Verstärkerschaltung für Digitalsignale 5 MHz 10W

[albu (Gast)]

Hallo zusammen,

ich bräuchte eine Verstärkerschaltung für digitale Signale und habe 
schaltungstechnisch leider nur grundlegende Kenntnisse.

Infos zum Eingangssignal:
-PDM oder auch PWM Signal
-Pegel 3,3V
-Frequenz ca. 5 MHz

Infos zum Ausgang:
-Spannung soll am besten variabel zwischen 5 und ca. 20V einstellbar 
sein (Labornetzteil als Spannungsquelle)
-Geschaltet wird eine ohmsche Last mit ca. 25 Ohm
-Ausgangsleistung ca. 5-15W

Der Signalgenerator ist ziemlich empfindlich was kleine Lasten angeht, 
weshalb ich zuerst an einen Operationsverstärker und ggf. 
nachgeschalteteten Mosfet dachte. Da ich ein paar Komponenten gerade 
zuhause hatte (npn-Transitoren + ein n-Mosfet), habe ich ohne viel 
überlegen die Schaltung aus dem Anhang aufgebaut. Diese Funktioniert bis 
ca. 500 kHz auch ganz passabel, jedoch mit leichtem delay.
Hat mir vielleicht jemand einen kleinen Tipp, wie ich die Schaltung 
verbessern kann oder wie das alles einfacher zu lösen ist? Vllt. mit 
einem op-amp oder einem einfachen Gatetreiber?

Beste Grüße,
Alex

[Christian M. (Gast)]

albu schrieb:
> Funktioniert bis ca. 500 kHz auch ganz passabel

Ein Wunder!

albu schrieb:
> Frequenz ca. 5 MHz

Vergiss das mit dieser Schaltung! Das ist HF!
Sorry wenn ich jetzt nicht's Konstruktives anbringen kann, das müssen 
die Experten aus der HF-Fraktion.

Gruss Chregu

Edit: PS: Ich hoffe das wird doch kein Sender oder so!?!?

[6a66 (Gast)]

albu schrieb:
> Verstärkerschaltung für digitale Signale und habe
> schaltungstechnisch leider nur grundlegende Kenntnisse.

Dann wird das schwierig.

albu schrieb:
> Infos zum Eingangssignal:
> -PDM oder auch PWM Signal
> -Pegel 3,3V
> -Frequenz ca. 5 MHz

Das ist mal nicht so schwer da Du as mit CMOS-Logik und den 
enstsprechenden Treibern mal schion auf 10...15V anheben kannst, 
allerdings ohne Leistungsteil.

albu schrieb:
> Infos zum Ausgang:
> -Spannung soll am besten variabel zwischen 5 und ca. 20V einstellbar
> sein (Labornetzteil als Spannungsquelle)
> -Geschaltet wird eine ohmsche Last mit ca. 25 Ohm
> -Ausgangsleistung ca. 5-15W

So und jertzt wird's schwierig. Die normalen Halbbrückentreiber und 
HighSide- Schalter machen in etwa bis zu 100kHz (oder villeicht auch 
noch ein bisschen mehr). Über 1 MHz wird es haarig. Da bleibt Dir dann 
höchstens eine diskrete Implementierung via Mosfet und bei 5MHZ:

Christian M. schrieb:
> Das ist HF!

Denn da hast Du bei Frequenzen von 5MHz Zykluszeiten von 200ns und wenn 
Du die nicht als Sinus bekommen willst brauchts Du Frequenzgänge 
ordentlich über 5MHz.

Ist die Frage, für was das alles?
Geht es vielleicht auch einfacher?

rgds

rgds

[Axel S. (a-za-z0-9)]

albu schrieb:
> ich bräuchte eine Verstärkerschaltung für digitale Signale
>
> Infos zum Eingangssignal:
> -PDM oder auch PWM Signal
> -Pegel 3,3V
> -Frequenz ca. 5 MHz

Was soll das werden? Ein Kurzwellensender? Bei 5MHz liegt die Grundwelle 
im Kurzwellenbereich und die Oberwellen reichen locker ins UKW-Band. Das 
kannst du nicht nur nicht aufbauen, das solltest du auch nicht.

