Estoy tratando de diseñar un amplificador de RF simple para una 1MHz
señal AM (para transmisión de baja potencia). Mi modulador (basado en JFET) emite ~ 800mV
pico a pico. Mi fuente de alimentación es de 9 V, y quiero cerca de la mayor amplificación posible sin distorsión (operación de clase A): mi modulador emite un seno razonablemente limpio con una distorsión armónica cercana a 0, por lo que podría evitar el filtrado.
Esto es lo que se me ocurrió:
simular este circuito : esquema creado con CircuitLab
Razonamiento:
Según tengo entendido, la ganancia de voltaje Rc/Re
es 6.8 aquí. Eso debería significar una salida de Vout = 800mV*6.8 = 5.44V
, razonablemente grande y todavía hay un gran espacio para la configuración no precisa del punto Q. Elegí esos dos valores de resistencia en función de lo que tengo a mano.
Quiero configurar el punto Q para que la salida esté en 4-5V
. Eso debería estar en 0.74-0.59 mA
. Para permitir un ajuste más preciso, la resistencia inferior ( 1.7k
) es un 10k
potenciómetro.
Según tengo entendido, el BC238 debería ser capaz de esta amplificación a esta frecuencia, la hoja de datos tiene una frecuencia de transición de 85 MHz en 0.5mA
, por lo que aún debería tener un ancho de banda de f' = f / 6.8 = 12.5 MHz
.
Construí este circuito en un trozo de tablero de cobre en el que corté tierras con una herramienta eléctrica en miniatura con una broca de corte de diamante. Utilicé un viejo generador de señales analógicas para proporcionar la señal de prueba, lo configuré ~800mV 1MHz
(bastante impreciso debido a su naturaleza analógica, lamentablemente) y monitoreé la salida con un osciloscopio. Con una sonda 10x de 100 MHzen la configuración 1x que obtuve, y en el 10x obtuve ~700mV
~300mV
.No estoy seguro de cuál es el voltaje de salida real ( (esto está resuelto, ver edición 3)700mV
o 3V
).
En cualquier caso, la señal resultante es más pequeña que la salida esperada. Entiendo que las capacitancias internas en el transistor comienzan a atenuar la señal a frecuencias más altas, pero este efecto drástico fue inesperado para mí. Siento que podría haber pasado por alto algo simple.
PD: Ya intenté agregar una tapa pequeña ( 6nF-1u
la última era una tapa de electrolito) entre la tierra y el emisor. Eso solucionó el problema de ganancia (tanto en configuraciones de sonda 1x como 10x) pero distorsionó mucho la señal, la salida se parecía más a un diente de sierra que a un seno.
Entonces preguntas:
Medí el voltaje de salida a frecuencias más bajas. Este generador solo puede bajar a .1MHz
, así que desde allí recopilé 10 puntos de datos hasta 1MHz
. Las mediciones fueron bastante imprecisas (la pantalla de voltaje en mi osciloscopio cambió con bastante rapidez, posiblemente el generador tampoco sea perfecto), pero debería tener una precisión de +- 10mV
. Todas las mediciones se realizaron en el ajuste 10x.
| f | mV |
|----|-----|
| .1 | 500 |
| .2 | 500 |
| .3 | 490 |
| .4 | 460 |
| .5 | 450 |
| .6 | 410 |
| .7 | 380 |
| .8 | 370 |
| .9 | 350 |
| 1 | 310 |
(todos esos números fueron los voltajes medidos con una sonda x10, por lo que los reales deberían ser esos x10)
La tendencia a la baja sigue siendo evidente a partir de este conjunto de datos. En 100kHz
, medí una 4.2V
señal con la configuración 1x, que todavía no entiendo.
Medido dos puntos de datos más: f=10kHz
lo obtuve 5.04V
de 800mV
la entrada y lo f=1kHz
obtuve 3V
de 400mV
la entrada. Esos números están alrededor de lo que esperaba.
El problema de la medición (diferencia con x1 y x10) podría deberse a que mi sonda carga el circuito de manera diferente y tengo una gran 6.8k
impedancia de salida ( ), pero no estoy seguro de eso.
Ahora estoy bastante seguro de que el problema de medición se debe a la carga diferente en mi circuito en el modo x1 vs x10. Experimenté con un divisor 10k
de 10k
voltaje y una 10V
señal ( 1MHz
). Con x10, mido 500mV
que es igual a 5V
, que es casi correcto. Con x1, solo me muevo 1.5V
, por lo que realmente solo debería confiar en las lecturas de x10.
Entonces, la pregunta que queda es por qué la ganancia está cayendo tanto en este circuito.
Nada fatal con el circuito. Su sesgo de CC está razonablemente establecido y se amplificará. Un problema es no hacer ningún esfuerzo por incluir incluso una representación simple de una carga: cualquier carga reducirá la ganancia.
Las resistencias elegidas son demasiado altas. Muchos amplificadores de banda muy ancha funcionan con fuentes de 50 ohmios y cargas de 50 ohmios. Pueden extraer decenas de miliamperios o más de su suministro de CC. La entrada de 800 mV puede ser un poco alta, con el riesgo de un comportamiento no lineal del amplificador. A 1 MHz, la impedancia de 50 ohmios en la entrada/salida es quizás excesiva, pero la alta impedancia de este amplificador dará como resultado que proporcione muy poca potencia de salida.
Sondear el colector del transistor con una sonda de alcance agrega capacitancia, que se combina con la resistencia del colector de 6,8 k para formar un filtro de paso bajo, que atenúa las frecuencias más altas. Solo necesita una capacitancia de carga de aproximadamente 20 pf para causar una atenuación notable a 1 MHz. Una sonda de alcance 1X puede tener más de 100pf de capacitancia. Una sonda de alcance de 10X podría tener 11pf.
Si estas medidas no pueden producir suficiente ganancia @ 1MHz., considere un amplificador sintonizado, con la resistencia de 6.8k reemplazada por un inductor resonado por un capacitor paralelo. Si lo hace, puede correr el riesgo de hacer un oscilador, pero hace que sea más fácil lograr una ganancia de potencia razonable. Sintonizar a 1 MHz no es particularmente fácil para un principiante, y acoplar la potencia del colector a una impedancia de carga también agrega complicaciones.
Supongamos 30pF en el nodo colector. (sonda de alcance y Cob del transistor, más resistencia parásita).
Con 7000 ohmios y 30pF, la constante de tiempo es de 210 nanosegundos, o alrededor de 800 KHz F3dB.
REDUCIRÍA la resistencia del colector en 3:1, a 2,4 K o 2,7 K.
Andy alias
tío dino
Andy alias
tío dino
Andy alias
Juan D.
tío dino
10k
-10k
divisor en eso.