Понимаем усилитель

[Disp03]

Доброго времени суток, форумчане. Возник вопрос по однокаскадному усилителю. Собрал такую схему:


Динамик в радиоточке на 1Вт. Подключен непосредственно к трансформатору. На радиоточке написано "Напряжение 30 В. Мощность 1 Вт".

Проблема - хрипит, начиная со средней громкости. На низкой громкости хрипит на басах. В чём может быть причина?

[Динозавр]

Disp03, Низшая частота радиоточки 150-300 Гц, при громкости 1 Вт искажения 10 %,
это ограничения трансформатора и динамика.
Ограничения усилителя смотреть осциллографом или подбирать базовый резистор.
Верхний вывод резистора для снижения искажений лучше подключить на Коллектор.

[Acerbis]

Всем привет! Помогите пожалуйста понять правильно ли я рассчитал схему. После освежения в памяти основ работы с транзисторами я захотел в качестве практики собрать усилитель на 10 мегагерц, в качестве параметров определил себе следующие: Ku = 10, Rвх >= 10k, Rвых = 100 ом, схема с общим эмиттером, h21э транзюков > 160, Iпок = 1мА

Произвел простенький расчет по постоянному току исходя из тока покоя 1 миллиампер, получилось следующее, при VCC = 12V и желаемой половине напряжения питания на коллекторе Q4 получилось что R15 и R16, равные по номиналу так как нас усиление по постоянному току не интересует, и можно взять Ku = 1 для этой части схемы, должны быть равны 6 / 0.001 = 6кОм (5.6 кОм в ряду Е12)
Q5 выполняет роль эмиттерного повторителя чтобы увеличить входное сопротивление Q4, которое по переменному току весьма мало и составляет 10 ом (сопротивление конденсатора C11 в цепи эмиттера на частоте 10 МГц) умноженное а h21э 160 и составляющее >= 1600 Ом. Его входное сопротивление по постоянному току составляет 5.6кОм * 160 * 160 >= 143 МОм, по переменному 10 * 160 * 160 >= 256кОм
R18 и R19 выбирались по принципу R18 R19 как минимум в 10 раз меньше RвыхQ5 по постоянному току и R18 R19 как минимум в 10 раз больше Rвх по переменному току, были выбраны значения 300 кОм для R18 и 220 кОм для R19

По переменному току получилось следующее: так как Ku = 10, тогда RкQ4/RэQ4 = 10. Rк = Rнагр = 100 Ом, следовательно Rэ = 100 / 10 = 10 Ом (С11). RвхQ4 >= 1.6кОм, RвхQ5 >= 256кОм. Проходной конденсатор выбирался так чтобы его сопротивление было в 10 раз меньше чем номинальное входное сопротивление. 10 кОм / 10 = 1кОм, C >= 15 пикофарад

Подключив в протеусе осциллограф и подав на С12 синус с амплитудой 1 вольт я ожидал увидеть на канале 1 10 вольт, но с удивлением обнаружил что протеус показывает сигнал даже меньше чем на входе. На этом мое понимание закончилось, потому что либо протеус врет, либо я что-то упускаю либо фундаментально не понимаю. Помогите пожалуйста разобраться, дело в ошибке симуляции программы или такой усилитель действительно не будет работать (и если да то почему)?

Заранее спасибо за помощь, надеюсь что с вами мне удастся разобраться и в дальнейшем проектировать схемы лучше)

[As]

...У Вас режим транзисторов неправильный: делитель R17 R18 должен быть выбран так, что напряжение на базе транзистора примерно равно 2/3 напряжения источника питания... В Вашем случае - оба транзистора открыты и насыщены, поэтому усиливать ничего не могут...

