Jump to content

    

Нижняя граница рабочего диапазона частот транзисторов

Здравствуйте. Стоит задача разработки малошумящего, высоколинейного транзисторного усилителя диапазона 1,5-30 МГц на отечественной элементной базе. Возникли сложности с выбором соответствующего транзистора, поэтому вопрос:  чем ограничена нижняя рабочая  частота транзистора,  например 3П618а-2 - производства планета-Аргалл, согласно документации производителя транзистор предназначен для работы в диапазоне 0,1 - 8 ГГц, а что будет плохого при его применении на более низких частотах? Увеличится коэффициент шума? Не получится обеспечить стабильность?  Менеджеры производителя затруднились ответить на мои вопросы ((

Share this post


Link to post
Share on other sites
18 hours ago, Арина said:

Здравствуйте. Стоит задача разработки малошумящего, высоколинейного транзисторного усилителя диапазона 1,5-30 МГц на отечественной элементной базе. Возникли сложности с выбором соответствующего транзистора, поэтому вопрос:  чем ограничена нижняя рабочая  частота транзистора,  например 3П618а-2 - производства планета-Аргалл, согласно документации производителя транзистор предназначен для работы в диапазоне 0,1 - 8 ГГц, а что будет плохого при его применении на более низких частотах? Увеличится коэффициент шума? Не получится обеспечить стабильность?  Менеджеры производителя затруднились ответить на мои вопросы ((

При разработке аппаратуры лучше выбирать компоненты предназначенные для работы именно в этом диапазоне, а именно в коротковолновом ВЧ. Транзистор на который Вы обратили внимание предназначен в первую очередь  для диапазона СВЧ с усилением  3 - 10 дБ на каскад. В диапазоне ВЧ усиление возрастает существенно и возможно самовозбуждение от любого слабого возмущения с почти мгновенным прогоранием перехода транзистора, никакая защита не успеет сработать. Нижняя граница в 100 МГц не зря указана. Ну и цена изделий ВЧ и СВЧ существенно различается.

Share this post


Link to post
Share on other sites
21 час назад, Арина сказал:

Здравствуйте. Стоит задача разработки малошумящего, высоколинейного транзисторного усилителя диапазона 1,5-30 МГц на отечественной элементной базе.

2Т368А, h21=50...300 при Iэ=10mA и t=-60...+125,  коэффициент шума 1,8 dB начиная  с частоты 0,1 MHz и выше. Граничная частота 900...1100 MHz. Для ваших задач с избытком. Подробнее см. Справочник п/ред. А.В.Голомедова или ТУ. 

Share this post


Link to post
Share on other sites

ребят. это-ж реклама. ну кто разбираясь в нуменклатуре и конкретных производителях будет спрашивать по основам. или наоборот, спрашивая основы, напоминать о производителе.

Share this post


Link to post
Share on other sites
5 часов назад, Hale сказал:

ребят. это-ж реклама. ну кто разбираясь в нуменклатуре и конкретных производителях будет спрашивать по основам. или наоборот, спрашивая основы, напоминать о производителе.

В корне не правы... Студент (возможно ещё учащийся и работающий на пол ставки), которого только что взяли на работу. А транзистор кто-то из старших коллег назвал от балды.

Share this post


Link to post
Share on other sites

HardJoker, спасибо за справочник, обязательно посмотрю. 

Учитывая очень высокие  требования по динамическому диапазону и чувствительности, хотелось бы применить транзистор современной разработки, поэтому поиск производился по сайтам производителей а не по справочникам, новые транзисторы не всегда успевают включить туда вовремя. Указанный выше транзистор приведен только в качестве примера, почему то большинство разрабатываемых транзисторов предназначены для диапазонов УКВ/СВЧ, для КВ ничего не получается найти. В прототипе использовался кт939, мне нужно получить параметры чувствительности и линейности лучше чем в прототипе. 

Share this post


Link to post
Share on other sites

Переплюнуть ДД можно сверху или снизу.

Снизу манёвр небольшой, теоретический предел Nf=0 dB, практический Nf=0.3 dB. По сравнению с другим МШУ у которого Nf=2...3 dB удастся отыграть максимум 2-3 дБ.

