УМ для Amator SA на ЭМФ

[ru0aog]

Вторым заходом решил попробовать двухтактную схему

На входе:
(максимальный неискажаемый сигнал на входе 100 мВ р-р)

На выходе:

208мВ/24,6мВ = 8,45 (+18,5 дБ)

Сравним спектры, которые показывают разные приборы.
Хантек DSO 5102P
(нет привязки к уровню)

Оса 103м
(-10,5 dBm)

Nex1 NS-30
(-10,3 dBm)

[ru0aog]

Снимаю АЧХ
-50, -40, -30, -20 дБ

Если поставить конденсаторы на эмиттерные резисторы, то усиление возрастёт.
Но страдает ровность АЧХ

[ru0aog]

Ладно, не будем экономить.
Попробуем классику

У меня она получилась вот так (12В х 40 мА)

Чтобы вход осы не перегружался, снял АЧХ от сигнала -25 дБм
по -3 дБ полоса от 0,6 до 13,2 МГц, выход около 0 дБм

На более низких уровнях линейность присутствует
(графики на входных уровнях примерно -50, -40, -30, -20 дБм)

.
Максимальный уровень сигнала на входе 0,35 В р-р (-5 дБм)
Входное сопротивление близко к 50 Омам (без нагрузки 0,7В под нагрузкой 0,35В)

Выход при этом (на 50 Ом) 5,2 В р-р (+18 дБм)

Усиление выходит +23 дБ

На входе (от осы -25 дБм)

На выходе усилителя около 0 дБм

по анализатору усиление +24 дБ.
Гармоник почти не добавилось.

[ru0aog]

Хм, если я не вижу увеличение уровня гармоник это не значит, что их нет.
Берём генератор почище (вторая гармоника примерно -65 dBc)

на выходе вторая гармоника -55 dBc, что в общем тоже неплохо

[ru0aog]

Как мне не хотелось тратить целых 40 мА на каскад, но видимо придётся
Посмотрим, что же я вчера намерил.
Измерял я только напряжения и общий потребляемый ток.

Это режим по постоянному току:
- напряжение коллектора 10,67 В,
- ток коллектора 34,6 мА,
- напряжение эмиттера 1,36 В,
- смещение 0,74 В,
- ток базы 1,23 мА.

Так как нагрузочный трансформатор у нас использован в автотрансформаторном включении, то
Напряжение сигнала на коллекторе в два раза выше, чем на выходе

Если принять остаточное напряжение коллектор-эмиттер = 3 В, то
максимальная амплитуда на коллекторе будет 10,67В - 1,36В - 3В = 6,3 В.

В моих замерах размах неискажённого выходного сигнала был 5,2 В, следовательно, на коллекторе амплитуда составляла примерно те же 5,2 В, что немного меньше максимально расчётных 6,3 В.

[ru0aog]

Почему приняли остаточное напряжение Uкэ = 3 В ?
Надо посмотреть на график коллекторных характеристик

График приблизительный, числа буду округлять до десятых.
Точка покоя у нас Uкп = 10,7 В, Iкп = 35 мА.
Эквивалентная нагрузка 200 Ом.

Строим нагрузочную прямую с углом наклона на сопротивление 200 Ом (это 20 В на 100 мА).
Переносим нагрузочную прямую в точку покоя и видим:
- ток через транзистор не должен прерываться (мы не должны заходить в область отсечки), так что максимальное напряжение коллектора не может превышать 16,7 В.
Тут может возникнуть вопрос "откуда 16 В при питании всего 12В ?" Самоиндукция трансформатора позволяет получить до х2 от напряжения питания.
Итак, правая полуволна коллекторного сигнала не может быть больше чем 16,7-10,7 = 6В.

Идём дальше
- мы не должны заходить в область насыщения. Но перед этой областью находятся искривлённые части линий характеристик при постоянных токах базы. Если мы будем использовать эту область искривлённых линий, то получим значительные искажения сигнала.
Я обозначил эту область зелёным маркером.
Получается, что левая полуволна коллекторного сигнала также ограничивается значением примерно 6 В.
Выходит, точка покоя выбрана рационально. Каскад работает в режиме А (что объясняет малый уровень измеренных гармоник).

Если на графике измерить расстояние от нуля до левой границы полуволны, то получим примерно 3 вольта, которые мы и принимаем как остаточное напряжение коллектора.
Также видим, что при бОльших токах, порядка 200 мА, нужно оставлять 5 В на коллекторе.

