Проект простого и надёжного УМ на биполярных тр-рах на низкочастотный участок КВ

[Aleksiy]

Извиняюсь ,сосредоточенно следить сейчас не могу (в зубах паяльник, паяю новый питатель для УМ с ООС - пока нет транзисторов :( ...).
Но у вас получается, что входной трансформатор практически БЕЗ трансформации; а выходной трансформатор - вообще БЕЗ трансформации!..
Попробую завтра на работе пересчитать вашу схемку...
Алексей.

П.С. Вот програмка расчета выхода и входа транзисторного каскада. Писал её "в детстве" по Бунину-Яйленко (т.е. по Шахгильдяну-Алексееву). Работает только ветвь транзисторного расчета для ОЭ, выход можно и для лампы считать. Там где надо вводить три цифры данных - можно через пробелы, например 28 50 90 ...

[DX888]

Aleksiy, То есть вы тоже подозреваете на выходной трансформатор?

Ладно, попробуем тогда по-другому))). Для чего нужен выходной транс? Чтобы максимально идеально согласовать антенну с транзисторами усилителя, так? Антенна у нас условный резистор 50Ом. Следовательно, если у нас будет идеальное согласование, то КСВ в антенне будет 1, так?

Вот, подключил между УМ и резистором виртуальный КСВ метр. Эксперимент 1, сопротивление 50 Ом

Как видим, напряжение на Rпад 1.68В, напряжение на Rотр 1мВ (932мкВ). Следовательно, КСВ единица

Эксперимент 2, сопротивление нагрузки 100 Ом


Напряжение Rпад 1.8В, напряжение Rотр 0.6В Следовательно, КСВ 2.

При увеличении нагрузки с 50 до 100Ом, видим, как на транзисторах УМ выделение тепла увеличилось с 2.8Вт до 4.4Вт, что соответствует реальности, когда КСВ увеличивается - транзисторы усилителя начинают греться, т.к. обратная волна уходит от нагрузки в УМ, в тепло.

Так выходит всё же для данной схемы, на 4-х биполярных транзисторах - ШПТ с трансформацией 1:1 выходит оптимальный же?

[RK4CI]

В итоге, самое оптимальное соотношение витков для моих ферритовых биноклей - указаны на схеме. Для первого каскада, это соотношение витков 4:3, соответственно индуктивности обмоток 3.6мкГн и 2мкГн. Для выходного трансформатора 3:3, по 5.2мкГн

А вы вообще что пытаетесь изготовить, широкополосный усилитель, или резонансный? В модели, вы подбирали количество витков в трансформаторах, индуктивность. Фактически, строили модель в резонанс на определённую частоту. Посмотрите сами на результаты. На выходе, обычный ФНЧ, но в вашем случае он получился трансформирующим. На входе 7 В, на выходе 11. Стало быть ваш трансформатор, тот что на выходе, является частью КС настроенной в резонанс, и именно на поданной частоте. И я вообще не понимаю что там вам насчитала программа. Напряжение на обмотках от пика до пика 10 В, а среднее значение 15. После трансформатора, цифры врлде становятся вполне адекватными. 20 В от пика до пика, и около 7 средняя. Только вот для обеспечения мощности под 3 ватта, сопротивление в этой точке должно быть примерно 20 ом. Далее, на ФНЧ, идёт трансформация к 50 омам. Вы не совсем понимаете что именно хотите посчитать, программа совершенно не представляет чего именно от неё хотят... Если собираетесь рассчитывать резонансный УМ, с трансформирующими контурами,в состав которых входят трансформаторы, нужны не только индуктивности и токи, потребуются ещё и добротность получающихся катушек на данной частоте. Именно эта добротность и будет определять реальные потери в вашей КС. И в вашем случае, скорее всего виноваты не столько потери, частота низкая, нагруженная добротность элементов, так же, сколько сама настройка в резонанс выходных элементов под необходимую нагрузку. В модели вы это сделали, а реальную систему настраивали?

