¿Cómo controlar la ganancia del amplificador FET/BJT/Op-Amp por rango de voltaje de entrada?

Supongamos que tengo un voltaje de entrada que oscila entre 5 y 10 MHz y quiero amplificarlo. El caso es bastante simple, ya que cualquier dispositivo como FET, BJT o un amplificador operacional de alta frecuencia puede amplificar bien, pero tengo un problema: el rango de frecuencia de entrada (amplitud) cambia según la frecuencia, ya que es de 2,5 voltios pk-pk a 5 MHz. y se reduce a 5 milivoltios pico a pico a 10 MHz. Necesito una amplitud de salida constante (a cualquier voltaje). Probé un filtro de paso alto para reducir el rango alto en las frecuencias más bajas, pero desafortunadamente no es tan preciso y quedan algunos cambios (incluso con buenos cálculos de frecuencia y filtros activos) y se notó cierta distorsión en los extremos. ¿Hay alguna forma estándar de hacerlo? Cualquier ayuda apreciada de antemano.

¿Cuánta ganancia necesitas agregar?
La ganancia no es importante en sí misma. Por ejemplo, si puedo tener un rango de salida fijo de 5 voltios pico a pico entre 5 y 10 MHz, está bien. ¡Esto significa que necesito una ganancia = 2 a 5 MHz y una ganancia = 1000 a 10 MHz! esto es lo que no puedo manejar.
En otras palabras, necesito una "ganancia = A" a 5 MHz y una "ganancia = 1000*A" a 10 MHz.
¿Su objetivo es tener una ganancia particular o un nivel de señal de salida particular? No queda nada claro en tu pregunta. En cualquier caso, ¿qué tipo de precisión necesita? Su señal cae 54 dB en una octava, lo que implica algo así como un filtro de noveno orden. ¿Es esta señal un solo tono (aceptable para AGC de algún tipo) o una mezcla de banda ancha (que requiere un filtro)? ¿Puede darnos algo de contexto para este problema?
Con este tipo de rango de ganancia, indicar solo dos frecuencias no es útil. Básicamente, de 10 mV a 2,5 V son 54 dB en una octava y se puede hacer con filtros y algo de AGC, pero necesitaría especificar en todo el rango de frecuencias lo que es aceptable para estar seguro.
@DaveTweed Gosh, ¡casi podría haber un eco aquí!
Lo ideal es una precisión del 2 % en el rango de salida. La entrada es una onda sinusoidal limpia sin ruido y, por lo tanto, no requiere filtrado.
@Andyaka: Da casi miedo, ¿no? :-)
Como dije antes, el filtro de 54 dB no cumple con la precisión necesaria e impone cierta distorsión en la entrada limpia (la punta de la onda sinusoidal muestra cierta asimetría hacia la derecha o hacia la izquierda)
Entonces, ¿la única información en la señal de entrada que le importa es su frecuencia? ¿Por qué varía tanto la amplitud?
Sí. Esto es parte de algo así como un generador de señales (pero para un proyecto de propósito médico especial). La entrada proviene de un oscilador de retroalimentación LC (un Colpitts modificado). La onda sinusoidal limpia es el objetivo principal y, según nuestros cálculos de red, el mejor resultado es esta configuración, pero con la amplitud compensada a frecuencias más altas.
Si un dispositivo produce una señal de punto a punto de 2,5 V a 5 Mhz, pero a 10 Mhz solo 5 mV, entonces 10 Mhz debe considerarse fuera de su rango operativo. Si un amplificador (en circuito cerrado) tuviera este comportamiento, no consideraría 10 Mhz como parte de su "banda media" útil, sino mucho más allá de su frecuencia de esquina superior. La solución correcta aquí es diseñar un oscilador cuya frecuencia pueda duplicar de 5 MHz a 10 Mhz, sin perder 54 dB en el proceso. ¿Por qué no publicas el esquema de lo que tienes hasta ahora?

Respuestas (2)

Agregar como respuesta porque el diálogo de comentarios se volvió demasiado largo:

AG : Un conjunto simple de experimentos con un módulo DDS ( módulo DDS preconstruido AD9850 , menos de $5 enviado internacionalmente) debería abordar sus inquietudes. Ondas sinusoidales puras cremosas y suaves con THD bajo con una resolución de frecuencia extremadamente fina de menos de 0,05 Hertz.

AG : No tiene sentido debatir en teoría cuando los experimentos prácticos son tan fáciles que ni siquiera tendrás que hacer una placa de circuito impreso.