P.S.
По рисунку с трансформатором из предыдущего поста - почему верхний вывод трансформатора заземлён, если на самом деле но подключен к плюсу?
Потому, что линия питания соединена через конденсатор 47нФ с общим. Через этот конденсатор и протекает ток нашего усиленного сигнала. Поэтому важно размещать этот конденсатор как можно ближе к цепям эмиттера, и делать его составным, с распределённой ёмкостью.

Если этот конденсатор убрать из схемы, усилитель работать не будет.

[ru0aog]

Теперь посмотрим, что у нас в эмиттерной цепи.
На высоких частотах, когда ток в основном протекает через конденсатор 47 нФ, сопротивление этой цепи близко к 5 Омам.
На малых частотах, когда реактивное сопротивление конденсатора велико, эта цепь имеет сопротивление 38 Ом.
Например, на постоянном токе 1,365 В / 38 Ом = 35,9 мА.

Установленная сейчас в схему ёмкость 47 нФ начинает существенно влиять на частотах выше 100 кГц, т.к.
Хс = 1/2ПиFC = 1/2*3,14*100000*47*(1/1000000000) = 34 Ом.
На 3650 кГц Хс = 0,9 Ом.
Таким образом, при отсутствии сигнала (или на сигналах ниже 100 кГц) каскад находится в режиме покоя, а при появлении сигнала на входе - сопротивление эмиттерной цепи становится близко к 6 Омам на 80 метровом диапазоне.

[ru0aog]

Рассмотрим цепь смещения.
Это обычный резистивный делитель, но с некоторыми особенностями.
Во-первых, тут установлен дроссель 100 мкГн, но вернёмся к нему чуть позже.

Сначала посчитаем делитель.
Питание делителя Uпит = 10,67 В.
Ток эмиттера Iэп = 38 мА.
Ток базы Iбп = 1,2 мА.
Напряжение смещения Uбэп = 0,74 В.
Ток делителя Iдел = 4,5 мА.

R2 = Iэп*R1+Uбэп / Iдел = 36мА*38 Ом +0,74 В / 4,5 мА = 468 Ом.
R3 = Uпит - Iдел*R2 / Iдел+Iбп = 10,67В- 4,5мА*468 Ом / 4,5 мА+1,2 мА = 10,67В-2,106В / 5,7 мА = 1502 Ом.

Теперь посмотрим на дроссель.
На входное сопротивление влияют резисторы делителя и сопротивление цепи база-эмиттер.
R3 = 1.5 кОм оказывает малое влияние, но R2 = 470 Ом следует нейтрализовать.
Сопротивление дросселя 100 мкГн на частоте 3650 кГц равно XL = 2ПиFL = 2*3,14*3650000*100*(1/1000000) = 2292 Ом, что гораздо больше, чем 470 Ом.
Следовательно, на частотах выше примерно 750 кГц дроссель имеет сопротивление выше 470 Ом, что совместно с резисторами делителя оказывает незначительное влияние на входное сопротивление.

Как выбраны напряжение смещения, ток базы, ток делителя?
Понятно, что в данном примере я их просто измерил
Но мы уже назначили ток коллектора 35 мА, зная бетту транзистора В = 20...30, можно определить ток базы Iб = Iк/B = 35/20...30 = 1,16...1,75 мА.
Ток делителя - примерно в 5 раз больше тока базы.

[ru0aog]

Перемотал трансформатор по другому:
- взял жёсткий провод ПЭВ 0,6 мм без скрутки,
- намотал 8+8 витков (замеренная индуктивность каждой обмотки 85 мкГн),
- кольцо китайское зелёное, размерами 10х6х5, проницаемость около 2700.

Решил посмотреть, как поменяется АЧХ при изменении эмиттерного конденсатора.
Смотреть буду в полосе от 0,1 МГц до 100 МГц
- без конденсатора

- 1 нФ

- 10 нФ

- 100 нФ

.
Последний график лучше рассмотреть в полосе 100 кГц...20 МГц

.
Ради интереса поставим конденсатор 1 мкФ

какое-то влияние видно в полосе 100 кГц...1 МГц - добавляется усиление на низких частотах, полоса расширяется вниз.
Картина на верхних частотах практически не изменяется.

Имеет смысл оставить конденсатор 47...100 нФ.

[ru0aog]

Теперь попробуем ввести цепь коррекции: конденсатор 10 нФ + резистор параллельно резистору смещения 1к5 в исходной схеме.
- без коррекции

- 10нФ+1к5

- 10нФ+1к

- 10нФ+510 Ом

Видим, что усиление постепенно падает, но только в области нижних частот. В результате АЧХ выравнивается.