Windows7_PUFF21-Tuto.. - von Gunthard Kraus

B) Prinzip des negativen Widerstandes (= One-Port Oscillator)
Der Grundgedanke ist recht einfach:
Ein LC-Schwingkreis (= Bandpass am Verstärkerausgang im vorigen
Bild) enthält immer Verluste, die durch den Serien-Verlustwiderstand
Rs berücksichtigt werden.
In der nebenstehenden Schaltung wurde nun dem Schwingkreis ein
negativer Widerstand „-Rs“ zugeschaltet, (der durch den
Eingangswiderstand der angeschlossenen Verstärkerschaltung
oder ein Bauteil mit negativem Widerstand -- z. B. einer
Tunneldiode oder Gunndiode etc. -- gebildet wird). Dann gilt:
Wurde der Schwingkreis erregt (= „angestoßen“), dann entsteht eine Dauerschwingung, wenn
beide Widerstände sich gerade exakt aufheben.
Ist der negative Widerstand größer als der Verlustwiderstand Rs des Kreises, dann erhält man
eine Ausgangsspannung, die pausenlos ansteigt und dann irgendwann begrenzt werden muss.
Genau dieser Vorgang muss nach dem Einschalten eines solchen Oszillators ablaufen!
Richtig interessant wird es jetzt, wenn man nun mit den S-
Parametern dieser beiden Schaltungsteile arbeitet (….denn
dann bieten sich Möglichkeiten für den PUFF-Einsatz!).
Da sieht man, dass bei Resonanz des Kreises nur R s in ihm
übrig bleibt und dass für Z in der linken Seite gilt:
Z in = -R s
Berechnet man nun S11 für den linken Schaltungsteil (= negativer Widerstand), dann gilt:
Z
− Z
−R
− Z
+ Z
in 0 s 0 s 0
S
11
= = = =
Zin
+ Z0
−R
s
+ Z0
R
s
+ Z0
R
1
S
load
(Diese Beziehung findet sich auch im PUFF Handbuch auf den Seiten 44 – 46. Sie ist sehr ausführlich
im Buch „Microwave Engineering“ von David Pozar abgeleitet).
Bei einer Dauerschwingung (= „eingeschwungener Zustand“) muss
also gelten:
1
S 11S
=
während für den Start des Oszillators (= „Anschwingen“) der Wert
von S 11 größer sein muss als 1 / S load
11
106
Für die Arbeit mit PUFF ergibt das recht interessante Möglichkeiten:
a) Zuerst muss man den Kehrwert der „Last-Reflektion S load “ mit dem Taschenrechner bilden. Das
ist recht einfach, wenn man bei S load den Betrag und die Phase (= magnitude and phase) kennt. Durch
das Invertieren kehrt sich beim Phasenwinkel einfach das Vorzeichen um, während man beim
Betrag mit dem Taschenrechner den Kehrwert bildet. Beide Ergebnisse können nun in ein selbst
geschriebenes S-Parameter-File mit dem Namen „Sload.s1p“ eingetragen werden. Eine Puff
Simulation zeigt dann die genaue Lage des Punktes im Smithchart und da muss man aber gleich
aufpassen:
load