Aumente la ganancia de baja frecuencia de un amplificador cascode

He estado diseñando un generador de ruido (por diversión) con el objetivo de obtener una respuesta de frecuencia uniforme entre 10 Hz y 10 MHz. Como no tengo amplificadores operacionales "elegantes", decidí optar por un diseño discreto que eventualmente usará una cascada de amplificadores cascode. En la primera etapa, me gustaría usar un solo zener para sesgar el amplificador y actuar como fuente de ruido.

Notas de Diseño:

  • Elegí el amplificador cascode porque no está sujeto al efecto miller.
  • Para aprovechar el efecto de avalancha, Vz > 6.5V (el 1N4737 cae 7.5V @ 30mA)
  • Una opción es usar el zener solo como fuente de ruido y realizar la polarización por separado, pero preferiría no tomar esta ruta.
  • El 1N4148 se usa solo para polarización y se puede reemplazar con una resistencia si es necesario
  • Los transistores están configurados para tener una corriente de polarización de 10 mA (punto de ganancia máxima para el 2N3904)
  • Me doy cuenta de que los amplificadores operacionales se pueden usar para hacer lo mismo, pero quería el desafío adicional de crear un diseño discreto, y los amplificadores operacionales con un ancho de banda de 100 MHz no son baratos.

Esquema de la primera etapa del generador de ruido

Simulación de respuesta de frecuencia de la primera etapa del generador de ruido

Preguntas:

  • ¿Mi simulación proporciona una buena aproximación del comportamiento deseado? Recuerde que el objetivo es amplificar el ruido blanco entre 10 Hz y 10 MHz.
  • ¿Cómo puedo reducir el valor del capacitor de derivación del emisor (C2) mientras mantengo la respuesta de frecuencia y la ganancia de banda de paso deseadas?
  • Si tuviera que construir este circuito usando un condensador electrolítico de aluminio para C2, ¿me encontraría con problemas de ESR a altas frecuencias?
Además de agregar parásitos realistas básicamente a todos los componentes, también debe realizar un análisis de transitorios con un barrido de frecuencia y con entrada de ruido y observar las FFT y asegurarse de hacerlo con la mayor precisión posible, audio-perfection.com/spice-ltspice/ … da algunos buenos consejos.

Respuestas (2)

Si tuviera que construir este circuito usando un condensador electrolítico de aluminio para C2, ¿me encontraría con problemas de ESR a altas frecuencias?

No solo la ESR sino también la ESL (inductancia) causarán una frecuencia resonante y una ganancia que alcanzará un pico en algún lugar en el rango medio de kHz a decenas de kHz y, por encima de esto, la ganancia se reducirá gradualmente a medida que el inductor se vuelve más dominante.

¿Cómo puedo reducir el valor del capacitor de derivación del emisor (C2) mientras mantengo la respuesta de frecuencia y la ganancia de banda de paso deseadas?

Difícil dado que necesita una ganancia de diez y que no desea que la impedancia de salida aumente mucho más de 680 ohmios: consideraría usar condensadores cerámicos de 22 uF y ponerlos en paralelo para obtener 220 uF. Nuevamente, debe tener cuidado con los problemas de frecuencia de resonancia y es posible que deba agregar algunos condensadores de 100 nF en esos límites de 22 uF para obtener una respuesta bastante plana.

Intente buscar algunos y agregue los componentes parásitos a su modelo. Entonces, para responder a su primera pregunta: -

¿Mi simulación proporciona una buena aproximación del comportamiento deseado? Recuerde que el objetivo es amplificar el ruido blanco entre 10 Hz y 10 MHz.

No, pero esto se soluciona fácilmente agregando componentes parásitos.

¿Cómo elegiría los valores de los componentes parásitos?
Debe consultar las hojas de datos de un condensador que podría valer la pena considerar. Debe ser un condensador que tenga suficientes datos para realizar los parásitos internos como R y L.
Basado en ese consejo, creo que solo voy a usar mi configuración alternativa que sesga el uso de resistencias y no requiere valores de condensadores grandes.

Vamos a darle la vuelta a ese circuito

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

Su rechazo de la fuente de alimentación ha mejorado mucho.

¿Puedes explicar los cambios? Además, ese diseño utiliza un zener de voltaje mucho más bajo.