В диапазоне до 30 МГц такой низкий фактор шума и не нужен, особенно в современных условиях.

ITU_Noise.png

Даже для самого оптимистичного сценария (Quiet Rural) и для самой высокой частоты (30 МГц) шум в полосе 500 Гц превышает -132 dBm.

Такой уровень шума обеспечивают почти все современные аппараты (список ниже) БЕЗ применения Preamp 

 

 

Поэтому если даже реализовать МШУ с предельно низким Nf, то чтобы получить от него какую-то практическую пользу - придется на входе ставить аттенюатор на эти 2-3 дБ (т.е. конвертировать "дд снизу" в "дд сверху"). Если это будет резистивный аттенюатор - он добавит шума сам (тот шум который мы убрали у транзистора - нагенерирует нам резистивный делитель). Если это будет трансформатор, то он будет иметь очень сложную неширокополосную конструкцию и/или нелинейную характеристику.

 

Так никто не делает (почему - ниже). Топовые (и не топовые) аппараты имеют отключаемый (редко включаемый) МШУ, потому что на современной элементной базе просто реализовать смеситель с фактором шума ниже чем в эфире 0.1-30 МГц.

Включение же МШУ всегда снижает ДД: чтобы отыграть снизу этих 2 дБ надо коэффициент усиления МШУ сделать порядка 10 (тогда от шума следующего каскада на вход приводится 1/10), т.е. ДД смесителя сверху упадет на 10 дБ чтобы снизу отыграть 1-1.5 дБ

 

Ознакомьтесь со схемотехникой  ТОП-50 аппаратов: http://www.sherweng.com/table.html Там можно оценить как ДД так и "ДД снизу" (noise floor)

Чтобы от включения в работу МШУ отыграть 1-1.5 дБ снизу, МШУ не обязан иметь высокий ДД сверху, он заведомо окажется выше чем у смесителя. Поэтому на мощных транзисторах типа КТ939 делать МШУ на 0.1-30 МГц смысла нет. Даже если улучшить Ваш прототип в 2 раза сверху, ДД приемника с таким МШУ не улучшится, потому что узким местом окажется смеситель.

Реальные МШУ топовых аппаратов отключаемые, разработчики не гонятся за высоким ДД "сверху". У топовых мировых аппаратов "сверху" ДД у Preamp ниже чем у КТ939, который Вы собрались ещё дальше улучшить.

Например 3-е место в мировом рейтинге у аппарата Elecraft K3S, в Preamp там использован всего 1 транзистор NE46134 средней (+27.5 dBm) мощности и Nf=1.5 dB. Т.е. у выдающегося аппарата - посредственный Preamp, без предельных характеристик сверху и снизу.

Чтобы сохранить ДД "сверху" на уровне КТ939, и чуть выиграть снизу на пару дБ - можно применить такие же мощные, но полевики, типа КП907 и др, их обсуждают здесь: КП907

 

В книге Гончаренко его опыт по УВЧ: http://dl2kq.de/trx/2-3.htm

Edited by yurik82

Share this post


Link to post
Share on other sites
9 hours ago, yurik82 said:

 

Это все правильно, только задачи бывают разные. Кому то нужно 100 приемников подцепить к одной антенне, кому то рамку через километр кабеля, вот и делали широкополосные антенные усилители последние лет 30 или больше как раз на 2Т939-х с OIP2 в лучших образцах 100 дБм и OIP3 больше 50 дБм, да и активные антенны никто не отменял на КВ.

Edited by HFSSL

Share this post


Link to post
Share on other sites
7 часов назад, HFSSL сказал:

только задачи бывают разные

так надо озвучить эту задачу. 3П618 "маломощный" но выиграет пару дБ "снизу". А надо ли выигрывать снизу (проиграв в OIP2/IP3)?

Share this post


Link to post
Share on other sites

Несколько раз практически пробовали делать усилители на различных импортных арсенид-галиевых полевых транзисторах. У всех коэффициент шума начинал увеличиваться на частотах ниже 10 МГц, где-то получался коэффициент шума от 7 до 15 дБ для разных транзисторов, хотя выше 100 МГц - 2 дБ. Поэтому насчет 3П618 по этому параметру сомнения.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Share this post


Link to post
Share on other sites

yurik82, спасибо за такое подробный ответ, и за ссылку на обсуждение полевиков, есть над чем поразмышлять.

