Выходной каскад - Тройка эмиттерных повторителей

[BesPav]

Множественные обсуждения возбудов в усилителях и выходных каскадах заставили углубиться в тему.

Итак, пролог.
https://forum.vegalab.ru/showthread.php?t=73242

Коллега, спасибо!

Далее.
Смотрим АЧХ Тройки ЭП без принятия специальных мер:

Ай-яй-яй. Взлетаем.

Ну, читаем классиков, ставим резисторы в базы второго каскада.
Ух.
Для окончательного выравнивания АЧХ требуется 4k7.
Грустно.

Причина возбуда в целом понятна из предыдущей темы - работа быстрого второго каскада повторителя на емкостную нагрузку в виде входа третьего каскада.

Варианта два - тормозим второй каскад Тройки либо устраняем входную емкость третьего каскада.
Пробуем тормозить.


Ровненько.
Но 10 нФ!

Ок.
Отделяем второй каскад ЭП от первого резистором и тормозим конденсатором.


Отлично.
100 Ом + 220 пФ.


Где-то к этому же приходят коллеги вот здесь:
http://www.synaesthesia.ca/YAPOPstage.html

50 Ом + 470 пФ.

Dennis Feucht - Why circuits oscillate spuriously
Dennis Feucht _ Why circuits oscillate spuriously.pdf

[Ломатель]

BesPav, А как будут выглядеть графики, если выходникам в базы включить резисторы Ом по ... 5-10 ?

[BesPav]

BesPav, А как будут выглядеть графики, если выходникам в базы включить резисторы Ом по ... 5-10 ?

Да, можно и их прибавить.
Наилучший случай получается вот такой:


Но есть и серьезный минус.
На этих резисторах при пиковых расчетных токах в районе нуля потеряется 0,5-0,7 Вольта и можно легко угодить в класс Б.

[belka]

Offтопик:

Ну а насчет управления буфером от ИТ будем считать, что мы не заметили.

С того места, когда увидел, что тройку начали исследовать от ИН, так нарисовано в заглавии, далее можно было и не читать, так как с самого начала грубая ошибка в моделировании.

[BesPav]

Offтопик:
тройку начали исследовать от ИН

Вадим, !

Offтопик:
с самого начала грубая ошибка в моделировании.

Намеренное обострение.

[shura1959]

Коллега, спасибо!

Лишь бы на пользу.

Где-то к этому же приходят коллеги вот здесь:
http://www.synaesthesia.ca/YAPOPstage.html

Во, трудолюбивые ребята, всё загнали в симулятор.

Позволю себе изложить скромное замечание по вопросу возбудов в схемах:
на мой взгляд защищать от самовозбуждения желательно "любой отдельно взятый"(С) (Классик М-Л, не Марк Левинсон) транзистор в отдельности, т.к. из-за непредсказуемого поведения их реактивностей засвистеть может и одинокий элемент.
Полагаю для каждого "подозрительного элемента" (С) эффективен комплекс мер:

На этих резисторах при пиковых расчетных токах в районе нуля потеряется 0,5-0,7 Вольта и можно легко угодить в класс Б.

Вместо Базовых резисторов можно использовать цепь Буше 3...10мкГн, 50 Ом,
- сразу после эмиттера поставить резистор 0,1...5,0 Ом, затем эмиттерный резистор и цепь Буше к след. каскаду, или нагрузке.
- Коллекторы с питанием соединить через СR цепь 0,05...0,2 Ом, 10мкФ (Та,керамика ).
Модель приложу при необходимости.

[Ломатель]

Модель приложу при необходимости.

у меня случилась необходимость. будьте добры

[shura1959]

Модель в программе Tina (у TI есть бесплатная русская версия, ежели что), на картинках АЧХ, и импульс.

[ViktKors]

Например, если источнику сигнала приписать Rser = 220k и Cpar =33p (что вполне привычно по выходам УНа), то без притормаживания не так уж и страшно получается

Но все равно не бесспорно. По крайне мере, выбирать транзисторы и следить за режимами стоит внимательно. Да и подбирать вид "вспомогательных" цепей и номиналы в них стоит не по принципу "давайте оторвем таракану ноги", а ориентируясь хоть на что-то.

