Amplificación de CA de alta frecuencia con op-amp o métodos alternativos

Primero que todo: lo que planeas es peligroso. 100 Vpp pueden matarlo si hay algún problema detrás de la fuente, y los oficiales de regulación de frecuencia de su radio nacional le darán una patada en la puerta si emiten un par de 100 W a 1 MHz como radiación de RF. Has sido advertido.

La carga pico a pico de 100 V a 1 MHz no es realmente trivial de tratar. Recuerde: cualquiera de los dos conductores puede formar un condensador. Por lo tanto, su línea de alto voltaje en paralelo a un plano de tierra se acoplará felizmente sobre la energía. Asegúrese de que no lo haga; eso podría significar que tendrá que construir cosas utilizando suficiente espacio, o dimensiones suficientemente pequeñas, o con el diseño clásico de la línea de transmisión de RF.

Ahora, cuando estamos hablando de voltaje, tendremos que hablar de impedancia: 100 V en una carga de 100 kΩ es mucho más fácil que en un sistema de 50 Ω. En estas frecuencias, no se da la vuelta pensando en la igualación de impedancias, especialmente porque las reflexiones pueden provocar ondas estacionarias y voltajes peligrosamente altos > > 100 V en lugares que no esperas.

Primero que nada, si todo lo que necesita es un oscilador: tal vez construya un oscilador de alta potencia en lugar de amplificar uno pequeño. ¡Eso es posiblemente más fácil! Hay una gran cantidad de circuitos osciladores por ahí, y puedes ajustar muchos de ellos usando un poco de voltaje de control. Puede crear un bucle de control simple que compare la frecuencia (por ejemplo, mediante el uso de un contador de frecuencia de un microcontrolador) con el valor que debe ser y ajusta la tensión de control en consecuencia.

Aparte de eso, los dispositivos de resonancia de alta frecuencia sobrecargados son el dominio muy clásico de los diseños de radioaficionados. Puede obtener amplificadores de potencia para la región de 300 kHz - 3 MHz relativamente barata, incluso como equipo militar excedente.

Pero: la forma más fácil es bastante simple: ¡Construye un transformador! No necesita amplificación, es decir, un aumento de potencia , solo desea más voltaje: si puede lidiar con una pérdida proporcional en la corriente, entonces un simple transformador de señal de 100: 1 hará su trabajo; 1 MHz no es difícil para estos, pero 100 Vpp podrían serlo. Hoja de datos de lectura, es.

Un transformador de núcleo de ferrita puede ser una buena opción si no necesita mucha corriente de salida.

Un material como TDK / Epcos N30 debería ser adecuado. P.ej. B65611W0000R030.

Diseñar el transformador es demasiado para este tipo de respuesta, pero supongo que aproximadamente 25: 250 vueltas con mucha facilidad. Realice un proceso de diseño adecuado antes de ordenar los núcleos y así sucesivamente si desea probar esto: Coronel Wm. El libro de T. McLyman es una buena referencia, y hay otros que estoy seguro que puedes encontrar en cualquier biblioteca de ingeniería.

Es probable que necesite un amplificador operacional de potencia que pueda suministrar 50 mA o más, y que tenga una alta velocidad de giro así como un producto de GBW.

¿Podemos proporcionar un amplificador con transistores de pequeña señal? Usando un poco de cascada para manejar el "alto voltaje"? [este uso de FET como blindajes de alto voltaje, donde "alto" puede significar 10 voltios, es un viejo truco en el diseño de circuitos integrados, donde el dispositivo de "blindaje" no debe ser más que otra banda de polygate + la polarización de un chip para esa banda . La puerta como capacitor de los MOSFET es lo que permite esto.]

¿Qué es esta topología? Fundamentalmente, es una retroalimentación actual, de un solo lado. Con blindajes de tensión añadidos. La nota Q2 no solo protege, sino que minimiza la capacitancia de entrada, por lo tanto, carga la fuente de señal de forma mínima.

Suponga que necesita conducir 20picoFarads a 35 voltios RMS (100 vpp). La potencia es F * C * Vrms ^ 2, = 1MHz * 20e-12 * 35 ^ 2

Potencia = 1e + 6 20e-12 * 1,000 (aprox.)

Potencia = 0.02 vatios

Así que consideremos esto:

^{simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab}

¿Este circuito será limitado? Suponga que necesitamos ser 4 veces más rápido, para evitar la distorsión incluso en este circuito controlado por realimentación. Para 1MHz a un pico de 50 voltios, la velocidad de giro es de 1MHz * 6.28 * 50 = 316 voltios / segundo. ¿Nuestro nodo de salida será compatible con eso?

¿Cuál es la capacidad de carga? Suponga 10pF en cada uno de los 3 dispositivos de salida (Cob del PNP, Cgatebulk del PFET), más 20pF Cload, para un total de 50 picoFarad.

Para desplazar 1 voltio en 1 nanosegundo a través de 1pF, necesitamos 1milliAmp de corriente. Somos 3X más lentos, a 0.316 voltios / nanosegundo, pero necesitamos manejar 50pF. Por lo tanto, necesitamos 15ma (y no hemos incluido el factor de seguridad sin distorsión 4X).

¿Cuál es nuestra corriente desplegable? 50 voltios / 47Kohm o 1 mA. Por lo tanto, la velocidad de respuesta baja no admitirá 1 MHz a 100 voltsPP. La señal de alta señal estará limpia, lo que ocurrirá con el despliegue activo del 2N3904. Pero la forma baja se distorsionará gravemente.

¿Podemos simplemente agregar un despliegue constante de 20 mA? ¿Esto además del desplegable 47K? La disipación de potencia se dispara, de 4 mA * 100 voltios (0,4 vatios) a 24 mA * 100 voltios, con 2 vatios adicionales disipados en el nuevo desplegable (¿una fuente de corriente?) Y en los 3 dispositivos de extracción existentes (Q1, M1, M2) . De repente, tenemos la necesidad de controlar las temperaturas, de practicar la eliminación de calor, posiblemente con aire en movimiento.

Puede preguntar cómo los audiófilos logran amplificadores de potencia de alto rendimiento.