к вопросу о усилителях

 

TEvg

аксакал

админ. бан
В последнее время мне понадобилось делать усилитель на частоту ~15 МГц.

И оказалось что это не так легко.
А именно - переменное напряжение на резисторе нагрузки (цепь коллектора)
Оказывалось равным половине напряжения питания в данном случае 6 вольт, при использовании транзистора типа КТ608.
На других типах транзисторов (КТ315, КТ601) напряжение к моему удивлению оказалось еще меньше, а именно 3 В. И выше не поднималось ни при каких обстоятельствах. При снижении частот, менее 10 МГц, напряжение увеличивалось и достигало половины питания. Хотя транзисторы вроде высокочастотные, должны давить свыше 100 МГц. Впрочем на малых напряжениях они действительно неплохо усиливают, но амплитуда выходного сигнала не превышает 3 В, при питании 12 В.

Напряжение переменного сигнала между выводами эмиттер-коллектор так же равно 6 В.

Сложилось впечатление, что имеет место быть делитель напряжения и выше половины напряжения питания не прыгнуть вообще. Никак. Так ли это?

Сопротивление резистора нагрузки бралось от 22 Ом до 1 кОм. Сопротивление резистора смещения регулировалось переменным резистором до получения наибольшего усиления.
Прикреплённые файлы:
1.gif (скачать) [1,53 кбайт, 24 загрузки] [attach=15744]
 
 
 

TEvg

аксакал

админ. бан
Каскад с колебательным контуром, настроенным на частоту резонанса, в коллекторной цепи.

Работает точно так как и каскад с резистором. Выходное напряжение сигнала (амплитуда) равно половине напряжения питания. Правда сопротивление постоянному току у него нулевое. Поэтому постоянный ток через коллектор больше, все постоянное напряжение падает на транзисторе, что приводит к его нагреву, и перерасходу энергии. :)

Увеличивая напряжение питания, я смог поднять и амплитуду выходного сигнала. Но мне не нравится что для этого надо городить источник питания. Неужели нет способов получить амплитуду сигнала большую чем половина напряжения питания?
Прикреплённые файлы:
2.gif (скачать) [1,54 кбайт, 21 загрузка] [attach=15745]
 
 
 
RU Клапауций #07.11.2005 10:33  @TEvg#07.11.2005 10:17
+
-
edit
 

Клапауций

координатор
★☆
TEvg> Напряжение переменного сигнала между выводами эмиттер-коллектор так же равно 6 В.
TEvg> Сложилось впечатление, что имеет место быть делитель напряжения и выше половины напряжения питания не прыгнуть вообще. Никак. Так ли это?
TEvg> Сопротивление резистора нагрузки бралось от 22 Ом до 1 кОм. Сопротивление резистора смещения регулировалось переменным резистором до получения наибольшего усиления. [»]

а каков режим по постоянному току ? напряжение на коллекторе при отсутствии входного сигнала (базовый резистор в положении для максимального усиления) ?
В тот день, когда ты решишь, что ты лишен недостатков , попробуй прогуляться по воде  
RU Клапауций #07.11.2005 10:34
+
-
edit
 

Клапауций

координатор
★☆
и сразу второй вопрос - какое напряжение сигнала (переменное) на входе ?
В тот день, когда ты решишь, что ты лишен недостатков , попробуй прогуляться по воде  

TEvg

аксакал

админ. бан
Каскад без смещения. Если транзистор, которому на базу подается напряжение смещения уже выходит на потолок при входном напряжении менее 100 мВ, то в таком варианте транзисторы, типа КТ315, КТ608, КТ601 начинают открыватся только при напряжении на входе порядка 4-х вольт. Причем уже при напряжении на 0.5 В выше начала открывания, они открываются полностью. Напряжение сигнала на выходе достигает 12 В, форма сигнала несинусоидальна. Эти эксперименты проводились на частоте 200 кГц. На более высоких частотах мой источник сигнала оказался слишком слаб и не мог открыть транзисторы. Получив на каскаде типа 1 (рис. 1) напряжение 6В, я счел его достаточным и прицепил к выходу каскада типа 1, свой каскад типа 3. И переменное напряжение частотой 15 МГц, на выходе появилось. И было оно чисто синусоидальным. А его амлитуда была 3 В. Ровно половина.
При повышении напряжения питания росла амплитуда на выходе каскада типа 1 (половина от напряжения) и амплитуда на выходе каскада типа 3 (половина от этой половины).

