Найти тему

Каскад со встречной динамической нагрузкой

Периодически в мои темы наведывается некто Андрей Куликов. Рекламирует онлайн-сервис Circuit Simulator, симулируя в нём свои схемки. Во многих использует так называемый двухтактный усилительный каскад со встречной динамической нагрузкой. Первое упоминание такого каскада я нашёл в журнале "Радио" №9 за 1976 год, в котором в рубрике "За рубежом" опубликован перевод статьи из американского журнала "Radio Electronics" №10 за 1974 год.

Заметка в "Радио" №9 за 1976 год
Заметка в "Радио" №9 за 1976 год

В дальнейшем этот каскад упоминался как в статьях "Радио" (например №11 за 1986 год, стр. 41 "Малошумящий усилитель"), так и в брошюрах серии "В помощь радиолюбителю", например в статье Игоря Нечаева "Приёмник прямого усиления" (выпуск №100, 1988 год).

Схема из ВРЛ №100 за 1988 год
Схема из ВРЛ №100 за 1988 год
Схема из "Радио" №11 за 1986 год
Схема из "Радио" №11 за 1986 год

Во всех статьях обязательно упоминается, что "для максимального усиления входное сопротивление последующего каскада должно быть высоким". И действительно, если смоделировать схему в симуляторе MicroCAP (это практически стандарт для разработчиков электроники), то увидим усиление 1627 раз на частоте 18 кГц при сопротивлении нагрузки, равном бесконечности. Правда, если нагрузить реальной нагрузкой 10 кОм, усиление упадёт до 581. Для звуковых частот это очень хорошо, усиление в два раза упадёт на частоте более 1 МГц. Поэтому в схеме приёмника Нечаева усиление на средних волнах (высшая частота 1605 кГц) порядка 300.

Для симуляции использовались модели транзисторов с граничной частотой 250 МГц, бетой = 175. Ток коллектора получился 1,35 мА. Напряжение на входе 1 мВ, поэтому на графике усиление видно без пересчёта (1 вольт - Ку = 1000).

Симуляция без нагрузки
Симуляция без нагрузки
С нагрузкой 10 кОм
С нагрузкой 10 кОм

Но Андрей Куликов предлагает использовать такой усилитель на УКВ диапазоне! Он забыл про Миллеровскую ёмкость, "благодаря" которой усиление на частоте 100 МГц будет всего около 4-х (и это на сопротивлении нагрузки 47 кОм, что для УКВ диапазона нереально много!). Одиночный транзистор с резонансной нагрузкой даст усиление по напряжению как минимум в 10 раз больше! Да, можно применить СВЧ транзисторы, увеличить через них ток, но всё равно требование высокоомной нагрузки сведёт все усилия на нет. Видимо, поэтому в симуляторе и ток покоя генераторного каскада у него больше 200 мА, а усилителя мощности более 170 мА. Видимо, при меньших токах с усилением совсем плохо... Да ещё и сопротивление антенны почему-то 1 кОм. Хотя в УКВ диапазоне резонансная антенна имеет сопротивление или 75 Ом (петлевой вибратор или GroundPlane с J-согласованием) или 300 Ом (диполь).

Схема Андрея Куликова
Схема Андрея Куликова

Для справки: делал я ТВ-передатчик на 1 Вт (радиус уверенного приёма - 300 метров) на 6-й ТВ канал (частота 174...182 МГц). При питании от 18 вольт общий ток 140 мА, на выходе КТ904 в классе С. Это не максимально возможная мощность, выходной транзистор был не полностью раскачан, мне это не нужно было.

Более того, и в низкочастотных схемах Андрей Куликов нагружает такой каскад на транзистор, включенный с общим эмиттером. Входное сопротивление каскада ОЭ при токе коллектора 1 мА и бете транзистора 175 будет 4,375 кОм (при меньшей бете сопротивление будет меньше). Это без учёта Миллеровской ёмкости, то есть на низких частотах. Но и на них видно, что усиление падает с 1175 до 320.

Схема Андрея Куликова
Схема Андрея Куликова
Схема Андрея Куликова
Схема Андрея Куликова
Схема Андрея Куликова
Схема Андрея Куликова
Схема Андрея Куликова
Схема Андрея Куликова
Симуляция до 100 МГц
Симуляция до 100 МГц
Симуляция с реальной нагрузкой
Симуляция с реальной нагрузкой

Вот так изначально хорошую схемотехнику можно дискредитировать непониманием её ограничений. Ведь на самом-то деле такой каскад прекрасно себя зарекомендовал в малошумящих усилителях, например в усилителе воспроизведения магнитофона (использовался даже в каком-то серийном кассетнике первого класса) или усилителе-корректоре для магнитного звукоснимателя.

Схемы УВ и RIAA-корректора
Схемы УВ и RIAA-корректора