Welche Bedeutung haben die 50Ω50Ω50\Omega-Widerstände in dieser HF-Operationsverstärkerschaltung?

Aus dem TI-Anwendungshinweis HF- und ZF-Verstärker mit Operationsverstärkern :

Schema: Breitband-HF-Verstärker

Die Quelle sagt: "Der 39-pF-Kondensator bietet Peaking, um einen gewissen Hochfrequenzabfall zu kompensieren, aber eine bessere IP3-Leistung kann erreicht werden, indem man ihn entfernt und mit dem Abfall lebt." Betrachten wir es einfach als aufgehört.

Welche Funktion haben die Widerstände zwischen den beiden Operationsverstärkerstufen? Die Wahl der 50 Ω erinnert mich an Übertragungsleitungen, aber dieser Verstärker hat eine nutzbare Bandbreite von bis zu 300 MHz, also liegt die Wellenlänge in der Größenordnung von 1 Meter, deutlich mehr als der Abstand zwischen den Stufen (es ist ein Dual-Operationsverstärker-Paket). Daher wären hier alle Reflexionen schnell genug, um vernachlässigbar zu sein.

Zusätzlich werden Eingang und Ausgang jeweils mit abgeschlossen 50 Ω Widerstände. Hier ist es vernünftig anzunehmen, dass das angeschlossene Kabel lang genug ist, um als Übertragungsleitung betrachtet zu werden, und diese Widerstände den Abschluss für diese Leitung bereitstellen. Aber warum an beiden Enden terminieren? Angenommen, andere Schaltungen tun dasselbe (Eingang und Ausgang abschließen), dient dies nicht dazu, die Spannung zu halbieren? Dies scheint für einen Verstärker eher kontraproduktiv zu sein; Was ist der Vorteil?

Ich denke, es soll Reflexionen minimieren / stoppen. Jede Diskontinuität der charakteristischen Impedanz verursacht eine Reflexion, die Ihr Signal verzerrt, je nachdem, wie „schlecht“ die Reflexion ist. Indem Sie sie an beiden Enden hinzufügen, haben Sie an jedem Punkt eine konstante Impedanz von 50 Ohm (weil die charakteristische Impedanz in der Mitte 50 beträgt) und somit keine Reflexionen. Das ist meine Vermutung hier, weil es für mich einen Sinn zu machen scheint. Das ist auch der Grund, warum dies ein Kommentar und keine Antwort ist. Ich werde warten, bis die großen Jungs auftauchen, lol
Laut dem verlinkten Dokument wird "die Isolierung durch die Verwendung von Abschlusswiderständen zwischen den Stufen erreicht". Aber genau das, was sie von dem isolieren, ist für mich nicht sofort offensichtlich.
Ich bin dieser App Note schon einmal begegnet. Wenn ich mich nicht irre, ist auch die Rauschzahl (12dB pro Stufe) für diese Art von Anwendung kontraproduktiv, was mich dazu bringt, den roten Faden des Dokuments in Frage zu stellen.

Antworten (2)

Ich denke, Sie verwechseln eine Antenne und eine Übertragungsleitung, wenn Sie eine Wellenlänge in der Größenordnung von 1 Meter erwähnen - die Übertragungsleitungsgleichung ist im Wesentlichen unabhängig von der Frequenz (und damit der Wellenlänge).

Sie haben Recht, wenn Sie an Übertragungsleitungen denken. Die andere Sache, die Sie erkennen sollten, ist, dass dieser Operationsverstärker ein Stromrückkopplungsverstärker ist (und nicht der "normale" Spannungsrückkopplungsverstärker).

{siehe http://en.wikipedia.org/wiki/Current-feedback_operational_amplifier }

Die 49,9 Ohm, die den Ausgang des ersten Operationsverstärkers abschließen, setzen seine Ausgangsimpedanz auf 50 Ohm (nominal). Der zweite 49,9-Ohm-Widerstand schließt eine eigentlich nicht resonante 50-Ohm-Übertragungsleitung ab und erzeugt einen flach abgestimmten Kreis . Das Ergebnis dieser Terminierung besteht darin, die Verstärkung der ersten Stufe um die Hälfte zu reduzieren, was ziemlich seltsam aussieht, aber notwendig ist, um die flache Abstimmung der Stufe beizubehalten.

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Zurück zum 39pf-Kondensator. Es verstärkt das Signal am Hochfrequenzende und kompensiert den Abfall der Verstärkung, passt jedoch den Abschluss nicht an, was zu einer gewissen Reflexion bei hohen Frequenzen führt.

Die Schaltung ist so ausgelegt, dass sie direkt in ein 50-Ohm-Übertragungsleitungssystem passt.