Как же работают усилители классов B, C?
Прикреплённые файлы:
3.gif (скачать) [1,32 кбайт, 13 загрузок] [attach=15746]
 
 
 

TEvg

аксакал

админ. бан
На входе напряжение я пробовал менять от 10 мВ до 4 В.
Уже при напряжении на входе 70-100 мВ, напряжение сигнала на выходе достигало 6 В и более не росло.
 

TEvg

аксакал

админ. бан
>а каков режим по постоянному току ? напряжение на коллекторе при отсутствии входного сигнала (базовый резистор в положении для максимального усиления)?

Я начинал с того что уснанавливал постоянное напряжение на нагрузке в пловину питания т.е. 6 В. :) Сопротивление резисторов в цепи базы при этом составляло от 12 кОм, до 220 кОм, в зависимости от сопротивления нагрузки (см выше). Далее, вместо постоянного резистора, я вставлял в цепь базы переменный резистор на 470 кОм и крутил его во всем диапазоне. Выходное напряжение достигало своего максимума 6 В, при каком-то диапазоне положений движка, а при увеличении и уменьшении сопротивления - падало.
 
Это сообщение редактировалось 07.11.2005 в 11:05
+
-
edit
 

Yura_L.

втянувшийся

TEvg: Сложилось впечатление, что имеет место быть делитель напряжения и выше половины напряжения питания не прыгнуть вообще. Никак. Так ли это?
 


Так оно и есть - резистивный усилитель - это делитель напряжения, только один из резисторов - управляемый (транзистор).

Если у вас амплитуда переменного сигнала равна половине напряжения питания, то ничего удивительного нет, так и должно быть. В максимуме транзистор заперт, на выходе напряжение питания. В минимуме - транзистор полностью открыт, на выходе - почти 0. В итоге удвоенная амплитуда равна напряжению питания.

Если каскад правильно настроен, то при отсутствии сигнала на выходе должно быть половина напряжения питания. При увеличении уровня входного сигнала будет расти уровень выходного, до Uп/2, а потом - сигнал должен ограничиваться. Частота вроде невысока, все должно работать. Можно настроить на НЧ, потом частоту повысить.

Если это не так, то может быть неправильно задан режим транзистора. Судя по приведенным схемам, это и немудрено, поскольку режим задается током базы, без стабилизации и пр. Лучше использовать каскад с делителем в цепи базы и с резистором и конденсатором в цепи эмиттера (термостабилизация). Такой каскад очень хорошо рассчитывается, режим по пост. току не зависит от транзистора.

Еще одна причина - слабый источник сигнала - не может "раскачать" транзистор.

Если это не поможет - тогда виноваты паразитные емкости. Вообще, резистивный каскад - это широкополосный усилитель, а его сделать не так-то просто. Обязательно будет завал на ВЧ, даже на высокочастотных транзисторах. Тогда нужна ВЧ коррекция. Есть такое понятие, как площадь усиления, равная коэфф. усиления на полосу. Вот эту самую площадь и стараются сохранить. Чем больше усиление, тем больше завал на ВЧ.
Кстати, обратите внимание на нагрузку - не резистор в цепи коллектора, а ту, на которую подается выходной сигнал с усилителя. Она тоже может сильно влиять.

Судя по тому, что у вас каскад не раскачивается даже при резонансной нагрузке, проблемы, скорее всего, в режиме.

 

TEvg

аксакал

админ. бан
Yura_L.>
TEvg: Сложилось впечатление, что имеет место быть делитель напряжения и выше половины напряжения питания не прыгнуть вообще. Никак. Так ли это?
 

Yura_L.> Так оно и есть - резистивный усилитель - это делитель напряжения, только один из резисторов - управляемый (транзистор).
Yura_L.> Если у вас амплитуда переменного сигнала равна половине напряжения питания, то ничего удивительного нет, так и должно быть. В максимуме транзистор заперт, на выходе напряжение питания. В минимуме - транзистор полностью открыт, на выходе - почти 0. В итоге удвоенная амплитуда равна напряжению питания.
Yura_L.> Если каскад правильно настроен, то при отсутствии сигнала на выходе должно быть половина напряжения питания. При увеличении уровня входного сигнала будет расти уровень выходного, до Uп/2, а потом - сигнал должен ограничиваться.

Ну так оно и есть! Значит выше никак? Только напряжение питания повышать?

