HF-analys av en 100MHz resonanskrets

Elektronikrelaterade (på komponentnivå) frågor och funderingar.
Användarvisningsbild
4kTRB
Inlägg: 21603
Blev medlem: 16 augusti 2009, 19:04:48

HF-analys av en 100MHz resonanskrets

Inlägg av 4kTRB »

Jag funderade på hur komponentben och strökapacitanser påverkar ett lite mer praktiskt HF-bygge
och testade med ett tänkt ingångsteg till en mottagare för 100MHz.

Tanken är att en 75ohms dipol fungerar som antenn och alltså utgör generatorns impedans.
En praktisk spole på 80nH kan man linda utifrån tex ett diagram i ARRL handbook. Det blir
en liten spole med en diameter på 1/2 tum och 2 varv, ej tätlindad.

Om man tänker sig en FET som första förstärkare med en ingångsimpedans på 100k (jag har inte gjort
någon speciell analys av vad den kan tänkas ha för mer exakt ingångsimpedans).

33pF i parallell med 80nH ger ca 100MHz resonasfrekvens.

Så först analyserar jag med ideala komponenter. A
Det hela blir inte speciellt selektivt då toppen är väldigt bred, alltså lågt Q hos kretsen.

Med antagandet att kondensatorn har 3mm komponentben och resistorn har förluster så analyserar
jag kretsen utifrån det. B
Det visar sig att i princip endast resonansfrekvensen ändras en aning.

Bild
Bild
Sedan använder jag tricket med impedanstranformering genom att dela upp kondensator i 2 seriekopplade och
mata signalen mitt emellan. Detta gör att resonanskretsen inte belastas lika hårt och Q-värdet stiger.
i stället för 75 ohm ser resonanskretsen nu 734 ohm.

Med simulerade verkliga komponenter fås att resonansfrekvensen sjunker betydligt.

Bild
Bild

En lösning på att få induktansen hos komponentbenen att minska är att koppla kondensatorer i parallell
(parallellkoppling av spolar ger lägre induktans). Och i kombination med att kapacitansvärdena är mindre ( jag
använder standardvärden) så ökar resonansfrekvensen till ganska nära 100MHz.

Detta vore givetvis intressant att koppla upp men jag får vänta tills jag är lite mer påläst om FET.

Bild
Bild
Senast redigerad av 4kTRB 7 juli 2010, 17:43:45, redigerad totalt 3 gånger.
thebolt
Inlägg: 248
Blev medlem: 10 februari 2008, 17:41:40
Ort: Taipei Taiwan

Re: HF-analys av en 100MHz resonanskrets

Inlägg av thebolt »

Det du måste ha med i din analys för att det ska vara någon mening att göra nån ananlys av ströimpedanser (generaliserat) är ju en noggran modell av din FET. Nu har jag inte kollat på diskreta FET-konstruktioner på väldigt länge (senaste så var det analog-IC-räkning), men du har iaf en gate-source-kapacitans i storleksordningen ett tiotal pico-farad, sen har du också bidraget från drain-source-kapaictansen modifierad med Millerfaktorn. Dessa kapacitanser kan dock variera ganska ordentligt (geometriberoende) så du får nog välja ut en specifik krets och sen modellera upp den..

-M
xxargs
Inlägg: 10189
Blev medlem: 23 september 2006, 14:28:27
Ort: Södertälje

Re: HF-analys av en 100MHz resonanskrets

Inlägg av xxargs »

Du håller på ge dig in i en väldigt stort och intressant område - som förmodligen tar mer än ett yrkesliv att bemästra...

Försök hitta modeller på tänkt trissa - är det RF-trissa av något slag så finns det i regel någon grovt tillyxad smitchart, transmissions och fas-diagram eller i bättre fall en S-parameter fil.

(har man vektornätverksanalysator så mäter man upp den själv i en byggd jigg för ändamålet och skapa S-parametrar för senare simulering...)

