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2-2016

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Fachzeitschrift für Hochfrequenz- und Mikrowellentechnik

Quarze und Oszillatoren

Quarze und Oszillatoren Bild 14: Parasitäre Induktivitäten in den Betriebsspannungs- Zuleitungen -j35 Ohm. C SNUB wird so bemessen, dass R SNUB voll auf der Ausgangs-Resonanzfrequenz wirken kann. Seine Reaktanz muss also viel kleiner als die von CL sein bzw. seine Kapazität viel höher (Richtwert C SNUB = 10 x C L ). C SNUB sollte auch nicht zu klein sein, damit der Verstärker auf mittleren und geringen Frequenzen nicht unnötig belastet wird. Dann müsste man Einbußen bei Verstärkung, Flatness und Closed-Loop-Bandbreite hinnehmen. Allgemein ist der Snubber hilfreich, um reaktive Lasten zu „zähmen”, aber oft wird man nicht umhinkommen, ihn experimentell zu optimieren. Der invertierende Eingang eines Current-Feedback Amplifiers ist bekanntlich sehr niederohmig – und damit vergleichbar mit dem Ausgang in Bild 12. Auch auf diesem Wege ist also Oszillation möglich, wobei seine Eingangskapazität C PAR noch eine Rolle spielt. Diese hat einen internen und einen externen Ansteil, welchen man möglichst minimieren sollte. Allerdings ist ein Snubber an dieser Stelle nicht sinnvoll, da er die Betriebsverstärkung (Closed-Loop Gain) über der Frequenz ungünstig beeinflussen würden. Viele Verstärker zeigen bei hohen Frequenzen ein besonders auffälliges Verhalten der Eingangsimpedanz. Dies trifft ganz besonders auf Typen mit zwei Eingangstransistoren in Serie (Darlington-Schaltung) zu. Viele Verstärker haben auch ein npn/pnp-Transistorpaar im Eingang, welches sich ähnlich wie eine Darlington-Schaltung über der Frequenz verhält. Dabei gibt es Frequenzen, generell deutlich unter der GBF, wo der reelle Anteil an der Eingangsimpedanz negativ wird. Eine Quelle mit induktiver Impedanz kann dabei eine Resonanz mit der Eingangs- und mit der Board-Kapazität erzeugen, und der negative Realteil regt dann die Oszillation an. Wenn dann noch ein fehlabgeschlossenes Kabel ins Spiel kommt, so ist Oszillation auch auf mehreren anderen Frequenzen möglich. Man achte grundsätzlich auf den guten Abschluss eines Kabels am Eingang eines schnellen Operationsverstärkers. Zur Stromversorgung Die dritte Ursache für unerwünschte Oszillation ist der Betriebsspannungs-Bypass. Bild 14 zeigt dazu die prinzipielle Gestaltung des Ausgangs vieler schneller Op Amps. L VS+ und L VS- sind unvermeidbare Serieninduktivitäten des Gehäuses und der Verbindung zur Last. Bild 15: Betriebsspannungs-Unterdrückung des LTC6268 Eigentlich müsste man auch beim Bypass-Kondensator eine Ersatzinduktivität einzeichnen, denn auch dieser ist etwas induktiv. Man darf für L VS+ und L VS- je 3 bis 10 nH annehmen bzw. 12 bis 3,8 Ohm bei 200 MHz. Immer dann, wenn einer der Ausgangstransistoren einen hohen hochfrequenten Strom zieht, entsteht ein Spannungsabfall an der Ersatzimpedanz. Bei 5 Ohm und 100 mA sind es z.B. 500 mV. Der „Rest” des Verstärkers benötigt einen vergleichsweise geringen Strom. In Bild 15 ist das Power Supply Rejection Ratio (PSRR, Betriebsspannungs- Unterdrückung) über der Frequenz für den LTC6268 aufgetragen. Ist also einer Betriebsspannung z.B. eine Wechselspannung von 10 MHz überlagert, so wird diese mit weniger als 40 dB unterdrückt. Die PSRR fällt mit 1/f infolge der Frequenzkompensation, stoppt aber nicht bei 0 dB (ca. 130 MHz), sondern fällt noch weiter bis -15 dB bei etwa 200 MHz. Ein solches Signal auf der Betriebsspannung erscheint also verstärkt auf dem Pfad des Nutzsignals. In diesem Fall kann sich der Verstärker infolge der L VS -Induktivitäten, zur Selbstoszillation hochschaukeln. Das ist der Grund, warum die Versorgungsleitungen sorgfältig abgeblockt werden müssen. Grundsätzlich müssen die Bypass-Kondensatoren viel größer sein als jede mögliche Lastkapazität. Wenn wir Frequenzen um 500 MHz annehmen, dann bedeuten 3 nH j31,4 Ohm und 10 nH j9,4 Ohm. Diese Werte sind hoch genug, damit der Ausgangstransistor allein anfängt zu oszillieren, unterstützt von den internen Reaktanzen, besonders bei größeren Ausgangsströmen, obwohl dann Transistor-Stromverstärkung und -Bandbreite zurückgehen. Besondere Vorsicht ist hier geboten, da die heutigen Halbleiter-Herstellungsprozesse geringste parasitäre Größen und somit hohe Bandbreiten ermöglichen, und dies auch bei hohen Ausgangsströmen. Schlussbemerkungen Abschließend ist festzustellen, dass der Designer nicht umhin kommt, die parasitären Kapazitäten und Induktivitäten inner- und außerhalb des ICs zu beachten, und zwar praktisch an jedem Anschluss eines Op Amps. Weiterhin ist die Art der Last zu berücksichtigen. Die Verstärker wurden so entwickelt, dass sie innerhalb einer normalen Umgebung stabil arbeiten. Jedoch erfordert jede Applikation ihre eigene Analyse. 30 hf-praxis 2/2016