Yura_L.> Судя по тому, что у вас каскад не раскачивается даже при резонансной нагрузке, проблемы, скорее всего, в режиме. [»]

Это каскад без смещения не раскачиватся. Со смещением замечательно раскачивается до Uп/2.

Тогда значит какой вопрос - в коллекторной цепи есть большая постоянная составляющая тока, которая мне не нужна. Можно ли как-то с ней бороться?

И второй вопрос как работают усилители классов B и C. Можно ли пример схемы?
 
RU Андрей Суворов #07.11.2005 14:07
+
-
edit
 

Андрей Суворов

координатор

в каскаде с колебательным контуром напряжение на коллекторе может быть абсолютно любым. Зависит от добротности (нагруженности) контура. Если контур слабо нагружен и имеет высокую добротность, напряжение на пиках легко превышает напряжение питания в три раза. "Слабо" в данном случае - радиотехнический термин. Именно так работают усилители класса Б и Ц - транзистор открыт существенно меньше периода (а для Ц - меньше пол-периода), но контур при несинусоидальном токе даёт синусоидальное напряжение.

Выходное сопротивление при этом довольно велико. Ну, можно посчитать через добротность.

Для работы в режимах АБ, Б и Ц смещение уменьшают. При отсутствии сигнала на базе транзистора должно быть милливольт 400. Для режима класса Ц нужно отрицательное смещение, т.е. резистор вставляют в эммитерную цепь, а не в базовую.

ВОПРОС - ЧЕМ ТЫ ИЗМЕРЯЛ НАПРЯЖЕНИЕ? ПОМНИШЬ ЛИ ТЫ, ЧТО ОСЦИЛЛОГРАФ, ПОДКЛЮЧЕННЫЙ К КОНТУРУ, РАССТРАИВАЕТ ЕГО, ВНОСЯ ЁМКОСТЬ ЩУПА?
 

TEvg

аксакал

админ. бан
>ВОПРОС - ЧЕМ ТЫ ИЗМЕРЯЛ НАПРЯЖЕНИЕ? ПОМНИШЬ ЛИ ТЫ, ЧТО ОСЦИЛЛОГРАФ, ПОДКЛЮЧЕННЫЙ К КОНТУРУ, РАССТРАИВАЕТ ЕГО, ВНОСЯ ЁМКОСТЬ ЩУПА?

Да помнить-то я помню. Только вот как нормально все померить? Как добиться хорошей добротности для этой частоты? Мерял я осциллографом.
 
RU Андрей Суворов #07.11.2005 14:40  @TEvg#07.11.2005 14:26
+
-
edit
 

Андрей Суворов

координатор

TEvg, 07.11.2005 15:26:22:
>ВОПРОС - ЧЕМ ТЫ ИЗМЕРЯЛ НАПРЯЖЕНИЕ? ПОМНИШЬ ЛИ ТЫ, ЧТО ОСЦИЛЛОГРАФ, ПОДКЛЮЧЕННЫЙ К КОНТУРУ, РАССТРАИВАЕТ ЕГО, ВНОСЯ ЁМКОСТЬ ЩУПА?

Да помнить-то я помню. Только вот как нормально все померить? Как добиться хорошей добротности для этой частоты? Мерял я осциллографом.
[»]
 


А ёмкость в контуре какая была? У осциллографического щупа она на нём написана. Чтобы можно было работать, на вход щупа вешают ещё одну ёмкость - 1 пФ или даже 0,47 пФ, какую найдут. Можно поискать в старых ламповых ПТК или тоже старых транзисторных СК-Д-1 :).

Вешать, нужно последовательно, конечно, т.е. один вывод кондюка к контуру, другой - к осциллографу. При этом получается дополнительный делитель 1:10 или 1:20, его можно откалибровать по генератору стандартных сигналов, а дальше уже плясать от этого. Т.е. общее деление 1:100, но это редко большая проблема.

Можно сделать у контура отвод для измерений, например, от 1/10 части витков, или намотать измерительную катушку поверх - это хорошо работает на низкочастотных диапазонах (160 метров...40 метров, т.е. 1,8 МГц...7 МГц)
 
+
-
edit
 

Yura_L.

втянувшийся

Проще сделать полную схему резистивного усилителя. Там все режимы определяются резисторами.

Сначала задаются коллекторным током Iк и напряжением на эмиттере Uэ. Чем больше эмиттерное напряжение, тем больше ООС по току и лучше стабилизация режима. Обычно хватает 1-2В.
Сопротивление в эмиттере – Rэ = Uэ/Iэ.
Емкость в эмиттере – по нижней частоте: Сэ >> 1/(6.28*f*Rэ).

