¿Por qué la respuesta de frecuencia de mis amplificadores es inesperada?

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Estoy experimentando con circuitos de frecuencia moderadamente alta, así que decidí analizar, construir y probar un amplificador. Este es el circuito:

Q1esunamplificadorCE,Q2esunseguidordelemisorparaamortiguarlacarga.R2-R4sesgalostransistoresyR4proporcionaretroalimentaciónnegativa.Debidoalaretroalimentaciónnegativa,laimpedanciadeentradadeesteamplificadoresbastantebajayunafuertefuncióndeganancia.Noobstante,lafuentede50ohmiosseterminaconun50ohmR6.RLOADseestableceen50.

LostransistoresenusosonlosBC547Bs,Ft=300Mhz,Cbe=18pf,Cbc=4pfdelahojadedatos.

Elobjetivoesconstruirunamplificadorquetengaunarespuestarazonablementeplanade1MHzaaproximadamente40MHz.

Aquíestáelpequeñocircuitodeseñalquecreoqueseaplicaaquíymiscálculos:

Calculéunagananciadealrededorde30conlacargapresenteySPICEmerespalda.Calculéelpunto-3dByllegóaaproximadamente120MHz,debidoalaimpedanciaMillerdelaredderealimentación,enparaleloconR1.SPICEtambiénconfirmaestecálculo.

Aquíestáelcircuito,todoconstruido:

Aquíescómoprobétodo,lassondassonx10yelalcanceesunRigolde100MHz.

Losresultadossonbastantedesconcertantesyestoytratandodeaveriguarporquélateoríanocoincideconelcircuito.A1MHz,lagananciaquemidoesdeaproximadamente25yunagananciateóricadeaproximadamente30.Estonoestanmalo.Elproblemaesquelarespuestadefrecuenciaesmuyinesperada.Lagananciacomienzaadisminuirbruscamentedespuésdeunos3MHz,yel-3dBseregistraenunos16MHz.

¡Elrolloffesaproximadamenteel15%delafrecuenciacalculada!Lasposiblesexplicacionesquetengoson:

Lostransistoresnosonadecuados:lostransistoressonBC547estándarconunafrecuenciadetransicióndeaproximadamente300MHz.Hetomadoencuentalascapacidadesdelaunión,porloquenoveoporquésecaentanpronto.

Losresistoresqueheusadonosonadecuadosparaelfuncionamientodealtafrecuencia:noestoyseguroacercadeeste,estoyusandoresistoresdepelículadecarbónquedeberíantenerinductanciasrazonablementebajasparaunfuncionamientoconfiabledesub100MHz(?)

Laconfiguracióndelamediciónnoescorrecta:estopodríaserposible,yaquerealmentenotengoexperienciaenlamediciónadecuadadecircuitosdealtafrecuencia.Lasmedidasdeentradaysalidasetomanconunasondax10conelclipdetierraestándar.Lasalidaseterminaa50ohmiosjustoenlasalida.ProbéuncableBNCdirectoparamedirlasalidaenlugardeunasonda,peroesoempeorólascosasentérminosdepérdidadegananciaydistorsión.Probélapuntadeterrenoelásticaparalassondas,quenohizoningunadiferencia.

EDITAR:ElcircuitofísiconomuestrauncondensadorC1,estosedebeaqueestabatratandodeeliminarunposiblemalconductordesalida.LosresultadosdescritosanteriormentesonCONuncapacitorC1ensulugar.

EDIT2:Despuésdeunagrancantidaddeideasquemehicieronpensar,creoqueestoymuchomáscercadecomprenderporquéme"falta" la ganancia. Ali Chen señaló acertadamente la presencia de la inductancia del cable de alimentación, y después de agregar eso al modelo de sim, ha comprado una sonrisa en mi cara. Considere la respuesta de 2 frecuencias de ganancia. El trazo azul es con inductancia de plomo, el verde sin. Más recientemente, medí una ganancia de 5 a 40Mhz y el modelo predice una ganancia de aproximadamente 8 cuando se toma en cuenta la inductancia del cable.

    
pregunta Adil Malik

3 respuestas

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El problema con este prototipo está en la ausencia de capacitancia de derivación en el riel de alimentación. Si se agrega un modelo para el cable de alimentación de 30 cm de longitud (inductancia de 400 nH) a las simulaciones de LTspice, la salida coincide con las observaciones - caída de -3dB a 15 MHz.

    
respondido por el Ale..chenski
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Los transistores son BC547 estándar con una frecuencia de transición de   unos 300 MHz.

Hay un problema principal. A 300 MHz, la ganancia actual es la unidad, es decir, no hay amplificación. Trabajando hacia atrás desde fT hacia DC, la ganancia de corriente aumenta a 20 dB / década y, en (digamos) 30 MHz, la ganancia de corriente solo será de 20 dB o 10.

Aquí hay una gráfica de lo que quiero decir (pero para un transistor mucho más rápido): -

Esto no producirá la ganancia de voltaje que necesita y estará bastante por debajo de sus expectativas para una ganancia de 30 a 40 MHz. No puedo decirle por qué su simulador no se mostró, quizás intente mirar el modelo BC547 que usa.

    
respondido por el Andy aka
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Aquí hay otra forma de ver Cbc. Si el extremo de la base de este condensador aumenta 1 mv, la tensión en el colector disminuye gm * RL. Mirando desde la base, esto tiene el efecto de hacer que el capacitor se vea mucho más grande. Este es el efecto Miller. La forma en que esto generalmente se tiene en cuenta es colocar un capacitor equivalente en paralelo con Cbe. Usando tus números, la capacitancia equivalente es (1 + gmRl) * Cbc = (1 + 036 * 220) * 4pF = 321pF. Ahora para hacer un cálculo aproximado, hay un polo en 1 / (2 * pi Rs Cin) = 1 / (2 * pi * 25 * 339) = 18.8 MHz. A partir de este cálculo crudo se ve a explicar los 16MHz. Cbe se agrega al nuevo condensador equivalente aquí.

La solución común a este problema es usar un amplificador de cascode. Esto significa seguir la etapa de emisor común con una etapa base común. La etapa de Cascode no tiene ningún cambio de voltaje en el colector de la etapa del emisor común, por lo que la capacidad no se multiplica.

Si te quedas con 5V, puede ser difícil sesgar un código de cas. La solución habitual a este problema es usar un código de casillas doblado. Un cascode plegado implementa la etapa base común con un PNP. Todavía seguirías esto con una etapa de coleccionista común.

    
respondido por el owg60

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