что означает эта формула и эти цифры в ней

Ну наверное о том, что каждый реактивный элемент, на определённой частоте, имеет вполне определённое реактивное сопротивление, вы наверное слышали? Здесь, циферки "5" - это номинал индуктитвности трансформатора, "3,5" - частота на которой работает УМ. 105 ом, это реактивное сопротивление обмоток трансформатора на частоте 3,5 мгГц. Это не активное сопротивление потерь. Зная добротность индуктивности, можно вычислить и активное сопротивление потерь. Реактивное сопротивление, можно скомпенсировать реактивностью с противоположным знаком. В данном случае конденсатором. Необходимая для компенсации ёмкость отнимается от номинала первого конденсатора в ФНЧ. В результате, ваш ФНЧ превратился в резонансную КС которая трансформирует нагрузку УМ с 20 к 50 омам...
И играясь с моделировщиком, желательно хотя бы примерно знать формулы, по которым он считает. Это, что бы лучше понимать результаты моделирования. В конечном счёте, моделировщик это просто инструмент, которым надо уметь пользоваться. Что в него заложили, то и получили на выходе.

[DX888]

А вы вообще что пытаетесь изготовить, широкополосный усилитель, или резонансный?

широкополосный.

[RK4CI]

широкополосный.

Тогда первое что вы должны знать, так это то, что индуктивность обмоток широкополосного трансформатора, на самой нижней рабочей частоте, должна быть не менее чем в 5-10 раз выше, чем сопротивление нагрузки. Если УМ должен работать с 2 мгГц, то это 30-40 мкГн. И не знаю что у вас за бинокль на выходе, но даже достаточно маленький BN-43-202, при обмотке 3 витка, имеет индуктивность около 20 мкГн. И необходимое количество витков в таком трансформаторе не подгоняется на какой то одной частоте, а рассчитывается исходя из частотного диапазона, требуемой мощности, и имеющегося напряжения питания. И ФНЧ на выходе не должен работать как трансформатор. Напряжение на выходе должно быть практически тем же, что и на входе...
В общем, играйтесь дальше. Теме больше пол года, смотришь ещё годик другой, и у вас что то начнёт получаться. А может чуть раньше что то получится, если не только на моделировщик будете рассчитывать, а постараетесь сами понять, что, и по каким формулам он считает.

[DX888]

И не знаю что у вас за бинокль на выходе, но даже достаточно маленький BN-43-202, при обмотке 3 витка, имеет индуктивность около 20 мкГн.

То есть вы предполагаете, что мой бинокль имеет проницаемость существенно ниже 800u и поэтому на коллекторе, как и потом на выходе расчётное напряжение получилось ниже?

[RK4CI]

То есть вы предполагаете, что мой бинокль имеет проницаемость существенно ниже 800u и поэтому на коллекторе,

Я считаю, что в моделировщике вы заложили резонансный выходной каскад. На практике, у вас получилось не совсем то, что вы нарисовали в моделировщике. Проверьте реальное значение индуктивности обмоток в вашем трансформаторе, и обозначьте его на схеме. Ну и биполярники очень не любят параллельного включения. На практике, оно почти никогда не применяется. В моделировщике у вас заложено что то идеализированное, четыре полностью одинаковых транзистора. Повторить это на практике просто невозможно.
И по мощности вашего УМ. При напряжении питания 15 В, и выбранном вами выходном трансформаторе 1 к 1, амплитуда напряжения на выходе не может превысить 25 В. На нагрузке 50 ом, это мощность порядка 6 ватт. Всё. Вы ставите по паре транзистора в плече, именно что бы получить 6 ватт на выходе? Ведь это предел, больше с этим трансформатором и именно при этом напряжении питания в широкополосном УМ получить невозможно.

