dass da in dem realen Aufbau ein anderer Strom herauskommt. 
Den Koppelkonmdnesator kannst du weglassen. Dessen Funktion erledigt 
dein Bandpass.

Jeder Transistor benötigt seine eigene Abblockung mit C(s) und Bead und 
nochmals C.

: Bearbeitet durch User
von KlugScheißer (Gast)


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BFP420 und 5V als Versorgung?

"ESD (Electrostatic discharge) sensitive device, observe handling 
precaution!"

Der Satz ist ernst gemeint im Datenblatt, den kann ich aus Erfahrung 
bestätigen.

von GHz-Nerd (Gast)


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...und wie sieht denn der reale Aufbau aus?
Vielleicht ist ja nur ein Detail bei der Umsetzung (schlechte GND 
Durchkontaktierungen am Emitter oder so) das Problem...

von Daniel R. (sparker)


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GHz-Nerd schrieb:
> ...und wie sieht denn der reale Aufbau aus?
> Vielleicht ist ja nur ein Detail bei der Umsetzung (schlechte GND
> Durchkontaktierungen am Emitter oder so) das Problem...

Schaut ja fürchterlich aus, wenn man das vergrößert...

von Hp M. (nachtmix)


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Daniel R. schrieb:
> und beim zweiten HF-Verstärker besteht
> nun das Problem, dass der AP nicht stimmt (zumindest habe ich das so mit
> meinem Multimeter festgestellt).

Vielleicht schwingt der schon ohne Eingangssignal...

von Daniel R. (sparker)


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Hp M. schrieb:
> Daniel R. schrieb:
>> und beim zweiten HF-Verstärker besteht
>> nun das Problem, dass der AP nicht stimmt (zumindest habe ich das so mit
>> meinem Multimeter festgestellt).
>
> Vielleicht schwingt der schon ohne Eingangssignal...

Habe ich auch schon befürchtet.
Aber das kann doch eigentlich nicht sein, oder? - allein von der 
niedrigen Stromaufnahme dieser Stufe.
Könnte ich das irgendwie mit einfachen Mitteln rausfinden?

von Jörg W. (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite


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Daniel R. schrieb:
> Könnte ich das irgendwie mit einfachen Mitteln rausfinden?

Finger an den Ausgang des nicht angesteuerten Verstärkers halten: ändert 
sich die Stromaufnahme, dann schwingt er.

Spektrumanalysator wäre natürlich besser.

von Helmut S. (helmuts)


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Jörg W. schrieb:
> Daniel R. schrieb:
>> Könnte ich das irgendwie mit einfachen Mitteln rausfinden?
>
> Finger an den Ausgang des nicht angesteuerten Verstärkers halten: ändert
> sich die Stromaufnahme, dann schwingt er.
>
> Spektrumanalysator wäre natürlich besser.

Es gibt Verstärker die vertragen keinen offenen Eingang. Deshalb einfach 
mal einen 50Ohm SMA-Abschlusswiderstand auf den Eingang schrauben.

von Gerhard O. (gerhard_)


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Ich bn der Ansicht, daß solche Stufen mit einer aktiven 
Arbeitspnkteibstellung mit einem zusätlchen PNP Transistor ausgerüstet 
werden sollten. Der Collectorstrom wird dann vom PNP mit dem Sollwert 
verglichen und hält den Arbeitspunkt genau ein. Den Strom stellt man 
dann einfach mit einem Spannungsteiler am PNP ein. Habe ich immer so 
gemacht. Auf dese Weise braucht man nichts einstellen. Berechnen - 
Aufbauen - Einschalten - Funktioniert.

https://www.qsl.net/va3iul/Bias/Bias_Circuits_for_RF_Devices.pdf
https://www3.nd.edu/~hscdlab/pages/courses/microwaves/labs/Agilent1293.pdf

von Daniel R. (sparker)


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Jörg W. schrieb:
> Daniel R. schrieb:
>> Könnte ich das irgendwie mit einfachen Mitteln rausfinden?
>
> Finger an den Ausgang des nicht angesteuerten Verstärkers halten: ändert
> sich die Stromaufnahme, dann schwingt er.
>
> Spektrumanalysator wäre natürlich besser.

