Emitor umum tidak menguatkan

11

Saya mencoba membuat pemancar gelombang pembawa 27 MHz dari osilator kristal dan penguat sekunder. Ini adalah rangkaian lengkap:

skema

mensimulasikan rangkaian ini - Skema dibuat menggunakan CircuitLab

Bagian pertama, kiri C6 adalah osilator kristal colpitts . Dan di sisi kanan C6 adalah penguat emitor yang umum . Osilator kristal Colpitts yang saya buat dapat ditemukan di sini .

Lembar data Q1 dan Q2 dapat ditemukan di sini .

Masalahnya adalah sebagai berikut. Jika saya memiliki amplifier CE terputus, dan mengukur tegangan dengan osiloskop di O1 , saya mendapatkan 150 mV puncak-ke-puncak. Tapi begitu saya menghubungkan amplifier CE dan mengukur tegangan pada O2 , saya mendapatkan sekitar 300 mV puncak ke puncak (perhatikan bahwa antena saat ini tidak terhubung), yang jauh lebih sedikit daripada yang saya harapkan.

Nilai yang dipilih untuk osilator colpitts sama dengan di situs web tempat saya memasang tautan. Untuk penguat CE, saya menghitung nilai diri saya, inilah cara saya melakukannya:

  1. β=100
  2. Saya memilih: IC=IE=1mA
  3. Saya memilih: , jadiV B = 1,7 VVE=1VVB=1.7V
  4. R6=1V1mA=1kΩ
  5. IR5=100uAIR4=110uAIB=Icβ=10uA , ,IR5=100uAIR4=110uA
  6. ,R5=1.7V100uA=18kΩR4=9V1.7V110uA=66kΩ
  7. R7=9V4.5V1mA=4.7kΩ
  8. Untuk saya membaca di suatu tempat: , dan saya mendapatkanC4XC4<=110×R6C4>=60pF

C5 dan C6 dipilih secara sewenang-wenang, Jika seseorang dapat memberi tahu saya cara menghitung nilai-nilai mereka secara tepat, saya akan sangat menghargainya.

Jadi seharusnya tidak mendapatkan gain dari penguat: ?, Sementara saya mendapatkan gain hanya 2.re=25mVIC Av=RCre=188

Apa yang bisa menjadi masalah? Saya membaca di suatu tempat bahwa missmatch impedansi dapat mempengaruhi kekuatan sinyal yang ditransmisikan, dapatkah ini terjadi di sini, karena impedansi output osilator colpitts relatif rendah, sedangkan impedansi input dari penguat CE relatif tinggi?

Setiap bantuan sangat dihargai!

EDIT:

Saya tahu saya tidak menyatakan secara eksplisit, tetapi saya akan sangat menghargai itu, jika orang juga bisa menyarankan solusi untuk masalah ini.

EDIT2:

Bagaimana jika saya menggunakan BS270 MOSFET dalam mode gerbang umum alih-alih 2N3904, akankah gain bertambah? Saya pernah membaca bahwa MOSFET lebih cepat dan melihatnya digunakan dalam aplikasi HF. Karena saya memilikinya dan tidak dapat membeli komponen apa pun saat ini.

Golaž
sumber
Pertanyaan yang bagus, (dan dijawab oleh @ Chris Johnson) RE: C5 dan C6. C6 adalah topi kopling dan selama impedansinya di 27MHz rendah dibandingkan dengan apa yang mengemudi maka itu harus baik-baik saja ... (Z (1nF) <~ 10 ohm) Saya tidak yakin tentang C5. Apakah Anda benar-benar membutuhkan topi ini? Apa impedansi antena? Apakah sebagian besar kapasitif? (Beberapa pF?)
George Herold
Ah terima kasih atas penjelasannya. Saya belum benar-benar mendapatkan antena saat ini, tetapi saya berpikir untuk menggunakan hanya kawat tembaga padat. C5 ada untuk menghilangkan tegangan bias DC.
Golaž
Tidak yakin tentang menggunakan MOSFET dalam mode gerbang umum - saya pikir Anda akan memerlukan cascode untuk meningkatkan impedansi input amplifier. Jika Anda mendapatkan jumlah keuntungan yang masuk akal (faktor 5, katakanlah) dari 2N3904 dan C4 yang lebih besar yang disarankan dalam jawaban saya yang diedit, Anda dapat mencoba menambahkan tahap penguat NPN identik kedua.
Chris Johnson
C4 yang lebih besar berhasil, saya akan menambahkan lebih banyak tahapan kemudian, hasil dari tahap berlipat ganda, kan? Terima kasih lagi!
Golaž
Sebenarnya keuntungannya lebih di sekitar 3.
Golaž

