close
Vážení uživatelé,
16. 8. 2020 budou služby Blog.cz a Galerie.cz ukončeny.
Děkujeme vám za společně strávené roky!
Zjistit více

Vážení uživatelé,
16. 8. 2020 budou služby Blog.cz a Galerie.cz ukončeny.
Děkujeme vám za společně strávené roky!

Vidlákovo elektro 65. kaskódové zesilovače 2.

2. ledna 2014 v 5:31 | Petr |  Vidlákovo Elektro
Velmi brzy po začátku internetu jsem objevil stránky radioamatéra vysílajícího ze Švédka pod značkou SM0VPO - Angličana Harry Lyhalla, který pracoval pro Švédský Ericsson tak dlouho až se oženíl a zakotvil ve Švédsku. Vlastně, kdyby to nehrozilo urážkou řekl bych, že je to můj duchovní učitel a "pra-vidlák". Nyní tedy POVINNĚ všichni přestanou číst tento blog a prostudují CELÉ jeho stránky ....
Našli jste to tam - geniálně jednoduché kaskódové zesilovače ? Je mi jasné, že "mravy upadají" a tak se nikdo nenamáhal na link kliknout. Takže jak se postupně pracovní frekvence mých čidel přesouvala do radiové oblasti a operační zesilovače už se nedaly použít začal už minule zmíněný "hlad po zesílení" spojený s "ďáblem co se skrývá v detailech" a díky parazitním paramentrům vám obvody buď rozkmitá nebo jinak pokazí. V této situaci byl zesilovač z dílny SM0VPO, který je na obrázku nahoře jako ten horní - darem z nebes - 1000X zesilující absolutně stabilní. Se součástkami jak jej vidíte ideální pro radiové mezifrekvence na 455 kHz.

Je mí jasné, že jste ze schémátku jeleni, neboť to nevypadá jako klasická kaskóda - spíše jako trojice "nejubožejších zesilovačů", které jsem pro srovnání nakreslil dole.
Takže vykládáme postupně : Stejnosměrný proud prochází přes Q1, pak přes R6, pak přes Q2, R5, Q3 a do země. Tedy Q1 - který zesiluje nejvíce má vskutku monstrózní - kaskódovou - emitorovou degeneraci a "emitorovou stabilizaci" pracovního bodu. Q2, který zesiluje méně má menší a Q3 žádnou....
Z hlediska "střídavého signálu" - ten jde úplně jinou cestou - vždy z kolektoru Q3 na bázi Q2 atd... jako v "nejubožejším zesilovači". Zároveň emitory všech tří tranzistorů jsou buď přímo, nebo přes C4 a C5 zkratovány na zem.

Tedy shrnuji princip:
  • Proud, který spotřebuje jeden stupeň klasického zesilovače - je zde rozdělen mezi tři stupně.
  • Tranzistory si vzájemně stabilizují napětí na kolektorech i emitorech, a proto jsou rychlé jako kaskódové.
  • Tranzistory jsou z hlediska užitečného signálu zapojeny jako INVERTUJÍCÍ, avšak z hlediska budícího proudu jako NEINVERTUJÍCÍ zesilovač - takže pokud se zesilovač chce rozkmitat tak tyto dvě vazby mezi stupni jdou PROTI SOBĚ a zesilovač stabilizují
Jasné ? A to vše pouze za cenu dvou kondů navíc (C4, C5). Naopak pokud byste chtěli ušetřit a postavit zesilovač jako ve spodní polovině obrázku - tak vězte, že to není zesilovač, ale obvod, který v 99% případů bude fungovat jako oscilátor, na některé vámi nechtěné frekvenci, protože na obvody tohoto typu se zle podíváte, nebo prsatá blondýna od sousedů kýchne - a už kmitají.
Samotný Harry Lythall patrně měl na "záhadný obvod" hodně dotazů. proto po létech přišel s updatovanou verzí, která je jednak "nakreslena více pro blbé" a jednak je doplněna ještě jedním výstupním stupněm. Vzhledem k tomu, že jsem původní verzi opakovaně a bez problémů používal, o funkčnosti této verze taky nemám pochybnosti.

Tím jsme nahlédnutí do kaskódových zesilovačů ukončili zbývá už jenom rada paní Kubáčové novomanželkám - pokud jste od manžela pod stromečkem očekávala erotické prádlo a sdělila mu, že nosíte "80D" - nedivte se že byl zmatený a místo podprsenky koupil "Dupačky číslo 80" - moderní obchody typu H&M nebo C&A totiž zákazníky matou tím, že tyto sortimenty skladují v regálech těsně vedle sebe - tak kdo se v tom má vyznat...
 