[Patrick B. (p51d)]

albu schrieb:
> -PDM oder auch PWM Signal
> -Frequenz ca. 5 MHz

WOW, da generierst du dir mit steilen Flanken aber massiv Oberwellen! 
und bei 15W (Sende)Leistung wird sicher bald eine Behörde oder die 
Polizei bei dir sein. Das wird dann wohl ein guter Störsender werden.

5MHz Sinus ist ja noch machbar, aber 5MHz Rechteck ist ein anderes 
Thema. Da musst du die Schaltung schon für 20-50MHz auslegen.
Und vergiss OPAMPs, die laufen nur bis ~500kHz vernünftig. Alles was 
darüber ist, geht ordentlich ins Geld und bedingt ein gutes Layout.

[H.Joachim S. (crazyhorse)]

Patrick B. schrieb:
> Und vergiss OPAMPs,

Naja - mit nem PA107 kann man da schon was reissen :-).
Aber stimmt - kostet ordentlich. Und es stellt sich die Frage, was es 
werden soll.

[albu (Gast)]

Danke schonmal für die zahlreichen Antworten.
Ich kann euch beruhigen -ein Sender oder ähnliches wird es sicher nicht.

Vielleicht kurz zur Erklärung: Das ganze ist ein Versuchsaufbau für eine 
ziemlich interessante Geschichte. Ich beschäftige mich viel mit 
verschiedenen Werkstoffen und führe gerade Experimente durch, bei denen 
ich neuartige Werkstoffe mit scharfen, hochfrequenten Impulsen zum 
Schwingen anrege. Die so erzeugten Schwingungen liegen deutlich 
unterhalb der Frequenz, mit welcher der Werkstoff angeregt wird 
(aufgrund der Trägheit). Es wurde jedoch bereits festgestellt, dass vor 
allem sehr kurze und dafür starke Impulse zu besseren Ergebnissen 
führen.
Bei früheren Versuchen wurde z.B. ein Versuchsaufbau genutzt, mit dem 
man Impulse bis zu 1,6 MHz erzeugen konnte (siehe Bild im Anhang). Die 
Ergebnisse wurden dabei immer besser, je höher die Frequenz war.
Aus diesem Grund würde ich gerne einen Verstärker aufbauen, mit dem ich 
noch höhere Frequenzen erreiche. So könnte ich testen, ob die Ergebnisse 
durch noch kürzere Signale weiter verbessert werden können oder ob sich 
irgendwann ein Gleichgewicht einstellt.

6a66 schrieb:
> Denn da hast Du bei Frequenzen von 5MHz Zykluszeiten von 200ns und wenn
> Du die nicht als Sinus bekommen willst brauchts Du Frequenzgänge
> ordentlich über 5MHz.

Wie könnte ich das schaffen? Auch über einen Mosfet?

Axel S. schrieb:
> Bei 5MHz liegt die Grundwelle
> im Kurzwellenbereich und die Oberwellen reichen locker ins UKW-Band.

Muss ich den gesamten Aufbau schirmen oder irgendetwas beachten, auch 
wenn ich eine ohmsche Last dran hänge? Ich dachte an ein BNC-Kabel vom 
Verstärker bis zur Last.

Patrick B. schrieb:
> Alles was
> darüber ist, geht ordentlich ins Geld und bedingt ein gutes Layout.

Was genau muss ich beim Layout beachten? Gibt es hier vllt Geräte (z.B. 
Antennenkabel-Verstärker) an denen ich mich orientieren kann?

H.Joachim S. schrieb:
> Naja - mit nem PA107 kann man da schon was reissen :-).
> Aber stimmt - kostet ordentlich.

Da ich das privat mache, wäre eine günstige Lösung natürlich von 
Vorteil. Wenn ich aber die ein oder andere spezielle Komponente brauche, 
müsste ich mir die eben anschaffen..

