Метод улучшения линейности однокаскадных усилителей

[Nick-nack]

Однокаскадные ОУ (например AD797, LT1469, серия THS40xx итд.)

На первой картинке - блок схема такого усилителя, диффкаскад, сломанный каскод, идеальный вк.
Yсиление такой структуры равно крутизне входа умноженной на импеданс выходного каскада.
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Теперь модифицированный усилитель:

Добавлен корректирующий транзистор Q5, зеркало стало плавающим (V1) , нагрузка на УН (100кОм + 100пФ) , и! добавлена еще одна компенсационная цепь (C_comp2, R11) в точке 222.

Подбором импедансов в точках 111 и 222 (так же нужно учитывать и импедансы Q5 и зеркал) можно заметно улучшить линейность.

П.С. Работает во всех усилителях с дифференциальным выходом УН (например Холтон)

[Сухоруков Сергей]

По классической теории транзистора (выражение Эберса-Молла) ток коллектора Iк=Iнас.*exp(Uбэ/Ut)... т.е. ток коллектора определяется напряжением на базе

Алаверды: Ik=Ib*b, т.е. ток коллектора управляется током базы.

Игра в формулы ничего не даст для понимания. Не путайте физику и математику. Математика - это всего лишь модель со всеми присущими моделям упрощениями и ограничениями. А физика говорит о том, что в нормальном усилительном режиме выходной ток транзистора управляется инжектируемым в базу током.

[Nick-nack]

УУУУ, да тут мои вопросы знатный холиварчик развели. Жаль виновник торжества скрылся и не отвечает.

Есть у меня еще один, так никто пока ничего не сказал: про разницу между ист. тока с || 100к и ист. напряжения с внутренним сопр. 100к

[shura1959]

Алаверды: Ik=Ib*b, т.е. ток коллектора управляется током базы.

, хотя следует помнить, что

Математика - это всего лишь модель

Игра в формулы ничего не даст для понимания. Не путайте физику и математику.

Offтопик:
Спасибо за очередное наставление и нравоучение. Я всё же продолжу иногда рассчитывать, чтобы мозги не кисли.

А физика

всё же говорит ...ну, хотя бы "языком" Хилла и Хоровица(стр.113, изд. 1986г.):

Жаль, конечно, что не удалось в своё время самому поисследовать процессы инжекции зарядов из эмиттера ; остаётся верить корифеям микроэлектроники (например, И.П.Степаненко), что электроны инжектируются из эмиттера под действием НАПРЯЖЁННОСТИ электрического поля (Uбэ), а ток базы - "всего лишь" паразитный эффект, без которого можно было бы обойтись, но "не получилось".
... P.S.А получилось, кстати, в полевиках, правда там управляется не инжекция, а сопротивление канала.

[mellowman]

Есть у меня еще один, так никто пока ничего не сказал: про разницу между ист. тока с || 100к и ист. напряжения с внутренним сопр. 100к

Э, ну примерно как делитель тока vs напряжения

[Сухоруков Сергей]

всё же говорит ...

Ну, так Вы снова возвращаетесь к модели Эберса-Молла (одной из многих моделей, отметим в скобках). И это ничего не доказывает.

Но если Вам удобнее в расчётах считать, что Ik=Ik(Ube) - на здоровье.

[BesPav]

Есть у меня еще один, так никто пока ничего не сказал: про разницу между ист. тока с || 100к и ист. напряжения с внутренним сопр. 100к

Этот || резистор 100k превратит ИТ в ИН.
Собственно именно резистор нагрузки двухтактного УНа превращает ИТУТ в ИНУТ, а попутно стабилизирует полюс и определяет крутизну преобразования I/U, ибо Vout=Iin*Rgain.
Вот, не поленился его подрисовать:


А если резистор на землю не ставить, то получится штука, описанная здесь:

Сделайте в симуляторе модель усилителя используя только ИТУН и ИНУН, может тогда поймете.

И несмотря на работоспособность этой штуки в симуляторе, в реальной жизни создается высокоомная точка с импедансом порядка входного сопротивления выходного буфера, а в результате получаем огромное усиление, но с сильно "пляшущими" частотными свойствами.

