Gate impedantie mosfet berekenen

Toch wel. De datasheet van de mosfet zegt dat de impedantie op de gate bij 520MHz 3.11+j11.56 is wanneer Vdd 12.5v en Idd 100mA is.

Dus de gate impedantie is in dit geval 11.95ohm.

Het wiskunde boek zegt: De absolutie waarde is: |ZR+C| = √(R2+XC2).

Dat is niet zo; dat staat er niet. Laat maar eens zien anders.
Je moet echt preciezer zijn, anders krijg je antwoorden op vragen die je stelt, maar niet bedoelt.

Boven de laatste regel van mijn post stond nog een vraag. Weet je het antwoord?

Voor de RD15HVF1 mosfet:

F=175MHz, Zin=2.34-j8.01, Zout=3.06+j0.74, Po=15W, Vdd=12.5V, Pin=0.6W.

[Bericht gewijzigd door Without op woensdag 29 juli 2015 13:46:30 (53%)

Bij 12V kan er in je gate wel een stroom gaan lopen van 1A, maar je zit wel met de faseverschuiving tussen spanning en stroom. Bij 500MHz beïnvloedt dat gegarandeerd de werking van je schakeling. Zonder goede kennis van zake en inzicht van het gebruikte schema zijn dit wel leuke cijfers, maar ook nietszeggende getallen.

NB:
De Z_in die genoemd wordt "Zin* =3.11+j11.56" geldt voor het bovengeplaatste testcircuit en niet voor de losse transistor.
Dat circuit goed bouwen is verre van eenvoudig. Ik kan het niet. Dat weet ik zeker.

[Bericht gewijzigd door ohm pi op woensdag 29 juli 2015 14:16:43 (26%)

Op 29 juli 2015 14:07:00 schreef ohm pi:
Bij 12V kan er in je gate wel een stroom gaan lopen van 1A, maar je zit wel met de faseverschuiving tussen spanning en stroom. Bij 500MHz beïnvloedt dat gegarandeerd de werking van je schakeling. Zonder goede kennis van zake en inzicht van het gebruikte schema zijn dit wel leuke cijfers, maar ook nietszeggende getallen.

In de datasheet staat toch duidelijk aangegeven wat de reële en imaginaire impedantie is bij de opgegeven frequentie. Hoezo is dat niets zeggend dan?

ZIE je nu eigenlijk echt zelf niet het verschil tussen wat in het boek staat, en wat jij ervan maakt?
Er staat NIET |ZR+C|. Dat is een onzinformule. ZR heeft als eenheid ohm in het kwadraat, en C heeft als eenheid Farad. Die kun je niet optellen. Verder staat er ook niet R2+XC2.
(Overigens is het boek ook slecht. We rekenen niet met J, maar met j. J is iets heel anders - de stroomdichtheid, bijvoorbeeld. Een boek dat er zo met de pet naar gooit is zijn geld niet waard, want dan zal de rest ook wel slordig zijn.)

Voor nu maakt het even niets uit; aan |Z| heb je tòch niets:
Goed, |Z|=12; en dan? Een weerstand van 12 ohm heeft dezelfde impedantie, maar gedraagt zich toch heel anders; en als je hem zou moeten aanpassen zou je dan een heel ander circuit krijgen dan voor je FET van 12 ohm.

Heb je al gekeken naar de betekenis van Zin*? Het is nogal essentieel voor je berekening.

Met Zin* bedoelen ze de impedantie op de gate van de mosfet. Deze is 3.11+j11.56 bij de opgegeven parameters (520MHz, input pwr, output pwr).

Dus hoe bereken je dan de totale impedantie?

Oh, btw, Ik heb in verschillende bronnen gelezen dat je de totale impedantie uit kunt rekenen met √((real r * real r) + (imag r * imag r)).

[Bericht gewijzigd door Without op woensdag 29 juli 2015 17:49:17 (28%)

De 'totale impedantie' is die 3.11+j11.56, dat is verder niet te vereenvoudigen. Voor het ontwerp van de schakeling moet je het daarmee doen.
Aan |Z| heb je hier niets. Er zijn oneindig veel impedanties die die absolute waarde opleveren, maar ze zijn allemaal anders.
Vandaar dat de impedantie hier wordt opgegeven zoals hij werkelijk is.

