Обрезание сигнала 10 МГц NPN транзистором

[Valimor]

Сразу говорю я больше по цифровой схемотехнике, в аналоговой и особенно в транзисторах шарю не особо)

Итак, стояла задача усиления сигнала 10 МГц. Для этой цели был выбран транзистор BFU550X из соображений малого коэффициента шума, высокой точки децибельной компрессии и усиления. Схема включения была взята из даташита со страницы 16, там она для частоты 433 МГц, и применена для 10 МГц с минимальными изменениями.

Судя по таблице в даташите и характеристикам данный транзистор должен давать на заданной частоте примерно следующие параметры: коэффициент усиления около 20 дБ (в 80 раз) , точку децибельной компрессии(P1DB) не менее 10 дБм.  Однако на деле я вижу следующее: обрезаются верхние пики синусоиды(только те пики что сверху, нижние нормальные), а точка децибельной компресии находится ниже  +6 дБм,  потому что при +6 дБм я вижу, что усилитель находится в глубоком насыщении(чтобы выйти из него пришлось сигнал на входе понизить на что-то около 10 дБ). Рисунок как выглядит синусоида в приложении; я также снимал осциллограмму, но забыл её на рабочем компе, завтра её добавлю.

Я уже увидел на сделанной плате, что не правильно выставил смещение и у меня на коллекторе не половина напряжения питания как вроде бы нужно делать, насколько я помню.. а 2,2 Вольта. Я это правил, изменением резисторов R102 и R103, и у меня получалось выставить смещение 1,6 Вольта. Но сигнал всё равно продолжает обрезаться. Ах да напряжение питания усилителя 3.3В стабилизированное, ток по идее должен быть около 25 мА.(по факту получилось около 30 мА) Ну и нагрузка как видно из схемы 50 Ом.

В чём может быть проблема? В приложении сама схема и даташит на транзистор, также сейчас планирую собрать схему в Cadence и посмотреть там, могу потом выложить проект. Кстати кто-нибудь знает как импортировать spice модель транзистора туда??



Элементы:

W51, W54 - микрополосок согласованный на 50 Ом.

R102 - CR0402-FX-6201 - 6,2 кОм

R103 - CR0402-FX-40R2 - 40,2 Ом

R104 CR0402-FX-18R0  - 18 Ом

C230, C232 - GCM188R71E105KA64 - 1 мкФ

C231 - GCM1555C1H102JA16 - 100 пкФ

C233 - GCM155R71H104KE02 - 100 нФ

L11 - B82496C3680J000 - 68 нГн

VT2 - BFU550X

Вложения

BFU550X.pdf

(300.78 KiB) Скачиваний: 270

Синусоида.jpg

(19.87 KiB) Скачиваний: 578

Схема усиления 10 МГц.JPG

(27.8 KiB) Скачиваний: 1010

[Плюсик]

Valimor писал(а):

Напряжение питания 3,3 вольта

ток по идее должен быть около 25 мА.(по факту получилось около 30 мА)

R103 - CR0402-FX-40R2 - 40,2 Ом

А что бы Вы хотели.
Если ток 30 ма, а R102 40.2 Ом, то это значит напряжение на коллекторе получается порядка 2,1 вольта.

Ек=3,3 - 30*40,2=2,1 вольт

Дальше удобнее просто нарисовать.



А вообще так не делают.
У вас нет никакой термостабильности и параметры будут "плавать" от любого "чиха"

Да и вообще, если нужна ЧИСТАЯ синусоида размахом 3 вольта, то питание нужно брать раза в два больше, а при питании 3,3 вольта не пытаться получить ЧИСТУЮ синусоиду больше 1,5 вольта, максимум два.

Вложения

1.PNG

(20.19 KiB) Скачиваний: 1273

[aen]

Плюсик писал(а):

Valimor писал(а):

Напряжение питания 3,3 вольта

ток по идее должен быть около 25 мА.(по факту получилось около 30 мА)

R103 - CR0402-FX-40R2 - 40,2 Ом

А что бы Вы хотели.
Если ток 30 ма, а R102 40.2 Ом, то это значит напряжение на коллекторе получается порядка 2,1 вольта.

Ек=3,3 - 30*40,2=2,1 вольт

Дальше удобнее просто нарисовать.



А вообще так не делают.
У вас нет никакой термостабильности и параметры будут "плавать"

Да и вообще, если нужна ЧИСТАЯ синусоида размахом 3 вольта, то питание нужно брать раза в два больше.