Потом – базовый делитель. Ток базы будет Iб = Iк/h21э. Соответственно, ток делителя надо выбрать в несколько раз больше тока базы.

Напряжение базы – на 0.6В больше Uэ.
Тогда Rд2 = Uб/Iд, Rд1 = (Uп–Uб)/Iд.
Все, режим по току коллектора выбран.

Теперь сопротивление нагрузки. Напряжение на коллекторе выбирают на середине характеристики Uk = (Uп-Uэ)/2.
Rк = (Uп-Uк)/Iк.

Разделительные емкости – как обычно.

Но все же похоже на то, что в вашем случае это завал характеристики на ВЧ. Это либо режим, либо влияние внешней нагрузки.

Про режимы В,С Андрей вроде все рассказал. Единственно – при большой добротности может быть так, что амплитуда ВЧ напряжения превысит напряжение питания. Тогда произойдет инверсия питания транзистора, а они этого не любят. В импульсных схемах, работающих на индуктивность это штатный режим. Без защиты транзистор может вышибить.
Режимы с отсечкой актуальны только для усилителей мощности и генераторов, когда нужен большой КПД. Но там свои трудности. В обычных усилителях применяется режим без отсечки.
Реализовать режим с отсечкой просто. Нужно Rк заменить контуром и убрать Rд1. Через Rд2 осуществляется связь базы с землей по пост. току, его величина несущественна.

Прикреплённые файлы:
__________________.jpg (скачать) [9,89 кбайт, 9 загрузок] [attach=15758]
 
 
 

TEvg

аксакал

админ. бан
А эмиттерный повторитель (каскад по схеме с общим коллектором) позволяет получить сигнал близкий к напряжению питания?

Например на вход эмиттерного повторителя дается сигнал амплитудой 11-12 В, а питается каскад от 12 В. Сохранить ли он напряжение сигнала или это тоже делитель и он поделит напряжение вдвое, до 5-6 В?

Что если при помощи колебательного контура получить сигнал амплитудой 11-12 В, а потом усилить ток эмиттерным повторителем?
 
RU Андрей Суворов #08.11.2005 09:03  @TEvg#08.11.2005 08:43
+
-
edit
 

Андрей Суворов

координатор

TEvg, 08.11.2005 09:43:42:
А эмиттерный повторитель (каскад по схеме с общим коллектором) позволяет получить сигнал близкий к напряжению питания?

Например на вход эмиттерного повторителя дается сигнал амплитудой 11-12 В, а питается каскад от 12 В. Сохранить ли он напряжение сигнала или это тоже делитель и он поделит напряжение вдвое, до 5-6 В?

Что если при помощи колебательного контура получить сигнал амплитудой 11-12 В, а потом усилить ток эмиттерным повторителем?
[»]
 

Усилитель на резисторах, неважно, ОБ, ОЭ или ОК, не позволяет получить размах больше, чем напряжение питания. Амплитуда - половина размаха. Действующее значение - амплитуда, делить на корень из двух. Минус падение напряжения на открытом транзисторе.

Надо отметить, что максимум напряжения первой гармоники получается при несинусоидальной форме сигнала - при угле отсечки 120 градусов, т.е. режиме АБ. При этом, если на выходе будет полосовой фильтр, сигнал получится больше.

В мощных ВЧ каскадах резистивную выходную цепь стараются вообще не применять - или индуктивность, или контур, или трансформатор, который, если согласован, ведёт себя как активное сопротивление, но мощность в основном рассеивается не в нём, а в следующем каскаде или в антенне.
 
RU termostat #09.11.2005 19:50
+
-
edit
 

termostat

аксакал

TEvg> мне понадобилось делать усилитель на частоту ~15 МГц.
 


у меня в кратком курсе согласования написано как делать усилители радиочастот.

и моделируй в MicroCap - линк есть в топике "БРЭО"
RU Клапауций #11.11.2005 10:19
+
-
edit
 

Клапауций

координатор
★☆
эка тут наворотили... попробуем разобраться.
я приведу выходные характеристики транзистора, по ним очень хорошо всё видно. за качество не пинайте - начиркал карандашом на том что под рукой, щелкнул и - сюда

[attachmentid=20875]

у вас рабочая точка - посередине, режим А. это хорошее дело, но - транзистор у вас работает не в линейном, а в ключевом режиме !!
отрицательной обратной связи никакой, усиление громадное, на вход вы подаете сигнал в ЕДИНИЦЫ Вольт - и транзистор у вас улетает либо в отсечку либо в насыщение. причем очень сильно. на выходе у вас должен быть почти чистый меандр.
оно вам надо ? если да, ну может вам не надо линейно усиливать - то лучше увести его в режим ну хотя бы В, тогда при нуле на входе транзистор закрыт и ничего не потребляет.
если же нужен линейный режим - вводите ООС, однозначно ! сбивайте усиление, проще всего - как уже тут указали, резистором в цепи эмиттера.

