Hallo MC, ich habe vor einigen Wochen einen LNA gebaut mit einem BFP640 von Infineon. Infineon veröffentlicht Spice-Modelle, weshalb ich LTSpice zur Berechnung mit S-Parametern nehme. Nun versuche ich einen PA zu bauen mit 4 bis 10 Watt bei 430 MHz. Dafür suche ich Transistoren. Meine Favoriten bislang: BFQ790 als Treiber AFT05MS004N als Endstufe Mein Problem ist, dass diese Transistoren nicht stabil sind. Wenn ich den Stabilitätsfaktor berechne (sowohl in LTSpice als auch in Matlab mit den S-Parameter von den Hersteller-Homepages) sind beide Transistoren über weite Teile instabil, insbesondere bei 430 MHz. Meine Frage: Wie kann ich Stabilität beider Transistoren herstellen?
Sie "sind instabil" bedeutet: Sie schwingen, wenn du bestimmte Impedanzen (bzw. Reflektionsfaktoren) an Ein- und Ausgang schaltest. Du verhinderst Schwingen, wenn du diese Impedanzen vermeidest. Meist können resistive Anteile helfen, diese unerwünschten Impedanzen zu umschiffen. Also Serien-R oder Parallel-R an Ein- und Ausgang. Diese verschlechtern deine Verstärkereigenschaften (Gain, Pout, Noise...) aber verbessern die Stabilität. Die Kunst ist nun, diese Wiederstände so maßvoll einzusetzen, dass das Schwingen verhindert wird, die Funktion des Verstärkers aber noch hinreichend gegeben ist.
Das mit den Widerständen habe ich beim BFP640 genutzt und es hat funktioniert. Beim BFQ790 aber geht das schlichtweg nicht. Er will einfach nicht stabil werden. Beim AFT05MS004N liefert das Datenblatt außerdem Impedanzen für alle Frequenzen. Reicht es da nicht aus, einfach auf diese Impedanzen anzupassen? So wird es bei Bowick (RF Circuit Design) gemacht, er verrät aber nicht, ob der Verstärker dann auch stabil ist.
> So wird es bei Bowick (RF Circuit Design) gemacht, er verrät aber nicht,
ob der Verstärker dann auch stabil ist.
Ein Verstaerker ist natuerlich immer stabil, sonst ist er ja wertlos.
Bevor man's vergisst... Power Amps muessen eigentlich fast immer
abgeschlossen sein, sonst sind sie sofort kaputt.
>Beim BFQ790 aber geht das schlichtweg nicht. Er will >einfach nicht stabil werden. Ja manche sind echt giftig. Meinst du "nicht stabil" in der Simulation oder in der Realität? Nicht erfüllte Stabilitätskriterien bedeuten ja nicht, dass er tatsächlich schwingt, sondern nur dass man ihn prinzipiell durch unpassende Zsource und Zload zum Schwingen bekommen kann. >Beim AFT05MS004N liefert das Datenblatt außerdem Impedanzen für alle >Frequenzen. Meinst du Z source und Z load? Die sind nur für einige Frequenzen angegeben >Reicht es da nicht aus, einfach auf diese Impedanzen anzupassen? Bin ich nicht sicher - wenn du zwischen z.B. 400 MHz - 500 MHz die Impedanzen genau getroffen hast, aber bei z.B. 50 MHz ganz wo anders bist als im Reference Circuit dann kann das ganze trotzdem schwingen. Am sichersten ist, genau den Reference Circuit nachzubauen. Das Verhindern von Schwingen musst du sonst im gesamten Frequenzbereich bis zur Transitfrequenz verhindern. Also von 0 Hz bis zu ein paar GHz.
Ist es richtig, dass ich die Impedanzen aus dem Datenblatt nehmen kann und darauf anpasse (Eingang und Ausgang 50 Ohm) und der Verstärker dann stabil ist? Oder muss ich zusätzlich die S-Parameter nehmen und sicherstellen, dass die Anpassung nicht zu Instabilitäten sorgt? Wie stellen sich die Hersteller den Entwurfsprozess beim Schaltungsentwickler vor?
> Ja manche sind echt giftig. Meinst du "nicht stabil" in der Simulation > oder in der Realität? Nicht erfüllte Stabilitätskriterien bedeuten ja > nicht, dass er tatsächlich schwingt, sondern nur dass man ihn > prinzipiell durch unpassende Zsource und Zload zum Schwingen bekommen > kann. Ich meine, dass der Stabilitätsfaktor unter 1 fällt. Ich habe dann bei 430 MHz darauf geachtet, dass ich nicht in die Stabilitätskreise falle, sprich passende Reflexionsfaktoren. Aber das müsste dann ja für jede Frequenz überprüft werden. > Meinst du Z source und Z load? Die sind nur für einige Frequenzen > angegeben Ja, ZS und ZL. Für 400 und 450 ist es ja gegeben, also in etwa mein Zeilbereich. > Bin ich nicht sicher - wenn du zwischen z.B. 400 MHz - 500 MHz die > Impedanzen genau getroffen hast, aber bei z.B. 50 MHz ganz wo anders > bist als im Reference Circuit dann kann das ganze trotzdem schwingen. Am > sichersten ist, genau den Reference Circuit nachzubauen. > > Das Verhindern von Schwingen musst du sonst im gesamten Frequenzbereich > bis zur Transitfrequenz verhindern. Also von 0 Hz bis zu ein paar GHz. Ja, ganz genau das ist mein Problem. Selbst wenn ich bei 430 MHz alles sauber entwerfe, muss es ja nicht bei 50 oder 1050 MHz passen.
