Широкополосный усилитель 100Гц - 5 МГц.

Я обещал практически проверить схему "операционного" усилителя на транзисторах и вот отчет о проделанной работе. Напомню его схему и АЧХ.

Рис. 1.

Рис. 2.

Меня заинтересовала его широкополосность: почти равномерное усиление от 500 Гц до 2 МГц, при коэффициенте усиления 40 дБ.

Прежде чем собрать схему на плате я решил немножко с ней поработать. Во-первых меня смущало цепочка диодов и я решил заменить их резистором, а также поменять еще кое-что. вот что у меня получилось:

Рис. 3.

В результате введение цепей коррекции (С3, С4, С5) удалось расширить полосу равномерного усиления от 100 Гц до 4 МГц при коэффициенте усиления около 60 дБ. Вот эту схему я и собрал на макетке.

Рис. 4.

Рис. 5. А это немного под другим углом.

Питание - 8 В, от двух Li-ion аккумуляторов. При первом включении оказалось что усилитель самовозбуждается. Посмотрел на схему и понял, что не хватает развязывающих конденсаторов по питанию. Впаял параллельно 68,0 мкФ и 100 нФ. Самовозбуждение как рукой сняло :). Что интересно, режимы транзисторов по постоянному току были практически такие же, которые выдал LTspice. Чтобы снимать АЧХ я на входе включил делитель приблизительно 1 : 100 (резисторы 10 Ом и 1 кОм). Источником сигнала был цифровой генератор.

Теперь о деталях. Читатель указал мне, что брать транзисторы КТ315 и КТ361 не стоит - лучше взять КТ3102 и КТ3107. Действительно, у них коэффициент усиления побольше будет. Решил взглянуть в даташит и был приятно удивлен:

Рис. 6.

Вот этих аналогов (ВС547 и комплементарного ему ВС557) у меня было достаточно. Ну в эмиттерном повторителе я все-таки поставил КТ315. Конденсаторы на входе и выходе (10 мкФ) - керамические желтенькие, 470 пФ - такой-же, а 680 пФ - бежевые, супербюджетные :).

Подключил генератор, параллельно ему - второй канал осциллографа, а первый канал - на выход усилителя. У моего генератора на выходе минимальный размах сигнала 250 мВ, так что после делителя будет 2,5 мВ.

Рис. 7. Осциллограмма сигнала на частоте 500 Гц.

При увеличении размаха сигнала на выходе более 6,8 В наблюдалось его ограничение.

Рис. 8.

Ограничение снизу - это потому, что на эмиттере эмиттерного повторителя напряжение было меньше половины напряжения питания - всего 3,3 В. При дальнейшем увеличении уровня входного сигнала его ограничение на выходе стало двухсторонним.

Рис. 9.

Т.е. это происходило при рамахе входного сигнала порядка 10 мВ.

Затем я замерил уровень выходного сигнала при входном, равном 350 мВ, на частотах 100, 500, 1000 Гц, 10, 100 кГц, 1. 2,3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 и 10 МГц. По полученным результатам рассчитал коэффициенты усиления на этих частотах, затем, с помощью онлайн калькулятора, пересчитал их в децибелы, а по децибелам уже построил график.

Рис. 10. АЧХ усилителя.

Чтобы проверить результат, подключил NanoVNA. Она у меня "зашкалила" :) Пришлось на выходе поставить делитель 1:10. Вот что получилось.

Рис. 11. АЧХ усилителя по версии NanoVNA.

Масштаб разный, а вывод один: ширина полосы пропускания по уровню -6 дБ простирается от 10 Гц почти до 8 МГц, и это при Кус > 60 дБ. Никаких искажений сигнала в этом диапазоне не наблюдалось.

Рис. 12. Форма сигнала на разных частотах.

Очень неплохой получился усилитель. Следует отметить, что входное сопротивление у него порядка нескольких кОм. Я бы подключил бы его к магнитной антенне и послушал бы средние волны. но у меня уже две недели там стоит мощнейшая помеха.

Хочу добавить, что при изменении напряжения питания от 6 до 12 вольт параметры усилителя практически не менялись, напряжение на эмиттере Q4 так же оставались практически неизменными.

Думаю, этот блок еще найдет свое применение. Да, если его применять в УНЧ, то в качестве Q1 лучше взять аудио транзистор с низким уровнем шума, например, 2SC181. Кроме того, в этом случае нужно сузить полосу пропускания, зашунтировав резистор R2 конденсатором, емкость которого придется подобрать.

Всем здоровья и успехов!