Parasitäre Kapazitäten und Millereffekt

Fragen zu Elektronik und Elektro allgemein.Fragen zu Bauteilen wie z.B. Tansistoren, Dioden, Kondensatoren usw.

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Parasitäre Kapazitäten und Millereffekt

Neuer Beitragvon bobbel am Montag 9. Januar 2006, 10:41

Hallo!

Ich hoffe ihr könnt mir helfen. Für ein Projekt habe ich eine Inverterschaltung mit diskreten Bauteilen gebaut. Laut einem Datenblatt sollte sie bis zu 40Mhz schaffen. Im Labor schafft sie aber nicht mal 1 Mhz. Ich habe schon rausbekommen das es an der parasltären Kapazität bzw. an dem sog. Millereffekt liegt.
Leider habe ich im Internet noch nicht die richtige Information dazu gefunden.
Kann mir jemand vielleicht die zwei Begriffe erklären?


Herzlichen Dank. :)

Gruss
bobbel
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Neuer Beitragvon Stromus am Montag 9. Januar 2006, 19:15

Diese Betrachtung beruht auf das Miller-Theorem, um die Analyse der invertierenden Verstärker zu vereinfachen.
Beispiel:
Denke bitte an die Kollektor-Basis Kapazität eines npn-Transistors in Emitterschaltung. Diese Kapazität stellt die Rückkopplung eines Verstärkers Ausgang zu Eingang dar. Miller sagt:

relativ zu der Signal-Quelle, die diesen Transistor an seine Basis speist erscheint diese Kollektor-Basis Kapazität wie eine größere Kapazität transformiert nach der Formel
Cbc *(Spannungsverstärkung + 1). Diese transformierte Kapazität denkt man sich im Ersatzschaltbild als ein Kondensator zwischen Basis des Transistors und Masse.

Beipiel:

Innerhalb des 3dB-Bandes (also keine Wirkung der parasitären Kapazitäten = NF-Bereich) beträgt die Spannungsverstärkung durch die entsprechende Beschaltung der Emitterschaltung = 100. Eine Cbc = 2pF (hypothetische Datenblattangabe) erscheint gegenüber der Signalquelle wie 2pF * (100+1) = 202pF
Diese transformierte Kapazität liegt parallel zu der Cbe des Transistors. Damit bildet dieses gesamte Kapazität (Miller + Cbe) einen Tiefpass zusammen mit dem Widerstand nach dem Theorem von Thevenin.
Stromus
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Neuer Beitragvon Bannes am Montag 9. Januar 2006, 23:13

Hallo,
40MHz Laboraufbau?
Wie sieht der aus und welches Datenblatt ist die Vorlage?
Da sind ausser dem Herrn Miller wahrscheinlich noch andere Parasiten beteiligt :D !
Da meine Kristallkugel in der Wartung ist, wäre ein Foto und auch ein Schaltbild des Inverters sehr nützlich.
40MHz erfordert nämlich auch einen entsprechenden Aufbau.
Arno
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Neuer Beitragvon bobbel am Montag 9. Januar 2006, 23:34

Hi Arno,

als Vorlage wurde ein 7400 NAND Gatter mit einem Eingang nachgebaut.
Foto / Schaltbild

Schon mal Danke für deine Mühe.
bobbel
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Neuer Beitragvon Bannes am Dienstag 10. Januar 2006, 09:13

Hallo,
auf den ersten Blick fallen mir fehlende Kondensatoren auf. An die Betriebsspannung gehören ca 100nF (keramisch) möglichst kurz nach Masse. Bei diesem Aufbau wären eventuell mehrere sinnvoll.
Dann ist der Aufbau zu weitläufig.
Um ein halbwegs vernünftiges 40MHz Rechteck zu erhalten, müssen zur Grundwelle auch ein paar Oberwellen mit verarbeitet werden. Die niedrigste zur Rechteckbildung erforderliche Oberwelle ist die 3. Harmonische mit 120MHz.
Dafür haben die Leitungen und die Trimmer schon eine zu hohe Induktivität.
Entweder misst Du bei optimaler Gleichstromeinstellung die Widerstandswerte der Trimmer und ersetzt sie durch Festwiderstände oder Du berechnest sie vernünftig.
Einen solchen Try and Error-Aufbau kannst Du bei solchen Frequenzen abhaken.
Mein Ausbilder hat immer behauptet, der Übergang zwischen Hochfrequenz und Magie sei fliessend.
Daher:
HF-Aufbauten mit Schönheitspreis funktionieren nicht.
Arno
Bannes
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Neuer Beitragvon Stromus am Dienstag 10. Januar 2006, 09:23

