Forum: HF, Funk und Felder Frage Transformator Impedanzwandler


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von DSK (Gast)


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Hallo,

eine Frage an die HF Gemeinde zu Übertragern | Transformatoren.

Ich habe zwei differentielle 50 Ohm Ausgänge eines Treibers. Diese 
liefern  jeweils einen Spannungshub von 0,4 V. Jetzt wollte ich einen 
Übertrager nutzen um einen höheren Spannungshub zu erzeugen.
Dazu habe ich aber eine Frage. Wenn es nach dem Übertrage ebenfalls in 
einer 50 Ohm Umgebung weitergehen soll, funktioniert das dann überhaupt?

Wenn ich die Ausgänge betrachte, dann will jeder einen 50 Ohm Widerstand 
sehen -> 100 Ohm als Übertragerinput. Der Übertrager hat z. B. ein 
Übersetzungsverhältnis von 1:2 somit würden ja am Ausgang 200 Ohm als 
Lastimpedanz benötigt werden.
Dieses passt aber nicht, wenn hier ein Verstärker oder. ähnliches 
Bauteil mit 50 Ohm folgen würde.

Was sagen hier die Experten :-)

von Testuser (Gast)


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Diff-Amp kann man nehmen. Z. B. den AD8138

von Trafo (Gast)


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DSK schrieb:
> Wenn es nach dem Übertrage ebenfalls in
> einer 50 Ohm Umgebung weitergehen soll, funktioniert das dann überhaupt?

Nein - das würde dem Energieerhaltungssatz widersprechen. Die Leistung 
auf der Sekundärseite kann maximal der Leistung an auf der Primärseite 
entsprechen. Wenn man hochtransformiert, muss zwangsläufig auch der 
Widerstand hochtransformiert werden.

Wie der Vorredner sagte, kann man hier ein aktives Bauteil nutzen.

von Ralph B. (rberres)


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Bei einem Trafo mit dem Windungsverhältnis 1:2 verdoppelt sich die 
Spannung und halbiert sich der Strom auf der Sekundärseite. Demnach 
vervierfacht sich die Impedanz auf der Sekundärseite.

Primärseite 1V 1mA = 1KOhm Sekundärseite 2V 0,5mA = 4Kohm.

Leistung ist sowohl primär als auch auf Sekundärseite dann 1mWatt.

wenn du zwei mal 50 Ohm ( = 100 Ohm ) auf ein mal 50 Ohm transformieren 
willst benötigst du einen Windungsverhältnis von 2:1,414 also ungefähr 
3:2
( was 2:1,5 entspricht ).

Sekundärseitig hättest du dann einen Spannungshub von 0,8V :1,5 = 0,53V

Ralph Berres

: Bearbeitet durch User
von Hp M. (nachtmix)


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DSK schrieb:
> Ich habe zwei differentielle 50 Ohm Ausgänge eines Treibers.

Ist das so, oder wird die Ausgangsstufe nur mit 2x 50 Ohm belastet?

Je nach Innenleben des Treibers kann sein Innenwiderstand erheblich 
kleiner oder grösser sein.
Digitale Leitungstreiber können z.B. sehr niederohmige Emitterfolger als 
Ausgangsstufe verwenden, während die DAC von DDS-Chips meist gesteuerte 
Stromquellen und also sehr hochohmig sind.

Dementsprechend sind die Bedingungen für eine Leistungsanpassung auch 
unterschiedlich, und evtl. könnte dein Wunsch dann erfüllbar sein.
Dabei muss man aber immer auch die elektrischen Grenzwerte des Chips und 
evtl. auftretenden Verzerrungen im Auge behalten.
Die Ausgangsspannungen von Stromquellen z.B. wachsen auch im Leerlauf 
nicht ins Unermessliche.

P.S.:
DSK schrieb:
> Jetzt wollte ich einen
> Übertrager nutzen um einen höheren Spannungshub zu erzeugen.

Wie hoch?