[Aleksiy]

ПисАл сегодня в обед на работе…
Начнем «разбор» этого усилителя с сАмого … конца. На выходе мы имеем неперестраиваемый двухзвенный ФНЧ – это правильно, одно звено обычно недостаточно подавляет гармоники, а три звена дают заметные потери и сложны и громоздки. Заметим, что ФНЧ с частотой среза, близкой к рабочей частоте может давать частичное согласование не совпадающих сопротивлений выхода и нагрузки. ФНЧ здесь явно просто «набран» из 2-х последовательно включенных ОДИНАКОВЫХ 50-Ом звеньев. Так вполне можно делать, но оптимальнее несколько уменьшать «центральный» конденсатор и увеличивать индуктивности – это дает более равномерную АЧХ в полосе пропускания на относительно низких частотах. Вот расчетные данные по имеющемуся у вас фильтру:

- Что-то и частота «среза» весьма далека от требуемой! И неравномерность Кп весьма велика, и КСВ (почти 3 на 3МГц!) вообще на грани эффективной передачи мощности…
А вот оптимизированный вариант, «приведенный» к типовым номиналам емкостей:
[IMG]file:///C:\WINDOWS\Temp\msoh tml1\01\clip_image00 2.gif[/IMG]

- Разница, как говориться… Хотя возможно, у вас изменились задачи, но ваш вариант выходного фильтра явно не слишком хорош. Рекомендую переделать. Если нужно на какую-либо конкретную частоту среза – могу вам легко рассчитать. А частоту среза надо выбирать только чуть выше предельной планируемой рабочей частоты; и не забывать, что если рабочая частота УМ будет хотя-бы в два раза ниже частоты среза - то вторая гармоника такой рабочей частоты ужЕ будет пропускаться фильтром – поэтому при широком частотном диапазон усилителя на выходе обычно ставят набор минимум октавных (с частотой среза, различающейся в 2 раза), а лучше полуоктавных (с частотой среза, различающейся в 1,4-1,5 раза) фильтров. Любители обычно делают такие фильтры с частотой среза немного выше частот основных любительских диапазонов. А вот для первых испытаний на нагрузку лучше вообще включать УМ совсем БЕЗ выходного фильтра, но контролировать выходной сигнал осцилом – много интересного можно найти …

Теперь рассчитаем режим выходного каскада. Считаем критический режим для одного транзистора, питание -15В, потребная выходная мощность – 8Вт, угол отсечки – 90 (класс В), эмитерный резистор добавим к ожидаемому сопротивлению насыщения, которое теперь примем в 0,25Ом, тогда:
КСИ =0,96
Амплитуда коллекторного РЧ напряжения = 14,4В
Максимальное мгновенное напряжение на коллекторе = 29,4В
Остаточное напряжение на коллекторе = 0.55В
Амплитуда тока первой гармоники = 1.1А
МАХ значение тока коллектора в импульсе = 2.21А
Постоянная составляющая тока коллектора = 0,705А
Подводимая мощность = 10,6Вт
КПД коллекторной цепи = 0,75
Мощность, рассеиваемая на коллекторе = 2,6Вт
Требуемое сопротивление коллекторной нагрузки = 13,04Ом

По схеме у вас двухтакт с симметрирующим трансформатором – эквивалентное выходное сопротивление становится в два раза больше, чем одного плеча. Но в каждом плече по два транзистора в параллель – выходное сопротивление плеча в два раза меньше, чем найдено для одного транзистора. Итого, выходное сопротивление между коллекторами плечь равно Rэкв. одного транзистора, и выходной трансформатор должен делать переход от симметричной к несимметричной нагрузке, а также трансформировать сопротивление в 4 раза – т.е. трансформировать напряжение в 2 раза (получится как раз 52Ом ). Значит, соотношение витков обмоток выходного трансформатора должно быть как 1:2. Количество витков выходной обмотки выбирают по такому критерию: на низшей рабочей частоте её индуктивное сопротивление XL должно быть минимум в 4 раза больше, чем сопротивление подключаемой нагрузки (которое 50Ом) – т.е. больше 200Ом. Сильно больше тоже делать не стОит – увеличится и паразитная индуктивность рассеивания. Количество витков должно быть в этом случае целым четным. А количество витков обмотки со стороны коллекторов должно быть в 2 раза меньше. При малом количестве витков не запутайтесь с их отсчетом!
И вообще - существует некоторый ДИСКРЕТНЫЙ "магический ряд" типичных значений выходной мощности УМ, которые могут быть получены в "стандартной" схеме при типовых напряжениях питания ...

