ПоуOFF: история одного авторского свидетельства

[Semigor]

Всем привет!

Сегодня с утра наводил порядок в недрах своего рабочего стола и наткнулся на одну старую бумажку со схемой, с которой была связана любопытная история.
Давным-давно, еще в советские времена, ко мне подошел один товарищ, с просьбой помочь написать объяснительную записку к заявке на авторское свидетельство. Он с коллегой изобрел усилитель миливольтовых сигналов с повышенным коэффициентом усиления на полевом транзисторе.
Они оформили и послали все необходимые документы, но получили отказ, поскольку эксперт патентной службы посчитал их схему неработоспособной.
Я посмотрел на схему и ...,

Окончание истории предлагаю дописать любому желающему, (в качестве утренней разминки внутреннего симулятора )

[Semigor]

[

Я посмотрел на схему и...кондер должен зарядиться до напряжения стока , но при этом p-n переход (затвора) откроется и все устаканится в зависимости от тока утечки конденсатора. Крутизна при этом максимальна , и подбором R в стоке можно её сделать постоянной (увеличение тока стока ведет к росту S , но при этом уменьшается Vси и S уменьшается ).

Близко к истине, но как-то туманно, и утечки конденсатора тут ни причем (Конденсатор-то полистирольный с сопротивлением между выводами более 100 ГОм )

Но самый главный вопрос так и без ответа - почему именно без сопротивления в затворе ?

Действительно, почему?

[AS79]

Конденсатор-то полистирольный с сопротивлением между выводами более 100 ГОм

Предупреждать надо ( шутка ).

[ADDED=AS79]1113042448[/ADDED]

Действительно, почему?

Неуправляемый ток затвора и ток P-N перехода сравняются и входное сопротивление каскада станет бесконечность ... но как это влияет на заявленный повышенный Ку? И допустимое входное напряжение , видимо , будет небольшим.
Как только не включали транзисторы ( лавинный пробой, усилитель Турченкова и пр. )

[Semigor]

Неуправляемый ток затвора и ток P-N перехода сравняются и входное сопротивление каскада станет бесконечность

Сравняются - верно, но почему неуправляемый ток и почему входное сопротивление бесконечность? Надо же для эксперта четкое объяснение написать, чтобы авторское свидетельство выдали и двести (не помню точно сколько) рублей вознаграждения .

но как это влияет на заявленный повышенный Ку?

Вот те раз! Ведь выяснили уже, что максимальная крутизна будет при максимальном токе через транзистор.

И допустимое входное напряжение , видимо , будет небольшим.

Ну я жш вначале жш написал жш что речь о миливольтовых входных сигналах

[fakel]

А дальше?

[Sagittarius]

Не знаю, отчего эта ветка ещё не во флейме.

[Semigor]

А дальше?

Так все практически уже ясно.
Обратный ток сток-затвор заряжает входной разделительный конденсатор до напряженя, открывания перехода затвор - исток.
При этом, напряжение на затворе автоматически устанавливается такой величины, которая обеспечивает максимальный ток стока, (и, соответственно, максимальную крутизну), при сохранении относительно большого входного сопротивления для миливольтовых входных сигналов.
См. атач.

[fakel]

Сильно напоминает сеточный детектор. Как у него со стабильностью?

Добавлено через 56 секунд
Не будет интермодов по огибающей?

[Semigor]

Сильно напоминает сеточный детектор. Как у него со стабильностью?

Со стабильностью у него как ни странно все ОК. Оптимальная рабочая точка устанавливается автоматически.
Но все это не более, чем игра ума.
Я, например, не знаю куда можно практически приспособить эту идею.

Не будет интермодов по огибающей?

Все будет в соответствии с характеристиками ПТ

[Olegyurich]

Я, например, не знаю куда можно практически приспособить эту идею.

А как насчет MC корректоров?

[Kompros]

А как насчет MC корректоров?

А я про i/v подумал.

[Semigor]

А как насчет MC корректоров?

На ВЧ думаю перегружаться будет. Разве что с LR коррекцией на входе, (где L - индуктивность головки). Но в этом случае большое входное сопротивление никчему. Да и Ку будет меняться от температуры.
Вообще, все это было хоть как-то актуально тогда, когда не было в природе полевиков с большой крутизной. И я привел эту схемку лишь в качестве задачки- шутки для разминки мозгов.

