Amplificator cascoda cu tranzistor SiGe si bipolar cu Si

[gsabac]

Amplificatorul cascoda de banda larga, asa cum am aratat in postarea #27, are o amplificare buna si anterior am emis

o supozitie ca ar fi instabil in legatura cu intrarea si iesirea, asa cum s-a vazut pe diagrama cercului. Mai mult ca exista o rezonanta parazita

la cuplajul celor 2 tranzistori. Pentru verificare, am eliminat generatorul de la intrare si sarcina de la iesire, aceasta ar fi practic un rezultat

al comportarii circuitelor la anumite frecvente si rezultatul este urmatorul:

Oscilatiile aparute la simularea in tranzitorie au amplitudini mari si in poza este un detaliu.

Adnotarile de pe poze arata frecventele oscilatiilor si amplitudinea lor si rezonantele parazite ale cuplajului.

In continuare o schema fezabila, utilizata in aparatura profesionala, care are atit intrarea cit si iesirea fata de masa.

Performantele in urmatoarea postare.

 

@gsabac

Editat Septembrie 9, 2017 de gsabac

[VAX]

Eliminati din schema linia de transmisie din colectorul lui Q1 si rezistorul care este in serie (R1), ca altfel colectorului lui Q1 nu este pus la masa. Linia de transmisie are comportare inductiva la anumite frecventa. Iar baza lui Q2 sa fie decuplata direct, fara R5, altfel nu se mai poate vorbi de cascoda (clasica), ci de doua etaje independente, unul cu emitorul la masa si celalalt cu baza la masa (decuplata partial). Trebuie ca iesirea lui Q1 sa fie pusa la masa prin emitorul lui Q2 (care are impedanta sub 3 ohmi la curent Ic > 10 mA). Inductantele terminalelor sunt mici, iar cele de cablaj si mai mici, daca sunt realizate corect.

[gsabac]

Tot ce am pus sunt in legatura cu proiectarea circuitului pentru stabilitate si banda uniforma.

Orice modificare de valori sau de topologie duce la circuite amatoricesti nefunctionale, cu cocoase in banda de trecere.

Ati dat indicatii pe "neve" care nu sunt conforme cu realitatea circuitului. Poate dati indicatii si cercetatorilor de la Tektronix

care au inventat acest circuit.

 

@gsabac

[VAX]

Cred ca ati preluat ideea cu linia de transmisie din colector de la scheme gandite pentru amplificatoarele de banda larga, in cascada, cu emitorul la masa. Linia de transmisia asigura o impedanta constanta intr-o banda mai larga decat sarcina rezistiva compensata cu inductanta serie. In acelasi timp are si comportare capacitiva, scurtcircuiteaza la frecvente foarte mari si evita intrarea in oscilatie. Dar la cascoda nu-si are rostul. Inductantele serie ale terminalelor sunt mici si eventualele oscilatii nu apar pentru ca ar fi pe frecvente foarte mari, unde tranzistorul nu mai amplifica. Eu am verificat structura respectiva cand faceam laborator cu studentii. La joasa frecventa si in cc, e adevarat. Cu osciloscop la 250MHz (un Rigol cu doua canale) nu am obsevat nimic suspect.

[gsabac]

Da, este un amplificator de masura de banda larga, perfect linear pina la 2GHz.

Rezistenta R6 in paralel R9 determina impedanta de intrare. Linia de transmisie T1 este a monturii tranzistorului iar T4 este conexiunea dintre

generator si amplificator prin intermediul mufelor de interconectare. O conexiune mai scurta nu se poate face si in alt mod

nu ai cum sa masori un amplificator. Rezistenta R1 se interpune intre inductantele parazite din colector si emitor

si elimina o crestere a amplificarii la 2GHz si scade potentialul de instabilitate iar R5 inlatura potentialul de autooscilatie.

De fapt nu este decit un circuit cascoda, deoarece tot curentul debitat de colectorul BFP-ului trece spre emitorul BFT-ului.

In realitatea practica intotdeauna sunt detalii tehnologice rezultate din experimentari care nu se fac publice, de aceea la proiectarea

unei scheme nu obtii intotdeauna rezultatele profesionistilor..