[АлексейP]

[uquote="Acerbis",url="/forum/viewtopic.php?p=4322288#p4322288"]либо фундаментально не понимаю.[/uquote]
1) Усилитель нагружен на параллельно соединённые резистор 5 К и конденсатор 150 пФ. Сопротивление конденсатора на частоте 10 МГц равно 100 ом, это и есть нагрузка каскада.
2) Усиление каскада равно произведению крутизны прямой передачи на сопротивление нагрузки, при такой маленькой нагрузке - 100 ом - усиление тоже очень маленькое.
3) Совершенно неправильно включен первый транзистор - нет эмиттерного резистора. Из-за этого ток в рабочей точке чрезвычайно мал и крутизна тоже.
4) Т.к. ток рабочей точки первого транзистора слишком мал, а входное напряжение слишком большое, первый транзистор работает в глубоком классе С (с маленьким углом отсечки), его коллекторный ток представляет из себя короткие косинусоидальные импульсы и имеет очень широкий спектр гармоник. На выходе каскада сигнал тоже сильно искажен, естественно.
5) После приведения каскада в норму, появится задача согласования с источником.

[Gudd-Head]

[uquote="Acerbis",url="/forum/viewtopic.php?p=4322288#p4322288"]10 мегагерц[/uquote]
15 пФ разделительный конденсатор "немножко" маловато.

[АлексейP]

Если бы было маловато, я бы об этом упомянул. Его сопротивление 950 ом, что вполне терпимо при входном сопротивлении каскада несколько килоом.

[Acerbis]

Большое спасибо всем за ответы, благодаря им я смог понять свои ошибки, переделать расчеты и придать усилителю жизнеспособный вид. В первом варианте я хотел добиться наименьшего усиления по постоянному току, чтобы избежать уплывания напряжения смещения при нагреве/охлаждении транзистора, но при этом не учел что при соотношении резисторов коллектора и эмиттера один к одному максимальный размах амплитуды сигнала возможен от VCC питания до примерно половины VCC, а смещение должно быть примерно в середине этого отрезка, т.е. 9 вольт, у меня же их 5, по этому транзистор был полностью открыт и не усиливал
Еще вычитал что некое подобие схемы Дарлингтона которое я пытался применить для увеличения входного сопротивления не годится для рыботы с высокой частотой так как имеет низкое быстродействие и приеняется в основном в НЧ сегменте усилиелей
Чтож, теперь каскады с эмиттерной стабилизацией я счита довольно уверенно, а результаты хорошо соотносятся и с модельками в протеусе и с воплощением их на стеклотекстолите)
Но у меня возникли новые вопросы, если с училителями НЧ я более менее разобрался, то усилители ВЧ, особенно классов B и C пока остаются для меня довольно туманной темой, надесь на вашу помощь)
1) Я заметил что когда мы говорим об усилителях НЧ то обычно, судя по схемам найденным мной в интернете мы усиливаем напряжение в какое-то заранее обозначенное количество раз каскадом в классе A с точно расчитанным Ku, а потом усиливаем ток мощными выходными каскадами повышая этим мощность усиленного напряжения, в усилителях же высокой частоты я заметил что обычно используют схемы с заземленным эмиттером, дающие достаточно непредсказуемое усиление в от h21min до h21max раз, почему так?
2) Мне непонятен принцип расчета коллекторного дроселя таких усилителей. На форумах пишут что его сопротивление неважно и обычно берут 10 - 20 мкгн, а выходное сопротивление каскада задается нагрузкой, т.е. антенной/п контуром/входным сопротивлением следующего каскада и т.п. подключенным между коллектором и землей. Так ли это? Как вы выбираете коллекторный дроссель при построении УВЧ?
3) Правильно ли я понимаю что П контур можно представить как некий аналог выходного трансформатора для ламповых усилителей, преобразующий пары ток и напряжение с сохранением мощности, с учетом потерь разумеется? Может ли П контур работать как повышающий трансформатор, в том числе выдавая на выходе напряжение больше VCC, если например его входное сопротивление 20 ом, а нужно раскачать 300 омную антенну при 12 вольтах питания?
5) Чему равно входное сопротивление такого усилителя? Когда мы говорим в схемах с эмиттерным резистором, но его довольно легко посчитать (Rэ * h21э), как быть в случае если эмиттер заземлен мне не очень понятно. Я читал что в таком случае его можно представить как сопротивление прямосмещенного диода, т.е. весьма мало. Верно ли то что в таком случае сопротивление задается внешними элементами в цепи базы, например конденсатором через который с предыдущего каскада подается сигнал?
Для полноты картины прикреплю схему усилителя, номиналы элементов рандомные, тут скорее важно их включение