[sia_2]

Сравняются - верно, но почему неуправляемый ток и почему входное сопротивление бесконечность? Надо же для эксперта четкое объяснение написать, чтобы авторское свидетельство выдали и двести (не помню точно сколько) рублей вознаграждения .
Вот те раз! Ведь выяснили уже, что максимальная крутизна будет при максимальном токе через транзистор.
Ну я жш вначале жш написал жш что речь о миливольтовых входных сигналах

Ошибка. Для максимального усиления при фиксированном напряжении питания нужна не максимальная абсолютная крутизна, а максимальное отношение крутизны к току (т.е. произведение S*Rн). Для полевых транзисторов этот оптимум лежит в области малых, а не больших токов. Схемы с "плавающим" затвором широко применяются в ядерной спектрометрии с конца 60-тых годов прошлого века, поэтому выдача а/с позже этого неправомерна и легко оспаривается (см. понятие "достигнутый уровень техники").

[Semigor]

Ошибка. Для максимального усиления при фиксированном напряжении питания нужна не максимальная абсолютная крутизна, а максимальное отношение крутизны к току (т.е. произведение S*Rн).

Не надо путать патенты с практическими схемами. Никто не говорил о фиксированном напряжении питания, представьте себе, что оно ооочень большое

Схемы с "плавающим" затвором широко применяются в ядерной спектрометрии с конца 60-тых годов прошлого века, поэтому выдача а/с позже этого неправомерна и легко оспаривается (см. понятие "достигнутый уровень техники").

Не буду спорить, поскольку это не моя заявка
Но мне, например, было интересно, что бредовая на первый взгляд схема оказалась вполне работоспособной.

[sia_2]

Не надо путать патенты с практическими схемами. Никто не говорил о фиксированном напряжении питания, представьте себе, что оно ооочень большое

А тогда усиление не зависит от крутизны, т.к. произведение S*Rвых у полевого транзистора почти не меняется с током. Кстати, немного растет оно именно в области малых токов.

Не буду спорить, поскольку это не моя заявка
Но мне, например, было интересно, что бредовая на первый взгляд схема оказалась вполне работоспособной.

Она не бредовая, она бестолковая. Полезный эффект = 0. Чисто "для галочки".

[Semigor]

А тогда усиление не зависит от крутизны, т.к. произведение S*Rвых у полевого транзистора почти не меняется с током.

Это максимальное усиление (при Rн >> Rвых) не зависит от крутизны, а когда сопротивление нагрузки меньше, или сопоставимо с Rвых транзистора, то очень даже зависит:

K=S*(Rвых II Rн)

Кстати, немного растет оно именно в области малых токов.

Нет, не только:

S=2*КОРЕНЬ(Iо*Ic)/Uп,

где

Ic - ток стока
Iо - ток стока при напряжении на затворе, равном нулю
Uo - напряжение отсечки

Она не бредовая, она бестолковая. Полезный эффект = 0. Чисто "для галочки".

Соберите схемку и проверьте - это займет совсем немного времени.
(Я, кстати, сначала так и сделал )

[sia_2]

Это максимальное усиление (при Rн >> Rвых) не зависит от крутизны, а когда сопротивление нагрузки меньше, или сопоставимо с Rвых транзистора, то очень даже зависит:

K=S*(Rвых II Rн)

Когда сопротивление нагрузки мало, и нужно повысить усиление, его всегда стараются увеличить, лимитирующий фактор - падение напряжения, о чем я выше и писал.

Нет, не только:

S=2*КОРЕНЬ(Iо*Ic)/Uп,

где

Ic - ток стока
Iо - ток стока при напряжении на затворе, равном нулю
Uo - напряжение отсечки

Приведенная формула - идеализация первого приближения. В действительности, кстати, крутизна при увеличении тока нередко начинает ПАДАТЬ, см. S-образные характеристики многих современных транзисторов. В области же малых токов характеристика любых усилительных элементов становится экспоненциальной.

Соберите схемку и проверьте - это займет совсем немного времени.
(Я, кстати, сначала так и сделал )

Вы меня не поняли - я писал, что схема в принципе работоспособна, но толку от нее ноль. В реальных усилителях с плавающим затвором, как правило, используют ПТ с расщепленным затвором или оптическую обратную связь.

[Semigor]

Вы меня не поняли - я писал, что схема в принципе работоспособна, но толку от нее ноль.

