RF-Pegelmesser mit AD8307 zum Vergleichen von Piezofiltern

      Pi-Netzwerk ist Absicht!

      Mehrfach schrieb ich schon was zu den parasitären Induktivitäten.
      Bei bedrahtet 0207 kann man grob 10 bis 20 nH ansetzen.
      Beim T hast Du zwei Induktivitäten in Serienschaltung, ungünstig.
      Pi ist da angenehmer, da geht die Induktivität gegen Masse.
      Nimmt man wie ich auch noch Parallelschaltung, hat man im Idealfall sogar nur halbe Induktivität.

      Hier ist das noch nicht wild, 15 nH bei 10,7 MHz ergibt rund 1 Ω.
      Deutlich spürbar wird das bei Emitterwiderständen und z.B. 100 MHz.
      10 Ω Emitterwiderstand mit 10 Ω Induktivität macht sich deutlich bemerkbar.
      Deswegen auch mein Rat, SMD zu nehmen, etwa 1/10 Induktivität gegenüber Bauart 0207.

      Andreas
      Was bedeutet DL2JAS? Amateurfunk, www.dl2jas.com

      Anbei Vergleich Pi- und T-Netzwerk bei der Anpassung!

      Spaßeshalber ermittelte ich mit KiCad jeweils einen Abschwächer Pi und T zu 1,35 dB.
      Der krumme Wert bot sich an, weil man dann glatt 3,9 Ω bei den Ärmchen vom T hat.
      Eigentlich wollte ich noch aus 318 Ω 270 Ω plus 47 Ω in Serie machen, verzichtete aber.
      Alle Widerstände bekamen in Serie 15 nH verpasst, realistisch bei bedrahtet 0207.
      Die Simulation mit RFSim ließ ich von 1 MHz bis 1 GHz laufen.



      Im Mittelpunkt des Smith-Diagramms ist perfekte Anpassung, hier Startpunkt 1 MHz.
      Oben rechts der Endpunkt entspricht 1 GHz, da kann man nicht mehr von Anpassung reden, unbrauchbar.
      In beiden Fällen setzte ich den Marker auf 100 MHz.
      Man sieht, bei Pi ist man gegenüber T näher am Mittelpunkt, also geringere Fehlanpassung.
      Auf 10,7 MHz verzichtete ich, ist noch sehr nah am Mittelpunkt, Fehlanpassung vernachlässigbar.
      Nimmt man Pi und Parallelschaltung bei den Widerständen, wird natürlich die Fehlanpassung kleiner.
      Baut man mit SMD 1206 auf, etwa 1/10 Induktivität gegenüber 0207, ist auch 1 GHz recht brauchbar.

      Andreas
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      Ergänzung

      Ich schaute bei den Betrachtungen in das Netzwerk hinein, was S11 beim Smith-Diagramm entspricht.
      Zusätzlich bekomme ich noch eine einfache Ersatzschaltung angezeigt, Werte für 100 MHz:
      Beim Pi sieht man 50,1 Ω mit 13 nH in Serie.
      Unschöner beim T, auch 50,1 Ω, jedoch 26 nH in Serie.
      Spaßeshalber nahm ich Pi und setzte alle Parasitärinduktivitäten auf 2 nH, passt gut für SMD 1206.
      Jetzt sind es 50,0 Ω mit 1,7 nH Serieninduktivität, deutlicher Unterschied.
      Das angehängte Diagramm gilt für 1 GHz, Reflexion ähnlich wie mit 0207 bei 100 MHz.
      Für die Funkamateure, ab 70 cm sollte man eher 0805 statt 1206 nehmen, gerade bei Emitterwiderständen.
      Bauform 0805 taugt locker bis 100 mW und die Induktivität liegt um 1 nH.

      Andreas, DL2JAS
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      LT-Spice kann S-Parameter berechnen, aber kein Smith-Diagramm darstellen. Das funktioniert über die Spicedirektive ".NET" Man kann damit ein ganzes Set an Zweitorparametern berechnen lassen.
      Die Darstellung der Werte in einem kartesischen Diagramm als Kombination von Pegel und Phase ist leider nicht so übersichtlich wie die Darstellung im Smith-Diagramm. Aber auch hier wird Andreas' Aussage deutlich, dass die PI-Anordung für hohe Frequenzen günstiger ist. Oben die Übertragungsfunktion der beiden Anpassnetzwerke, unten die Reflexion am Eingang.

      Microcap 12 hat zwar ein Smith-Diagramm als Vorlage, kann aber wiederum mit der .net Spice-Direktive nichts anfangen. Schade.

      Viele Grüße,
      Christian
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      Christian, ist mir bekannt!

      Vor einiger Zeit fuchste sich Reinhard da mal hinein.
      Ich suchte nach einer Möglichkeit, Dateien .s2p für RFSim zu generieren.
      Hintergedanke, ich wollte Leistungs-FETs und schnelle NF-Transistoren für HF benutzen.
      Häufig sind die Spice-Modelle dafür nur bedingt geeignet.
      Bei Interesse mehr dazu via PN oder Mail!

      Andreas
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      Nicht nur für HF - ich benutze die .NET I(RL) V1 Direktive in LTSPICE auch im NF-Bereich.