Я же говорю что ни бум бум в этом) насчёт термостабильности - это недостаток самой схемы включения(с коллекторной обратной связью) или это касается тех номиналов элементов которые я использую??

Последний раз редактировалось aen Пн авг 21, 2017 19:31:37, всего редактировалось 1 раз.
Причина: Нарушение Правил форума п. 2.7

[Enman]

Так на 18 Ом тоже 500 мВ теряется...При таких напряжениях уже не мелочь...
За счёт этих 18 какая-то стабильность просматривается...
===
Цитировать-то не надо всё подряд....

[Valimor]

) ночь уже, туплю
всмысле 18 Ом добавляет стабильность? с питанием я понял, что ошибся, на 5 Вольт потом исправлю. А что насчёт остального? есть замечания?

[Нолик]

Valimor писал(а):

А что насчёт остального? есть замечания?

Что бы ответить, нам нужно знать предназначение данной схемы.

[Valimor]

Усиление опорного сигнала. После усилителя стоит делитель мощности который разделяет сигнал по потребителям. В связи с этим: чем больше удастся получить выходную мощность на выходе транзистора тем лучше (то есть получить максимальный размах), желательно без искажений сигнала. Для этого я так понимаю нужно напряжение смещения на коллекторе сделать равным половине напряжения питания то есть 1,6. Но я это уже делал, и верхушка всё равно обрезалась.. хотя блин, может я тогда ещё из насыщения не вывел схему(не помню, давно было). завтра попробую. А вообще может кто-нибудь разъяснить предназначение резисторов R103 и R104? каким из них мы выставляем напряжение на коллекторе и зачем нужен второй?
udp: полный размах в 3.3 В мне не нужен, это много для меня. 3,3 В при нагрузке 50 Ом это что-то около 17.1 дБм по мощности. А мне 10 дБм уже за глаза хватит это около 0.707 Вольта размах если я правильно считаю

[Нолик]

Valimor писал(а):

каким из них мы выставляем напряжение на коллекторе

Правильнее режим транзистора устанавливать резистором R102.
В вашем случае его нужно уменьшать, тогда напряжение на коллекторе уменьшится.
В принципе его удобнее поставить при настройки переменным и подобрать. Только последовательно с переменным включите постоянный где то на 3 килоома, что бы не сжечь транзистор.

Valimor писал(а):

разделяет сигнал по потребителям

Так же не нужно забывать, что будет резаться или нет, зависит еще и от нагрузки. Если нагрузка переменная, то могут возникнуть всякие казусы.
Здесь почитайте, т.к. общие принципы построения усилителей одинаковые.
http://radiokot.ru/circuit/analog/games/24/
Цитата оттуда.

Код:

Перешел к измерению входного и выходного сопротивления. Входное сопротивление оказалось порядка 200 ком. Выходное сопротивление порядка 60 ом. При этом максимальное неискаженное напряжение на выходе получается 0,6 вольт. При дальнейшем увеличении входного сигнала появляется ограничение снизу. Значит если его не нагружать, то выходное неискаженное напряжение можно получить больше двух вольт, т.е. подавать на вход порядка 0,2 вольта.

При нагрузке 60 ом выходное неискаженное напряжение достигает 0,6 вольт при входном напряжении 120 мв


[Enman]

Мне бы казалось правильнее раздавать сигнал после эмит повторителя
через развязывающие резисторы 43-47 Ом...Так получаются
независимые сигналы...

[Нолик]

Enman писал(а):

Мне бы казалось правильнее раздавать сигнал после эмит повторителя

ОДНОТАКТНЫЙ эмиттерный повторитель очень плохо работает в режиме "большого" сигнала, да еще при такой большой частоте для него.

Вот эксперименты с эмиттерным повторителем по ссылке, что давал выше.

Хотелось, что бы выходное сопротивление было по меньше. Не долго думая поставил на выход эмиттерный повторитель. На выходе опять получил практически то же напряжение, т.е 1 вольт.



Стал проверять выходное сопротивление. К моему разочарованию при подключении на выход резистора порядка нескольких сотен Ом сигнал стал обрезаться снизу. При этом на коллекторе первого транзистора никаких искажений не было. Стал уменьшать входной сигнал. В конце концов оказалось, что выходное сопротивление этого усилителя всего несколько десятков Ом, но выходное напряжение при этом не должно превышать величины 0,1 вольта.