Asa arata amplificarea etajului amplificator linear de banda larga.

Produsul final propus de mine este un amplificator diferential de banda larga ce se poate folosi pentru o sonda de

curent, un detector sau ca circuite preamplificatoare pentru un osciloscop, etc.

Circuitul este asemanator cu cel utilizat de mine la osciloscopul de 500MHz. Este un amplificator care merge de la CC

pina la 2GHz linear si consta in etaje cascadabile NPN-PNP.

Intradevar, utilizarea unor SiGe ridica mult banda de frecvente.

 

@gsabac

Editat Septembrie 9, 2017 de gsabac

[VAX]

Mie nu-mi place schema asta, ca sa spun drept. R1 si R5 strica tot farmecul cascodei adevarate. Colectorul lui Q1 nu mai este scurtcircuitat de impedanta mica din emitorul lui Q2 (de cativa ohmi), deci colectorul lui Q1 nu se mai poate considera la potential constant (in RF). Este cascoda "tamponata". Apare efectul Miller la tranzistorul Q1, care ii mareste capacitatea de la intrare si inrautateste banda de trecere. Creste mult zgomotul de fond de la rezistoarele respective. Nu stiu de unde ati luat-o si cu ce scop a fost proiectata.

Eu am gandit combinatia SiGe + Si in montaj cascoda pentru aplicatii la frecventa joasa (US) si la circuite speciale (fizica experimentala, RMN, etc), unde n-am vazut publicate scheme cu SiGe. Pe net apar ceva trimiteri la astfel de utilizari (in fizica, tranzistoare racite cu azot lichid pentru zgomot mic, etc), dar sunt la secret, in reviste la care nu au acces decat cei autorizati (+ abonament scump).

[gsabac]

Schema cascod completa cu tranzistori bipolari include si un circuit RC in serie cu jonctiunea Colector-Emitor.

Dupa multe cautari in articole si studii personale. pentru a justifica si existenta acestui grup la un amplificator

diferential cascoda, am gasit explicatia. Schema de studiu.

O particularitate esentiala a aceste scheme este conexiunea Baza-Baza, deci practic bazele sunt flotante la modul de

amplificare diferential, neconectate la masa.

Caderea de tensiune pe R6 si R9 determina tranzistorul Q1 sa se afle in virful puterii disipate, la jumatate din tensiunea

din emitorul lui Q3 care este constanta. Acest punct de functionare este benefic la functionarea in CC.

In curent alternativ montajul functioneaza corect si teoretic si practic. In CC apare in joc o noua variabila si anume diferenta

de temperatura dintre tranzistorii pereche de la intrare. Ca rezultat daca punctual de functionare nu este in virful curbei de

putere, jonctiunile tranzistorilor se incalzesc inegal si apare o deriva termica suplimentara cu o constanta de timp de la

zecimi de secunda la citeva secunde. La sensibiltati de sute de uV, aceasta poate fi importanta in aplicatii de precizie.

Situarea punctului static de functionare la virful de putere determina racirea simetrica a ambilor tranzistori deci modul

diferential nu este perturbat.

 

@gsabac

Editat Septembrie 10, 2017 de gsabac

[VAX]

Nu ma puteti convinge ca schema respectiva s-ar mai putea numi cascoda. Baza tranzistorului de la "etaj" (Q2) trebuie sa fie obligatoriu decuplata la masa, cu condensator multistrat (neinductiv), pentru ca in emitorul lui Q2 potentialul sa fie constant. Altfel, colectorul lui Q1 nu mai este pus la masa (in RF) si functionarea este compromisa. Nici introducerea rezistorului dintre colectorul lui Q1 si emitorul lui Q2 nu este in regula. Actioneaza efectul Miller, cu inrautatirea dramatica a raspunsului in frecventa (creste capacitatea de la intrarea lui Q1).