: Bearbeitet durch User
von DSK (Gast)


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Hallo zusammen,

im Bild ist der Ausgangstreiber zu erkennen.

Ralph Berres schrieb:
>wenn du zwei mal 50 Ohm ( = 100 Ohm ) auf ein mal 50 Ohm transformieren
>willst benötigst du einen Windungsverhältnis von 2:1,414 also ungefähr
>3:2
>( was 2:1,5 entspricht ).

versteh ich erst mal noch nicht.
Kannst du mir hier bitte noch etwas Starthilfe geben.

von Ralph B. (rberres)


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Jeder Ausgang hat 50 Ohm Impedanz. Da die beiden Ausgänge in Gegentakt 
arbeiten, hat der zweite Ausgang eine Phasenverschiebung von 180°

Also ist die Spannung zwischen den beiden Ausgängen doppelt so hoch als 
jeweils ein Ausgang gegen Masse. die Ausgangsimpedanz beträgt zwischen 
den beiden Ausgängen 100 Ohm ( beide 50 Ohm Quellen liegen wegen der 
180° Phasendrehung in Reihe ). Also hat man zwischen beide Ausgängen 100 
Ohm Impedanz und die doppelte Spannung gegenüber einen Ausgang.

wenn man die 100 Ohm auf 50 Ohm anpassen möchte , benötigt man einen 
Übertrager mit einen Windungsverhältnis von Wurzel aus 2 zu 1 also 
1,414:1

Das ist aber ein blödes Verhältnis, also rundet man au 1,5:1 was eine 
Windungsverhältnis von 3:2 entspricht. Die geringe Fehlanpassung nimmt 
man dabei in Kauf.

Die Spannung zwischen den beiden Ausgängen veringert sich dabei um 
Wurzel aus 2 hinter dem Übertrager.

Man kann auch nur einen Ausgang verwenden , dann hat man auch 50 Ohm 
aber nur die halbe Spannung. Den anderen Ausgang sollte man aber 
AC-mäßig mit 50 Ohm terminieren.

Dann hat man aber weniger Pegel zur Vefügung und auserdem verschenkt man 
Eigenschaften einer Gegentaktanordnung, wie z.B. Unterdrückung von 
geradezahligen Oberwellen.


Ralph Berres

: Bearbeitet durch User
von DSK (Gast)


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Hallo Ralf,

>Also hat man zwischen beide Ausgängen 100
>Ohm Impedanz und die doppelte Spannung gegenüber einen Ausgang.

Das habe ich verstanden, da bin ich 100% bei dir.

>wenn man die 100 Ohm auf 50 Ohm anpassen möchte , benötigt man einen
>Übertrager mit einen Windungsverhältnis von Wurzel aus 2 zu 1 also
>1,414:1

Hier bin ich irgendwie zu blöd. 100 Ohm zu 50 Ohm ist doch ein 
Verhältnis von 2 und nicht von 1,414

100 * Sqr(2) = 70,7 Ohm und nicht 50 Ohm

von Ralph B. (rberres)


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DSK schrieb:
> ier bin ich irgendwie zu blöd. 100 Ohm zu 50 Ohm ist doch ein
> Verhältnis von 2 und nicht von 1,414

Widerstände gehen in Quadrat zum Windungsverhältnis ein.

Hatte ich aber oben schon mal erklärt.

Ralph B. schrieb:
> Bei einem Trafo mit dem Windungsverhältnis 1:2 verdoppelt sich die
> Spannung und halbiert sich der Strom auf der Sekundärseite. Demnach
> vervierfacht sich die Impedanz auf der Sekundärseite.
>
> Primärseite 1V 1mA = 1KOhm Sekundärseite 2V 0,5mA = 4Kohm.
>
> Leistung ist sowohl primär als auch auf Sekundärseite dann 1mWatt.

Ralph Berres

von DSK (Gast)


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Alles klar, wer lesen kann ist klar im Vorteil.
Danke für deine Geduld :-)

von Ralph B. (rberres)


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DSK schrieb:
> Danke für deine Geduld :-)

kein Problem. Ich habe ja auch mal angefangen mit Elektronik
( damals gab es nur noch keine Computer und kein Internet ).

