Hallo zusammen, Ich bin gerade daran, mich in die Technik von Kleinsignal-HF-Verstärkern einzuarbeiten mit dem Ziel, solche später selbst entwerfen zu können. Ein wesentlicher Bereich beim Entwerfen solcher Verstärker ist ja die Stabilität. Nun kann man in Büchern, App-Notes, Websites usw. einiges über die verschiedenen Stabilitätsfaktoren lesen. Was mir aber fehlt, sind konkrete Werte für diese Faktoren in tatsächlichen Schaltungen. Ich möchte gerne den Linvill-Faktor C für den Entwurf verwenden. Dieser sollte <1 sein, damit die Schaltung stabil ist. Aber wie klein wählt man diesen in der Praxis? Zum Beispiel wäre wohl C=0.9999 nicht geeignet, da dann die kleinste Abweichung (wegen Fertigungstoleranzen, Temperaturdrift usw.) zu Instabilität führt. Aber ist C=0.9 ausreichend? Oder sollte es besser C=0.5 sein? Oder 0.1? ... Gibt es hierzu eine bewährte Regel aus der Praxis? Es würde mich interessieren, was ihr dazu wisst. Beim Googeln und in den Bücher zu HF-Technik, die ich hier habe, konnte ich nichts finden. Danke für jede Antwort und Gruss, HF-Einsteiger
Beitrag #6893108 wurde von einem Moderator gelöscht.
Da C < 1 "unconditionally stable" bedeutet, reicht jede noch so kleine Abweichung. Das muss aber auch noch bei Abweichungen der Transistorparameter vom Tabellenwert gelten. Also für die einzelnen Werte jeweils die nach Datenblatt zugesagten Extremwerte einsetzen (Abhängigkeiten beachten), die einmal den Zähler kleiner und den Nenner größer machen, und dann umgekehrt, und dann darf der Wert in beiden Fällen nicht über 1 sein. Ist aber vermutlich eine triviale Antwort...
Josef L. schrieb: > Da C < 1 "unconditionally stable" bedeutet, reicht jede noch so kleine > Abweichung. Das muss aber auch noch bei Abweichungen der > Transistorparameter vom Tabellenwert gelten. Klar. Nur sind Datenblätter von Transistoren leider in den meisten Fällen nicht sehr informativ, wenn es um HF-Parameter und vor allem um deren Streuung geht. Nehmen wir z.B. den BF959 als Beispiel: https://www.onsemi.com/pdf/datasheet/bf959-d.pdf Das Datenblatt enthält überhaupt keine Angaben zum Rückwirkungsleitwert y12, welcher ja der eigentliche Grund für Instabilität ist. Da nicht jeder einen VNA im Hobbykeller stehen hat, muss man sich auf ein Spice-Modell verlassen. Wie nahe der reale Transistor an dieses Modell kommt, kann ich nur raten... Deshalb die Frage, ob es dazu eine Praxis-Regel gibt? (ähnlich wie z.B. beim phase margin einer OpAmp-Schaltung)
HF-Einsteiger schrieb: > Das Datenblatt enthält überhaupt keine Angaben zum Rückwirkungsleitwert > y12 Ja, das waren noch Zeiten, in denen das in den Datenblättern stand, zB AF239_SiemensSemiconductorGroup.pdf https://www.alldatasheet.com/datasheet-pdf/pdf/44095/SIEMENS/AF239.html Heutzutage ist es wichtiger, die Temperaturkurve fürs Lötbad und die Abmessungen und Anordnung auf dem Reel anzugeben.