4 lidé ohodnotili tento článek.

Komentáře

1 rvx rvx | 2. ledna 2014 v 12:57

on ten "nejubožejší zesilovač" taky funguje docela dobře, jenom se jeden musí obtěžovat zapojit mezi jednotlivé stupně do napájení RC filtry ;)

2 petr-kubac petr-kubac | 2. ledna 2014 v 13:57

[1]: Naprosto nesouhlasím - jednotlivé stupně jsou impedančně nepřizpůsobené - a za cenu hromady součástek navíc máte nejistou stabilitu a ztrátu zesílení na děličích výstupní / vstupní odpor.

Jak se to má dělat nám naznačil zdejší čtenář  a to takhle
http://ok1ike.c-a-v.com/soubory/stab_vf_zes.htm
ještě méně součástek než má Harry Lythal l a přitom zesílení se blíží BETA^3 - tedy maximu možného

3 Mroks Mroks | 2. ledna 2014 v 16:01

S tým štúdiom v angličtine je u mňa najväčší problém. Práve preto navštevujem tieto geniálne stránky.
Translátor s veľa stránkami v angličtine pomôže, ale vôbec to nie je to "pravé orechové".

4 Dalik Dalik | 2. ledna 2014 v 22:03

Prosím moc o vysvětlení:

"Tranzistory jsou z hlediska užitečného signálu zapojeny jako INVERTUJÍCÍ, avšak z hlediska budícího proudu jako NEINVERTUJÍCÍ"

Připadá mi, že st i ss je zapojeno jako invertující....
Jaký je rozdíl mezi budícím proudem Q1 a Q6?

5 petr-kubac petr-kubac | 3. ledna 2014 v 1:36

[4]: Předpokládejme že Q1 i Q6 se ohřejí o 10 stupňů - tím spád na diodě Base-Emitor - klesne přibližně o 20 mV
Q6 má emitor zapojen přímo na zem takže jedinou cestou jak na změnu reagovat je zvětšení proudu přes R12 do báze a tím větší otevření tranzístoru tím se zvětší úbytek na R11 - tím poklesne napětí na "horním konci R12" - atd ... až si systém najde novou rovnováhu - to je potenciálně nebezpečné neb to hrozí vznikem spirály - vyšší teplota = vyšší proud = ještě vyšší teplota atd ....

U Q1 má při zahřátí taky tendenci se více otevřít ale tato pomalá změna proudu se musí protlačit celým řetězcem R6,Q2, R5, Q3, který má obrovský diferenciální odpor - celá siutace se tedy vyřeší vzrůstem napětí na emitoru Q1 (téměř o 20mV) aniž by se proud tranzistorem podstatněji změnil.

Z hlediska vysokofrekvenčního signálu se Q1 i Q6 chovají stejně neb mají emitor připojený na zem (u Q1 přes C5 u Q6 rovnou)

6 Dalík Dalík | 3. ledna 2014 v 9:07

Mňo, situace co popisujete u Q6 mi nepřipadá jako prakticky možná. Protože, když se Q6 ohřeje o 10° a klesne napětí na bázi o 20 mV, tak je to v prvním přiblížení skoro to samé, jako kdybychom na bázi napětí zvedli o 20 mV pomocí R12 a tranzistor neohřívali (předpokládejme, že teplotně citlivej je onen rezistor). Jenže, když snížíme hodnotu R12 tak, abychom napětí na bázi zvýšili o 20 mV, tak nám tranzistor bude chtít přibližně zdvojnásobit proud kolektorem (viz "figure 2 - transfer characteristics" na http://www.fairchildsemi.com/ds/BC/BC547.pdf). Ale zdvojnásobení proudu kolektorem prakticky znamená pokles napětí na kolektoru skoro k zemi a nám by klidně stačil pokles o cca 100-200 mV, aby se vyrovnala ona změna 20 mV na bázi. Takže se domnívám, že i v obyčejném zapojení je tranzistor stabilizovanej docela dobře.

Ovšem na toto jsem se neptal, v blogu je zmíněna odolnost proti rozkmitání..nikoli proti teplotní spirále.