Vielen Dank für de Hilfe!

[Gerald M. (gerald_m17)]

Bei dem Leistungsteil kann ich dir leider nicht helfen, ich würde an 
deiner Stelle nach QRP Bausätzen ausschau halten. Kosten nur ein paar 
Euro, und leisten meist 10W+ bei ein paar duzent MHz. Eventuell mit 
Übertragern die Impedanz anpassen.

Zu deinem Experiment. Dass die Resonanzen bei den Frequenzen überhaupt 
angeregt werden, liegt vermutlich viel mehr am Dirac Charakter deiner 
Anregungen. Der Dirac Puls ist nämlich idealerweise unendlich hoch und 
unendlich dünn, und beinhaltet dann alle Frequenzen.
Es hätte vermutlich einen deutlich stärkeren Effekt, die 
Resonanzfrequenz deines Objektes durch einen Deltapuls herauszufinden, 
und anschließend mit eben dieser Frequenz anzuregen. Denn nur die 
Energie dieser Frequenz wird auch tatsächlich genutzt.

[Falk B. (falk)]

@albu (Gast)

Nimm einen fertigen MOSFET-Treiber. Die sind sehr schnell und gehen 
meist bis 18V, 20V halten sie sicher auch noch aus.

https://www.mikrocontroller.net/articles/MOSFET-%C3%9Cbersicht#MOSFET-Treiber

TC4451/TC4452 sind deine Freunde. Dazu braucht man aber einen gescheiten 
Aufbau, sprich Layout. Kurze Leitungen und passende 
Entkoppelkondensatoren!

https://www.mikrocontroller.net/articles/Kondensator#Entkoppelkondensator

Ich würde hier 1-2uF als Folienkondensator NAH am IC platzieren und 
nochmal 100-470uF als Tantalkondensator oder einen Low ESR 
Aluminium-Elko. Dann wird das was.

[Karl (Gast)]

Christian M. schrieb:
> albu schrieb:
>> Funktioniert bis ca. 500 kHz auch ganz passabel
>
> Ein Wunder!
>
> albu schrieb:
>> Frequenz ca. 5 MHz
>
> Vergiss das mit dieser Schaltung! Das ist HF!
> Sorry wenn ich jetzt nicht's Konstruktives anbringen kann, das müssen
> die Experten aus der HF-Fraktion.
>
> Gruss Chregu
>
> Edit: PS: Ich hoffe das wird doch kein Sender oder so!?!?

Topkek. 5MHz und HF da hauts mir doch fast die Kippe ausm Maul.

Wie bereits erwähnt passende Kombination aus MOSFET und MOSFET Treiber 
kaufen - in deinem Fall würde ich auf jeden Fall auf einen Push-Pull 
Treiber setzen, der 330Ohm Widerstand lädt hier das Gate nur all zu 
gemütlich auf...

Finger weg von Tantalkondensatoren, die sind Mist. Nimm lieber die im 
gleichen Satz erwähnten Low ESR (oder einfach so Elkos).

Als Abblockkondensator können auch 100n langen, je nach Dimensionierung 
(siehe Datenblatt MOSFET Treiber), der richtige Anschluss im Layout ist 
hier wichtiger, denn der beste Kondensator nützt nichts wenn man diesen 
hochohmig anbindet.

http://blog.optimumdesign.com/how-to-place-a-pcb-bypass-capacitor-6-tips

Die Beispiele gehen in die richtige Richtung, sprich Kondensator 
möglichst nah an die Pins und der Anschluss an die Spannungsversorgung 
erst nach dem Kondensator, nicht davor, ansonsten verfehlt der 
Kondensator bei steilen Flanken seinen Sinn.

Wie sieht die Last aus? Ist da auch etwas induktives dabei? Wenn ja 
würde ich den Ausgang mit Snubber/Dioden etwas schützen.