Nun kommts ja auch noch darauf an obs ein Selektivverstärker oder Breitband werden soll. Nen Selektivverstärker hann man ja neutralisieren. Ohne Vna wirst Du wohl nur schätzen können, mit kannst Du deine Schaltung das Design genau auf die benutzten Teile abstimmen. Hey, das meine Erfahrungswerte, wenn ich Mist erzähl. meckert bitte. mfg
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Danke für alle Antworten. Josef L. schrieb: > Ja, das waren noch Zeiten, in denen das in den Datenblättern stand, zB > AF239_SiemensSemiconductorGroup.pdf > https://www.alldatasheet.com/datasheet-pdf/pdf/44095/SIEMENS/AF239.html Dieses Datenblatt ist wirklich erstaunlich ausführlich! Ich habe mir auch den BF199 angeschaut: http://pdf.datasheetcatalog.com/datasheet/motorola/BF199.pdf Da gibt es wenigstens Angaben zur Vorwärtsleitwert y21, aber bei y12 schaut man ebenfalls "in die Röhre". Lotta . schrieb: > Nun kommts ja auch noch darauf an obs ein Selektivverstärker > oder Breitband werden soll. > Nen Selektivverstärker hann man ja neutralisieren. Neutralisieren möchte ich lieber vermeiden (bin ja noch Einsteiger) und dafür sorgen, dass C<1 ist bis hinauf zu Frequenzen, wo der Transistor ohnehin nicht mehr verstärkt.
Gleich das 1. PDF das ich auf die Suche nach C gefunden habe https://www.nxp.com/docs/en/application-note/AN215A.pdf nennt aber einen weiteren Faktor k, der die Abschlusswiderstände mit einbezieht. Ansonsten braucht es natürlich dieselben Koeffizienten. Wenn du wirklich damir arbeiten willst, wirst du nur Bauteile nehmen können, bei denen diese Daten vorliegen, ob als Tabelle oder Grafik, zB https://html.alldatasheet.com/html-pdf/251707/VISHAY/BFR91A_08/442/2/BFR91A_08.html
Danke für den Link zur NXP App Note. Diese habe ich allerdings auch bereits gefunden und gelesen. Ich hätte in den obigen Beiträgen k schreiben sollen (C war ein Fehler von mir), da ich immer die Stabilität bei gewählten Impedanzen gemeint habe. Auf S. 5 dieser App Note ist ja beschrieben, wie man Stabilität erreichen kann, indem geeignete Ein- und Ausgangsimpedanzen gewählt werden (Abschnitt: STABILITY WITHOUT FEEDBACK). Die vereinfachten Vorgehensweisen in den Absätzen (A) und (B) scheinen ja auch praktisch anwendbar zu sein. Dazu muss ich nun aber einen geeigneten Wert für k in Gleichung (20) und (21) einsetzen. Dies war der eigentlich Ausgangspunkt meiner Frage: Soll ich hier k=0.9, oder 0.5, oder 0.1, oder noch tiefer wählen?
https://books.google.de/books?id=TjQjBgAAQBAJ nennt ab Seite F6 noch den Rollet-Stab-Faktor K (mit S-Parametern), schreibt aber auch immer nur > 1 bzw. < 1. Da kannst du nur einige Transistoren raussuchen für die die Daten im betrachteten Frequenzbereich (und außerhalb) vorliegen, die Faktoren ausrechnen und den mit dem optimalsten Wert nehmen. Falls der dann 20€ kostet und vom nächsten, der 10% schlechter ist, aber 100 St. nur 1,79€, nimm den. Warnung: Ich bin kein Produzent und habe auch keine Ahnung von BWL!
Das sind verschieden berechnete Faktoren. C muß <1 sein für Stabilität, k muß >1 sein für Stabilität. Bei den großen Abweichungen heutiger Beutelware vermute ich k>2. Jedenfalls hatte ich schon einige empfänger, bei denen die realen Bauteile ihr verstärkungsmaximum nicht bei z.B. 4mA ausm datenblatt hatten, sondern bei 3mA oder 6mA. Auch die Verstärkung zwischen den Exemplaren streut. Ich vermute also, daß auch die restlichen Parameter streuen.