Wat die Zin* betreft, dat zal ik maar voorzeggen: dat is NIET de ingangsimpedantie (dat is Zin), maar de geconjugeerde ervan.
Vandaar ook dat het imaginaire gedeelte ervan positief is. Van de FET zelf is dat negatief (de gate is immers capacitief, althans op 520 MHz nog wel).
Waarom ze dat zo doen? Geen idee; misschien om het de ontwerpingenieurs makkelijk te maken: Zin* is de impedantie die het aanpasnetwerk moet laten zien aan de FET. En dat is niet Zin.

Wil je Zin zelf weten: die staat eronder, per frequentie, samen met alle andere parameters; alleen in S-notatie.
e: RD01MUS1

Bedankt voor de uitleg Frederick! Hier ben ik enorm mee geholpen! Alhoewel ik het nog niet helemaal snap wil ik het graag begrijpen.

Dus om een bron die een load van 50ohm wil zien aan te kunnen sluiten op deze mosfet moet je een impedantie matching maken van 50ohm naar 3.11+j11.56 ?

[Bericht gewijzigd door Henry S. op donderdag 6 augustus 2015 18:00:58 (64%)

@ Without,

Dat heb je goed en afhankelijk van je toepassing breedband of smalband kan je voor een aantal modellen kiezen LP HP PI of T enz en dan opletten of je van een hoog impedantie naar laag gaat of dat je van een lage naar een hoge impedantie gaat.

Ik gebruik altijd de Smith kaart of ik reken met Rho dus S-parameters.

In jou voorbeeld op 520MHz is een L van 4nH en een C van 12pF als je een HP gebruiken wil.

Een keer op je calculator een programma schrijven en je heb er je hele leven plezier van ik heb het op de HP67 staan.

Gr Henk.

Hallo Henk,

Bedankt voor je info. Ik ga deze week een testopstelling maken om wat uit te proberen. In de datasheet staan ook de S parameters. Hoe kan ik aan de hand van deze parameters de impedantie berekenen?

Freq 100MHz
S11 mag:0.927 ang:-77.0
S21 mag:19.53 ang:132.3
S12 mag:0.043 ang:41.3
S22 mag:0.772 ang:-63.0

Gewoon plotten op de smithchart is het gemakkelijkst.
Hier is een pdf-smithchart

Dus bv. S11: een straal van 0,927 onder een hoek van -77 graden (dus rechtsom) vanuit het midden van de chart uitzetten, en daar de R en X aflezen.
Je leest daar af ongeveer 0.1 - j1.25, maar dat is t.o.v. 50 ohm; je komt dus op ca. 5 - j62.5 ohm.

Zonder Smith gaat het ook. We moeten wel de graden omzetten naar radialen.
Bijvoorbeeld voor S11:

• Doe eerst r = 0.927 * e^(-77j * PI/180) = 0.208 - j0.903, dat is de reflectiecoëfficiënt;
• Vervolgens z = (1+r)/(1-r) = 0.098 - j1.25, dat geeft je r en x ten opzichte van de systeemimpedantie Z0;
• Vervolgens dit maal Z0 (=50) geeft je R en X in ohms: 4.87 - j62.6.
  (Als je wilt, kun je deze seriewaarden ook omzetten naar een parallelschakeling: je krijgt dan 809 ohm parallel aan een capacitieve reactantie van ongeveer 63 ohm.)

Voor S22 kun je hetzelfde doen.
Conclusie: de smithchart werkt een stuk sneller; daar is hij ook voor.

Voor S21 en S12 heeft dit uiteraard geen zin.

Super bedankt voor de uitleg Frederick!

Ik ga hiermee aan de slag. Fijn dat er een forum als dit bestaat met kundige mensen

Ik begrijp nu hoe ik de smith chart kan gebruiken en de S11 en S22 parameters om te zetten in een complexe impedantie. Deze parameters kan ik toepassen in bijvoorbeeld het ontwerpen van een classe A versterker. Maar wat als ik een classe C versterker wil ontwerpen waarbij maar een klein deel van de sinus gebruikt wordt?