Ralph Berres

von Hans (Gast)


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Ralph B. schrieb:
> mit einen Windungsverhältnis von Wurzel aus 2 zu 1 also
> 1,414:1
>
> Das ist aber ein blödes Verhältnis, also rundet man au 1,5:1

Ach was.

Man rundet eben so, wie es sich mit dem konkreten Übertrager realisieren 
lässt. Niemand hindert Dich daran, Windungsverhältnisse mit einem 
Vielfachen von 7:5 oder auch 10:7 oder 13:9 usw. zu bauen.

von DSK (Gast)


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Ich habe noch eine Frage zum Trafo.

Gehe ich richtig in der Annahme das der Trafo TRS1.5-182+ von 
Mini-Circuits  nicht geeignet ist, für die oben gezeigte Ausgangsstufe. 
Hier passt zwar das Verhältnis aber die Anordnung der Wicklungen 
(fehlende DC Isolation) macht den Trafo unbrauchbar?
https://www.minicircuits.com/pdfs/TRS1.5-182+.pdf

Ein ADT1.5-1+ wäre aber nutzbar. Die Mittelanzapfung auf der sec. Seite 
würde dann offen bleiben?
https://www.minicircuits.com/pdfs/ADT1.5-1+.pdf

von Ralph B. (rberres)


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DSK schrieb:
> Gehe ich richtig in der Annahme das der Trafo TRS1.5-182+ von
> Mini-Circuits  nicht geeignet ist, für die oben gezeigte Ausgangsstufe.
> Hier passt zwar das Verhältnis aber die Anordnung der Wicklungen
> (fehlende DC Isolation) macht den Trafo unbrauchbar?
> https://www.minicircuits.com/pdfs/TRS1.5-182+.pdf

Nicht unbedingt.

Man könnte zur galvanischen Trennung einfach 2 Koppelkondensatoren 
spendieren.

Ralph Berres

von DSK (Gast)


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Also konkret geht es um ein Rechtecksignal am Ausgang mit ~3ns on time, 
rise and fall time liegen so bei 250ps, Frequenz 10MHz.

Würde eine AC gekoppelter Trafo dann nicht auf der Schwingkeisfrequenz 
schwingen? Der DC Gekoppelte ist ja durch die Ausgangstreiber geklemmt 
und somit bedämpft.

von DSK (Gast)


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Ich glaub ich kann es mir selbst beantworten. Die Kondensatoren sind ja 
für die Wechselspannung ebenfalls niederohmig. Somit sollte nicht 
schwingen.

von Ralph B. (rberres)


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DSK schrieb:
> Also konkret geht es um ein Rechtecksignal am Ausgang mit ~3ns on time,
> rise and fall time liegen so bei 250ps, Frequenz 10MHz.

250ps ist schon sehr schnell. Wenn diese Anstiegssteilheit eingehalten 
werden soll, würde das bedeuten, das der Frequenzgang bis mindestens 
4GHz gehen müsste.

Sowohl Induktivitäten , als auch Kapazitäten haben eine Eigenresonanz, 
oberhalb dessen sich die Eigenschaften vertauschen. Das heist aus eine 
Kapazität wird eine Induktivität und umgekehrt.

Wenn man bei einen Kondensator die Eigenresonanz noch höher als 4GHz 
annimmt, dann kommen hier vielleicht maximal 10pF bei einer Bauform 0402 
in Frage.

Ich glaube auch kaum das der Trafo das packt.

Wenn man mit den Ansprüchen runtergeht und eine Anstiegssteilheit von 
3nS zulässt könnte es besser aussehen.

Auf jeden Fall würde ich erst mal nach Eigenresonanzen der Kondensatoren 
schauen.

Die erste Form von Transformator ist für extrem breitbandige Anwendungen 
besser geeignet, als die Bauform mit der galvanischen Trennung.