7 petr-kubac petr-kubac | 3. ledna 2014 v 19:38

[6]: slovo stabilita se sice ve vašem dotaze nevyskytlom, ale moje trpělivost je dnes nekonečná, tak zkusím spekulovat o stabilitě ač na to vůbec nejsem expert

Dolní "ubohý" zesilovač má v každém stupni drobné zpoždění signálu, které roste s frekvencí až dosáhne 60 stupňů na tranzistor - proti ideálnímu nezpožděnému invertovanému výstupu (což je velmi málo) 3x 60 = 180 + 180 stupňů na konto toho, že je zesilovač invertující = máme zpoždění 360 stupňů a pokud při této frekvenci je zesílení celé kaskády ještě větší než 1 (což vysoce pravděpodobně je) - máme oscilátor.

Kaskódový zesilovač má dva hlavní důvody vyšší stability - první je obecná vlastnost kaskódových zesilovačů  - proud, který výhradně určuje nejméně rozkmitaný Q3, který se prakticky nemění s buzením báze (mění se vodivost a úbytek napětí na tranzistorech´, ale ne proud) atd....

Druhý důvod souvisí s fenomenem INVERTUJÍCÍ / NEINVERTUJÍCÍ
Pro nízké frekvence jsou C4 a C5 nevodivé a signál vždy z kolektoru do báze - ve stejné fázi - teprve při frekvenci kdy je odpor (kapacitní reaktance) C4, C5 mnohonásobně menší než odpory R5 R5 - začíná převládat uzemnění emitorů přes C4 a C5 - pak se zesilovač začíná chovat stejně jako se "ubožák" chová už při 0Hz - to je ale frekvence kolem 1MHz - to je zásadní "frekvenční náskok". Díky tomu je frekvence kdy všechny 3 stupně mají fázový posun 180 stupňů při tak vysoké frekvenci, že při ní už je celkové zesílení pod 1 a zesilovač se nerozkmitá ....

8 Vašek Vašek | 3. ledna 2014 v 21:33

@Dalík&Petr. Neřeší se tu náhodou Nyquistovo kritérium stability? Látka probíraná na každé slušné slaboproudé střední škole (alespoň před rokem 2000).

9 Dalík Dalík | 4. ledna 2014 v 1:00

Geek: Aj, C4+C5 a frekvenční náskok, to je zajímavá myšlenka. I když se mi nechce věřit, že by to pro 1MHz zesilovalo tak málo. Ale to berte jen jako můj dojem.

Vašek:  Největší pitomci, co jsem znal, byli Kocián a Bílek. Oba měli průmyslovku a dodnes jsou zašitý v Kartouzách...

10 Vašek Vašek | 5. ledna 2014 v 14:20

@Dalík: díky za informaci k tématu.

11 Dalík Dalík | 6. ledna 2014 v 8:34

Vašek: ono to nyquistovo kritérium stability řeší uzavřenou smyčku. V praxi se u každého zesilovače část výstupu přenáší na vstup, ze schématu ale není přímo patrné, kolik toho výstupu se přenese zpět (aspoň pro mě ne). Co se tu řeší je zesilovač, který je vůči přenosu z výstupu na vstup přirozeně odolný tím, že při frekvencích, kdy dochází k posunutí fáze rapidně klesá jeho zesílení. Aspoň tak nějak to geek vysvětluje.

12 Vašek Vašek | 6. ledna 2014 v 9:42

Dalík: řeší obvod s uzavřenou ale měří se (vyhodnocuje) při otevřené smyčce. To v každém případě bude problém protože jak píšete, stanovit velikost a povahu parazitní zpětné vazby nebude jednoduché. Jde mi o to, že pokud by se dal přenos stupně odsimulovat jako ideálního zesilovače a přidat "chtěnou" a kvalifikovaně odhadnout tu parazitní zpětnou vazbu, byla by to cesta jak mít lepší vhled do stability a nepostupovat jen metodou pokus/omyl. Nejsem moc VF, možná (určitě?) existují metody jak toto řešit. Ono také metod kritérií stability existuje více.

13 Dalík Dalík | 6. ledna 2014 v 10:11

Ano.
Odsimulovat to jde třeba v Tině, což chci spáchat a pravděpodobně vyjde nějakej nesmysl :).