In het voorbeeld van de RD01MUS1 mosfet die 1watt levert bij 12.5V Vds, 100mA Ids. Dan zeggen de S22 parameters (0.742, -57.4) dat de LOAD impedantie 29.9 -j83.2 ohm moet zijn. Dat is 88.4ohm. Maar dit geldt voor een sinus.

Hoe kan berekend worden wat de LOAD impedantie moet zijn als deze versterker in class C staat en 1watt moet gaan leveren?

[Bericht gewijzigd door Without op donderdag 30 juli 2015 12:56:25 (72%)

Om je het vooral 'eenvoudig' te maken met de door FET voorgestelde Smithchart, zou je die van de RFDude kunnen gebruiken.

Deze kun je hier downloaden
Vooral voor een hobby omgeving een redelijk beginpunt als je bezig gaat met Smithcharts.
Voordeel van deze app is dat je ook gewoon de S-parameters op kunt geven.

Met het door FET aangegeven voorbeeld kun je lekker testen of zijn verhaal klopt ... ik twijfelde geen seconde

Dankjewel DDSFM.

Zeer handig programma!

Ik ben mij nu aan het verdiepen in impedantie matching tussen versterkertrappen. Ik zie vaak dat daar L matching networks gebruikt worden. Afhankelijk van de soort complexe impedantie van de source en load (j, -j) kun je het type L network kiezen. Dus van capacitief naar inducties of vice versa. Dit soort types worden blijkbaar niet gebruikt wanneer er een grote ratio tussen de source en load impedantie zit. En ook niet bij een hele grote bandbreedte. Dan is een PI filter wenselijk. Maar kan ik breedbandige projecten niet beter een transformator gebruikt worden?

Veel lees/leerwerk zie ik nog ... een lange weg zal ik maar zeggen
Hier zo even een los documentje (PDF):
An Introduction to Broadband Impedance Transformation for RF Power Amplifiers

Mooie pdf, vat veel dingen handzaam samen.

Aanpassing:
Tussen twee impedanties kun je een Pi- of een T-netwerk ontwerpen voor de aanpassing; die zijn equivalent aan elkaar.
De Q kun je vrij kiezen, echter met een minimum dat afhangt van de aan te passen impedanties (en een maximum omdat anders de verliezen te hoog worden).
Kies je de laagste Q (voor de grootste bandbreedte), dan blijkt één van de componenten nul te zijn geworden en houd je een L-netwerk over.
Zo zie je dus dat juist het L-netwerk het breedbandigst is.
--
Voor grotere bandbreeedten zul je in meer stappen moeten transformeren en wordt het netwerk dus ingewikkelder.

Een transformator zou leuk zijn, maar is op die frequenties niet te maken zoals we dat voor LF kennen. Wat je voor een breedbandige impedantieaanpassing zou willen, is een trafo met een koppelfactor van zo goed als 1, en spreidingsinductie ('lek') van zo goed al nul. En dat gaat op VHF slecht, en op UHF en hoger niet, lukken.

Daar komt bij dat over dat brede frequentiegebied de impedanties helemaal niet constant blijven. Je zou dus hoe dan ook andere netwerken moeten toevoegen, en uiteindelijk kun je die hele trafo dan ook beter maar vergeten.
--
Het ontwerpen van een netwerk voor één band (bijv. 144 tot 146 MHz) is, daarmee vergeleken, een peuleschil. Toch is zelfs dat voor beginners geen eenvoudige zaak.
De meeste amateurs beperken zich tot het lezen van wat theorie, maar het nabouwen van een beproefd ontwerp, wat ze dan wel begrijpen, maar waarvan ze de details niet zelf hadden kunnen voorzien. Waarmee niets mis is.

--
Ik weet dat er tig handige programmaatjes zijn om mee te spelen, maar Decimal Basic is een heel leuke basic-compiler. Hij is helemaal oude stijl, maar heeft een paar erg handige dingen: zo kan hij standaard met complexe getallen werken. Als voorbeeld heb ik de S11 van je tor ingelezen en geplot, met de frequentie en de berekende Zi ernaast, in een paar regels basic (klik of de grafiek voor iets grotere lettertjes).