Imagen

OP : Miré la hoja de datos AD9850. Se ve muy bien, pero necesita un reloj de entrada de 125 MHz para producir la mitad de la frecuencia (62,5 MHz). ¿Cuál es el mejor circuito de entrada para eso? un Colpitts/Hartely común puede producir el reloj requerido? ¿Hay algún IC adecuado para eso? Si eso funciona, puede ser una solución definitiva para mi pregunta.

AG : No necesitaría buscar ninguna "buena fuente de reloj" externa. El dispositivo usa cualquier cristal de oscilador estándar: para una salida máxima de 10 MHz, un cristal de 20 MHz es suficiente, pero use un cristal de 40 MHz para tener algo de espacio para crecer. Los cristales cuestan unos centavos cada uno.

AG : Además, el enlace que proporcioné es una placa generadora de señal AD9850 lista para usar con cristal y todas las piezas asociadas ya ensambladas y probadas, por lo que inicialmente puede experimentar con ella para ver qué tan bien cumple con sus requisitos.

OP : Me confundí un poco. la hoja de datos requiere una fuente de reloj como nivel CMOS (onda cuadrada de 0-5 voltios) o una onda sinusoidal con polarización de 1/2 voltios. ¿Estás seguro de que un cristal solo funciona bien?

Sí, un XO funciona bien como fuente de reloj. Vea el primer esquema de aplicación en la hoja de datos:

Esquemático

Consulte también esta respuesta a otra pregunta, para obtener más información sobre los circuitos integrados DDS y la generación de ondas sinusoidales.

Gracias. Busqué en la web para eso y creo que puede funcionar. Pedí un módulo y esperando eso. Lo intentaré y publicaré el resultado aquí.
: Probé el módulo. Funciona bien, pero el principal problema persiste: necesita un filtro de paso bajo y los filtros de paso bajo pierden el rango de amplitud en -20dB/década. Establecí su respuesta como respuesta principal aquí y comencé un nuevo hilo para el nuevo problema. Eche un vistazo al nuevo hilo: electronics.stackexchange.com/questions/80900/… –

El enfoque estándar para generar señales de precisión en este rango de frecuencia es un chip de síntesis digital directa (DDS). Analog Devices tiene una amplia selección de chips de este tipo, al igual que varios otros fabricantes.

Si se trata de un experimento médico, una de sus placas de evaluación DDS podría ser todo lo que necesita.

Primero comenzamos probando circuitos integrados como MAX038, AD7569, 74LS624,... Desafortunadamente, todos se basan en un PLL o en osciladores de relajación que básicamente convierten otras formas de onda en sinusoidales. Esto tiene incluso más del 5% de error en la forma de onda en frecuencias específicas. Es por eso que finalmente decidimos hacer una onda sinusoidal limpia como De-Novo.
No, los chips de los que estoy hablando usan síntesis digital y producen ondas sinusoidales cuyo ruido y distorsión es del orden de -70 dB o más. La frecuencia y la amplitud se pueden controlar con mucha precisión. (Por cierto, el AD7569 es un ADC, ¿cómo es eso relevante aquí?)
@Aug Un conjunto simple de experimentos con un módulo DDS ( módulo DDS preconstruido AD9850 , menos de $ 5 enviados internacionalmente) debería abordar sus inquietudes. Ondas sinusoidales puras cremosas y suaves con THD bajo con una resolución de frecuencia extremadamente fina de menos de 0,05 Hertz. No tiene sentido debatir en teoría cuando los experimentos prácticos son tan fáciles que ni siquiera tendrá que hacer una placa de circuito impreso.
@AnindoGhosh: +1 por "suave y cremoso" :-)
Miré la hoja de datos AD9850. Se ve muy bien, pero necesita un reloj de entrada de 125 MHz para producir la mitad de la frecuencia (62,5 MHz). ¿Cuál es el mejor circuito de entrada para eso? un Colpitts/Hartely común puede producir el reloj requerido? ¿Hay algún IC adecuado para eso? Si eso funciona, puede ser una solución definitiva para mi pregunta.
@AnindoGhosh +1 por buenos consejos. Nunca pensé en DDS.
@DaveTweed +1 para una buena área de pensamiento. Esta puede ser una solución definitiva si encuentro la buena fuente de reloj (2 comentarios arriba)
@AnindoGhosh Me confundí un poco. la hoja de datos requiere una fuente de reloj como nivel CMOS (onda cuadrada de 0-5 voltios) o una onda sinusoidal con polarización de 1/2 voltios. ¿Estás seguro de que un cristal solo funciona bien?
@Aug Ver mi respuesta, recién publicada.
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