Kan din simulator inte hantera S-paramtrar så är det dax att titta på en till som klarar det som komplement - när det är rena passiva grejor och S-parametrar så duger en så enkel simulator som Vipec (man kan koppla dragpotar till komponentvärden så att man justera värden i 'live' ungefär som man själv trimmar i RF-kretsar och kan se resultatet både på transmission, reflektion och i smith realtidsuppdaterat - det är först 10 år senare, typ sista 3 åren som detta kommer i dom svindyra kommersiella programmen)

Som thebolt säger så är transistorns kapacitanser övervägande åt alla riktningar och impedansen är ganska låga även på en FET-trissas ingång då det inte är dess resistans som är dominerande, utan impedansen bestäms av allt sammantaget. kom dock ihåg att ju större impedansskillnad du hoppar mellan ingång och utgång (trissaingång) - ju smalbandigare blir det matchade området och man kanske måste dela upp matchningen i flera led med ganska låg Q-värde i varje länk om det skall vara bredbandiga system. Du behöver definitivt titta på det här med Smithchart - det är inte bara ett lustigt typ av diagram - det är ett RF-designverktyg!

Sedan är en trissa i dom här frekvenserna inte buffrande utan energier vandrar i båda ritningarna med olika förstärkning och impedanser - vilket innebär att ingångsimpedansen påverkas mycket av ansluten utgångsimpedans och vice versa och i vissa kombinationer kan det gå bak så mycket effekt till ingången - reflekteras tillbaka, förstärks och det blir en rundgång - på effektrissor ofta väldigt kortlivad sådan ackompanjerad av en blå blixt i kapseln - en 'blue flash'... utan varsam konstruktion så finns det alltid något läge där det vill gå i rundgång - kanske inte på den frekvensen du designa för (typ 100 MHz) utan rundgången kan starta på 3 GHz vid olämpligt inkopplad last (impedans).

Det är inte utan orsak som det är ett jäkla skruvande och trimmande när det gäller RF - och designar man slutsteg med effektrissor så tar man hem sampel i 20-pack...

du får leta fram ett exempel (benämning) på en lämplig trissa du vill ha som ingång - se till att det är en RF-trissa, så kanske jag kan se om jag har någon modell eller kan skapa dito S-parametrar med jobbets svindyra simulatorer.
thebolt
Inlägg: 248
Blev medlem: 10 februari 2008, 17:41:40
Ort: Taipei Taiwan

Re: HF-analys av en 100MHz resonanskrets

Inlägg av thebolt »

Ett alternativ för simulering om man inte har S-parametermodell är ju att ha en (ännu mer exakt) Spice-modell. När vi höll på med analog (och RF) IC-design på skolan hade vi parameterfiler från foundryt (de är dyra och fick signera NDA för att få använda dem), men det verkar som t.ex AD, IRF och NXP har hyffsat kompletta spicemodeller för sina transistorer.

"Problemet" med att använda en väldigt komplicerad spice-modell är att man måste veta ungefär hur den beter sig, är väldigt lätt att få "något" resultat men att det är fel oc "vet" man då inte vad man borde få så ser man inte att det är fel (hände mer än en gång då man körde stora spice-körningar på integrerad RF-mixer t.ex..)
Användarvisningsbild
TomasL
EF Sponsor
Inlägg: 47701
Blev medlem: 23 september 2006, 23:54:55
Ort: Borås
Kontakt:

Re: HF-analys av en 100MHz resonanskrets

Inlägg av TomasL »

100MHz är ju inte så förtvivlat hög frekvens, dock spelar kretskortskonstruktionen in betydligt mer än ev komponentben mm.
Användarvisningsbild
4kTRB
Inlägg: 21603
Blev medlem: 16 augusti 2009, 19:04:48

Re: HF-analys av en 100MHz resonanskrets

Inlägg av 4kTRB »

Jag funderar på om ykeslivets masters har fått en hel del gratis med avancerade instrument på labbänken
när de började bygga HF-prylar eller om de kan sina saker utan att ens ha sett en nätverksanalysator eller en spektrumanalysator.

Jag tror många trimmar och testar tills det fungerar sedan när det fungerar så betraktas de av mindre
kunniga som superexperter. Det brukar gärna bli så. Nu för tiden så är det inte så mycket trimmande då
det finns mängder av färdiga ic som i princip endast är att plugga in efter databladens anvisningar.

100MHz är inte så avancerat om man bara tänker till en del extra och studerar några goda böcker i ämnet
samt givetvis ger sig i kast med att bygga. Man kan använda väldigt enkla instrument för att testa om man
har hamnat rätt. Visst är det roligare att ha mer koll på saker och ting mha bättre instrument men jag tror
fortfarande det inte är allt för avancerat att tex bygga en FM-mottagare för att lyssna på P3.
Skriv svar