Häufig wird bei Bastelarbeiten, wenn es sich um das Abblocken von Betriebsspannungen in VHF / UHF / SHF Stufen handelt, die Meinung vertreten, den Kondensator möglichst groß zu wählen. Sieht man sich mit Hilfe des Programmes KEMET_Spice die Serienresonanz der gewählten Bauteilewerte an, so wird man rasch eines Besseren belehrt. Nur wenig abhängig vom Spannungstyp sowie Keramiktyp ist die Eigenresonanz ab der das Bauteil zunehmend mit der Frequenz induktiv wirkt. So hat ein 1 nF Keramik SMD Chip eine Serienresonanz bei 126 MHz, er ist bei 145 MHz absolut untauglich. Ein niedriger Kapazitätswert bringt hier oft sehr viel bessere Ergebnisse. Das Programm kann kostenlos von folgender Web Adresse heruntergeladen werden:
http://www.kemet.com/kemet/web/homepage/kechome.nsf/vabypagename/products?opendocument&t=cservice
Die Serienresonanzfrequenz ist die Grenze, an der ein Kondensator seine Eigenschaft wechselt, dies kann zu verschiedenem Fehlverhalten der Schaltung z.B. parametrische Schwingungen führen. Ein weiteres sehr schönes tool zum Entwickeln diverser Filter, Verstärker und Dämpfglieder ist das ebenfalls kostenlose Programm "RFSim99". Diverse Downloadquellen bei Google. Wer die Google toolbar nicht in seinem Browser hat, tippt http://www.google.de. In dem Suchfenster genügt RFSim99 als Suchbegriff. Wer jetzt noch die Microwellenentwicklungsumgebung "PUFF" sein Eigen nennt, der kann die S-Parameter in die RFSim99 Directory ¨Example Files¨ kopieren. Damit hat man dann schon ein recht gutes Werkzeug zur Hand. PUFF-Bezugsquelle UKW Berichte 91081 Beiersdorf.
Die Bedienung ist recht einfach, links sind die passiven Bauteile aufgereiht, den Port im Kreis mit der 1 braucht man 2 mal, er trägt dann die 2 im Kreis. Dazwischen ordnet man die Bauelemente an. Um aus den Bauelementen real existierende Bauelemente zu machen, klickt man auf das Bauteil doppelt. Jetzt ist im Fenster "use physical model" die Eingabe von realen Parametern, welche mit KEMET ermittelt wurden, möglich. Die Unterschiede zwischen real und ideal sind teils gewaltig. Aktive Bauelemente erreicht man mit Component, S-Parameter und S-Parameter two port. Jetzt wird ein Quadrat mit 2 Port und Groundanschluß eingeblendet. Klicken mit Maustaste links bringt eine S-Parameterliste diese ist mit ¨Load File¨ in eigene installierte Files zu tauschen. Ist alles fertig gezeichnet, kann die Simulation gestartet werden.
Mühsam ist das Zusammensuchen von S-Parameterlisten speziell für alte Bauteile, welche nicht mehr gefertigt werden. Daher ist es sinnvoll, die PUFF Dateien zu kopieren. Dieses ist allerdings ein DOS Programm und läuft nur mit Zusatzprogrammen, welche den Prozessor langsam machen, falls dieser über 100MHz getaktet wird. Ich selbst hatte es auf 300MHz Intel mit zeitweisen Problemen laufen. Aber wer will schon seinen Prozessor ausbremsen? Ich habe es daher auf einen Rechner mit 150MHz Prozessor installiert. Dieser hat DOS als erstes und NT als zweites Betriebssystem. Win 98 ist auch verwendbar NT2000 und höher sind nicht geeignet.
Es gibt im Wesentlichen nur 2 Arten von UHF / SHF tauglichen Widerständen. Kohlemasse- z.B. Marke "Vitroohm" und Metallschicht-Widerstände ungewendelt. Ein gewendelter Widerstand ist wegen seiner hohen Eigeninduktivität völlig ungeeignet. Zu beachten ist aber, daß ein Basisspannungteiler durchaus mit Kohleschichtwiderständen aufgebaut werden kann, dies kann wegen der entkoppelnden Wirkung der eigentlich schädlichen Induktivität Vorteile bringen.