Всё, обеденное время у меня сегодня закончилось. В схеме есть и ещё «косяки», но про них завтра…

[DX888]

Значит, соотношение витков обмоток выходного трансформатора должно быть как 1:2. Количество витков выходной обмотки выбирают по такому критерию: на низшей рабочей частоте её индуктивное сопротивление XL должно быть минимум в 4 раза больше, чем сопротивление подключаемой нагрузки (которое 50Ом) – т.е. больше 200Ом

Спасибо большое за разъяснение, теперь потихоньку становится понятно. Тогда следующий вопрос, увеличил резисторы в эмиттерах до 0.25, изменил по вашей методике ФНЧ и увеличил индуктивность выходного транса, 20мкГн к 40мкГн. Напряжения на выходе трансформатора и на на нагрузке сравнялись, как и хотел RK4CI .



Это пока всё только в программе пробую. Так вот, вопрос. Если минимальная частота работы УМ будет 2.8МГц, то можно-ли рассчитать точно индуктивность выходной обмотки и индуктивность первой? 40 и 20 я пока просто так написал. То есть рассчитать для установки в программу.

Добавлено через 7 минут(ы):

В моделировщике у вас заложено что то идеализированное, четыре полностью одинаковых транзистора. Повторить это на практике просто невозможно.

смотрите фото


В партии из 20 транзисторов, купленных на Али я буквально из первых 8 подобрал 4 штуки для оконечного каскада, у которых Коэфициент передачи тока ровно 177, и у которых Uf=613мВ. Если быть точнее, что у всех 20штук коэффициент 177, отличалось только Uf, примерно от 610 до 617. Так может всё же оставить 4 штуки? Конечно и полностью согласен, что мой простейший тестер не показывает другие параметры, типа ёмкости переходов и т.д. Но, если удалось подобрать 4 абсолютно идентичных по указанным параметрам транзистора, может ничего страшного?

Дело в том, что эти транзисторы в пластмассовом корпусе, то есть TO-220F, это их огромный плюс, т.к. не нужно изобретать электроизоляцию для каждого транзистора от радиатора. С другой стороны, почему я вообще выбрал 4 транзистора, а не 2 - просто, чтобы они меньше грелись, то есть, чтобы каждый транзистор работал с меньшей нагрузкой, чем если бы их было 2. Я не планировал от 4-х транзисторов увеличить мощность, я планировал увеличить надёжность УМ.

Проверьте реальное значение индуктивности обмоток в вашем трансформаторе, и обозначьте его на схеме.

так на схеме они, реальные индуктивности обмоток возле каждого трансформатора и подписаны.
p.s. Если условно представить бинокль, как ферритовое кольцо, то по расчётам проницаемости, проницаемость моего бинокля получилась около 430-460. Отсюда, видимо и такая низкая индуктивность обмоток.

[Aleksiy]

Выходной транс НЕ ДОЛЖЕН быть резонансным в широкополосном усилителе!
Это в однодиапазонных усилителях (типа СиБи-ческих) этим можно "баловаться". А чтобы транс не был резонансным - всемерно снижают индуктивность рассеивания - именно для её "компенсации" и приходится вводить резонансные элементы. А также, транс не должен иметь паразитных резонансов (по крайней мере ,вблизи рабочих частот) с реактивностями подключаемых к нему цепей. А критерий "в 4 раза", который я вам привел - это просто критерий непотери мощности при работе трансформатора. При моделировании нелегко адекватно описАть транс, но нам важны не индкутивности обмоток как таковые, а что эти обмотки охвачены общим магнитным потоком и имеют взаимоиндукцию только чуть меньше 1...

Что касается транзисторов. Даже и не знаю... Но вполне ВОЗМОЖНО, что современные транзисторы имеют очень хорошую идентичность параметров и вам удастся заставит их прилично работать в параллель. Но берегитесь слишком большого эмитерного резистора - он необходим "уравнивать", но он запросто губит коэффициент использования коллекторного напряжения. А как следствие - ограничивает импульс тока, губит отдаваемую мощность и КПД; да и к возбуду может привести!