Картинка:

Это те самые типичные 470 кОм и 15 пФ на плечо (для двух плеч номиналы изменятся вдвое, будет очень близко к упомянутым "Rser = 220k и Cpar =33p")

Серое - импеданс на входе "тройки": на НЧ - 470 кОм, потом емкостной спад до rb входных транзисторов. Для ориентировки нарисовано что-то около 80 Ом (просто для иллюстрации, реально может быть и меньше).

Первый каскад тройки - транзистор с ft за 150 МГц и бетой ~150.
Такой транзистор означает, что на частотах где бета стабильна (до 1 МГц), выходной импеданс будет просто уменьшенной в 150 раз копией входного - коричневая кривая.
На 1 - 150 МГц бета падает, но до ~70 МГц продолжает падать и входной импеданс. Видим участок активного выходного импеданса - горизонтальный отрезок.
На еще более высоких частотах включается rb и выходной импеданс становится индуктивным. Если нагрузить этот каскад на неподходящую емкость, (например фиолетовая тонкая кривая - ~50 пФ), получим возбуд. Но реально там нагрузочный импеданс ниже (следующие каскады уже не работают на таких частотах) и безопасен.

А теперь нагружаем этот "коричневый" импеданс на второй каскад тройки - транзистор с ft ~80 МГц и бетой ~120. Получаем синюю кривую.
До частоты где его бета начинает падать (~700 кГц) имеем копию входного импеданса, только ниже.
Затем импеданс идет на один порядок круче - на частотах выше 1 МГц видим индуктивность (~50 нГн).

Ну вот и "проблема". Нагружаем это дело на входную емкость выходников (вроде тех что в топике) - фиолетовая толстая линия (300 пФ). Получаем резонанс (в красном овале). Импеданс на этой частоте - порядка 15 Ом - это и есть то, чем подобное стоит демпфировать (хоть и RC цепью, хоть при большом желании и резисторами в базах выходников).
Можно конечно обратить внимание на возможный разброс той-же емкости и подобрать более универсальный номинал. В симуляторе.
В жизни стоит обратить внимание, что величина эквивалентной индуктивности ~50 нГн, а это несколько сантиметров проводника. То есть стоит сделать поправку на монтаж. Имхо, это как раз типичный пример "проблемы", которая самоочевидна при банальном подходе, но которая практически с вероятностью 100% будет упущена в симуляторе, разве что методом тыка лепить паразитные индуктивности/емкости во все места - но на это всей жизни не хватит

Альтернативный вариант - поставить выходники с гораздо большей емкостью (и/или низкой ft, чтоб нагрузка всего УНЧ на ВЧ передавалась на вход второго каскада, на частоты, где его импеданс еще не индуктивный) - и исключить проблему ;)

Ну и финальный аккорд - выходной каскад. ft ~50 МГц. Его выходной импеданс растет вторым порядком на частотах 1 - 50 МГц, т.е. на этих частотах получаем опасность генерации на чисто активную нагрузку 0.х - 15 Ом.
Ну тут вроде как сработал общепринятый рецепт - грузим на дроссель выходного фильтра (индуктивность), зашунтированный некритичным резистором 47 Ом.



П.С. Это не анализ, как таковой. Это иллюстрация того, что выходная тройка - несколько сложнее, чем "давайте поставим три ЭП - получим зверское усиление по току и высокий входной импеданс"

[duty]

Так может так сильно не заморачиваться, а просто использовать составные транзисторы, есть нормальные Санкен, 2sd2390 2sb1560. Не генерят, все ок. Заменят сразу всю тройку

[mellowman]

Альтернативный вариант - поставить выходники с гораздо большей емкостью (и/или низкой ft, чтоб нагрузка всего УНЧ на ВЧ передавалась на вход второго каскада, на частоты, где его импеданс еще не индуктивный) - и исключить проблему ;)

Т.е. те самые 4 штуки 21193/4?

