Wzmacniacz QRP co nie tak?

[SP2JQR]

I o tą zwielokrotnioną pojemność właśnie chodziło.

Pozornie mała wartość pojemności między bramką a drenem ma bardzo istotne znaczenie. Dodaje się ona do pojemności bramki.
Dobierając indukcyjność, która ma być w rezonansie trzeba to uwzględnić.
Z rezystorem, który jest włączony między bramkę a dren jest dokładnie tak samo - jego opór należy tyle samo razy zmniejszyć.
W związku z tym zjawiskiem stopień sterujący widzi znacznie większe obciążenie ( większa pojemność i mniejsza rezystancja) niż by to wynikało z pojemności wejściowej tylko samej bramki.
Policzenie dokładnie wzmocnienia jest dość trudne z uwagi na to, że tranzystor pracuje w klasie AB i dla dużych amplitud kształt prądu i napięcia jest odkształcony.

Pokusiłem się kiedyś o sprawdzenie doświadczalne ile razy wzrasta pojemność między bramką a drenem widziana od strony bramki - wyszło dla tranzystorów IRF 510, 520, 530 około 4razy dla wzmacniaczy zasilanych napięciem 12V i pracujących w klasie AB. Wartość ta jest związana ze wzmocnieniem napięciowym stopnia, które niezależnie od mocy wzmacniacza ( o mocy decyduje jeszcze prąd ) zależy od napięcia zasilania i kształtu impulsów.
Ta informacja powinna wystarczyć na poziomie radioamatorskim do oszacowania tego co jest widoczne od strony bramki IRFa.
Niestety, różne katalogi podają różne wartości pojemnośći dla tych samych typów tranzystorów. Warunki pomiarów mogą być różne, a producenci tranzystorów też są różni i różnice są nieuniknione. Nasze wartości mają więc charakter szacunkowy. Najczęściej spotkałem dla IRF530 pojemność wejściową od 600pF do 800pF a pojemność bramka-dren od 80pF do 150pF. Przyjmijmy wartość średnią 700pF dla bramki i 100pF między bramką a drenem.
Tak więc dla tych wartości suma pojemności widzianej przez stopień sterujący będzie wynosiła 700pF +4x100pF = 1100pF
Ponieważ nie znamy pojemności tranzystora BD135, musimy wstępnie ją pominąć, pamiętając jednak że istnieje i będzie miała wpływ na rezonans. A może ktoś spróbuje zmierzyć?
Jestem zobowiązany podać jeszcze jedną wartość ze swoich doświadczeń. Mianowicie jest to wartość szczytowa napięcia sterującego bramkę mosfetów. Napięcie to wynosi około 2,5 - 3V. Powyżej tego sterowania wchodzimy w zakres nieliniowej pracy wzmacniaczy.
Ta wartość jest potrzebna, aby oszacować moc sterującą potrzebną do sterowania mosfeta.
Brakuje nam rezystancji czynnej widzianej w bramce. W schemacie zastępczym tranzystora jest widoczny rezystor (lub przewodność - jak kto woli). Niestety nie znalazłem danych na jego temat. Tranzystor jest typu mosfet, wartość możemy przyjąć jako bardzo dużą i w pierwszym przybliżeniu pominąć.
Nie możemy jednak pominąć rezystora włączonego między bramkę a dren. Zakładamy też, że reaktancja kondensatora w tej gałęzi jest pomijalnie mała w porównaniu z rezystancją rezystora, dlatego też można ją pominąć dla prądu zmiennego.
Uwzględniając efekt Millera i moje doświadczalne dane, rezystancja widziana przez stopień sterujący będzie wynosiła około 330:4=82,5 omów - nie ma więc obawy, że bramka tranzystora nie jest obciążona. Z tego też powodu zbędne jest dodatkowe obciążenie bramki w tym schemacie dodatkowym rezystorem - obniżyłoby to jedynie sygnał sterujący i aby to skompensować trzeba by było podnieść moc drivera.
To wszystko tak by wyglądało, gdyby w źródle nie było rezystora. Rezystor ten powoduje sprzężenie prądowe. Tym razem w przeciwieństwie do efektu millera, gdzie dren dostarcza napięcia w przeciwnej fazie do napięcia na bramce, rezystor ten jest zasilany prądem w zgodnej fazie i jego wartość widziana od strony bramki będzie pomnożona przez wzmocnienie prądowe i doda się do pozostałej rezystancji.
Dla uproszczenia weźmy jednak pierwszy przypadek, gdy rezystora w źródle nie ma - tak będzie dla wzmacniacza o mocy 30W.
Zobaczymy wtedy oszacowaną na wstępie oporność około 80 omów.
Jaką moc musi więc dostarczyć stopień sterujący do bramki mosfeta?
Zmierzone napięcie 3V jest watrością szczytową. Przy założeniu, że kształt jest sinusem trzeba to przeliczyć na wartość skuteczną dzieoląc jego wartość przez 1,41. Wtedy ze zwykłego wzoru na moc wyliczymy, że wyniesie ona około 60mW.
Jest to bardzo zgrubne oszacowanie, słuszne jedynie dla niskich częstotliwości, ale moim zdaniem wystarczające dla naszych radioamatorskich celów. Na wyższych częstotliwościach, a nawet już przy niskich, ale dużych mocach widoczny jest wpływ indukcyjności nóżek tranzystora (+ to co w środku). Szczególnie duże znaczenie ma indukcyjność źródła, gdyż tam podobnie jak w przypadku rezystora źródłowego powstaje sprzężenie zwrotne prądowe. Z tego też powodu specjalne tranzystory przeznaczone do pracy na wysokich częstotliwościach mają często wyprowadzenia źródeł i emiterów w postaci szerokich blaszek, często złoconych.
W związku z tym, ci którzy będą chcieli zbudować wzmacniacz o mocy 30W zasilany niskim napięciem 12V muszą pamiętać o maksymalnym skróceniu nóżek tranzystorów mocy, najlepiej, aby razem z tym co jest wlutowane w płytkę długość nóżek nie przekraczała 1cm.
W jednym ze wzmacniaczy, które robiłem wydłużyłem długość nóżek do kilku cm i moc spadła z 30W do poniżej 10W.