[albu (Gast)]

Falk B. schrieb:
> Nimm einen fertigen MOSFET-Treiber. Die sind sehr schnell und gehen
> meist bis 18V, 20V halten sie sicher auch noch aus.
>
> https://www.mikrocontroller.net/articles/MOSFET-%C3%9Cbersicht#MOSFET-Treiber
>
> TC4451/TC4452 sind deine Freunde. Dazu braucht man aber einen gescheiten
> Aufbau, sprich Layout. Kurze Leitungen und passende
> Entkoppelkondensatoren!

Der TC4452/TC4452 sieht ja schonmal vielversprechend aus. Heißt das, ich 
könnte den Ausgang des "Treibers" ohne nachgeschalteten Mosfet direkt 
benutzen, um meine Last anzusteuern? Das wäre ja ein sehr kompakter 
Aufbau mit ein paar Kondensatoren und dem einen Treiber.
Das Bild im Anhang zeigt die im Datenblatt abgebildete Beschaltung des 
Treibers. Diese würde ich unter Berücksichtigung der Tipps von euch 
(Kondensatoren direkt an den Treiber, kurze Strecken) nachbauen und auch 
die Kondensatorwerte von euch übernehmen. Gibt es einen Unterschied 
zwischen der 8-poligen und der 5-poligen Variante? Hätte mich jetzt 
spontan für den 5-poligen entschieden, da ich für diesen eher Kühlkörper 
übrig habe.

Karl schrieb:
> Wie bereits erwähnt passende Kombination aus MOSFET und MOSFET Treiber
> kaufen - in deinem Fall würde ich auf jeden Fall auf einen Push-Pull
> Treiber setzen, der 330Ohm Widerstand lädt hier das Gate nur all zu
> gemütlich auf...

Gibt es hier eine Kombination aus MOSFET und MOSFET-Treiber die geläufig 
und empfehlenswert wäre für die Anwendung?

Karl schrieb:
> Wie sieht die Last aus? Ist da auch etwas induktives dabei? Wenn ja
> würde ich den Ausgang mit Snubber/Dioden etwas schützen.

Ein induktiver Anteil sollte eigtl. nicht vorkommen. Ich würde sagen der 
Werkstoff leitet den Strom wie eine ohmsche Last.
Was haltet ihr eigtl von der Idee, am Ausgang der Schaltung direkt eine 
BNC-Buchse anzulöten und dann mit einem BNC-Kabel zur Last zu gehen?

Gruß,
Alex

[Falk B. (falk)]

@ albu (Gast)

>Der TC4452/TC4452 sieht ja schonmal vielversprechend aus. Heißt das, ich
>könnte den Ausgang des "Treibers" ohne nachgeschalteten Mosfet direkt
>benutzen, um meine Last anzusteuern?

Ja.

>die Kondensatorwerte von euch übernehmen.

Du kannst auch die Datenblattwerte nehmen, der Hersteller kennt den IC 
meist besser als wir ;-)

> Gibt es einen Unterschied
>zwischen der 8-poligen und der 5-poligen Variante?

den 5poligen kann man an einen Kühlkörper anschrauben und dadurch 
höher belasten.

> Hätte mich jetzt
>spontan für den 5-poligen entschieden, da ich für diesen eher Kühlkörper
>übrig habe.

Gute Idee.

>Was haltet ihr eigtl von der Idee, am Ausgang der Schaltung direkt eine
>BNC-Buchse anzulöten und dann mit einem BNC-Kabel zur Last zu gehen?

Kann man machen.

[Jobst M. (jobstens-de)]

Wie wär es mit einem alten CB-Funkgerät?
27MHz, 4W, Du darfst in diesem Bereich senden ...
Ist zwar etwas mehr f und etwas weniger P, aber vielleicht hilft es ja 
dennoch weiter.


Karl schrieb:
> 5MHz und HF da hauts mir doch fast die Kippe ausm Maul.

HF geht von 3-30MHz:
https://de.wikipedia.org/wiki/Frequenzband#.C3.9Cbersicht
... rauchen ist eben ungesund.


Gruß
Jobst