HF-Einsteiger schrieb: > mit dem Ziel, solche später selbst entwerfen zu können Wenn ich sowas vorhätte (kann sein), dann 1 Exemplar, nicht kommerziell, und würde auf bewährte Bauteile zurückgreifen wie BFR91, BFR96, BFQ34, BFT96 oder auch BFW92 usw., die es alle noch gibt oder in meiner Bastelkiste rumliegen. Wenn ich das kommerziell als Einzelschaltung diskret aufgebaut machen sollte, müssten es natürlich modernere Bauteile sein. Und da gibt es sicher fertige Verstärker für jeden Frequenzbereich und Verstärkungsfaktor. Wenn ich Entwickler für solche Chips werden wollte, dann kann man ja die Y- oder S- oder Z-Parameter nehmen um damit die Transistoren zu dimensionieren, die da auf dem Chip eingesetzt werden. Das klickt man ja auch nur am Bildschirm zusammen, so wie Sekretärinnen Standardbriefe schreiben :-)
HF-Einsteiger schrieb: > Nehmen wir z.B. den BF959 als Beispiel: > https://www.onsemi.com/pdf/datasheet/bf959-d.pdf > > Das Datenblatt enthält überhaupt keine Angaben zum > Rückwirkungsleitwert y12, [...] Hmm. Wie interpretierst Du dann die Angabe "Common Emitter Feedback Capacitance"?
Egon D. schrieb: > Common Emitter Feedback Capacitance kann sein dass das nur der Absolutwert ist? Phasenverschiebung? Je nach Formel braucht man die offenbar.
Helge schrieb: > Ich vermute also, daß auch die restlichen Parameter > streuen. Alles streut -- nur nicht gleich stark. Dass die Steilheit eine ziemlich universelle Größe ist, die auch relativ wenig streut, ist merkwürdigerweise recht wenig bekannt. Auch bei geometrieabhängigen Größen würde ich geringere Streuung erwarten als bei dotierungsabhängigen. Die Stromverstärkung ist da gerade ein besonders schlechtes Beispiel...
Josef L. schrieb: > Egon D. schrieb: >> Common Emitter Feedback Capacitance > > kann sein dass das nur der Absolutwert ist? > Phasenverschiebung? Je nach Formel braucht man die > offenbar. ??? Du sprichst in Rätseln. Natürlich hat eine Kapazität eine Phasenverschiebung (zwischen Strom und Spannung). Es stimmt auch, dass der Realteil des Rückwirkungs- leitwertes fehlt -- die Kapazität liefert ja nur den Imaginärteil. Irgendwo (Tietze/Schenk? Fischer/Schlegel?) meine ich gelesen zu haben, dass bei Si-Transistoren der Realteil nicht sehr interessant -- weil sehr klein -- ist. Die Angabe der Kapazität genügt daher für die Praxis. Kann leider die Quelle für diese Aussage nicht sicher angeben.
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Egon D. schrieb: > Tietze/Schenk Hab ich als Fotokopie im Keller. Aber "heute" (nacht) nicht mehr... Ja OK, wenn der Realteil klein ist und man 0 setzen kann, geht das in allen Formeln, auch wo die komplexen Werte multipliziert werden müssen.
Josef L. schrieb: > Egon D. schrieb: >> Tietze/Schenk > > Hab ich als Fotokopie im Keller. Aber "heute" (nacht) > nicht mehr... > > Ja OK, wenn der Realteil klein ist und man 0 setzen > kann, geht das in allen Formeln, auch wo die komplexen > Werte multipliziert werden müssen. Falls Du die Quelle meiner kühnen Behauptung findest, wäre ich für eine Rückmeldung dankbar :) Ich habe meine Bücher leider nicht im Zugriff...
Egon D. schrieb: > nicht sehr interessant -- weil sehr klein -- ist. Die > Angabe der Kapazität genügt daher für die Praxis. Das würde aber wirklich erklären, warum nicht immer alle 4 Parameter in derselben Schreibweise, sondern teils nur als Kapazität angeben sind. Leider ist wohl oft die fehlende Angabe der Phase der Übeltäter - siehe Schwingbedingung. Also die lustigen Oszillatorschaltungen, bei denen man nicht sofort erkennt wo die Rückkopplung ist, weil sie angeblich über interne Kapazitäten geht - wo man doch was mit 90° gelernt hat??
