Erhöhen Sie die Niederfrequenzverstärkung eines Kaskodenverstärkers

Ich habe (zum Spaß) einen Rauschgenerator mit dem Ziel entworfen, einen glatten Frequenzgang zwischen 10 Hz und 10 MHz zu erhalten. Da ich keine "ausgefallenen" Operationsverstärker habe, entschied ich mich für ein diskretes Design, das schließlich eine Kaskade von Kaskodenverstärkern verwenden wird. In der ersten Stufe möchte ich einen einzelnen Zener verwenden, um den Verstärker vorzuspannen und als Rauschquelle zu fungieren.

Designhinweise:

  • Ich habe mich für den Kaskodenverstärker entschieden, weil er nicht dem Miller-Effekt unterliegt
  • Um den Lawineneffekt auszunutzen, Vz > 6,5 V (der 1N4737 fällt um 7,5 V bei 30 mA ab)
  • Eine Möglichkeit besteht darin, den Zener nur als Rauschquelle zu verwenden und die Vorspannung separat durchzuführen, aber ich würde es vorziehen, diesen Weg nicht zu gehen
  • Der 1N4148 wird nur zum Vorspannen verwendet und kann bei Bedarf durch einen Widerstand ersetzt werden
  • Die Transistoren sind auf einen Vorstrom von 10 mA eingestellt (maximaler Verstärkungspunkt für den 2N3904)
  • Mir ist klar, dass Operationsverstärker für dasselbe verwendet werden können, aber ich wollte die zusätzliche Herausforderung, ein diskretes Design zu entwickeln, und Operationsverstärker mit einer Bandbreite von 100 MHz sind nicht billig.

Schaltplan der 1. Stufe des Rauschgenerators

Frequenzgangsimulation der 1. Stufe des Rauschgenerators

Fragen:

  • Bietet meine Simulation eine gute Annäherung an das gewünschte Verhalten? Denken Sie daran, dass das Ziel darin besteht, weißes Rauschen zwischen 10 Hz und 10 MHz zu verstärken.
  • Wie kann ich den Wert des Emitter-Bypass-Kondensators (C2) verringern und gleichzeitig den gewünschten Frequenzgang und die Durchlassbandverstärkung beibehalten?
  • Wenn ich diese Schaltung mit einem Aluminium-Elektrolytkondensator für C2 aufbauen würde, werde ich bei hohen Frequenzen auf ESR-Probleme stoßen?
Neben dem Hinzufügen realistischer Parasiten zu praktisch jeder Komponente sollten Sie auch eine Transientenanalyse mit einem Frequenz-Sweep und mit Rauscheingang durchführen und sich die FFTs ansehen und sicherstellen, dass Sie dies so genau wie möglich tun, audio-perfection.com/spice-ltspice/ … gibt nette Hinweise.

Antworten (2)

Wenn ich diese Schaltung mit einem Aluminium-Elektrolytkondensator für C2 aufbauen würde, werde ich bei hohen Frequenzen auf ESR-Probleme stoßen?

Nicht nur ESR, sondern auch ESL (Induktivität) verursachen eine Resonanzfrequenz und eine Verstärkung, die irgendwo im mittleren kHz- bis zig-kHz-Bereich gipfelt, und darüber wird die Verstärkung allmählich abnehmen, wenn die Induktivität dominanter wird.

Wie kann ich den Wert des Emitter-Bypass-Kondensators (C2) verringern und gleichzeitig den gewünschten Frequenzgang und die Durchlassbandverstärkung beibehalten?

Schwierig, da Sie eine Verstärkung von zehn benötigen und nicht möchten, dass die Ausgangsimpedanz viel mehr als 680 Ohm ansteigt. Ich würde in Betracht ziehen, Keramikkondensatoren mit 22 uF zu verwenden und sie parallel zu schalten, um Ihnen 220 uF zu geben. Auch hier müssen Sie auf Resonanzfrequenzprobleme achten und möglicherweise einige 100-nF-Kondensatoren über diese 22-uF-Kappen hinzufügen, um eine ziemlich flache Reaktion zu erhalten.

Versuchen Sie, ein paar nachzuschlagen und die parasitären Komponenten zu Ihrem Modell hinzuzufügen. Also, um deine erste Frage zu beantworten: -

Bietet meine Simulation eine gute Annäherung an das gewünschte Verhalten? Denken Sie daran, dass das Ziel darin besteht, weißes Rauschen zwischen 10 Hz und 10 MHz zu verstärken.

Nein, aber das lässt sich leicht beheben, indem man parasitäre Komponenten hinzufügt.

Wie würde ich parasitäre Komponentenwerte auswählen?
Sie müssen sich die Datenblätter für einen Kondensator ansehen, der eine Überlegung wert sein könnte. Es sollte ein Kondensator sein, der über genügend Daten verfügt, um die internen Parasiten wie R und L zu realisieren.
Basierend auf diesem Ratschlag denke ich, dass ich nur meine alternative Konfiguration verwenden werde, die mit Widerständen vorspannt und keine großen Kondensatorwerte erfordert.

Lassen Sie uns diese Schaltung umdrehen

schematisch

Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan

Ihre Stromversorgungsunterdrückung ist stark verbessert.

Können Sie die Veränderungen erklären? Außerdem verwendet dieses Design einen Zener mit viel niedrigerer Spannung.
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