      Dort ist sie ebenfalls sehr nützlich, weil damit in der Ergebnis-Liste "visible traces" nach Ausführen der Simulation auch die Funktionen "Z(out)" und "Z(in)", also Ausgangsimpedanz und Eingangsimpedanz der Schaltung, enthalten sind. Einfach anklicken, sich diese Kurven im Ergebnisfenster anzeigen lassen. Dann die y-Achse von "logarithmisch" auf "linear" ändern, so dass statt "dB" die Widerstandseinheit "Ohm" angezeigt wird..

      So bekommt man in der Simulation unkompliziert an diese Impedanzen für den in der AC-Analyse angegebenen Frequenzbereich, z.B. bei Audio-Verstärker-Schaltungen.


      Beispiel:
      (Low-Fi) Körting Stereo-Verstärker, Schaltungstechnik von 1966, umgebaut (mit Christians Unterstützung) von Ge- auf Si-Transistoren,
      hier früher behandelt: Körting "Low-Fi" 1968-1970

      LTSpice Simulation mit der .NET Direktive:



      Mit .NET Direktive in LTSpice simulierte Ausgangsimpedanz Z(out):



      Gestern habe ich die Ausgangsimpedanz dieses Verstärkers über die Frequenz mit einem QuantAsylum QA403 gemessen (mein neues Spielzeug):


      Simulation und Messung ergeben beide übereinstimmend eine Ausgangsimpedanz von 0,2 Ohm, bzw. 0,25 Ohm, bei 1 kHz. Für Lautsprecher mit 4 Ohm Eingangsimpedanz errechnet sich ein Dämpfungsfaktor D = 4/0,25 = 16. Für 8 Ohm Lautsprecher D=32 bei 1 kHz.

      An der unteren Grenze des Frequenzbereichs ist die Abweichung zwischen Simulation und Messung grösser. Tatsächlich ist die gemessene Ausgangsimpedanz unter 100 Hz viel geringer (also besser) als die simulierte. Dies ist ein Verstärker mit Treiber-Übertrager-Trafos. Offenbar sind hier diese Trafos viel besser (sind z.B. bifilar gewickelt und evtl. auch geschachtelt) als deren einfaches LTSpice Trafo Simulationsmodell. Dennoch ist der untere Frequenzbereich (insbesondere < 40 Hz) für Übertrager nicht selten eine grössere Herausforderung.

      Gruß
      Reinhard

      Dieser Beitrag wurde bereits 10 mal editiert, zuletzt von „oldiefan“ ()

      oldiefan schrieb:

      Nicht nur für HF - ich benutze die .NET I(RL) V1 Direktive in LTSPICE auch im NF-Bereich.


      Ja, das geht wunderbar einfach und schnell mit LTSpice.

      Im Programm Microcap 12 gibt es immerhin einen Umweg, Eingangs- oder Ausgangs-Impedanzen zu ermitteln. Leider geht das nicht in einem Rutsch.
      Eingangsimpedanz:
      -Trennen der eigentlichen Signalquelle vom Eingang
      -Anschluss einer Stromquelle, 1 Ampere AC
      -Plotten der Eingangsspannung im Modus AC-Simulation





      Das ist die Schaltung eines einfachen Beispielverstärkers . mit eher bescheidenen Qualitäts- und Leistungsdaten. Am Eingang befindet sich die Stromquelle.




      Die Einstellungen der Stromquelle. Die beiden wesentlichen Werte habe ich markiert.




      Ergebnis des Plots der Eingangsspannung. Da der Strom auf 1 A gesetzt wurde, muss man nicht umrechnen, der angezeigte Wert entspricht dem Eingangswiderstand. Hier ergeben sich über weite Frequenzbereiche ca. 4,7 kOhm, definiert durch R1.

      Der Ausgangswiderstand lässt sich ganz ähnlich bestimmen:
      -Last am Ausgang entfernen
      -Eingang abschließen (korrekter Widerstand der Signalquelle, aber kein Signal einspeisen)
      -Stromquelle am Ausgang anschließen, 1 A Amplitude
      -Spannung am Ausgang plotten mittels AC-Analyse





      Die veränderte Schaltung



      Das Plotergebnis. Bei 1 Khz ergeben sich 80 mOhm, was einem Dämpfungsfaktor bei 8 Ohm-Lautsprechern von 100 entspricht. Bei niedrigeren Frequenzen kommt der Ausgangskondensator zum Tragen und erhöht durch seinen Wechselstromwiderstand die Ausgangsimpedanz. Im Bassbereich zeigt sich also wieder, dass der Beispielverstärker nicht viel wert ist.

      Die Schaltung stammt aus Zeiten, wo man noch mit Transistoren gegeizt hat. Sie hat ursprünglich Germaniumtransistoren GD240 im Ausgang genutzt, ich hatte sie per Simulation mal für Si-Transistoren umgemodelt. Gut wird sie dadurch noch lange nicht. Sie leidet an relativ niedriger Eingangsimpedanz, relativ hohem Klirrfaktor von reichlich 1% und starker Abhängigkeit des Verstärkungsgrades vom Innenwiderstand der Signalquelle.

      Diese Methode der Ermittlung von Eingangs- und Ausgangsimpedanz dürfte mit jedem Simulationsprogamm funktionieren, ist aber nicht so elegant wie die LT-Spice-eigene ".NET" Anweisung.

      Viele Grüße,
      Christian
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