Baugruppen und Module Hochleistungs-T-Schalter für DC bis 4 GHz HF-LEISTUNGSVERSTÄRKER komplette Verstärker-Rack-Lösungen SATCOM-Verstärker TWTA - Verstärker SSPA - Verstärker HF-Hohlleiter Systeme & Subsysteme fl exible Hohlleiter Speisenetzwerke Drehkupplungen Antennenfeeds WR10 - WR650 Filter An Komponenten für den Einsatz in Luft- und Raumfahrt werden höchste Anforderungen bezüglich Qualität und Zuverlässigkeit gestellt. Die Bauteile müssen äußeren Einflüssen wie Schock, Vibration, kosmischer Strahlung, Temperatur usw. widerstehen. Außerdem müssen sie bei kleinstmöglicher Bauweise einen größtmöglichen Funktionsumfang aufweisen. Gefordert wird ein Multitalent, sicher und robust – zusätzlich leicht und kompakt. Diese Anforderungen wurden für die Entwicklung der Schalterserie 511H von Telemeter zugrunde gelegt. Die Schalter verfügt über vier Anschlüsse, wobei immer jeweils zwei Schaltpositionen auf die beiden verbleibenden Kontakte umgeschaltet werden können – diese Schalter werden auch als „Transferschalter“ bezeichnet. Gegenüber herkömmlichen Transferschaltern mit zwei Umschaltpositionen besitzt der T-Schalter drei mögliche Schaltzustände. Hierdurch kann auf kleinstmöglichem Raum und mit geringem Gewicht eine maximale Funktionsbandbreite dargestellt werden. Verwendet werden diese Schalter in verschiedenen internationalen Satellitenprogrammen für Telekommunikation, TV, Rundfunk, Meteorologie sowie zur zivilen und militärischen Aufklärung. ■ Telemeter Electronic GmbH www.telemeter.info HF- & MIKROWELLEN- KOMPONENTEN optische Strecken bis 40 GHz kundenspezifi sche Lösungen passive Komponenten aktive Komponenten Subsysteme Absorber DC - 100 GHz HF- & MIKROWELLEN- MESSTECHNIK Wireless- & Mobilfunktester Zeit- & Frequenzstandards Netzwerkanalysatoren GNNS-Simulatoren Signalgeneratoren Pulsgeneratoren Kalibrierkits Serie Freq. GHz VSWR (max.) Isolation dB (min.) Einfügedämpfung dB (max.) Gewicht g (max.) Anzahl Schaltzyklen (min.) Leistung W CW 511H 0,36 - 0,38 1,22:1 60 0,10 210 100.000 200 511H 1,0 — 8,8 1,25:1 60 0,24 670 100.000 35 511H 2,5 — 4,38 1,25 :1 60 0,20 195 100.000 140 511H DC— 4 1,25:1 60 0,25 95 100.000 260 hf-praxis 2/2016 31 Wir verstehen die Welle Tel. 089-895 565 0 * Fax 089-895 90 376 Email: info@emco-elektronik.de Internet: www.emco-elektronik.de

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