[shura1959]

Offтопик:
Спасибо за столь развёрнутый ответ

Коллега, вы таки заставляете меня краснеть...

Не хотелось бы брать на себя такую ответственность.

проктолога

Ага, интересный вариант, я слышал про гинеколога.

О да, причем лично

Достойно уважения. У нас начальство так и не "разжилось" виртуозным системщиком (схемотехником для тогдашних задач), точнее - они были , но в перестройку разбежались кто куда, приходилось самим "медленно и печально".

Тут вынужденно должны органично сочетаться несколько качеств

которые необходимо культивировать, развивать, и приобретать

вынужденно

ведь каждое ТЗ - это маленький фантастический роман,

Эт точно (С) т.Сухов. Так и есть: сначала идёт идея заказчика: "Сделайте мне, шоб было хорошо!!!", за ней идёт Фабула (техническая реализуемость идеи), потом Сюжет (ТЗ), далее - роман, как Вы и написАли.

Дальше пяток аспирантов определяют топологию и набрасывают ключевые блоки, десяток студентов занимаются тестированием и ведут реестр ошибок - bugtrace, потом вылизывание кристалла.

Да, хорошая компания...

Тут можно плюнуть на этот тетрис и довериться автомату, а можно долгими зимними вечерами оптимизировать до бесконечности

Да, да, знакомая картина...

Причем могу вас порадовать современным прогрессом - все это предоставляется совершенно бесплатно, то есть даром.

"Бизваздмездна" - это замечательно,

можно подумать, что кто-то в здравом уме возьмется за выпуск сложных кристаллов по чужим матрицам с оптимизацией под чужой техпроцесс.

Это было отличное время. Просто и понятно,

Да, вспоминаю с хорошими чувствами

Сейчас все погнались за 3D V-NAND, подумать только, 64 слоя логики

Почитал с Вашей подачи... ужас, извините за выражение

Но просто оцените выход годных относительно времени и стоимости обработки подложки.

Честно говоря не берусь оценить. У нас было 7 слоёв (правда контактной ФЛ) - до 70% годных с новых ФШ, у Интел Р4, кажется в районе 20-ти при выходе годных емнип около 95% (с учётом селеронов),
а тут - даже не могу предположить.

Ну и десерт, думаю Вы оцените:

Спасибо, хорошие стихи, немного грустные, но правдивые.
Есть такое дело среди разработчиков МЭА: удачное сочетание гуманитарного с техническим.

---------- Сообщение добавлено 15:11 ---------- Предыдущее сообщение было 15:03 ----------

Но если Вам удобнее в расчётах считать, что Ik=Ik(Ube) - на здоровье.

Да не, ... в расчётах как раз удобнее Ik=B*Ib, а зависимость Ik от Ube - это просто ближе к истине.

Offтопик:

это ничего не доказывает.

Хорошо жить когда не надо ничего никому доказывать, тем более что каждый всё равно пользуется привычными ему моделями.

[_Сам_]

Этот || резистор 100k превратит ИТ в ИН

Как же мучительно наблюдать такую путаницу в терминологии! Превратит не в ИН, а в Источник ЭДС с конечным внутренним сопротивлением. ИН и ИТ частные случаи источника ЭДС. У ИН ЭДС конечная величина, а R_вн. равно нулю, у ИТ оба параметра стремятся к бесконечности, но их отношение конечно и равно выходному току. У ИТ выходная ВАХ вертикальная прямая, и ИН - горизонтальная прямая. Внешняя ОС не превратит ИТУН в ИНУН. За счёт действия внешней ОС ИТУН может казаться ИЭДС, но его нагрузочная ВАХ всё равно будет как у ИТ именно потому что он ИСТОЧНИК ТОКА, хоть и управляемый напряжением.

[Сухоруков Сергей]

OFF:

... зависимость Ik от Ube - это просто ближе к истине.

Да чем ближе-то? Тем, что так написали Хилл и Хоровиц? Для нормальной работы БТ в усилительном режиме нужна инжекция носителей в область базы, а это ток, как ни крути. Уберите этот ток, например, за счёт очень большого Rb, и БТ перестанет усиливать сигнал, несмотря на наличие Ube.