14 m.marianek m.marianek | 6. ledna 2014 v 20:41

[11]: Žádný vícestupňový zesilovač není přirozeně odolný (resp. dvoustupňový by snad ještě mohl být). U více stupňů se fázový posuv rozloží mezi jednotlivé stupně a výsledný fázový posuv celého zesilovače vychází do blbého kvadrantu nyquistových charakteristik. Proto se u operačních zesilovačů provádí frekvenční kompenzace stupně s největším zesílením a také proto je obrovské zesílení soustředěno právě do tohoto stupně, aby vliv jeho vlastností převažoval nad ostatními stupni. U běžných zesilovačů bez centrální zpětné vazby by mělo stačit dobře oddělit jednotlivé stupně od sebe, aby se vliv parazitních vazeb co nejlépe eliminoval (stínění a blokování napájení jednotlivých stupňů). Při zavedení celkové zpětné vazby je problém neřešitelný a zbývá jedině "zabít" požadovaný stupeň kompenzačním kondenzátorem tak, aby zesílení padalo dřív než fázová charakteristika.

15 Dalik Dalik | 7. ledna 2014 v 0:07

..tak..děkujeme

16 m.marianek m.marianek | 7. ledna 2014 v 1:15

Hele už jsem na to asi přišel. Někdo přemýšlí na záchodě (že pane Kubáči) a někdo zase ve vaně (no, přiznám se na záchodě taky, někdy, ale ve vaně je to rozhodně příjemnější a voňavější). Klasický třístupňový zesilovač se společným emitorem má pravděpodobně (podle mé dedukce, ale neberte to za bernou minci) slabinu v parazitní indukčnosti napájení (dráty, indukčnost kondenzátorů a zdroje). Jakmile se poslední stupeň otevírá, cucá z napájení šťávu a na parazitní indukčnosti napětí poklesne, tento pokles se pak přenáší na všechny stupně. Nejdůležitější je ale přenos přes kolektorový odpor na kolektor prvního tranzistoru z kterého už signál mašíruje přes kondenzátor rovnou do báze druhého tranzistoru a tato vazba je kladná. Vzhledem k tomu, že na dvou stupních není problém udělat zesílení přes tisíc (stačí 33 každej), musí být impedance napájecího zdroje víc jak tisíckrát menší, než kolektorový odpor posledního tranzistoru v celém frekvenčním pásmu, aby se zesilovač nerozkmital. V případě prvního obrázku tedy menší než 3 ohmy. U Harryho zapojení ovšem je kolektorový odpor napájen z přeblokovaného emitoru druhého trnzistoru a ani třetí - výstupní tranzistor nemá za co tahat a tak se vazba přes napájení nekoná.

17 Dalík Dalík | 7. ledna 2014 v 16:18

mm: ale takto by to fungovalo jen u zesilovačů s lichými stupni. Kdyby byly 4 tranzistory za sebou, tak při otevírání koncového by zase klesalo napětí na prvním, ale vazba by byla záporná.

Já mám spíš dojem, že ta vazba se koná přes vazební kondenzátory a bázové odpory. Ale to je prej blbost.

No, včera jsem udělal simulaci v Tině, dal jsem těch tranzistorů za sebou asi patnáct a zesiluje to pořád stejně dobře (nebo spíš blbě). Nejsou tam samozřejmě žádné parazitní indukčnosti a tak, ale co já vím, kam a kolik mám dát, aby se to rozkmitalo :).

Pak jsem ještě spáchal ten kaskodovej a překvapilo mě, jak hezky zesiluje i při vysokejch frekvencích, ale to už nesouvisí s tématem.

18 Dalík Dalík | 7. ledna 2014 v 16:20

mm...: ono asi takto to brát nejde ve smyslu záporná/kladná vazba. Ta vazba bude taková, jaký bude v dané frekvenci fázovej posun. Nejlepší by bylo, kdyby byla furt o hodně menší než jedna.

19 m.marianek m.marianek | 8. ledna 2014 v 16:42

[18]:Vždycky se najde frekvence kdy bude vazba kladná a je celkem jedno kolikastupňovej zesilovač to bude, tím popisem principu rozkmitání jsem chtěl poukázat na přítomnost jediné centrální zpětné vazby a to přes napájení. Pokud zesilovač nebude zrovna třístupňový, ale čtyř a vícestupňový, tak si kmity najdou takovou frekvenci, aby vazební kondenzátory posouvaly fázi na kladnou zpětnou vazbu. Schválně zkuste do té simulace vrazit do serie s napájením odpor, jestli se to rozkmitá.

Komentáře jsou uzavřeny.


Aktuální články

Reklama