Hi Arno,

als Vorlage wurde ein 7400 NAND Gatter mit einem Eingang nachgebaut.
Foto / Schaltbild

Schon mal Danke für deine Mühe.


Ja bitte sehr ist nicht der Rede wert :D

Ein ähnlicher Aufbau ist: http://www.htwm.de/mroessle/uni/digi/se ... tl7400.doc

Die Schaltung verhält sich unterschiedlich mit unterschiedlichen Transistortypen. Beim Übertragen eines Rechtecksignals mit 1MHz (Pulsweite = 0,5us Periode = 1us) ist am Ausgang nur noch ein Quasi-Dreieck zu sehen, wenn 2N2222-Transistoren eingesetzt werden. Anders sieht es aus mit einem Hochfrequenz-Transistor (z.B. eine BFR-Type). Beide Transistoren würden sich aber ähnlich verhalten, wenn die Rechteckfrequenz nur 100kHz (T = 10us) betragen würde.
Ein innerhalb einer Periode symmetrisches Rechtecksignal (Puls-Zeit = Pausenzeit) wird als Summe von Gleichspannung + Sinus-Signalen dargestellt, deren Frequenzen als ungeradzahliges Vielfaches der Rechteck-Frequenz auftreten. Zusätzlich nimmt die Amplitude dieser sogenannten Oberwellen nach einer e-Funktion ab. Das nennt sich Fourier-Transformation.
Beispiel: Ein Rechtecksignal soll 5V-Amplitude besitzen und eine Frequenz von 1MHz => Periode des Rechtecksignals = 1µs, Pulslänge = 0,5µs
Dieses Signal besitzt ein Gleichspannungsanteil = Mittelwert des Rechtecksignals = 2,5V und Sinussignale mit den Frequenzen 1MHz, 3Mhz, 5MHz, 7MHz.....(ungeradzahliges Vielfaches von 1MHz). Die Amplituden dieser Signale werden mit steigender Frequenz auch kleiner (e-Funktion). Die Summe dieses Gemisches ergibt dann das Rechtecksignal. Wenn diese Summe über einen Tiefpass läuft, dann ist das Ergebnis eine Verfälschung des Rechecksignals, die sich je nach Grenzfrequenz des Tiefpasses von einfachen Flankenabrundungen bis zu einer Quasi-Sinusfrequenz erstrecken kann. Beispiel Tiefpass mit der Grenzfrequenz 2MHz => Nur das Gleichspannungsanteil + Grundfrequenz = 1MHz kommen durch ohne Verfälschung der Amplitude. Der Rest der Oberwellen (3, 5, 7, 9MHz....) erfahren eine Reduktion der Amplitude, so dass ab einer bestimmten Frequenz nichts nennenswertes mehr durchkommt. Damit sieht das Ergebnis nicht mehr wie ein Rechteck aus, sondern fast wie Sinus + Gleichspannung. Genau dieses Effekt bringt die Millerkapazität (Rücktransformation, Tiefpassbildung....). Das bedeutet, wenn der Transistor eine Grenzfrequenz von 40MHz besitzt, das zu übertragende Rechtecksignal sollte eine viel tiefere Frequenz besitzen, damit ausreichend viele Sinuskomponenten übertragen werden können.
Vorausgesetzt die Schaltung könnte ein Rechtecksignal mit 40MHz übertragen, spielt der Aufbau eine sehr große Rolle. Arno hat Recht! Ab hier ist die Signalintegrität an Impedanzanpassungen gebunden.
Danke für die Aufmerksamkeit :D
Stromus
17215
 


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