Helfen Sie mit, die SPICE-Eingangsimpedanz zu verstehen – warum scheint sie niedriger zu sein, als ich erwartet habe?

Ich versuche, einen sehr einfachen Verstärker mit gemeinsamem Emitter für 144 MHz (2-Meter-HAM-Band) zu modellieren. Ich habe ein LTSpice-Modell für einen schönen HF-Transistor (MPSH10, 650 MHz Ft) gefunden, da Jellybean-Transistoren wie der 2N4401 bei dieser Frequenz nicht wirklich viel Gewinn erzielen können. Ich dachte, mit diesem Modell sollte ich erfolgreicher darin sein, eine Schaltung bei höheren Frequenzen zu simulieren.

Ich wollte die Eingangsimpedanz simulieren und überprüfen und versuchen, die Dinge so einzustellen, dass der Eingang ohne ein passendes Netzwerk übereinstimmt (durch Ändern des Emitterwiderstands und des Stroms). Hier habe ich Schwierigkeiten, etwas zu verstehen.

Um die Eingangsimpedanz zu messen, habe ich die LTSpice-Stromquelle verwendet, die auf einen AC-Wert von 1 eingestellt ist, sodass ich den Pegel direkt als Ohm betrachten kann. Ich habe dann eine AC-Analyse von 120 MHz bis 150 MHz durchgeführt

Mein Problem ist sogar mit dem MPSH10-Transistor, aus irgendeinem Grund gibt mir diese Schaltung eine Eingangsimpedanz von nur 13 Ohm. Warum?

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Mein Emitterstrom liegt bei etwa 10 mA. Meine Kollektorspannung beträgt etwa 7 Volt.

Ich bin verwirrt. Da mein Emitterwiderstand mit einem Kondensator umgangen wird, sollte ich nur wenig für den Emitterwiderstand berücksichtigen müssen. re) und tun: 25 (mv) / Ie, um wenig re zu erhalten, das würde mir 2,5 geben, dann mit Beta multiplizieren, um die Basisimpedanz zu erhalten (und diese dann natürlich parallel zum Vorspannungsnetzwerk des Basiswiderstands legen). Wenn meine Eingangsimpedanz laut LTSpice nur 13 Ohm beträgt, bedeutet dies, dass mein Beta nur etwa 7 oder 8 beträgt. Das ergibt überhaupt keinen Sinn, da dies ein HF-Transistor ist, das Beta sollte mindestens etwa 50 betragen, wenn nicht höher, bei dieser Frequenz würde ich denken.

Können Sie mir helfen zu verstehen, was ich möglicherweise falsch mache?

Dies ist das Modell für diesen Transistor, er hat eine extrem niedrige Basis-Kollektor- und Basis-Emitter-Kapazität:Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Ich möchte verstehen, wie man die Eingangsimpedanz findet, und es macht für mich Sinn, wie sie in gemeinsamen Emitterschaltungen "normalerweise" berechnet wird.

Mir ist klar, dass eine echte Schaltung auch Parasiten haben wird, und ich vereinfache die Dinge hier stark.

welcher knoten ist n005? (Es wäre besser, die zu prüfenden Knoten zu beschriften, damit wir wissen, welchen Knoten Sie in Ihrem Diagramm anzeigen.)
Entschuldigung, ich weiß immer noch nicht, wie man einige Dinge in LTSpice richtig macht. Der als (n005) angezeigte Knoten prüft das Eingangssignal direkt vor dem Eingangskondensator, um den Eingangsimpedanzwert zu lesen
Laut meiner Simulation auf LTspice beträgt die Eingangsimpedanz Ihrer Schaltung bei 144 MHz 90-j14, und dies ist ungefähr im gesamten Bereich von 120 MHz bis 150 MHz
Ich bin irgendwie auf 13 gekommen und du auf 90, ich bin mir nicht sicher, was ich falsch mache

Antworten (2)

1 nF bei 130 MHz entspricht etwa 1,2 Ohm Reaktanz. Aber wie an Ihrem Eingang zu sehen ist, wird dies mit dem Transistor-Beta multipliziert, sodass es irgendwo zwischen 10 und 100 Ohm beiträgt.

Wenn Sie das Emitternetzwerk bei der Ermittlung der Eingangsimpedanz vernachlässigen möchten, benötigen Sie dort einen höheren Wert als 1 nF.

Außerdem hast du geschrieben,

Da es sich um einen HF-Transistor handelt, sollte das Beta mindestens bei etwa 50 liegen.