Wracając do naszej oszacowanej mocy sterującej - może warto zastosować jakiś inny tranzystor niż BD135 mniejszej mocy, który do pracy liniowej będzie potrzebował mniej prądu i będzie jednocześnie miał większe wzmocnienie. Różne propozycje będą mile widziane.

Koledzy zawodowo zajmujący się projektowaniem dysponujący odpowiednimi narzędziami i będący w posiadaniu dokładnych modeli tranzystorów też mogą się włączyć - dowiedziałbym się wtedy na ile mój prosty radioamatorski szacunek odbiega od rzeczywistości i jakie popełniłem błędy i nieścisłości. Chodzi mi tak naprawdę o jakieś wspólne wypracowanie najprostszych metod wstępnego doboru elementów tego i podobnych wzmacniaczy w oparciu o niepełne dane katalogowe i przeprowadzone pomiary amatorskie, aby poziom błądzenia przy tworzeniu był jak najmniejszy. Bardzo dokładne wyliczenia są trudne i na ogół zajmują się nimi wyższe uczelnie, a nie radioamatorzy. Większość z nas to nie zawodowi elektronicy tylko reprezentanci innych zawodów. Mam jednak nadzieję, że ci co próbują coś kleić, już do tej pory czytając to - niektóre rzeczy trochę z przymrużeniem oka - są odrobinę zadowoleni, może w rezultacie zrobią sobie taki prosty wzmacniacz na jedno pasmo. Jeśli nie, to protestujcie i za jakiś czas podam swoją recepturę na taki wzmacniacz bez dzielenia się wiedzą radioamatorską jak to zrobiłem.
Po uruchomieniu wzmacniacza spróbujemy to zmierzyć, ale może już teraz ktoś to zasymuluje na komputerze?
Może ktoś się też wypowie jaki wpływ na działanie wzmacniacza będzie miał kondensator sprzęgający Między IRF a filtrem PI dla 10nF, 100nF, 300nF, może coś w schemacie warto zmienić? Jakie parametry rzeczywistych kondensatorów należy wziąć pod uwagę?