Jawaban:

14

Salah satu alasannya adalah gain transistor mengalami degradasi pada frekuensi tinggi. Untuk memilih contoh tertentu, semikonduktor ON BC546 memiliki produk gain-bandwidth (GBP) 100MHz pada arus kolektor 1mA (lihat gambar 6 dalam lembar data terkait). Ini berarti bahwa pada frekuensi 27MHz, gain saat ini (beta) adalah sekitar 100MHz / 27MHz = 3,7, bukan 100.

Pada 27MHz, kapasitansi liar dalam transistor (diperkuat oleh efek Miller ) mungkin juga memainkan peran dalam mengurangi penguatan.

Cukup mengganti transistor dengan satu lagi yang cocok dengan frekuensi tinggi mungkin cukup untuk memperbaiki masalah. Anda dapat pergi dengan hanya memilih transistor keperluan umum yang berbeda: 2N3904, misalnya, sedikit lebih baik dengan GBP 300MHz yang khas. Solusi yang lebih baik mungkin adalah memilih salah satu dari banyak transistor yang dirancang untuk aplikasi frekuensi tinggi. Untuk memilih satu secara acak, PN5179 dari Fairchild memiliki GBP 2000MHz.

Karena efek Miller, penguat kolektor umum tidak sangat cocok untuk amplifikasi frekuensi tinggi, dan topologi seperti penguat basis umum sering digunakan untuk sinyal pada beberapa puluhan atau ratusan MHz. Namun, pada 27MHz saya curiga Anda akan baik-baik saja dengan amplifier emitor yang umum.

Faktor tambahan yang membatasi penguatan adalah impedansi C4 || R6 perlu ditambahkan ke r_e saat menghitung hambatan emitor pada frekuensi sinyal. Biasanya C4 dipilih untuk memiliki impedansi yang dapat diabaikan pada frekuensi sinyal dibandingkan dengan r_e dari transistor, tetapi pada 27MHz impedansi R6 Anda || C4 adalah sekitar 55Ω (didominasi oleh impedansi 59Ω dari C4). Beralih C4 ke kapasitor 1nF atau 10nF harus meningkatkan gain lebih dari dua faktor.

Chris Johnson
sumber
1
Jawaban ini akan ditingkatkan dengan menyarankan solusi. Mungkin pengaturan transistor yang berbeda? Lebih banyak tahapan?
Phil Frost
2
Saya berpikir bahwa saran untuk menggunakan transistor dengan gain-bandwidth yang lebih tinggi bersama dengan transistor contoh termasuk WS solusi yang sangat baik. Selain itu, saran untuk menggunakan pengaturan dasar umum - bersama dengan alasan mengapa - adalah lapisan gula pada kue. Menurut pendapat saya, tentu saja.
EM Fields
Menggunakan 2N3904 meningkatkan gain sedikit, saya akan mencoba saran Anda yang lain juga. Terima kasih atas bantuan Anda!
Golaž
1
EM Fields - Solusi yang disarankan ditambahkan setelah komentar oleh Phil Frost.
Chris Johnson
1

Beberapa hal yang perlu dipikirkan - apa yang dilakukan resistor DC bias terhadap sinyal Anda? Jika Anda menghapus Q2 tetapi meninggalkan R4 / R5, apa untungnya pada O1? Juga, Anda menghitung gain tahap kedua sebagai RC / re, tetapi mengabaikan efek R6, yang seri dengan ulang. Dengan kedua hal itu dalam pikiran, kembali dan hitung keuntungannya.

kerrybp
sumber
0

Ya .... ketidakcocokan impedansi mungkin menjadi bagian dari masalah. Ingat bahwa sama dengan impedansi (keluar dan di antara tahap) memungkinkan transfer daya maksimum. Langkah tambahan lain yang mungkin Anda ambil adalah menambahkan "buffer" dengan impedansi input tinggi, yang menghindari memuat tahap pertama (osilator Colpitt). Tahap yang disarankan adalah penguat kolektor.

pengguna233856
sumber