Ralph Berres

von Mario H. (rf-messkopf) Benutzerseite


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Ralph B. schrieb:
> Wenn man bei einen Kondensator die Eigenresonanz noch höher als 4GHz
> annimmt, dann kommen hier vielleicht maximal 10pF bei einer Bauform 0402
> in Frage.

Für die Verwendbarkeit als Koppelkondensator ist die 
Eigenresonanzfrequenz irrelevant, wie hier schon öfter diskutiert wurde. 
Er muss nur über den Nutzfrequenzbereich eine ausreichend niedrige 
Impedanz haben. Siehe z.B.:

Beitrag "Re: Welchen 100nF Entkoppelungskondensator für bis zu 7GHz"
Beitrag "Re: Welchen 100nF Entkoppelungskondensator für bis zu 7GHz"
Beitrag "Re: Gibt es billige DC-Block-Kondensatoren für 2,45 GHz?"
Beitrag "Re: Welchen 100nF Entkoppelungskondensator für bis zu 7GHz"
Beitrag "Re: DC Block Kondensator auswählen"

> Ich glaube auch kaum das der Trafo das packt.

Es gibt LTCC- oder MMIC-Trafos von der Stange, die bis weit in den 
zweistelligen GHz-Bereich funktionieren. Da ist dann eher die untere 
Grenzfrequenz das Problem.

Hier täte es vielleicht ein TCM2-63WX+ (30...6000 MHz) oder ein TCM2-43X 
(10...4000 MHz); beides drahtgewickelte Transmission-Line-Transformer 
von Mini-Circuits (d.h. ohne galvanische Trennung, es braucht dann zwei 
Koppelkondensatoren) mit Impedanzverhältnis 1:2. Damit kann man dann von 
2 × 50Ω differentiell nach 50Ω single-ended transformieren, und bekommt 
3 dB Gewinn gegenüber der Verwendung nur eines differentiellen Ausgangs. 
Abzüglich der Verluste im Trafo und in den Koppelkondensatoren 
natürlich.

: Bearbeitet durch User
von Robert M. (r0bm)


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Ralph B. schrieb:
> Dann hat man aber weniger Pegel zur Vefügung und auserdem verschenkt man
> Eigenschaften einer Gegentaktanordnung, wie z.B. Unterdrückung von
> geradezahligen Oberwellen.

Die geradzahligen Harmonischen (nicht Oberwellen) lassen sich im weiter 
oben gezeigten Gegentakt-Ausgangstreiber leider nicht unterdrücken.

DSK schrieb:
> Gehe ich richtig in der Annahme das der Trafo TRS1.5-182+ von
> Mini-Circuits  nicht geeignet ist...
DSK schrieb:
> Ein ADT1.5-1+ wäre aber nutzbar.

Beide Baluns haben das falsche Übersetzungsverhältnis (Z=1,5:1). 
Passende Strombaluns (Z=2:1) hat dir Mario genannt.

Ralph B. schrieb:
> Man könnte zur galvanischen Trennung einfach 2 Koppelkondensatoren
> spendieren.

Zwei Trennkondensatoren bilden keine galvanischen Trennung.

von DSK (Gast)


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Robert M.schrieb:
>Beide Baluns haben das falsche Übersetzungsverhältnis (Z=1,5:1).
>Passende Strombaluns (Z=2:1) hat dir Mario genannt.
>...
>Damit kann man dann von
>2 × 50Ω differentiell nach 50Ω single-ended transformieren, und bekommt
>3 dB Gewinn gegenüber der Verwendung nur eines differentiellen Ausgangs.

Ralph B. schrieb:
wenn man die 100 Ohm auf 50 Ohm anpassen möchte , benötigt man einen
Übertrager mit einen Windungsverhältnis von Wurzel aus 2 zu 1 also
1,414:1

Jetzt bin ich aber schon verwirrt.
Im Prinzip kann ich doch jedes Übersetzungsverhältnis einsetzen. Dadurch 
das die Lastimpedanzen primär und sekundär fest sind, wird sich Strom 
und Spannung so einstellen das es passt. Selbst wenn der Trafo ein 
Übersetzungsverhältnis von 1:4 hat.