[сэм]

Надо еще учитывать емкостную часть сопротивления в цепи базы

[mickbell]

[uquote="Acerbis",url="/forum/viewtopic.php?p=4328872#p4328872"]в усилителях же высокой частоты я заметил что обычно используют схемы с заземленным эмиттером, дающие достаточно непредсказуемое усиление в от h21min до h21max раз, почему так?[/uquote]УНЧ легко и непринуждённо охватывается общей ООС, которая, собственно, и задаёт коэффициент усиления. Такой же фокус с ВЧ и тем более СВЧ устройствами не проходит: там даже минимальная ёмкость может привести к снижению запаса по фазе и переходу ООС в ПОС с самовозбуждением. Если и делают ООС, то лишь сугубо местную. Или, как вариант, ALC, АРУ.
[uquote="Acerbis",url="/forum/viewtopic.php?p=4328872#p4328872"]Как вы выбираете коллекторный дроссель при построении УВЧ?[/uquote]Всякий дроссель - это не только индуктивность, но также сопротивление и ёмкость. Значит, у него есть и резонансная частота. Чем выше индуктивность, тем ниже эта частота. Выше резонанса дроссель представляет собой "жалкое зрелище, душераздирающее зрелище, кошмар". А ещё есть и сопротивление потерь, откушивающее часть мощности. Это с одной стороны. С другой, слишком маленькая индуктивность - это тоже нехорошо по понятной причине. Так что ДЛЯ ОПРЕДЕЛЁННОГО ДИАПАЗОНА ЧАСТОТ вам и советуют нечто удовлетворяющее. Есть рекомендация в более общем виде: индуктивное сопротивление нагрузочного дросселя должно быть раз в пять-десять больше сопротивления нагрузки.
Персонально я для усилителей 27 МГц ставил дроссель ДМ или ДПМ 1 мкГн с подстроечным конденсатором, кажется, 4-15 пФ, вместе с коллекторной ёмкостью дроссель настраивался им в резонанс. Сигнал я снимал вторичной обмоткой в 4 или 5 витков (по ситуации), которую мотал поверх дросселя.
[uquote="Acerbis",url="/forum/viewtopic.php?p=4328872#p4328872"]Правильно ли я понимаю что П контур можно представить как некий аналог выходного трансформатора для ламповых усилителей, преобразующий пары ток и напряжение с сохранением мощности, с учетом потерь разумеется? Может ли П контур работать как повышающий трансформатор, в том числе выдавая на выходе напряжение больше VCC, если например его входное сопротивление 20 ом, а нужно раскачать 300 омную антенну при 12 вольтах питания?[/uquote]Правильно. Может. Подключая нагрузку к меньшей ёмкости, а генератор к большей, вы заставляете работать его повышающим "трансформатором". Только не переусердствуйте с коэффициентом, а то потери повылазят в полный рост, и вы не получите желаемого.
[uquote="Acerbis",url="/forum/viewtopic.php?p=4328872#p4328872"]Чему равно входное сопротивление такого усилителя? Когда мы говорим в схемах с эмиттерным резистором, но его довольно легко посчитать (Rэ * h21э), как быть в случае если эмиттер заземлен мне не очень понятно.[/uquote]Входное сопротивление каскада ОЭ без эмиттерного резистора тоже поддаётся расчёту. Просто надо помнить (начитавшись, к примеру, Хоровица-Хилла), что есть внутреннее сопротивление эмиттера rэ, зависящее от тока эмиттера, при температуре 300 К для кремниевого транзистора оно определяется как rэ = 0.026/Iэ. То есть при токе 1 мА оно равно 26 омам, а входное, можно считать, в h21э раз больше.
PS. Если вы хотите получить более-менее определённое входное сопротивление, скажем, 50 Ом, разумно делать схему ОБ, дав ей ток эмиттера 500 мкА - как раз оно и получится. Но это если в эмиттере будет дроссель, а то ведь резистор вмешается...