По поводу УВЧ от Гончаренко - если я не ошибаюсь схема эта напоминает усилитель Нортона, здесь на форуме уже  где-то обсуждалась, и участники указывали её главный недостаток -  то, что это есть повторитель импеданса и для стабильной работы такого усилителя в нагрузке требуются активные 50 Ом, иначе может появиться возбуд.

Касательно моей задачи  - динамический диапазон по ТЗ  у меня задан не в относительных единицах (от уровня чувствительности) а в абсолютных значениях (дБ/мкВ) ( и я не сомневаюсь что другие каскады  приемного тракта перегрузится раньше чем мой УВЧ, но таковы требования ТЗ). Поэтому первоочередной задачей для меня является получение максимального ДД сверху. Понимаю, что как вы и сказали, можно его пытаться увеличить снизу, а потом входным аттенюатором  конвертировать в ДД сверху, но этот вариант думаю оставить как запасной. В первую очередь хотелось бы найти более линейные транзисторы чем кт939 со схожими параметрами по шумам. Среди биполярных видимо круче их ничего нет (если я ошибаюсь тыкнете меня пожалуйста носом), буду рыться в полевых по вашей ссылке.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Усилитель Нортона это операционный усилитель с токовыми входами.

Схема с общим затвором — подобие каскаду с общей базой для биполярного транзистора. Усиления по току здесь нет, потому и усиление по мощности многократно меньше, чем в каскаде с общим истоком. 

Выходной ток равен входному, коэффициент усиления по току = 1    

при повышении управляющего входного напряжения, потенциал истока возрастает, соответственно ток стока уменьшается, и снижает напряжение на сопротивлении в цепи истока Rи - параллельная отрицательная обратная связь по току

С одной стороны напряжение на сопротивлении истока увеличивается благодаря росту входного сигнала, но уменьшается снижением тока стока, это и есть отрицательная обратная связь.

Данный феномен делает шире полосу пропускания каскада на ВЧ, поэтому схема с ОЗ популярна в УВЧ напряжения, и особенно востребована в высоко устойчивых резонансных схемах.

 

Не знаю по какой методике Вы собираетесь проектировать МШУ, в т.ч. рассчитывать критерии стабильности Релея.

Наверно есть какая-то глубокая теория. Практически без глубоких знаний это просто делается в Ansys HFSS Circuit Designer. Рисуется схема (as is) и надо ввести S-параметры транзистора в своей полосе частот (здесь могут быть трудности, если производитель не дает детальные S-параметры). HFSS сам посчитает критерии ка и мю. И там будет видно может появиться возбуд (условная стабильность) или не может (безусловная стабильность)

Заодно и всё остальное (согласование по входу, по выходу, действующий фактор шума на выбранных режимах, IP одно- и многосигнальные) считается автоматом.

Edited by yurik82

Share this post


Link to post
Share on other sites
В 11.12.2018 в 23:25, yurik82 сказал:

МШУ не обязан иметь высокий ДД сверху, он заведомо окажется выше чем у смесителя

На низких частотах можно сделать смеситель с динамикой выше, чем у любого усилителя.

 

4 минуты назад, yurik82 сказал:

Усилитель Нортона это операционный усилитель с токовыми входами.

В патентах Нортона нет упоминания ОУ.

 

3 часа назад, Арина сказал:

схема эта напоминает усилитель Нортона, здесь на форуме уже  где-то обсуждалась, и участники указывали её главный недостаток -  то, что это есть повторитель импеданса и для стабильной работы такого усилителя в нагрузке требуются активные 50 Ом, иначе может появиться возбуд

В других вариантах ДД поднимается за счет резистивных обратных связей, а это ведет к росту КШ.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Create an account or sign in to comment

You need to be a member in order to leave a comment

Create an account

Sign up for a new account in our community. It's easy!

Register a new account

Sign in

Already have an account? Sign in here.

Sign In Now