П.С. Это не анализ, как таковой. Это иллюстрация того, что выходная тройка - несколько сложнее, чем "давайте поставим три ЭП - получим зверское усиление по току и высокий входной импеданс"

Спасибо за такой "неанализ"!

[shura1959]

Offтопик:
ViktKors,Спасибо, очень доходчиво, даже мне понятно.

[sia_2]

Ну да, добиться от "тройки" надежной и стабильной работы, не вводя заметных по номиналу резисторов в базы выходных (которые, в частности, сильно ухудшают линейность при больших токах), не так-то просто. Особенно учитывая привходящие моменты, такие, как квазинасыщение транзисторов и большие избыточные фазовые сдвиги коэффициентов передачи тока, возникающие из-за существенной распределенности базо-эмиттерных структур у большинства транзисторов средней и большой мощности, плюс влияние конструктивных индуктивностей и взаимоиндуктивностей. Кстати, из-за этих особенностей, на практике (а не в симуляторе) применение "четверки" в большинстве случаев не имеет смысла - из-за худших частотных свойств и потери линейности после "успокоения".

[fakel]

Ну да, добиться от "тройки" надежной и стабильной работы, не вводя заметных по номиналу резисторов в базы выходных (которые сильно ухудшают линейность при больших токах), не так-то просто. Кстати, на практике (а не в симуляторе) "успокоение" "четверки" в большинстве случаев делает бессмысленным ее применение - из-за худших частотных свойств и потери линейности.

Дросселем шунтировать базовые резики

[sia_2]

Не панацея. На ВЧ все равно эти резисторы остаются, и в сочетании с изменениями входной емкости и Ft создают сильную модуляцию АЧХ/ФЧХ и выходного импеданса выходного каскада.

[Ломатель]

ViktKors,
shura1959,
Спасибо!

[fakel]

На ВЧ все равно эти резисторы остаются,

на ВЧ ОООС пустить в обход ВК (перемкнуть вход и выход тройки кондером в 20-50пФ)

[sia_2]

на ВЧ ОООС пустить в обход ВК (перемкнуть вход и выход тройки кондером в 20-50пФ)

И получить генератор. Поскольку коэффициент передачи на ВЧ у троек всегда больше единицы, типовой выброс АЧХ составляет 6-12 дБ.
Таким способом иногда можно корректировать "двойки", но не "тройки".

[Ломатель]

ViktKors, sia_2, значит ли описанное вами, что в теории, если необходимо получить низкий импеданс в более широком диапазоне частот, то оправданно ограничиться двойкой и на выходе ставить большое количество (ну, допустим 20+) более высокочастотных транзисторов? Что ограничивает широкое применение такого подхода?

Offтопик:
Это я все к чему. По долгу службы я сейчас разрабатываю силовые достаточно низкоиндуктивные SiC MOSFET модули для монтажа на печатную плату. Силовая электроника - скука смертная. Не теряю надежды адаптировать опыт для аудио применений. Теоретически вполне возможна разработка модуля в стандартном корпусе для монтажа на печатную плату с гирляндой кристаллов внутри.
Примеры корпусов:
https://www.infineon.com/cms/media/p...ic_Easy2B.jpeg
или
https://static2.semikron.com/typo3te...90_picture.jpg

[fakel]

И получить генератор. Поскольку коэффициент передачи на ВЧ у троек всегда больше единицы, типовой выброс АЧХ составляет 6-12 дБ.
Таким способом иногда можно корректировать "двойки", но не "тройки".

тогда шунтировать не всю тройку, а только ее часть

[sia_2]

ViktKors, sia_2, значит ли описанное вами, что в теории, если необходимо получить низкий импеданс в более широком диапазоне частот, то оправданно ограничиться двойкой и на выходе ставить большое количество (ну, допустим 20+) более высокочастотных транзисторов? Что ограничивает широкое применение такого подхода?

В общем, да. Ограничивают - громоздкость и цена при дискретном исполнении как следствие трудоемкости. Плюс необходимость тщательной конструктивной проработки. И дефицит реально высокочастотных транзисторов с хорошими отношениями ток (или ОБР)/емкости.