Jestli jste minulý rok četli pojednání o Trávoměru tak víte, že krom milionu různých problémů je jedním z velikých "ořechů" tohoto čidla logaritmický zesilovač. Jestli jste četli pojednání o logaritmických zesilovačích tak víte, že jediný design použitelný pro frekvence, ve kterých se bude pracovat je tzv. "paralelní" logaritmický zesilovač to jest máte zesilovač který zesiluje 10 000x spojený paralelně se zesilovačem, který zesiluje 1000x, 100x, 10x, a 1x.
Každý zesilovač musí být naprosto stejné konstrukce a pouze zpětnou vazbou se nastaví zesílení - to proto aby i zpoždění signálů bylo stejné. Výsledkem byla konstrukce, která byla založena na analogových vlastnostech digitálních invertorů HC4069. Když jsem tyto invertory zkoušel - tak jsem zblbnul měřící podmínky, takže mi vycházelo, že na frekvenci 500 KHz se z nich dá postavit zesilovač, který zesiluje více než 100X - což ve skutečnosti byl zesilovač, který zesiloval jen nepatrně více než 10x.
Výsledek se dostavil Jirka Vácha z Brněnského domu dětí Junior, zesilovač podle mého návodu postavil a nestačil se divit. Já jsem nejprve spekuloval, kde je chyba, pak jsem doma přeměřoval, a pak už jsem se jenom styděl a omlouval. Průser - jako mraky.
Když potřebuju na frekvenci 500 KHz zesilovač se zesílením aslepoň 100x - proč nepoužiju operační zesilovač - nějaký s šířkou pásma 500 000 x 100 = 50 MHz. Ano tak to dělají profesionálové - taky bych mohl od Linearu koupit zesilovač za 300 kus - a pak bych mohl na robotickém dni vykládat "děcka, když oželíte kredit do mobilu na půl roku můžete mít čidlo jako já...." Proto nic, co je třeba za hříšné peníze kupovat nepoužívám a ani používat nechci.
Jen taková odbočka - v Americe je Firma Elecraft, která je známá tím, že do svých rádií používá místo hrotových VF diod 1N4007 a místo varikapů 1N5818 a další "součástky jak z GM". Právě proto že se nespoléhá na extrémní vlastnosti součástek musí být jejich obvody "velmi sofisitikované" a to nikoliv inženýrským překombinovaným způsobem, ale stylem "v jednoduchosti je krása" a světe div se - jejich taktika vychází a jejich radiostanice jsou naprosto špičkové - a inženýři z Yaesu, Kenwoodu, Icomu a dalších jen kroutí hlavami.
Takže když jsem psal "tranzistorovou násobilku" mírně jsem se naštval - v tom smyslu, že čtenářům doporučuju postavit si "operační zesilovač jak za Apolla 11" a sám jsem odkázán maximálně tak na NE5532 který má šířku pásma do 10 MHz. Takže jsem prostě vzal schémátko z obrázku nahoře a všechny tranzistory jsem chtěl vyměnit za VF typy a zkusit do jakého pásma to pojede. Poněkud jsem pohořel už na samém začátku, protože viděli jste v dnešní mizérii vysokofrekvenční tranzistor typu PNP ?
Když se na zesilovač podiváte zjistíte, že Q2, Q3 mají napěťové zesílení 1 - a tudíž normální typy BC337 / BC327 které mají zesílení do 100 MHz budou úplně stačit. Q1 a Q5 mají taky silnou zpětnou vazbu přes R1- mají zesílení asi 10x tudíž taky stačí BC337 / BC327 . Prostě maximum zesílení celého obvodu je na jediném tranzistoru Q4.
Sehnat Q4 jako PNP je prakticky nemožné, ale stále tady máme oblíbený BF199 nebo dokonce skvělý SMD tranzistor BFR93A - do 6GHz !!! Takže když známe tranzistorovou násobilku prostě celé zapojení překlopíme z NPN do PNP a naopak - vidíte obrázek ? Jasné ?
Podle simulací měl mít tento zesilovač zesílení "otevřené smyčky" (bez zpětné vazby) kolem 3000x a 100x měl zesilovat ještě na frekvenci 10 MHz - z toho by jednoduchým vzorečkem vycházela teoretická šířka pásma 10 MHz x 100 = 1 GHz - kam se hrabou 50 MHz ubožáci za 300 z Farnellu.
Před dalším bádámín v oblasti paralelních VF logaritmických zesilovačů jsem chtěl mít 100% jistotu, že se nepletu, tak jsem udělal něco naprosto mimořádného místo patlání na kontaktním poli (díky jeho parazitmím kapacitám to stejně nejde) nebo místo pájení stylem "vrabčí hnízdo" jsem prostě zesilovač naroutoval a postavil.
A světe div se - svatý Petr nebyl doma a všechny vlastnosti zesilovače se potvrdily - tedy na obrázkuvidíte signál pro vstup 500 uV - tedy pro kontrolu - z generátoru s amplitudou 5V jsem vyrobil dělič z odporu 1Mega a 100Ohm na zem. Sami vidíte že aplituda je 1.4V což dává zesílení 1.4 / 500u = 2800 na frekvenci 10 MHz.
Pak jsem přidal do zpětné vazby "ten správný odpor" aby zesílení bylo 100x dělič jsem přehodil na 5mV (abych nemusel zápasit s šumem osciloskopu). Jen pro kontrolu dělič 1001X jsem vyrobil z odporu 100K a 100 ohm. A výstup je 492 mV tedy zesílení 100x +- autobus.
Jenom než mi nějaký chytrák napíše proč mám orgasmus z takového obvodu když 3 tranzistory za sebou taky zesilují 1000x - tak jenom si dovoluju upozornit, že tento zesilovač je od DC naprosto stabilní, pokud nezapomenenete na kompenzační konenzátor C9 tak se dá signál z výstupu zavádět na vstup (jako v opravdovém operačním zesilovači) - bez rozkmitání (což je ve VF technice nevídaná věc) a navíc zesilovač aktivně udržuje stejnosměrnou úroveň kterou mu nastavíte, a pokud se přesytí signálem - jde do limitace pěkně symetricky (pro mně nezbytné - viz článek o logaritmických zesilovačích).
Poznámka při druhém čtení : Jestli vám není jasné proč jsou některé odpory zdvojené R2+R3, R6+R7 - není v tom žádná čená magie - prostě jsem jenom předem počítal s tím, že při testování, budu pájet a zase "odpájet" tyto odpory tak dlouho až mi cestičky na plošném spoji upadnou - tak abych mohl pokračovat s druhým odporem.
Takže zablesklo se na lepší časy - zatím ani nevím jaké možnosti mi dává mít tuto technologii v ruce - ale neřešitelnost situace s logaritmickým zesilovačem v mezifrekvenci už dlouho trvat nebude. Zbývá už jenom tradiční rada pro blondýny - Pokud si připadáte "čarokrásná" a 10% lidí vám to potvrzuje, zatímco 90% "protivných a blbých" se jen ušlíbá a kroutí hlavamí - je to jasný příznak, že jste husa bez nadhledu obletovaná hlupáky.
BFT93