>Oder muss ich zusätzlich die S-Parameter nehmen und sicherstellen, dass >die Anpassung nicht zu Instabilitäten sorgt? Ich denke genau das >Wie stellen sich die Hersteller den Entwurfsprozess beim >Schaltungsentwickler vor? Komplette S-Parameter von 0 bis X GHz in Simulationssoftware - basierend auf den S-Parametern kann man das ganze Matching passend bestimmen dass alles stabil ist. Es ist auf jeden Fall nicht ganz einfach, einen Verstärker sicher stabil zu bekommen. Im Nutzfrequenzbereich matchen reicht sicher nicht aus.
Was ist von diesem Vorgehen zu halten? 1) Stabilitätsfaktor für alle Frequenzen berechnen 1.1) Wenn überall stabil, dann im Nutzfrequenzbereich anpassen. Fertig. 1.2) Wenn instabil, Stabilität durch Widerstände herstellen. 1.2.1) Wenn nun überall stabil, wieder im Nutzfrequenzbereich anpassen. Fertig. 1.2.2) Wenn trotzdem instabil, dann für alle Frequenzen Stabilitätskreise plotten. Eingangs- und Reflexionsfaktor aussuchen, der für alle Frequenzen im stabilen Bereich liegt. Mit diesen Faktoren anpassen im Nutzfrequenzbereich. Fertig.
Es tunt sich angenehmer wenn man den Transistor erst überall stabil macht und dann für die Wunschfrequenzen anpasst. In Leistungstufen wird man ohne Widerstände auskommen müssen weil man sie kaum so gross machen kann dass sie eventuelles Schwingen überleben. Also L, C und transmission lines. Manchmal geht es einfach nicht. Wir haben mal versucht, einen PHEMT von Agilent/Avago für 144 MHz EME passend zu machen. Verführerische Rauschzahl, gigantischer IP3. Keine Chance. Wenn man wollte dass er dort unten funktioniert, dann war er immer irgendwo instabil. Das passiert vor allem wenn man schnelle Transistoren bei tiefen Frequenzen missbrauchen will, oder wenn sie für eine andere Frequenz vorangepasst sind. Im DUBUS waren mal Artikel über den Gebrauch von Surplus-Handynetz-Transistoren für Amateurfunkzwecke, WIMRE. < www.dubus.org > Es gibt ein exzellentes Buch von einem Herrn Cripps zum Thema Endverstärker. Ich hatte es nur geliehen & musste es leider wieder zurückgeben. < https://www.amazon.de/s/ref=nb_sb_noss?__mk_de_DE=%C3%85M%C3%85%C5%BD%C3%95%C3%91&url=search-alias%3Daps&field-keywords=Cripps+amplifiers+microwave+design > Ich glaube, es war das orangene. Ich hab's aber schon als .pdf gesehen. Gruß, Gerhard
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Sehr schön zu diesem Thema passt das Dokument von Philips: philips_rf_manual_4th_edition_appendix.pdf Wollte das hier jetzt nicht hochladen, da es etwas groß ist. Findet man aber im Internet problemlos. Sehr lesenswert!
Hallo, ja das Problem habe ich mit einem BFP405 auch schon festgestellt, bei 145MHz hat der eine so giftige Verstärkung, dass er völlig instabil wird. Als einfachste Lösung kann man an der Basis einen Vorwiderstand setzen, damit nimmt man seine Verstärkung für höhere Frequenzen etwas zurück. Oder eine kleine Emitter Degeneration (L). Übrigens habe ich bei 145MHz schon aus einem BFP450 ca.40dB Verstärkung herausgeholt. Die Datenblätter bzw. das Silizium fällt auch unterschiedlich aus. Zumindest habe ich das schon feststellen müssen. @ Gerhard Hoffmann, welchen Typ habt ihr da von Agilent/Avago PHEMT genommen? Weil solche Teile bei mir auch schon liegen. Gruß Sascha
Okay, dann lasse ich den BFQ790 fallen. Stattdessen nehme ich den BFU590Q als Treiber. Es gibt von NXP bereits eine Application Note für 433 MHz, da kann ich mich bedienen. Kann jemand einen guten Endstufen-Transistor für 430 MHz empfehlen? Am besten mit 5 bis 12 Volt Versorgungsspannung und mindestens 2 Watt Ausgangsleistung (aber nicht mehr als 10).
Hallo, @ Gerhard Hoffmann, O.K. danke für die Ausführung, jetzt sehe ich auch wo es hebt. Ist klar das Teil ist am Eingang vermutlich nur mit einem Baluntransformator in den Griff zu bekommen. Der Ausgang sieht ja nicht ganz schlecht aus. Der Scheinwiderstand am Eingang muss dennoch kompensiert werden. @Alex, warum kein kleines Modul von Mitshubishi? Den AFT05MS004N finde ich aber gar nicht so schlecht. Aber schau mal auch da bei Mitshubishi nach. Ich meine die haben auch kleine Mosfets für PAs. Gruß Sascha
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