TEvg> Тогда значит какой вопрос - в коллекторной цепи есть большая постоянная составляющая тока, которая мне не нужна. Можно ли как-то с ней бороться?
ну об этом я только что уже написал.
если нужно линейное усиление - можно уменьшить постоянный ток, уйдя в режим АВ (это между А и В, так чтобы размах выходного напряжения не цеплял нелинейную область, где выходные характеристики идут гуще)

TEvg> И второй вопрос как работают усилители классов B и C. Можно ли пример схемы?
схема-то та же (та что с резистором в цепи эмиттера, ну и желательно с делителем в базе), отличие в рабочей точке
режим В - транзистор на границе активной области, даже малый сигнал (в положительной полуволне !!) открывает его. Кстати, в этом режиме чтобы получить полный сигнал на выходе, ставят ДВА транзистора (комплементарную пару), один усиливает положителную полуволну, второй - отрицательную.
режим С - транзистор в отсечке. т.е. не то чтобы закрыт, а ...ммм... перезакрыт. даже при подаче синала на вход он не открывается, начинает работать только при превышении некоего порога. на выходе получаются только куски синусоиды.
Прикреплённые файлы:
vsyako_razno.JPG (скачать) [6,73 кбайт, 19 загрузок] [attach=15569]
 
 
В тот день, когда ты решишь, что ты лишен недостатков , попробуй прогуляться по воде  
RU Клапауций #11.11.2005 10:27
+
-
edit
 

Клапауций

координатор
★☆
Yura_L.> Но все же похоже на то, что в вашем случае это завал характеристики на ВЧ. Это либо режим, либо влияние внешней нагрузки.

откуда там возьмется завал на ВЧ ?? транзисторы-то какие
у КТ315 граничная частота коэффициента передачи тока - 250 МГц
у КТ608 - примерно тоже
у КТ601 - 40 МГц, вот он слабоват, может заваливать усиление

теоретически - внешняя нагрузка
но - первый каскад работает на обычный резистивный транзисторный каскад, нагрузка чисто активная

нет, транзистор работает нормально, открывается до конца
просто на резистивной нагрузке получить размах более напряжения питания - невозможно
В тот день, когда ты решишь, что ты лишен недостатков , попробуй прогуляться по воде  
RU Клапауций #11.11.2005 10:33  @TEvg#08.11.2005 08:43
+
-
edit
 

Клапауций

координатор
★☆
TEvg> А эмиттерный повторитель (каскад по схеме с общим коллектором) позволяет получить сигнал близкий к напряжению питания?
TEvg> Например на вход эмиттерного повторителя дается сигнал амплитудой 11-12 В, а питается каскад от 12 В. Сохранить ли он напряжение сигнала или это тоже делитель и он поделит напряжение вдвое, до 5-6 В?
TEvg> Что если при помощи колебательного контура получить сигнал амплитудой 11-12 В, а потом усилить ток эмиттерным повторителем? [»]

нет, тут будет такая же картина
у вас транзистор либо открыт, тогда на выходе 0В, либо полностью закрыт, тогда 12В (ну это всё чуть упрощенно, не считая там напряжения отсечки, утечек тока и т.п.)
на выходе переменка 12В , это размах ОТ ПИКА ДО ПИКА
убираете постоянную составлющую (тем же разделительным конденсатором) и получаете на выходе сигнал от плюс 6 до минус 6
всё, больше ничего из него не выжать
В тот день, когда ты решишь, что ты лишен недостатков , попробуй прогуляться по воде  
RU Клапауций #11.11.2005 10:38
+
-
edit
 

Клапауций

координатор
★☆
А.С.> Действующее значение - амплитуда, делить на корень из двух.

это только при синусоидальном сигнале !
В тот день, когда ты решишь, что ты лишен недостатков , попробуй прогуляться по воде  

в начало страницы | новое
 
Поиск
Настройки
Твиттер сайта
Статистика
Рейтинг@Mail.ru