Nicht gemäß dem (On Semi) Datenblatt für MPSH10:

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Angesichts dieser Spezifikation sollten Sie nur einen Gewinn von vielleicht 3-4 bei 130 MHz erwarten, was nicht weit von dem entfernt ist, was Sie in Ihrer Simulation gesehen haben.

Nun, das Hauptproblem ist, dass die Eingangsimpedanz niedriger ist als ich erwarten würde, wenn sie manuell mit Beta berechnet würde. Wenn die 1nF höher sind, ist das in Ordnung, es würde nur die Eingangsimpedanz höher machen, aber im Moment ist die Impedanz viel niedriger als ich erwarten würde. Ich habe gerade bemerkt, dass ich vielleicht einen zu hohen Strom für die Simulation verwende, es fällt mir schwer, den maximalen Strom für diesen Transistor zu finden, viele Datenblätter sagen es nicht. Also habe ich versucht, den Strom auf 2 mA zu senken, aber die Eingangsimpedanz ist immer noch viel niedriger, als ich gedacht hätte
oh wow, ich denke, das ist wahrscheinlich richtig, ich werde immerhin einen ziemlich niedrigen Gain bekommen, selbst mit einem 650 MHz ft. Ich denke, ich kann sogar mit einem Gain von 3 leben, aber ich wollte nur verstehen, warum die Impedanz nicht " übereinstimmen" mit vorhergesagt. Oh, ich verstehe, Sie sagen, dass die Verstärkung nur etwa 3 oder 4 betragen wird, weshalb meine Eingangsimpedanz auch so niedrig wäre. Ok das würde Sinn machen. Ich bin überrascht, dass es so ein tiefes, trauriges Gesicht ist.
Folgendes habe ich getan, um den Gewinn zu schätzen: Angenommen, Beta liegt bei etwa 250. Nehmen Sie die Betriebsfrequenz und teilen Sie sie durch Ft. Das wären also etwa 4,5. Dann nimm Beta und teile es durch 4,5 - das würde mir ungefähr 50 Beta geben
@ Niko20, ich denke, Sie sollten das Minimum von 250 (das Niederfrequenz-Beta) nehmen und F T / F Ö P .
Ich ging zurück und sah mir ein paar Videos an, in denen jemand einen HF-Vorverstärker entwirft und genau das tat, nur Ft / Fop, um Beta zu schätzen. Klingt nach Faustregel. Das würde auch mit dem übereinstimmen, was ich in der Simulation sehe.

Willkommen bei RF-Design.

Ihr Problem ist, dass Sie behandeln F T als harte Abschaltung, und Sie denken nicht an alle Kapazitäten zwischen den Elektroden in einem Transistor.

Erstens bei gegebener niederfrequenter Stromverstärkung von H F E , wird die tatsächliche Stromverstärkung nicht mehr als der niedrigere von sein H F E Und F T / F Ö , Wo F Ö ist Ihre Betriebsfrequenz. Es ist also mit einer wirklich niedrigen Basisimpedanz zu rechnen.

Im Allgemeinen müssen Sie überall niedrigere Impedanzen verwenden und mit einer geringeren Verstärkung rechnen. Sie sollten wahrscheinlich auch nach Büchern über das Design von HF-Schaltungen suchen, und wenn Sie kein EE sind, beginnen Sie, die benötigten Informationen nachzufüllen. "Experimental Methods in RF Circuit Design" von Wes Hayward ist wahrscheinlich ein guter Anfang. Er hat auch ein College-Lehrbuch über HF-Schaltungsdesign, das ich habe, und es ist ausgezeichnet (aber ich bin ein EE, also brauche ich keine Nachfüllung).

Denken Sie daran, dass passende Netzwerke bei 144 MHz nicht viel Platz einnehmen. Denken Sie auch daran, dass der MPSH10, obwohl er ein netter Transistor ist, in den frühen 1980er Jahren neu war - die Dinge haben sich seitdem geändert.

Wenn Sie es nicht haben, besorgen Sie sich eine Kopie des ARRL-Handbuchs. Vielleicht möchten Sie eine Kopie von "The Arrl Uhf / Microwave Experimenter's Manual", aber ich kann mich nicht erinnern, ob es in Schaltkreise geht oder bei Verbindungen und Antennen aufhört (die bei VHF, UHF und Mikrowellen keine trivialen Themen sind, übrigens) .

Ich habe definitiv vor, mir das Buch Experimentelle Methoden zuzulegen! Ich habe in einigen YouTube-Videos gesehen, wo die Leute einfach die Ft genommen und sie so geteilt haben, wie Sie sagten, um einen Mehrwert zu erzielen, klingt wie die Faustregel.
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