Phils Bemerkung zur Wellenlänge scheint mir vollkommen gültig zu sein. Der Autor des verlinkten Artikels zeigt die gleiche Schaltung für einen 10,7-MHz-ZF-Verstärker für einen UKW-Rundfunkempfänger. Die Idee, dass die Verbindung zwischen den beiden Operationsverstärkern im selben Gehäuse als Übertragungsleitung bei 10,7 MHz behandelt werden sollte, ist ein bisschen weit hergeholt - und warum überhaupt 50 Ω?
@MikeJ-UK Die Wellenlänge ist bei diesem Design nicht wichtig, da die Bandbreite des Operationsverstärkers die oberen nutzbaren Frequenzen begrenzt, was zu einer kurzen, nicht resonanten Übertragungsleitung führt (dominante Abschlusslast). Die erste Resonanz tritt bei einer Viertelwellenlänge auf. Der Designer der ursprünglichen Schaltung hat irgendwann beschlossen, alles auf 50 Ohm zu belassen - wahrscheinlich um das Testen von Schaltungen zu erleichtern. Abgesehen vom Leiterplattendesign mit 50-Ohm-Streifen gibt es keinen Grund, warum nicht andere Werte hätten verwendet werden können. Die 10,7-MHz-Schaltung zeigt dies durch die Verwendung von 332-Ohm-Widerständen zur Anpassung an die Impedanz des SAW-Filters.
Mein Punkt ist, dass, wenn der Abstand zwischen den Pins 1 und 5 nicht groß genug ist, um eine Berücksichtigung als Übertragungsleitung zu rechtfertigen.
@ MikeJ-UK Ich verstehe Ihren Standpunkt, aber ich antworte nur auf die Frage. Ich stimme Ihnen zu, dass der Designer der ursprünglichen Schaltung die beiden Operationsverstärker nicht so behandelt hat, als befänden sie sich auf demselben Chip, und einfach ein Anwendungsnotizdesign von der Stange für einen 50-Ohm-Verstärker genommen und zusammengefügt hat. Ich vermute, dass es zu Testzwecken war. Es hat funktioniert, also sind sie glücklich. Es ist nicht meine Aufgabe, das Design zu optimieren. Es wäre interessant zu sehen, wie sich das vollständige Entfernen der Widerstände zusammen auswirkt.
Ja, wahrscheinlich hast du recht. Aber da wir den Autor nicht fragen können, können wir unsere Antworten nicht beweisen, nein keiner von uns bekommt Stimmen ;)
Ihre Vermutung zur Testbarkeit ist gut. Abb. 1 im Dokument zeigt Stufe 1 als unabhängige Schaltung. Die zweistufige Version wurde möglicherweise durch Zurückschleifen eines Koaxialkabels von einem Anschluss zum anderen auf der Platine gebaut, in diesem Fall sind die Abschlusswiderstände gerechtfertigt. Aber WTH hat das mit "Isolation" zu tun?
Ignorieren Sie das Interstage-Bit vorerst, warum die 50 Ω am Ein- und Ausgang? Ich verstehe, dass Sie das eine oder andere tun müssen, um Reflexionen in der Leitung zu vermeiden, aber warum beides? Verstimmt das irgendwie die Schaltung? Durch welchen Mechanismus?
@PhilFrost Wenn Sie Eingang und Ausgang bei 50 Ohm haben, können Sie das Ganze überall in eine 50-Ohm-Leitung fallen lassen. (Masthead Amp?) Der erste terminiert die eingehende Leitung (endet Übertragungsleitung 1) und der zweite stellt die ausgehende Signalquellenimpedanz ein (Beginn von Leitung 2). Sie sind nicht wirklich Teil derselben Übertragungsleitung. Das korrekte Abschließen der Leitung ergibt eine flache Antwort. Am oberen Ende ist es der Operationsverstärker, der abfällt. Bis dahin behält es seine Verstärkung bei, im Gegensatz zum Spannungsrückkopplungs-Operationsverstärker, bei dem Sie mit dem Verstärkungs-/Bandbreitenprodukt zu kämpfen haben.
@JImDearden warum gibt es eine flache Antwort? Warum ist die Terminierung an beiden Enden richtig ?
Es ist flach, weil die Impedanz der Übertragungsleitung als reiner ohmscher Widerstand berechnet wird. [ Z = (L / C) ^ 0,5] Es gibt keine (in erster Näherung) Formel, die frequenzabhängig ist. Bei höheren Frequenzen beginnen kleine parasitäre Induktivitäten und Kapazitäten in der Schaltung und dielektrische Verluste in der Leitung zu dominieren und die Verstärkung fällt ab. Warum ein Abschluss erforderlich ist, erfahren Sie unter allaboutcircuits.com/vol_2/chpt_14/5.html . Bei einer kurzen Übertragungsleitung dominiert der Abschlusswiderstand.

Ich vermute, dass die Schaltung nicht davon ausgeht, dass sich die Operationsverstärker im selben Gehäuse befinden (trotz der Pin-Nummern), und davon ausgeht, dass die Leiterbahnen der Leiterplatte 50 Ω betragen. Im Datenblatt steht:-

Eine 50-Ω-Umgebung ist an Bord nicht erforderlich, und tatsächlich verbessert eine Umgebung mit höherer Impedanz die Verzerrung, wie in den Verzerrung-gegen-Last-Diagrammen gezeigt. Bei einer charakteristischen Leiterbahnimpedanz basierend auf Leiterbahnmaterial und Leiterbahnabmessungen wird ein passender Vorwiderstand in der Leiterbahn vom Ausgang des THS320x sowie ein Abschluss-Shunt-Widerstand am Eingang des Zielgeräts verwendet.

Ich würde mich immer noch fragen, warum an beiden Enden ein Widerstand benötigt wird. Nach meinem Verständnis muss es nur an beiden Enden sein (und beides reicht aus), um Reflexionen und stehende Wellen zu eliminieren. Warum also beides?
Welche Bedeutung haben die 50Ω50Ω50\Omega-Widerstände in dieser HF-Operationsverstärkerschaltung?
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