HF-Einsteiger schrieb: > Ich möchte gerne den Linvill-Faktor C für den Entwurf verwenden. Dieser > sollte <1 sein, damit die Schaltung stabil ist. Aber wie klein wählt man > diesen in der Praxis? Soweit ich das um diese Uhrzeit noch beurteilen kann, ist die Aussage so nicht richtig. Der Linvill-Faktor ist der Kehrwert des Rollet-Faktors K, also K = 1/C. Nun gilt zwar, dass absolute Stabilität K > 1 bzw. C < 1 impliziert. Die Umkehrung gilt aber nicht. Genauer: Mit S-Parametern ausgedrückt ist
Nun gilt: Das Zweitor ist genau dann unbedingt stabil, wenn K > 1 und Δ < 1. Daraus folgt aber nur, dass wenn K < 1 bzw. C > 1, das Zweitor potentiell instabil ist, nicht aber die Umkehrung. Da hat die oben zitierte Appnote von Motorola (https://www.nxp.com/docs/en/application-note/AN215A.pdf) also nicht ganz Recht, denn sie behauptet, dass bereits K > 1 oder c < 1 unbedingte Stabilität impliziert. Zumindest kann man das so herauslesen. Ein besserer und modernerer Stabilitätsfaktor ist der folgende [1]: Definiere die Größen
Das Δ ist wie oben die Determinante der S-Matrix. Dann ist das Zweitor genau dann absolut stabil, wenn μ11 > 1 oder mu22 > 1 ist. Außerdem gilt: falls μ11 > 1, so ist auch μ22 > 1, und umgekehrt. Die μ-Faktoren haben außerdem eine einfache geometrische Interpretation: μ11 ist der Abstand von der Mitte des Smith-Diagramms zum nächstgelegenen Instabilitätsgebiet der Quellimpedanz. Das gleiche gilt für μ22 für die Lastimpedanz. > Zum Beispiel wäre wohl C=0.9999 nicht geeignet, da dann die kleinste > Abweichung (wegen Fertigungstoleranzen, Temperaturdrift usw.) zu > Instabilität führt. > > Aber ist C=0.9 ausreichend? Oder sollte es besser C=0.5 sein? Oder 0.1? > ... > > Gibt es hierzu eine bewährte Regel aus der Praxis? Es würde mich > interessieren, was ihr dazu wisst. Beim Googeln und in den Bücher zu > HF-Technik, die ich hier habe, konnte ich nichts finden. Kann man so nicht sagen. Die μ-Faktoren haben aufgrund der geometrischen Bedeutung jedenfalls den Vorteil, dass sie sozusagen den Grad der Stabilität messen. Also je größer, desto besser. Das gilt für K bzw. C so nicht. Wenn das Ziel ist, dass der Verstärker absolut stabil ist, musst Du musst eben μ > 1 über den gesamten Frequenz- Temperatur- und Exemplarstreuungsbereich erreichen. Brauchst Du denn überhaupt unbedingte Stabilität? Wenn die Stufe nur mit bekannten Quell- und Lastimpedanzen läuft, ist das nicht unbedingt nötig. Stichwort Stabilitätskreise. [1] Edwards, M.L, Sinksy, J.K: A new criterion for linear 2-port stability using a single geometrically derived parameter. IEEE Trans. Microwave Theory Tech. 40, 2803–2811 (1992).
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Mario H. schrieb: > Der Linvill-Faktor ist der Kehrwert des Rollet-Faktors K, > also K = 1/C. Wenn ich mir die Formeln (10) und (12) in https://www.mikrocontroller.net/attachment/537247/Zwischenablage01.gif ansehe, ist das auch nicht 100% richtig, dort steht bei (10) C der Realteil des Produkts Y21xY12 im Zähler, bei (12) K aber das komplexe (?) Produkt im Nenner, während es beim zweiten Summanden jenseits des Bruchstrichs gerade umgekehrt ist. Da müsste man erstmal nachlesen was der Unterschied Y mit und ohne Unterstrich ist - das könnte deine Aussage aber auch bekräftigen.