Robert M.schrieb:
Zwei Trennkondensatoren bilden keine galvanischen Trennung.

Das ist richtig. Ralf meinte hier sicherlich einen DC-Blocker. Ich hatte 
es zumindest so interpretiert.

von Ralph B. (rberres)


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DSK schrieb:
> Jetzt bin ich aber schon verwirrt.
> Im Prinzip kann ich doch jedes Übersetzungsverhältnis einsetzen. Dadurch
> das die Lastimpedanzen primär und sekundär fest sind, wird sich Strom
> und Spannung so einstellen das es passt. Selbst wenn der Trafo ein
> Übersetzungsverhältnis von 1:4 hat.

wenn man 100 Ohm auf 50 Ohm anpassen will, dann braucht man einen 
Übersetzungsverhältnis von 1,414:1 Punkt!

Andere Übersetzungsverhältnisse nimmt bewirken eine Fehlanpassung.

Wieviel Fehlanpassung man in Kauf nimmt, muss jeder selbst entscheiden.

Wer etwas anderes behauptet soll das beweisen.

DSK schrieb:
> Das ist richtig. Ralf meinte hier sicherlich einen DC-Blocker. Ich hatte
> es zumindest so interpretiert.

Ja meinte ich. Mehr wird hier auch nicht verlangt.


So ich klinke mich jetzt raus aus dem Faden.

Ralph Berres

von DSK (Gast)


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DSK schrieb:
> Jetzt bin ich aber schon verwirrt.
> Im Prinzip kann ich doch jedes Übersetzungsverhältnis einsetzen. Dadurch
> das die Lastimpedanzen primär und sekundär fest sind, wird sich Strom
> und Spannung so einstellen das es passt. Selbst wenn der Trafo ein
> Übersetzungsverhältnis von 1:4 hat.

Das ist Quark.
Die Impedanz wird mit dem Quadrat des Übersetzungsverhältnis 
transformiert.

Bedeutet in Zahlen:

ü = 1,414  | 1,414² * 50R = 100R

ü = 1,5 | 1,5² * 50R = 112,5R

ü = 2 | 2² * 50R = 200R

Somit hat Ralf von Anfang an recht.

Leider habe ich keinen Trafo mit ü=1,5 gefunden der bis 4 GHz geht.

von Robert M. (r0bm)


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DSK schrieb:
> Ralph B. schrieb:
> wenn man die 100 Ohm auf 50 Ohm anpassen möchte , benötigt man einen
> Übertrager mit einen Windungsverhältnis von Wurzel aus 2 zu 1 also
> 1,414:1

Korrekt. Windungsverhältnis! Mini-Circuits gibt jedoch das 
Impedanzverhältnis Z an. N=1,414:1 bedeutet Z=2:1.

Die von dir ausgesuchten Übertrager haben Z=1.5:1 und werden verwendet 
um z. B. von 75 Ohm nach 50 Ohm zu transformieren.

DSK schrieb:
> Jetzt bin ich aber schon verwirrt.
> Im Prinzip kann ich doch jedes Übersetzungsverhältnis einsetzen.

Nicht wenn du 50 Ohm am Ausgang haben möchtest.

von Mario H. (rf-messkopf) Benutzerseite


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DSK schrieb:
> Somit hat Ralf von Anfang an recht.

Das haben ja nun schon mehrere Leute bestätigt.

> Leider habe ich keinen Trafo mit ü=1,5 gefunden der bis 4 GHz geht.

Du brauchst einen mit Impedanzverhältnis 1:2, bzw. Windungsverhältnis 
1:sqrt(2). Ich hatte Dir zwei genannt. Darüber hinaus gibt es auch von 
Coilcraft einen passenden. Und vermutlich auch von weiteren Herstellern.

Beitrag #7070745 wurde vom Autor gelöscht.

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