[12943]

[uquote="Acerbis",url="/forum/viewtopic.php?p=4328872#p4328872"]1) усилителях НЧ то обычно, мы усиливаем напряжение в какое-то заранее обозначенное количество раз каскадом в классе A с точно расчитанным Ku,[/uquote]
Нет, никогда так не делают. Добиваются максимально возможного Ку всех каскадов усиливающих напряжение.
[uquote="Acerbis",url="/forum/viewtopic.php?p=4328872#p4328872"]в усилителях же высокой частоты я заметил что обычно используют схемы с заземленным эмиттером, дающие достаточно непредсказуемое усиление в от h21min до h21max раз,[/uquote]
h21 - не усиление каскада, а коэффициент передачи тока транзистора.
В усилителях ВЧ требуется усиление по мощности. Оно может быть получено даже при коэффициенте передачи тока меньше 1. Так работают каскады с ОБ.
[uquote="Acerbis",url="/forum/viewtopic.php?p=4328872#p4328872"]5) Чему равно входное сопротивление такого усилителя? как быть в случае если эмиттер заземлен мне не очень понятно.[/uquote]
mickbell показал способ определения входного сопротивления, но он годится только для постоянного тока и низкой частоты.
На ВЧ входное сопротивление определяется емкостями и индуктивностями обвязки каскада и внутренней структуры транзистора.
Вычисление Rвх на бумажке утомительно и абсолютно ненадёжно. Проще и лучше доверить это дело симулятору.

[mickbell]

[uquote="12943",url="/forum/viewtopic.php?p=4328915#p4328915"]он годится только для постоянного тока и низкой частоты.
На ВЧ входное сопротивление определяется емкостями и индуктивностями обвязки каскада и внутренней структуры транзистора.[/uquote]Но можно попробовать скомпенсировать их. Конечно, только на одной частоте или около неё.

[АВК]

Творчество проявил - схемы 'изобрёл,' потому как таких как то не видел
Прошу покритиканить доходчиво - печему такого не делали, что из этого будет или не будет работать
Ну и если будет, то каковы 'свойства изделий'?

IMG_20230428_223238.JPG

(245.73 КБ) 241 скачивание

[Динозавр]

АВК, ---Творчество проявил - схемы 'изобрёл,'---
Для творчества удобно использовать симуляторы.
На схемах нет + и - , и с PNP/NPN щетельней надо.

[АВК]

Симуляторам не верю...
А питание и так понятно - если транзисторы прямые, то масса +.
А наоборот , то -

[АВК]

Особо интересна нижняя схема - будет работать или нет?

И подвопрос - трансформатор напряжение уменьшит на динамике (сопротивлением 4 ом) раз в 30, а если питание схемы вольт так 9, то как это все будет фунциклировать?

[АВК]

?

[АВК]

Ладно, а я СЕРЬЁЗНЫЕ ВОПРОСЫ задам.

НАРОД, подскажите пожалуйста, в схемотехнике УНЧ есть такие 'куски схем', как:

- 'ПРОХОДНОЙ корректор искажений'?
- 'регулятор динамичности'?

1) это что то - 'чёрный ящик' который распологается в разрыве сигнального провода (к примеру внутри усилителя) и с обоих сторон зажат какими то локальными ООСами. Ну я себе так это представляю....
Задача этого 'чёрного ящика' избавить усилитель от ВСЕХ искажений, лучше, чем просто ООС

2) представьте себе ещё одну ручку на морде УСя, которая 'выкручивает диапазон' - от самого тихого звука до самого мощного. И того регулировка динамики - увеличить диапазон к примеру раза в 1,5 или 'сжать' раза в 1,5-2.

Поиск в гоогле ничего толкового не выявил.

[АВК]

?