Dankjewel voor je uitleg Frederick!
En DDSFM voor het document.

Ik heb nog veel te leren als het om wisselspanning, spoelen en condensatoren gaat. Ik wil graag weten hoe het werkt zodat ik mijn eigen schakelingen kan ontwerpen. Ik heb al meer dan 20 jaar ervaring in het ontwerpen van digitale en analoge schakelingen maar nog niets met impedantie matching van RF schakelingen.

Ik ben jullie hulp erg dankbaar. Ik heb verder niemand die mij met deze materie kan helpen (uitgezonderd Google). Ik ga de komende tijd veel documenten lezen en youtube kijken. Het zou fijn zijn als jullie eens een schakeling willen beoordelen die ik ga ontwerpen.

Fijn weekend!

Ik heb een test schema gemaakt.
Frequentie is 100MHz. Voor de impedantie matching heb ik het PI filter gekozen omdat ik daarvan de Q factor kan bepalen. Van een L matching netwerk kan dat niet en daarvan is de Q afhankelijk van de impedantie transformatie ratio.

Q = 5.

Zou dit werken of sla ik hier de plank volledig mis?

Je hebt 1pF op de gate/source van de RD01MUS1 gezet, de gatecapaciteit plus printcapaciteiten zijn vermoedelijk een stuk hoger. De spoelen zijn voor deze frequentie in verhouding klein gekozen, je zou ze eerder in de ordergrote van 40-100nH verwachten.

Je hebt de impedanties erbij geschreven, maar ik lijk door berekening niet van de ene op de andere* uit te komen.

*: let ook op het sterretje in je berekeningen.

Mag het plaatje trouwens wat groter? Er is heel veel zwart weggevallen, zodat het hier en daar knap onleesbaar is.
Het lukte trouwens überhaupt alleen de eerste keer; daarna krijg ik alleen nog maar reclame en wachttijd (maar er komt niets).
Gebruik maar gewoon de forum upload als je wilt.

e: Ah, al gebeurd. Dank!

Op 6 augustus 2015 18:16:08 schreef Henry S.:
Je hebt 1pF op de gate/source van de RD01MUS1 gezet, de gatecapaciteit plus printcapaciteiten zijn vermoedelijk een stuk hoger. De spoelen zijn voor deze frequentie in verhouding klein gekozen, je zou ze eerder in de ordergrote van 40-100nH verwachten.

Ja, dat is idd een probleem. Ik heb overigens de waarden laten berekenen door dit tooltje: http://home.sandiego.edu/~ekim/e194rfs01/jwmatcher/matcher2.html

@Fet, ik heb het plaatje aangepast.

Ik denk dat je vergeten hebt de frequentie in te vullen. Jouw gevonden waarden gelden (theoretisch) voor 1 GHz.

Je moet eigenlijk ook nagaan wat de invloed is van L10 en L11. Anders zul je ze moeten verrekenen met C8 resp. C5.

Waarom wil je zo'n hoge Q? Voor het ontwerp is het gemakkelijker als je die laag houdt; dat scheelt een paar dure trimmers ('no tune').
Aan de uitgang komt tòch nog een apart laagdoorlaatfilter.

Ik heb het aangepast.

[Bericht gewijzigd door Without op donderdag 6 augustus 2015 23:10:16 (25%)

Ah, mooi. Nu klopt je transformatie op papier.

Kijk nu eens naar het uitgangsnetwerk. Je kunt de ingangsspanning ervan (dus de spanning over C8) uitrekenen als het uitgangsvermogen in de 50 ohm belasting 15W bedraagt.
Wat moet dus de drainspanning zijn? Kan dat?

Kijk ook nog even voor de volledigheid naar de invloed van L10 en L11.

--
e: Iets anders, je hebt voor de uitgangs-FET de S-parameters voor 50 MHz genomen zo te zien.

e2: Nog eentje: voor de ingangs-FET heb je voor de drain de S-parameters voor 7,2V genomen. Voor de gate heb je wel 12,5V gebruikt.