[电路/定理]

三极管放大锯齿波信号

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lv0817|  楼主 | 2018-8-30 17:45 | 显示全部楼层 |阅读模式
各位大佬,想求助一个问题,我计划用一个三极管(MJE15030)放大一个带锯齿包络的方波信号,目标的输出波形是将输入信号线性放大的结果,但输出波形总是不理想,想请教一下各位是什么原因。输入信号为占空比90%的锯齿波(100Hz)和占空比50%的方波(300KHz)想乘构成,
输入信号.JPG
中间采用共射极放大电路,


电路.JPG
具体参数如下
电路结构.JPG
输出波形不好描述,就如图所示,输出是由很多频率很高的方波构成的
shuchu 1.JPG shuchu2.JPG
另外几个比较大的困惑,
1.三极管能不能对三角波,方波这种谐波成分比较多的信号进行放大,如果可以的话,应该如何设计电路结构,
2.MJE15030是一个音频功率管,耐压值比较高,能不能采用模电课本中的方法进行直流工作点分析和交流分析

谢谢各位前辈




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Jack315| | 2018-8-30 19:59 | 显示全部楼层
交流耦合的共发射极电路实际效果类似一带通滤波器。
而三个电容的存在对低频段的影响较大。

信号的频谱范围比较大。
要想获得满意的输出波形,放大器的通频带宽度也要足够宽。

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lv0817 2018-8-30 21:55 回复TA
首先谢谢前辈,我刚才对电路的波特图做了一下仿真,通频带的范围是满足设计指标的,测试的信号输入范围的通频带也是很平坦的,那么最后低频的三角波的失真可能的原因是什么呢? 三角波或方波这样的信号能通过三极管进行放大么?是不是带直流偏置的信号通过交流耦合的共发射极后就就会吧其中的低频和高频谐波滤除掉?不知道我这两理解的对么? 谢谢 
Jack315| | 2018-8-30 23:36 | 显示全部楼层
LZ 能否晒晒通频带设计指标以及电路的波特图?

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Jack315| | 2018-8-31 00:25 | 显示全部楼层
给个例子供 LZ 参考。
原理图:
schematic.jpg

三极管为 2N3904。

电路参数:

parameters.jpg

电路的放大倍数为 50 倍。

不过重点是频率特性。这是波特图:

bodeplot.jpg

三个电容元件对频率特性的影响:

lowerband.jpg

红色:原始频率特性;
蓝色:输入、输出耦合电容短路,发射极反馈电容开路;
绿色:输入、输出耦合电容短路,发射极反馈电容短路。

三极管杂散电容对频率特性的影响:

upperband.jpg

红色:原始频率特性;
深绿色:Cbc 开路;
浅绿色:Cbc、Cbe 开路;
蓝色:Cbc、Cbe 和 Cce 开路。


2N3904 的特征频率不低于 300 MHz;
MJE15030 的特性频率不低于 30 MHz。

LZ 看下信号频谱有多宽?
放大器的通频带宽度又需要多宽?

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maychang| | 2018-8-31 08:05 | 显示全部楼层
"输出波形总是不理想,想请教一下各位是什么原因"

输入信号(第一幅图,红色)是具有直流分量的,你采用了交流放大器(使用了电容C1和C2),把直流成份丢掉了。

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lv0817 2018-8-31 09:02 回复TA
谢谢前辈,我还存在这样的疑问, 信号的直流成分不是一个定值么?就是类似于U+VSinα中的U,但是我不太清楚我的信号的U该如何表示,那么该如何找到这个直流分量呢?。(虽然通过观察示波器的交流档和直流档的信号确实不一样) 2.我在模电书里看到的共射极的接法都会带一个电容滤除掉直流成分,如果没有这个电容的话我的输出信号就没有放大了,比输入信号还小 谢谢  
maychang| | 2018-8-31 08:06 | 显示全部楼层
1.三极管能不能对三角波,方波这种谐波成分比较多的信号进行放大,如果可以的话,应该如何设计电路结构,
2.MJE15030是一个音频功率管,耐压值比较高,能不能采用模电课本中的方法进行直流工作点分析和交流分析

1、能。应该让放大器带宽尽量大一些。
2、可以。

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lv0817|  楼主 | 2018-8-31 08:52 | 显示全部楼层
首先谢谢二楼大神这么晚还回答问题,我的电路是用在质谱仪的射频电源中的一个放大部分,这一部分承担的功能是将AD834乘法器的输出结果进行放大(AD834将一个几Hz的锯齿波和3MHz的方波想乘,就得到类似于我图一的那种波形)
电路波特图如下

通频带

通频带

通频带

通频带

相位图

相位图

我在仿真的时候使用的是100Hz(锯齿)和300KHz(方波)的两个信号,这两个频率下间的通频带是比较平坦的,
所以,我想是不是可以排除放大倍数不一致所导致的失真


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tianxj01| | 2018-8-31 08:55 | 显示全部楼层
你这个输入是纯单向的,输出经过隔直就会畸变。
必须采用纯直流放大的形式,而且为了保证线性,还必须加尽可能深的负反馈。
高频运放可以实现你的要求。比路视频放大器用运放。

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lv0817 2018-8-31 09:13 回复TA
谢谢前辈, 那请问前辈纯直流的三极管放大应该如何实现呢?我刚才大致搜了一下,是要搭成差分的结构么? 
tianxj01| | 2018-8-31 09:17 | 显示全部楼层
tianxj01 发表于 2018-8-31 08:55
你这个输入是纯单向的,输出经过隔直就会畸变。
必须采用纯直流放大的形式,而且为了保证线性,还必须加尽 ...