Toate cascodele pe care le-am vazut in carti si pe net sunt pe baza schemei clasice. "Cascoda" descrisa de dvs este ceva nou pentru mine, greu de inteles de ce cineva a imaginat aceste "imbunatatiri". Va rog sa postati schema originala de unde v-ati inspirat, cu explicatii si calcule pentru fiecare modificare adusa la varianta stiuta de toata lumea. Pentru cresterea stabilitatii sunt alte metode (logice), cum ar fi o reactie paralel prin cuplaj rezistiv (cu separare galvanica prin condensator) intre colectorul lui Q2 si baza lui Q1.

[gsabac]

La acest tip de amplificator de banda larga nu mai fac dezvoltari, simulari sau alte variatiuni pe aceeasi tema.

Pentru veridicitate postez 2 scheme originale Tektronix, care provin dintr-un tutorial extrem de extins,

dar care este prea neimportant si complex pentru nivelul forumului.

Cascoda NPN-NPN. Click pentru marire

Cascoda NPN-PNP.

In ambele scheme textul indica tipul amplificatorului, care de fapt arata ca sunt doua tranzistoare conectate

colector-emitor in serie, prin intermediul unor retele speciale cu roluri multiple.

Oricum ar fi, folosirea tranzistorilor SiGe la frecventa neadcvate lor si implica riscuri tehnice imprevizibile pentru amatori,

si chiar pentru profesionisti. Vedeti postarea #31, in care amplificatorul este de fapt un oscilator cu multe armonici.

 

@gsabac

Editat Septembrie 10, 2017 de gsabac

[VAX]

Chiar daca inginerii de la Tektronix au numit montajul lor "cascoda", realitatea este ca nu respecta schema de cascoda adevarata. Este un amplificator de banda larga derivat din cascoda, dar nu cascoda autentica.

In plus amplificatorul este pentru osciloscop, unde zgomotul suplimentar (mare) introdus de rezistoarele adaugate nu conteaza. La amplificatorul propus de mine zgomotul minim este de cea mai mare importanta, de asta am introdus in schema un tranzistor cu SiGe.

Potential de intrare in oscilatie pot sa introduca multe elemente parazite (din cablaj sau chiar din componente). De exemplu, am citit intr-un articol ca exista potential de autooscilatie si la un banal repetor de tensiune pe emitor, daca sursa de semnal are o componenta inductiva. Comentariul se referea la amplificatoarele de la dozele magnetice sau de la capetele de citire de la magnetofoane, dar fenomenul se intalneste si la frecvente inalte.

 

 

 

Se observa ca cele doua capacitati parazite, cea a jonctiunii baza-emitor (Cbe) a tranzistorului din schema de repetor si cea de la intrarea etajului urmator (Cs - capacitatea sarcinii) sunt exact ca la schema de oscilator Colpitts.

Asa se intampla si la tranzistorul Q2 de la cascoda, daca condensatorul de decuplare a bazei are inductanta mare. El este "repetorul", cu intrarea (baza) pusa la masa. De asta au introdus inginerii de la Tektronix rezistorul din baza, ca sa amortizeze inductanta serie. Acelasi rol il are rezistorul dintre emitorul lui Q2 si colectorul lui Q1. Au lungit pelteaua, probabil din motive tehnologice (cablajul nu asigura inductanta redusa). Q2 este "repetorul" , iar Q1 este sarcina pentru Q2 (cu Cs = capacitatea colector-emitor). La cascoda propusa de mine acest efect negativ nu apare, daca decuplarea bazei lui Q2 se face cu condensator chip legat direct la emitorul lui Q1. Fenomenul exista, dar frecventa de oscilatie este mult peste cea maxima la care Q2 amplifica suficient. Ar oscila, teoretic, dar nu are suficienta forta. Q2 este un BRF cu Ft de 5GHz, nu tranzistor SiGe cu FT>20GHz.

Fenomene ciudate produse de elementle parazite pot sa apara si la montajele de joasa frecventa (amplificatoare, stabilizatoare liniare, etc), daca se folosesc tranzistoare naravase (cu Ft mare). Se intampla rar, in anumite conditii, si putem sa folosim linistiti acele montaje. Daca ar fi sa tinem seama de toate aspectele care duc la potential de oscilatii, n-am mai construi nimic. Am numara foile din placinta si n-am mai apuca sa mancam placinta.