Согласен и я об этом уже написал, (см. посты 28 и 31).
Но, хочу подчеркнуть, что авторское свидетельство получено правильно. Поскольку, при таком включении коэффициент передачи схемы действительно увеличивается, по сравнению со случаем Uзи=0.
Это подтверждается и теорией и практикой.

[sia_2]

Согласен и я об этом уже написал, (см. посты 28 и 31).
Но, хочу подчеркнуть, что авторское свидетельство получено правильно. Поскольку, при таком включении коэффициент передачи схемы действительно увеличивается, по сравнению со случаем Uзи=0.
Это подтверждается и теорией и практикой.

Нет. Зависит от типа и даже экземпляра транзистора. Вместо повышения можно легко получить понижение усиления. Плюс повышение разброса характеристик по режиму.

[Semigor]

Не понимаю, что Вы хотите сказать, что эксперт ошибся и неправомерно выдал авторское свидетельство?
Я же написал в первом посте, что дело было "...давным-давно, еще в советские времена...", (точнее в конце 70-х). Тогда подавляющее большинство типов отечественных полевых транзисторов с управляющим pn переходом удовлетворяли условиям заявки. И тот факт, что крутизна таких транзисторов увеличивается пропорционально корню из тока стока не зависит от экземпляра транзистора.
Найдите хоть один экземпляр, например КП303-го, или КП307-го у котрого это будет не так.

[sia_2]

Не понимаю, что Вы хотите сказать, что эксперт ошибся и неправомерно выдал авторское свидетельство?
Я же написал в первом посте, что дело было "...давным-давно, еще в советские времена...", (точнее в конце 70-х). Тогда подавляющее большинство типов отечественных полевых транзисторов с управляющим pn переходом удовлетворяли условиям заявки. И тот факт, что крутизна таких транзисторов увеличивается пропорционально корню из тока стока не зависит от экземпляра транзистора.
Найдите хоть один экземпляр, например КП303-го, или КП307-го у котрого это будет не так.

Так, поехали.

Для обоснованной (не "для галочки") выдачи А/С (а не свидетельства на рацуху или полезную модель) нужно выполнение 3 пунктов:
а) новизна
б) полезный эффект и
в) практическая реализуемость.

С практической реализуемостью, слава богу, все в порядке - собрать можно.

С полезным эффектом - похуже. Даже для полевиков с почти квадратичной характеристикой - типа КП302 - увеличение крутизны идет заметно медленнее прироста тока, как и следует из формулы с корнем. А сопротивление нагрузки на практике ограничено именно напряжением питания и током. При меньшем токе допустимое сопротивление нагрузки растет быстрее, чем падает крутизна - т.е. достижимое на практике в реальной конструкции усиление (при оптимальном выборе R нагр) обратно пропорционально корню тока. Именно поэтому во многих случаях целесообразно параллельное включение полевиков - даже при снижении тока через каждый из них, и том же суммарном токе, суммарная крутизна возрастает примерно пропорционально корню из их числа.
Т.е. предлагаемая схема не обеспечивает полезного эффекта - прирост крутизны невелик (для полевика с Uотс = 2 В - 10...15%), что меньше его производственного разброса, при том, что рост тока стока составляет 20-30%. Это вынуждает снижать на ту же величину сопротивление нагрузки. В итоге достижимое усиление СНИЖАЕТСЯ (на 10-15%). Сравнение же со схемой, когда сопротивление нагрузки неизменно - некорректно, т.к. увеличением Rн можно получить бОльший эффект при тех же режимах по напряжениям на стоке и напряжению питания.
Далее. У полевиков с более коротким каналом, чем КП302 (к примеру, КП307 с большими напряжениями отсечки) уже сказывается эффект насыщения скорости в канале, и поэтому, начиная с некоторого тока, крутизна переходит через максимум и далее с ростом тока - падает. Это приводит к характерному S-образному виду сток-затворных характеристик, легко наблюдаемых на ПНХТ и иногда даже приводимых в справочниках. Такие экземпляры есть, и их не слишком мало.

С новизной - для конца 70-тых - полный пролет, "плавающий" затвор тогда уже широко использовался в электретных микрофонах, чтобы не возиться с созданием сверхвысокоомных резисторов (в чем и есть реальный полезный эффект такого решения).

Дальнейшие выводы - очевидны.