Т.е. при полной нагрузке усилитель усиливает в пять раз и входное напряжение при полной нагрузке не должно превышать 20 мв. В этом случае получаем на выходе 0,1 вольт неискаженного сигнала.

Или ток через эмиттерный повторитель делать в несколько сотен миллиампер.

[Valimor]

Входные, выходные сопротивления неизменны и равны 50 Ом.

Только сейчас понял, что на графике на который я ориентировался и думал что мне хватит напряжения питания 3.3 Вольта чтобы получить мощность +10 дБм по оси X отложено не напряжения питания, а напряжение перехода коллектор эмиттер, которое у меня по идее должно быть 1,6 В. Воот. А значит мне своих +10 дБм не получить. Придётся питание переделывать.
Слушайте а вообще можно делать напряжение перехода коллектор эмиттер выше половины напряжения питания? и чем это чревато?

Вложения

Power output.JPG

(28.79 KiB) Скачиваний: 1133

[сэм53]

В таких схемах пол питания не выставляют, а подбирают смещение в динамике (методом проб), переменником в цепи базы. Вообще 2.2в было больше похоже на правду.

[Enman]

Напряжение к-э может быть любым в пределах совокупности техн параметров...
Повторитель-то на раздачу работает очень хорошо (опыт был и на 15 МГц),
но и току кушал много (тогда использовал КТ603 и КТ904, питанием ограничен не был, 12 В)...
Сейчас есть в доступе операционные усилители (AD8041, напр). Тогда ими усилить-раздать...

[Valimor]

Valimor писал(а):

Входные, выходные сопротивления неизменны и равны 50 Ом.

всмысле нагрузка постоянна и равно 50 Ом))
ладно я вас понял буду завтра экспериментировать

[Valimor]

Итак, снял я графики, их у меня три штуки: первый график снят перед резистивным аттенюатором, который стоит перед транзистором, чтобы показать что исходный сигнал это синусоида.

Спойлер

Второй график снят непосредственно на входе транзистора, шапка у него почему то оказалась обрезанной) резистивный аттенюатор так не работает, он просто ослабляет сигнал, так что видимо это влияние транзистора.

Спойлер

Ну и последний график это собственно сигнал на выходе. Шапка обрезана, размах сигнала что-то около 1,5 Вольта.

Спойлер

upd: видимо на втором графике свою роль сыграли побочные гармоники которые исказили сигнал

Вложения

tek00007.jpg

(96.71 KiB) Скачиваний: 361

tek00006.jpg

(96.82 KiB) Скачиваний: 619

tek00005.jpg

(98.75 KiB) Скачиваний: 643

[Enman]

Резистор в цепь Э можно добавить (ом 10)...

[Вячеслав81]

ну я бы сказал что так может "обрезать" индуктивность L11 )

[GARMIN]

Входное сопротивление перехода Б-Э транзистора нелинейное. Грубо говоря это диод. Вот вы и видите обрезание верхней полуволны на базе.
Запомните, у биполярного транзистора входным параметром является ток базы, а не напряжение на ней.
Вводите обратную связь либо эмиттерным резистором, либо делителем в цепи К-Б-вход.

[YS]

Усиление опорного сигнала. После усилителя стоит делитель мощности который разделяет сигнал по потребителям.

А что за опорный сигнал? Если это тактирование, так вообще можно поставить цифровые вентили. Или синус принципиален?

Вообще, мне сложно вообразить, зачем может быть принципиален синус на таких частотах. Даже на радиочастотные смесители вполне можно подавать прямоугольник. К слову, идеальный смеситель - это и есть перемножитель на +1/-1.

Что за потребители? Далеко ли? Есть эмпирическое правило: если геометрические размеры узла схемы меньше 1/20 длины волны высшей гармоники сигнала, то на согласование сопротивлений и прочие чудеса длинных линий можно забить. Ваша частота - 10 МГц. Ну, для уверенности возьмем пятую гармонику, 50 МГц. Длина волны на этой частоте составляет шесть метров. То есть, до длины провода в тридцать сантиметров (скорее даже полметра, наверное) задумываться о ВЧ-решениях необязательно. Это я насчет нарисованной схемы; ее вид типичен для ВЧ-усилителей, с согласованием входа/выхода и прочим.

Можно вообще взять операционный усилитель (вроде OPA354 или TLV3541) и и забыть о проблеме.