Да не, ... в расчётах как раз удобнее Ik=B*Ib

Так и пользуйтесь, не парьтесь.

[киса]

BesPav, Скажите пожалуйста кто автор стихов? Мне очень понравились.

[shura1959]

Offтопик:

Тем, что так написали Хилл и Хоровиц?

Почему то преподавателям Гарварда как то больше верится...

Для нормальной работы БТ в усилительном режиме нужна инжекция носителей в область базы, а это ток

коллектора, в основном...

Уберите этот ток, например, за счёт очень большого Rb, и БТ перестанет усиливать сигнал, несмотря на наличие Ube.

Если можно, рабочую схемку посмотреть бы, где Ube, например 0,7В, а тока нет

[Сухоруков Сергей]

OFF:

Почему то преподавателям Гарварда как то больше верится

Да ради бога, верьте кому хотите.

[variator]

кто автор стихов?

Offтопик:
Строчку в поисковик и найдет. http://www.stihi.ru/2015/02/21/6005

Специально обученная студентка с отличным художественным образованием занимается прерыванием этого процесса если мы излишне увлекаемся.

Offтопик:
А вот про это, про это поподробнее!

[киса]

Уберите этот ток, например, за счёт очень большого Rb, и БТ перестанет усиливать сигнал, несмотря на наличие Ube.

Сергей, если я правильно понял то вы предлагаете ставить базовый резистор большой величины, ну например 10 МОм и при входном напряжении в 10 В ток будет всего (10 В-0,6 В)/10 МОм=0,94 мкА. Получим источник тока и если напряжение на базе будет меняться от 0,5 В до 0,7 В, то ток коллектора не будет изменяться от напряжения база-эмиттер и составит 0,94 мкА*h_21э. Пусть 0,94 мкА Х 100= 94 мкА. Я вас правильно понял?

[eclipsevl]

Offтопик:

Offтопик:


Коллега, вы таки заставляете меня краснеть...
Это как в анекдоте про патологоанатома и проктолога после работы:
- Люди, живые люди!
- И лица, ЛИЦА!

Коллега! *обнял, прослезился
Я, правда, пока до системного уровня не дорос.

[fakel]

Опять же с точки зрения практики, удобнее управлять напряжением на базе БТ с помощью тока, т.е. пользоваться выражением Ik=B*Ib, и, думается (хотя бы в первых двух-трёх приближениях), можно рассматривать БТ как ИТУТ (?).

Можно и так и так. Но бета - не константа же. Эберс-Моллж рассматривали недавно изобретенный транзистор как ухудшенную лампу, отсюда и напряжение на базе по аналогии с напряжением сетки.

---------- Сообщение добавлено 18:38 ---------- Предыдущее сообщение было 18:36 ----------

А физика говорит о том, что в нормальном усилительном режиме выходной ток транзистора управляется инжектируемым в базу током.

Пофиг что говорит физика, рассматривайте транзистор как черный ящик, пусть даже в нем фиксики дырки передвигают...

---------- Сообщение добавлено 18:40 ---------- Предыдущее сообщение было 18:38 ----------

Собственно именно резистор нагрузки двухтактного УНа превращает ИТУТ в ИНУТ, а попутно стабилизирует полюс и определяет крутизну преобразования I/U, ибо Vout=Iin*Rgain.

И попутно ухудшает свойства схемы, ограничивая глубину ОООС, которой схему можно охватить, чтобы стабилизировать

огромное усиление, но с сильно "пляшущими" частотными свойствами.

---------- Сообщение добавлено 18:44 ---------- Предыдущее сообщение было 18:40 ----------

А если резистор на землю не ставить, то получится штука, описанная здесь:

Парадоксально, но этот резик нужен только для организации местной ООС выходного повторителя. С тем же успехом (и даже лучше) ток можно вкачивать между базой и эмиттером ВК, а не между базой и коллектором, как на схеме - в этом случае ИТ оказывается под полным напряжением выхода, а оно ему надо с т.з. тепловых, нелинейных, фазовых искажений, и ограничений Uпит?