Eu va recomand sa construiti amplificatorul cu cascoda cu SiGe, montajul cu sarcina acordata. Nu oscileaza daca este realizat corect. In unde scurte nici nu este necesar BFR pentru Q2. Este bun orice BF cu zgomot mic. Dar trebuie sa aiba terminale cu inductanta mica (scurte). De asta am pus BFR in schema, pentru ca are inductante mici.

 

[Mark S]

Am experimentat si eu cu tranzistori SiGe, mai exact cu BFP740. L-am verifiat atat in unde scurte, in UUS in plaja 150-200MHz, cat si in audio. Cateva remarci:

-in scurte, rezultatele nu m-au dat pe spate...asta posibil si din cauza zgomotului mare al benzii

-In UUS da..desi ma asteptam la mai mult.

-in audio nici vorba, fasaie rau, ca de altfel multi tranzistori de frecvente f mari.

Intradevar, principala problema e tendinta spre autooscilatie. Initial am putut rezolva doar prin neutrodinare ( este vb de configuratia EC). Apoi am mai adaugat un etaj repetor pe emitor, ca in schema si situatia s-a imbunatatit radical:

 

https://s26.postimg.org/mtozp6j7d/IMG_20170910_225338.jpg

[VAX]

Schema dvs are multe vicii de proiectare. Incep cu cele mai putin deranjante.

 

1. Tranzistorul T2 lucreaza la Ucb=0. Merge si asa, dar are capacitatea Ccb mare si ii scade amplificarea la frecventa mare.

2. Tranzistorul JFET (T3), pe care ati dorit sa-l folositi ca sursa de curent constant (sarcina activa) in emitorul lui T2 este alimentat la tensiune prea mica si de fapt lucreaza in regim trioda (comportament rezistiv), nu in regim pentoda. Ii trebuie minim 4-5 volti intre drena si sursa ca sa lucreze cum ati dorit.

3. Cel mai grav este ca circuitul de polarizare a lui T1 nu are reactie negativa de stabilizare a punctului static de functionare si de limitare a acurentului maxim la valori nepericuloase. Daca rezistorul de polarizare are valoare prea mica, atunci tranzistorul T1 se arde cat ai clipi. In plus se ambaleaza termic si daca curentul este in limite suportabile.

[gsabac]

@VAX, daca ati fi analizat mai profund schema lui @Mark-S, ati fi constatat numai performante bune:

- banda de frecventa este de la 5MHz la 90MHz cu atenuare la capete de -3dB, adaptata pentru scurte si ultrascurte ;

- amplificarea este mai mare de 40dB in banda;

- curentul prin T1 este: 10mA la 2V, 20mA la 3V si 32mA la 4V, toate cu 12K rezistenta de polarizare;

- schema este foarte stabila termic de la -25 de grade pina la 120 de grade cu circa 20mA prin tranzistorul SiGe, la 3V;

@Mark-S pentru userii forumului pasionati ar fi buna si o schema in contextul utilizat,

poate cu valori si eventual citeva poze daca se poate si credeti ca este util.

 

@gsabac

Editat Septembrie 12, 2017 de gsabac

[sesebe]

La acest tip de amplificator de banda larga nu mai fac dezvoltari, simulari sau alte variatiuni pe aceeasi tema.

Pentru veridicitate postez 2 scheme originale Tektronix, care provin dintr-un tutorial extrem de extins,

dar care este prea neimportant si complex pentru nivelul forumului.

.....................................

 

@gsabac

 

Daca nu te superi poti sa-mi trimiti si mie tutorialul sau un link la tutorialul Tektronix?

Macar pe privat daca nu se poate pe public.

As vrea sa mai aprofundez problema.

 

Oricum schemele de care se discuta in acest topic au un numar mic de initiati care sa le poata intelege....

 

Merci!

[Vizitator]

 

Daca nu te superi poti sa-mi trimiti si mie tutorialul sau un link la tutorialul Tektronix?

[...]

 

http://www.davmar.org/TE/TekConcepts/TekVertAmpCircuits.pdf