自己搭的话,差分是无疑的,不考虑信噪比,频率这么高,差分管电流还不能小。
可以考察一般运放内部线路和一般的音频放大器,用高频管来做。实际上你就是去做一个高频性能不错的运放。然后正负电源,放大你这个不是问题。

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lv0817|  楼主 | 2018-8-31 09:32 | 显示全部楼层
tianxj01 发表于 2018-8-31 09:17
自己搭的话,差分是无疑的,不考虑信噪比,频率这么高,差分管电流还不能小。
可以考察一般运放内部线路 ...

xuexue前辈啦

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maychang| | 2018-8-31 09:50 | 显示全部楼层
“我还存在这样的疑问, 信号的直流成分不是一个定值么?就是类似于U+VSinα中的U,但是我不太清楚我的信号的U该如何表示,那么该如何找到这个直流分量呢?”

输入信号的直流分量,存在于锯齿波还是矩形波,从图中看不出来,需要看你对信号发生器的设置。

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maychang| | 2018-8-31 09:52 | 显示全部楼层
不过,从输入信号波形上看,曲线完全在横轴之上,这就足以说明该信号具有直流成份。

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Jack315| | 2018-8-31 09:55 | 显示全部楼层
方波和锯齿波的频率范围理论上为无穷大。
实际工程中通频带应考虑至少 10 倍的基频或更高,信号的放大才能基本不失真。

如果方波的频率是 3 MHz,通频带高频段至少要到 30 MHz 。
而且结果仍会有失真。所以,问题是允许有多少失真?

LZ 或可考虑其它方案。
从现有的信息看,也许可以考虑先放大低频信号,然后再相乘。
或者对低频信号采样后用单片机等数字处理的方案……
不清楚的是为什么用 8A 的三极管,负载是什么,最终的信号要求是什么……
因而无法提供相对比较理想的方案供参考。

质谱仪是一个测量设备,质量要求应该比一般应用电路的要求高。
这是设计高质量电路的方法,供 LZ 参考:

六西格玛设计(DFSS)案例 —— 三角波发生器

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maychang| | 2018-8-31 09:55 | 显示全部楼层
“在模电书里看到的共射极的接法都会带一个电容滤除掉直流成分,如果没有这个电容的话我的输出信号就没有放大了,比输入信号还小 谢谢 ”

要想保留直流成份,如8楼所说,可以采用带宽足够大的运放。
若是用分立元器件电路,那就要如9楼所说,使用差动放大电路,而且要使用双电源。

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lv0817|  楼主 | 2018-8-31 10:07 | 显示全部楼层
Jack315 发表于 2018-8-31 09:55
方波和锯齿波的频率范围理论上为无穷大。
实际工程中通频带应考虑至少 10 倍的基频或更高,信号的放大才能 ...

谢谢前辈,这个管子后面接的是一个变压器,因为是公司给的方案,让我们调整,所以就一直再测这个管子,我查过这个管子的datasheet,是可以做到30M的,我想基本可以满足我的设计需求,我先研究一下前辈提供的那个案例

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lv0817|  楼主 | 2018-8-31 10:08 | 显示全部楼层
maychang 发表于 2018-8-31 09:55
“在模电书里看到的共射极的接法都会带一个电容滤除掉直流成分,如果没有这个电容的话我的输出信号就没有放 ...

嗯嗯,好嘞,我按照前辈们的思路再来试一试

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maychang| | 2018-8-31 10:29 | 显示全部楼层
lv0817 发表于 2018-8-31 10:07
谢谢前辈,这个管子后面接的是一个变压器,因为是公司给的方案,让我们调整,所以就一直再测这个管子,我 ...

“这个管子后面接的是一个变压器,因为是公司给的方案,让我们调整”
变压器的频率特性是最差的,而且不能传输直流信号。
首帖楼主说两个信号为100Hz和300kHz,变压器能够做到的带宽就连这两个信号频率都达不到。你们公司不知道是怎么想的。

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maychang| | 2018-8-31 10:30 | 显示全部楼层
lv0817 发表于 2018-8-31 10:08
嗯嗯,好嘞,我按照前辈们的思路再来试一试

使用变压器,方向就不对,再试也试不出结果。

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lv0817|  楼主 | 2018-8-31 10:54 | 显示全部楼层
maychang 发表于 2018-8-31 10:30
使用变压器,方向就不对,再试也试不出结果。

嗯嗯,谢谢前辈提醒,我在联系一下公司那边

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Jack315| | 2018-8-31 11:13 | 显示全部楼层
lv0817 发表于 2018-8-31 10:07
谢谢前辈,这个管子后面接的是一个变压器,因为是公司给的方案,让我们调整,所以就一直再测这个管子,我 ...

MJE15030 截止频率至少为 30 MHz
在截止频率处,三极管电流放大倍数为 1 。

有可能的话宜选择更高截止频率的管子
有 100 倍(300 MHz)以上的就更好了。

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