---------- Сообщение добавлено 18:46 ---------- Предыдущее сообщение было 18:44 ----------

Если можно, рабочую схемку посмотреть бы, где Ube, например 0,7В, а тока нет

В лавинном режиме: база по постоянке болтается в воздухе и отделена конденсатором от источника сигнала. Германиевые с большим Ik0 вполне себе работали

[BesPav]

Offтопик:

Offтопик:
Почитал с Вашей подачи... ужас, извините за выражение
Честно говоря не берусь оценить.

Ну давайте грубо.
Полный слой ~5 суток.
64 слоя ~ немногим меньше года подложку гоняют по всему Фабу.
С выходом годных тут попроще, ибо хоть в каждой ячейке и хранится квантируемый по восьми уровням заряд (три бита), но поверх блоков и макроблоков накручены неслабые коды коррекции ошибок. Разреженные Рида-Соломона с мягким принятием решений теперь в прошлом, на сцену вышли уже нелицензируемые за давностью патентов LDPC коды/коды Галлагера.

BesPav, Скажите пожалуйста кто автор стихов? Мне очень понравились.

Порекомендую сразу Эдуарда Асадова.

Offтопик:

Коллега! *обнял, прослезился
Я, правда, пока до системного уровня не дорос.

Так надо задирать планку-то.
;)
Посмотрите логику построения линейки кристаллов Интела LCC/MCC/HCC.
Ну и достойный ответ АМД-шников в виде универсальных кристаллов, запаиваемых на интерпосеры Ryzen/Threadripper/EPYC.

Тут только на масках с учетом тонких норм АМД-шники выиграли не меньше $200 млн, а уж про выход годных кристаллов и сортировку грейдов совсем молчу.

Прямо на наших глазах разыгрывается отличная партия между системными инженерами.

Как же мучительно наблюдать такую путаницу в терминологии!

Ну какая в ветке сформировалась - такую и использовал, ибо чего лезть со своим уставом.

И попутно ухудшает свойства схемы, ограничивая глубину ОООС, которой схему можно охватить, чтобы стабилизировать

Да вот щас, ага...
Опять картинка из той же презентации:


Ну и пара своих.
Первая, с резистором, задающим усиление второго каскада:


Вторая, без резистора (ставим вместо 1k кондер, и этим выгребаем всю доступную глубину усиления в звуковом диапазоне):


На 20 кГц глубина одинаковая, порядка 145-147 дБ и это всё, что у них обоих есть при общем КУ=~-2,8.

Ну и зачем вам хочется внизу побольше, неужели с учетом непредсказуемых утечек по паразитам кем-то плохо отмытой платы?
Или может интересно работать на скачущие токи выходной биполярной Тройки ЭП?
А может быть нравится непредсказуемое и переменное расположение полюса ВК?

Нет уж. В дискрете резик должен быть. Точка.

[fakel]

Ну и зачем вам хочется внизу побольше,

чтобы разница, приходящая на ДК, была поменьше. Соотв меньше искажения, которые нечем давить. это на тех частотах, где емкость еще не работает. А где она работает - не работает резик. лишняя деталь

А может быть нравится непредсказуемое и переменное расположение полюса ВК?

а пес с ним.

[Сухоруков Сергей]

OFF:

если я правильно понял то вы предлагаете ставить базовый резистор большой величины

Да нет, всё проще. Представьте, что сопротивление базы очень велико по какой-либо причине (внутренний обрыв, например, или очень высокоомная область базы из-за дефекта легирования). Настолько велико, что область базы "подвешена". На выводы база-эмиттер подается отпирающее напряжение порядка 1-2 В, но тока базы нет, а ток коллектора на уровне тепловых токов. Будет ли БТ в этих условиях усиливать сигнал?

В Вашем примере транзистор будет управляться источником тока.

[BesPav]

чтобы разница, приходящая на ДК, была поменьше

Ага, чтобы уровень сигнала был сопоставим с уровнем теплового шума.
Давайте доведем ситуацию до искусственного маразма, 300 дБ, я уже показывал.
https://forum.vegalab.ru/showthread....=1#post2305350

Даже симулятор на верхнем краю начинает "дурить".




И зачем нам такой сигнал, чего с ним дальше-то делать?