Mario H. schrieb: > Nun gilt: Das Zweitor ist genau dann unbedingt stabil, wenn K > 1 und Δ > < 1. Das muss natürlich heißen: Das Zweitor ist genau dann unbedingt stabil, wenn K > 1 und |Δ| < 1. Josef L. schrieb: > Wenn ich mir die Formeln (10) und (12) in > https://www.mikrocontroller.net/attachment/537247/Zwischenablage01.gif > ansehe, ist das auch nicht 100% richtig Woher stammt der Schnipsel denn? Hier sind drei Dokumente, die ich auf die Schnelle mit Google gefunden habe, denen zufolge K = 1/C ist: 1. Die oben genannte Appnote https://www.nxp.com/docs/en/application-note/AN215A.pdf, Seite 6. 2. Foliensatz http://www.clivepoole.com/wp-content/uploads/2016/07/Lecture-7-Gain-and-Stability.pdf, Seite 20. 3. Eine alte HP-Appnote: https://www.hpmemoryproject.org/an/pdf/an_95.pdf, Seite 12. So hatte ich das auch irgendwann mal im Kopf abgespeichert. Wenn man es genau wissen will, müsste man wohl die Linvillsche Originalarbeit herauskramen und sein C auf S-Parameter umrechnen.
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Guten Sonntag, Danke für alle Beiträge. Da hab ich ja eine recht eifrige Diskussion losgetreten! Mario H. schrieb: > Brauchst Du denn überhaupt unbedingte Stabilität? Wenn die Stufe nur mit > bekannten Quell- und Lastimpedanzen läuft, ist das nicht unbedingt > nötig. Stichwort Stabilitätskreise. Unbedingte Stabilität habe ich als Ziel bereits aufgegeben. Eigentlich habe ich immer den Stern'schen k Faktor gemeint, und nicht den Linvill'schen C. (Entschuldigt bitte die Konfusion.) Ich habe nämlich mit einigen Transistormodellen in Spice 'rum gespielt und festgestellt, dass unbedingte Stabilität (C<1) bei tiefen Frequenzen (<100 MHz oder so), kaum zu erreichen ist. Deshalb möchte ich nun Eingangs- und Ausgangsimpedanzen benutzen, die Stabilität über einen möglichst grossen Frequenzbereich sicherstellen (k>1). Ich hätte vermutet, dass es dazu eine pi-mal-Daumen-Regel gibt, so in der Art: k>3 hat sich in der Praxis bewährt. Aber das scheint es nicht zu geben. Danke für den Hinweis auf die mu-Faktoren. Diese habe ich bis jetzt noch nicht gekannt. Josef L. schrieb: > Wenn ich sowas vorhätte (kann sein), dann 1 Exemplar, nicht kommerziell, > und würde auf bewährte Bauteile zurückgreifen wie BFR91, BFR96, BFQ34, > BFT96 oder auch BFW92 usw., die es alle noch gibt oder in meiner > Bastelkiste rumliegen. Mit Frequenzen im GHz-Bereich möchte ich mich (noch) nicht beschäftigen. Und bei mir liegen halt einige BF199, BF959 und BF494 rum, die ich gerne verwendet hätte. Aber wenn das nur möglich ist mit endlosem trial-and-error oder Vermessen mit einem VNA (den ich nicht habe), dann werde ich diese wohl lassen, wo sie sind.
Mario H. schrieb: > Woher stammt der Schnipsel denn? Taschenbuch der Hochfrequenztechnik: Band 1: Grundlagen von H.H. Meinke, F.W. Gundlach Seite F6, hatte ich weiter oben genannt https://books.google.de/books?id=TjQjBgAAQBAJ
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