alexcp

Ну, что у нас плохого?
Усилитель был анонсирован в "Песочнице" в декабре прошлого года. С тех пор было собрано и обмеряно несколько вариантов, из которых один (кмк) годится для обсуждения:
1660332632728.png
Топология банальная - классический двухкаскадный (ДК+УН) усилитель, следящие каскоды в ДК и его ГСТ, следящий каскод в виде тройки Акопова на MOSFETах в УН, истоковый повторитель в качестве ВК. Интересно было пощупать особенности реализации такого уся на минимальном количестве полевых транзисторов и минимизировать искажения в неинвертирующем и балансном включении.

С показанной на схеме коррекцией петлевое усиление составляет 90дБ @20кГц при Фед в районе 4МГц:
1660331136324.png
Линейность одинаковая для инверта и неинверта (амплитуда 1В на входе, 2.5В нв выходе, нагрузка 32 ома):
1660331447036.png
АФЧХ без сюрпризов:
1660332611340.png
Клип с примененным ВК несимметричный (уровень ограничения снизу определяется током ГСТ в хвосте ВК и сопротивлением нагрузки, здесь 100 ом):
1660331746056.png
Дальше расскажу об опробованных вариантах построения отдельных каскадов и покажу измерения в железе.
 

Rus2000

I=U/R
17 Окт 2017
13,171
6,684
Плюк
покажу измерения в железе.
Замечательно.
Очень часто модели полевиков недостаточно хорошо описывают поведение реальных транзисторов. Из-за этого то режимы заметно отличаются от расчетных, то коррекцию приходится уточнять сверх меры, то ещё какой-нибудь клип колбасит.

Офтоп:
Просится название типа "Туполев" (Телефонный Усилитель на ПОЛЕВых транзисторах)
или ТУ-14, по числу транзисторов.
Но мешают только биполярники Q1 и Q2.
 

alexcp

Ну, что у нас плохого?
Спасибо за название! Пусть будет Туполев.

Первый вариант - тот, что в "Песочнице" - не имел каскодов в ДК и, ожидаемо, искажал в неинверте. Была надежда обойтись каскодом в ГСТ и выравниванием импедансов, подключенным к затворам ДК, но этого оказалось недостаточно.

Традиционно применямые в таких ДК каскоды на JFETах - см., например, УМ МАСТЕР - отлично работали в симуляторе, но в железе оставляли интермоды в неинверте на 15-20дБ выше, чем в инверте. Использование depletion mode MOSFETs решило эту проблему. Хорошие результаты в железе были также получены с (существенно более сложным) каскодом со слежением на биполярах:
1660354220735.png

И в самом ДК, и в каскоде транзисторы подобраны в пары по Vgs при токе 5мА через транзистор (ток ГСТ ДК - 10мА). В ДК нужно бы подбирать еще и по крутизне характеристики, но я этого не делал.

Токовое зеркало - ложка биполяров в бочке полевиков. Зеркало на полевиках (подобранная пара ZVP3310A) тоже пробовал, но отказался - преимуществ не увидел, а подбирать еще одну пару транзисторов показалась излишним. Можно, впрочем, вернуться к этому варианту. Пробовал также более сложное зеркало Вилсона на трех или четырех транзисторах - в симуляторе эффекта от него практически нет, в железе есть небольшой выигрыш в линейности, который мне показался несущественным. В железе в эмиттеры зекрала добавлен подстроечный резистор для балансировки нуля.

Тройка Акопова на полевиках позволила снизить искажения УНа до уровня, который не получался с простым каскодом. Важно, чтобы у всех трех транзисторов были близкие Vgs. Ток ГСТ УНа выбран 10мА.

ВК в виде истокового повторителя с ГСТ в хвосте был выбран за простоту и отсутствие проблем с термостабильностью. Минусы - он не особенно линеен, хоть и в классе А, и имеет несимметричный клип - т.е. в клипе у сигнала на выходе появляется постоянная составляющая.

Других вариантов ВК в железе пока не пробовал. Классикой здесь был бы ВК на паре латералов, например 2SK216+2SJ79. Можно сделать на паре вертикальных MOSFETов, скажем, IRF610+IRF9610 или, лучше, 2SK2013+2SJ313, но потребуется термоузел. В симуляторе хорошие результаты показал параллельник на биполярах, но это 6 транзисторов вместо двух. Можно еще попробовать BUF634 или LME49600, хотя это будет уже совсем не "Туполев".

Коррекция относительно простая - местная двухполюсная в УН с включением ВК в петлю на НЧ, и ППК плюс конденсатор на опережение в общей петле. При желании можно добавить еще пару полюс-ноль RC цепочкой в нагрузке ДК - это может пригодиться, например, если в ДК использовать не J113, а 2SK170, у которых существенно выше крутизна характеристики.

Усь работает от +/-17 вольт и на более высокое напряжение питания не масштабируется - ограничение связано с предельно допустимым напряжением на затворах MOSFETов.
 

12943

Старожил
6 Дек 2017
1,726
998
Интересно, какое напряжение С-И транзисторов дифкаскада? Судя по даташиту DN2540, получится 1 вольт. Как-то мало для полевиков.
И вот эти измерения -
"применямые в таких ДК каскоды на JFETах - см., например, УМ МАСТЕР - отлично работали в симуляторе, но в железе оставляли интермоды в неинверте на 15-20дБ выше, чем в инверте"
- относятся к дифкаскаду на полевиках? или на биполярах тоже?
 