Spulen oder auch Induktivitäten genannt, haben sehr unterschiedliche Bauformen, so gibt es einlagige Zylinderspulen, Kreuzwickelspulen, Spulen mit Eisenpulver oder Ferritkern, Schalenkern usw. Uns interessieren hier nur solche, welche im VHF, UHF und SHF Bereich Verwendung finden. Bei VHF finden wir noch Zylinderspulen. UHF erfordert jedoch Induktivitäten im nH-Bereich, was zum gestreckten Leiter führt. Eine Ausnahme bildet der Helix Resonator bei UHF, hier ist noch eine Spule vorhanden, diese steht jedoch mit dem Gehäuse in Resonanz und benötigt grundsätzlich kein Schwingkreis C. Es ist zwar eine Schraube zum Feinabgleich vorhanden, jedoch nur wegen der Fertigungstoleranzen. Ein C verschlechtert hier nur die Güte, der Helixkreis wird dadurch in seiner Selektivität reduziert. Wir betrachten jetzt die Zylinderspule.Sie hat eine schädliche Kapazität von Windung zu Windung und über alles. Dies kann die Spule unbrauchbar für den Einsatz bei VHF bis SHF machen. Ab UHF bis SHF sind derartige Spulen jedoch nur zur Entkopplung oder zum Anheben des Frequenzganges eines Verstärkers eingesetzt. Dort sollen sie nach Möglichkeit nur geringe schädliche Kapazität haben. Dies erreicht man durch gedehntes bewickeln.
Transistoren haben ebenfalls schädliche Kapazitäten. Ich will diese der Reihe nach aufzeigen. Da ist die Basis - Emitter Kapazität welche in verbindung mit dem Basisbahnwiderstand, welchen man sich in Reihenschaltung mit der Basis vorstellen kann, einen Tiefpass bildet, dessen Grenzfrequenz ungefähr der Beziehung 1/ (2*Pi*R*C) gehorcht. Doch der Transistor setzt noch einen obendrauf. Es gibt da noch die Kollektor - Basis Kapazität. Diese hat bekanntlicherweise einen Blindwiderstand Xc, welcher mit steigender Frequenz kleiner wird. Es ist klar, dass dies aufgrund entgegengesetzter Phasenlage (Basisspannung groß Kollektorspannung klein u. umgekehrt) eine Frequenzabhänige Gegenkopplung darstellt, welche einen Transistor in seiner Transitfrequenz, dies ist die Frequenz, bei der die Verstärkung 1 wird, sehr einschränkt. Es resultieren aus diesen Kapazitäten auch noch die sog. Anstiegs und Ausräumzeiten welche sich verkleinern lassen indem man die Austeuerung kleiner macht siehe ECL Logikbausteine oder die Arbeitswiderstände sowie die Ansteuerung an der Basis sehr niederohmig auslegt. Hierdurch wird die Verstärkung zwar grundsätzlich kleiner, aber die obere Nutzbare Frequenzgrenze nach oben verschoben, dies ist z.B. bei Breitbandverstärkern immer anzutreffen. Es ist noch die Kollektor - Emitter und Gehäuse - Kapazität zu nennen. Leistungstransistoren für HF werden durch viele Einzeltransistoren auf einem Chip realisiert. Die Gesamtkapazität ist nur unwesentlich höher im Vergleich zu einem Leistungstransistor, welcher nur aus einem Einzeltransistor besteht. Die Basisbahnwiderstände schalten sich jedoch im Prinzip parallel wodurch eine deutlich höhere Grenzfrequenz erreicht wird. Sind z.B. 20 Transistoren untergebracht, so ergibt sich 1/20*Rbb, also der 20.te Teil des Basisbahnwiderstandes. In die obige Formel eingesetzt bedeutet dies die zirka 20 fache Grenzfrequenz. Eine ähnliche Technik findet man in Kettenverstärkern, wenn auch nicht direkt vergleichbar.
wird fortgesetzt