Also mit dem Fingertest habe ich keine Änderung des Stroms am Messgerät 
festgestellt (zumindest nicht im 100uA-Bereich; 0,1 mA ist nämlich meine 
kleinste Messeinheit in diesem Skalenbereich).

von Name H. (hacky)


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Keine Emitterwiderstaende, keine Emittergegenkopplung ?
Wodurch ist der Arbeitspunkt an der Basis stabilisiert ? Die Basis vom 
Kollektor her zu Speisen bedeutet eine Abhaengigkeit der Verstaerkung 
reinzubringen. dH Exemplar-, Temperatur, Stromabhaengigkeit.

: Bearbeitet durch User
von Egon D. (egon_d)


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Name H. schrieb:

> Wodurch ist der Arbeitspunkt an der Basis stabilisiert ?

Durch die Kollektorgegenkopplung.

Das ist nicht brilliant, sollte aber zumindest dafür
sorgen, dass die Kollektorspannung DEUTLICH unter
5V liegt. 4.8V ist zuviel.


> Die Basis vom Kollektor her zu Speisen bedeutet eine
> Abhaengigkeit der Verstaerkung reinzubringen.
> dH Exemplar-, Temperatur, Stromabhaengigkeit.

Das stimmt zwar, aber: Der Strom, der durch den
6.8k-Vorwiderstand fließt, muss irgendwohin -- er kann
also nur durch die Basis-Emitter-Strecke abfließen.

Wenn bei einem nicht defekten Transistor Strom durch
die Basis-Emitter-Strecke fließt, dann fließt auch
Kollektorstrom -- dieser würde aber das Kollektor-
potenzial sehr deutlich absenken.

Der Spannungsabfall am Kollektorwiderstand beträgt
aber nur 200mV; das passt auffällig gut zu ca. 1mA,
was in die Basis hineinfließt.

Schlussfolgerung: Der Kollektor ist nicht korrekt
verschaltet, oder der Transistor ist kaputt. Letzeres
wäre aber merkwürdig; ich würde eher mit einem inneren
Kurzschluss als mit einer Unterbrechung rechnen...

von GHz-Nerd (Gast)


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Die Schaltung ist zwar nicht unendlich robust und stabil, aber 
funktionieren sollte sie dennoch ohne weiteres.
Ich habe selbst schon oft simple LNAs mit den BFPXX Transistoren oder 
auch den BFUXXX von NXP aufgebaut. Stabilität ist zwar durchaus ein 
Thema (Die Last sollte halbwegs gut angepasst sein) aber der 
DC-Arbeitspunkt verschiebt sich auch wenn die Schaltung schwingt nicht 
derart stark, dass der Strom auf 1/10 des ursprünglichen Werts fällt.

Im Moment sieht es für mich nach einem kapputten Transistor aus. Für 
HF-LNA Basteleien würde ich sowieso zu den robusteren, halbwegs ESD 
geschützten Teile raten (z.B BFP540ESD). Damit muss man beim Handling 
nicht ganz soo stark aufpassen.

von GHz-Nerd (Gast)


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Nach dem Transistortausch würde ich aber als erstes auf jeden Fall mal 
die Versorgungsspannung auf höchstens 4V reduzieren. Ein 5V rail bei 
einem Transistor mit einem absolute maximum rating von 4.5V zu verwenden 
ist schon sehr grenzwertig. Die Teile sind eigentlich eher dafür 
gedacht, an Versorgungsspannugnen im Bereich 1.8-3.3 V betrieben zu 
werden

von NF Techniker (Gast)


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Der BFP420 hat ein Ft von mindestens 18 GHz. Da wirkt
ein direkt angekoppeltes Coupled Lines Filter wohl wie
ein Resonator bei einer Frequenz die man nicht möchte.

Eigentlich bekomt man solchen Transistoren in einer hohen
Anzahl von Fällen (Versuchen) nicht stabil da die para-
sitären Elemente um den Transistor nicht mehr zu vernach-
lässigen sind.

Hinzu kommt dass eine normale FR4-Leiterplatte mit 1.6mm
Dicke (vermutete Dimension) nicht mehr geeignet ist eine
vernünftige Masseanbindung zu liefern.

von Daniel R. (sparker)


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Egon D. schrieb:
> Schlussfolgerung: Der Kollektor ist nicht korrekt
> verschaltet, oder der Transistor ist kaputt. Letzeres
> wäre aber merkwürdig; ich würde eher mit einem inneren
> Kurzschluss als mit einer Unterbrechung rechnen...

Es war der Transistor kaputt
- hätte ich mir nicht gedacht, da ich ihn bereits ersetzt hatte...

Danke an alle!

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