Rus2000

I=U/R
17 Окт 2017
13,171
6,684
Плюк
Пробовал также более сложное зеркало Вилсона на трех или четырех транзисторах - в симуляторе эффекта от него практически нет, в железе есть небольшой выигрыш в линейности
Есть смысл заменить Q1 тройкой Акопова.
Или закаскодить его МОСФЕТом (по аналогии с ДК), что будет лучше соответствовать названию темы и схемы.
 
Последнее редактирование:

nickson2002

Постоялец
9 Фев 2018
212
99
Интересно, в чем тайный смысл применения в данной схеме транзисторов J113, предназначенных, согласно даташита, для ключевых схем?
(This device is designed for low level analog switching, sample and hold circuits and chopper stabilized amplifiers.)
 

alexcp

Ну, что у нас плохого?
Интересно, какое напряжение С-И транзисторов дифкаскада? Судя по даташиту DN2540, получится 1 вольт. Как-то мало для полевиков.
Что-то около 1,5 вольт.
И вот эти измерения -
"применямые в таких ДК каскоды на JFETах - см., например, УМ МАСТЕР - отлично работали в симуляторе, но в железе оставляли интермоды в неинверте на 15-20дБ выше, чем в инверте"
- относятся к дифкаскаду на полевиках? или на биполярах тоже?
Измерялся только ДК на J113.
Есть смысл заменить Q1 тройкой Акопова.
Или закаскодить его МОСФЕТом (по аналогии с ДК), что будет лучше соответствовать названию темы и схемы.
Выбор depletion mode P-channel FET небольшой, но можно попробовать.
Транзисторы диффкаскада заменить на сборку, что-то типа NSVJ6904, всё таки согласованная пара и крутизна повыше.
Если этот проект доживет до реализации в SMT, то попробую обязательно. Или JFE2140.
Крутизна у практически всех jfetов практически одинаковая, разница в даташитах обусловлена существенно разным током стока при испытании.
Судя по картинкам, бывает по-разному. На глаз, различие в разы:
1660496040556.png 1660496068696.png 1660496107921.png
Интересно, в чем тайный смысл применения в данной схеме транзисторов J113, предназначенных, согласно даташита, для ключевых схем?
"Усилительные" транзисторы отличаются от "переключательных" лишь тем, какие из их характеристик нормированы. Для усилительных это обычно крутизна характеристики и, иногда, уровень шума:
1660496312338.png
Для переключательных это обычно емкости и сопротивление открытого канала:
1660496297312.png
Смысл применения J113 в данном случае в том, что они дешевые и доступные, в отличие от тех же 2SK170.
 
Последнее редактирование:

MakarOFF

Старожил
8 Мар 2017
1,287
375
Алекс, насчёт озвученной мной пары так с ней проблем с расположением выводов элементов быть не должно, всё параллельно и перпендикулярно, запросто можно переходную платку замутить в 6dip размере, если нужно то и в 5dip. Единственный минус у истоков транзисторов общий вывод.
 

nickson2002

Постоялец
9 Фев 2018
212
99
Смысл применения J113 в данном случае в том, что они дешевые и доступные, в отличие от тех же 2SK170.
Спасибо. Неожиданно (для себя) нашел подтверждение у Алексея Никитина:
"J113 - я их использую уже очень давно и с хорошим результатом. J111-113, хотя и позиционируются, как ключевые, но достаточно малошумящие - около 4nV/rtHz (1kHz, 1mA)."
 

alexcp

Ну, что у нас плохого?
Первая часть давно обещанных картинок.

Один из первых макетов:
tupolev breadboard.png

Текущий вариант:
tupolev pcb.png

Петлевое усиление (примерно на 3дБ меньше, чем в симуляторе, ятд в пределах погрешности измерений):
tupolev loop gain.png

Клип в 100 ом:
tupolev clip 100ohm.png

Клип в 33ома с разными амплитудами:
tupolev clip 33ohm.png
tupolev deep clip 33ohm.png

Квадрат 20кГц и 100кГц:
tupolev 20kHz square wave 33ohm.png
tupolev 100kHz square wave 33ohm.png

АФЧХ:
tupolev Bode plot.png
 
Последнее редактирование:

alexcp

Ну, что у нас плохого?
Продолжение картинок: линейность в неинверте. Во всех случаях уровень тестового сигнала = 0дБ, сам тестовый сигнал подавлен на ~50дБ.

Искажения, 100мВт в 33 ома (1.8 вольт скв, 5 вольт пик-пик), 1кГц:
1kHz.png

Интермоды, 50мВт (та же амплитуда 5 вольт пик-пик, что 100мВт на синусе) в 33 ома.

19+20кГц (на ВЧ несколько хуже, чем в симуляторе):
19+20kHz.png

60Гц+7кГц с соотношением уровней 1:4:
60Hz+7kHz.png
1+5.5кГц:
1+5.5kHz.png
 
Последнее редактирование:

О Нас

  • Наше сообщество существует уже много лет и гордится тем, что предлагает беспристрастные и критические обсуждения среди любителей радиоэлектроники. Мы каждый день работаем над тем, чтобы быть лучше.

Быстрая Навигация

Пользовательское Меню