Wzmacniacz. Pulapki

Wzmacniacz. Pulapki

  Lampy elektronowe osiągnęły znaczny poziom doskonałości. W udanych europejskich triodach Philipsa zastosowanych w telewizyjnych głowicach na zakres UHF odległość siatki od katody musi być bardzo mała i zastosowano opracowaną technologie siatki napinanej. Dla zmniejszenia indukcyjności wyprowadzenia siatki ( lampy pracują we wspólnej siatce ) i katody zastosowano do połączenia kilka nóżek typowej podstawki noval. Tolerancje mechaniczne w technologi siatki napinanej są mikrometrowe a mimo tego lampy miały ceną możliwą do zaakceptowania w przeciwieństwie do mikrofalowych triod „żołędziowych” wcześniej produkowanych w USA.

N.B Mikrometrowe tolerancje są też w technologi mikroelektronicznej.

W USA chętnych na nadawanie programów telewizyjnych, połączonych z reklamami, było wielu i szybko przydzielono im częstotliwości na zakresie UHF bowiem zakres VHF był już zapełniony stacjami. Szybko też pojawiły się odbiorniki telewizyjne z zakresem UHF i zewnętrzne przystawki na UHF. Głowice były niedopracowane. Bardzo duże były szumy i złe tłumienie kanału lustrzanego. Za mało stabilna była heterodyna. W rezultacie reklamacji i niezadowolenia klientów producenci odbiorników wycofali się z zakresu UHF i po kilku latach tylko kilka procent produkowanych odbiorników telewizyjnych wyposażano w zakres UHF. Nastąpił odwrót od zakresu UHF ! Dopiero dyrektywa rządowej komisji do spraw komunikacji zobowiązała producentów odbiorników TV do obowiązkowego stosowania zakresu UHF.

W Europie tego błędu nie popełniono i UHF zagospodarowano później ale skutkiem tego lampowe głowice UHF produkowano tylko kilka lat dlatego że wyparły je lepsze głowice z nowymi tranzystorami germanowymi AF139 i AF239.

Zatem normy, które są obowiązującym prawem, na odbiór UHF ustalono w USA w oderwaniu od stanu technologii !

Normy przestarzałe hamują postęp a zbyt nowoczesne i wymagające robią zamieszanie i też hamują postęp.

W USA popularne są radiotelefony bez zezwolenia na zakres CB ( Citizen Band, Pasmo obywatelskie) 27 MHz. Pasmo ma za małą pojemność jak na ilość chętnych. Pierwotnie miał to być pojemny niski UHF ale trudności techniczne jak z głowicami telewizyjnymi sprawiły że w końcu przydzielono obecne pasmo CB rezygnując z UHF.

Stanowienie norm jest bardzo ważne i z projektantów – producentów zdejmuje część pracy i odpowiedzialności.

Normy przykładowo podają jaka ma być charakterystyka filtru antyaliasingowego w systemie PCM. Jest ona wynikiem kompromisów – możliwości ekonomicznej realizacji i poziomu zakłóceń wskutek aliasingu przy określonym spektrum sygnału mowy.

Małe były także tolerancje w produkcji lamp miniaturowych do urządzeń przenośnych. W bańce lamp umieszczano też rezystory. Mikromechanika nie jest nowością.

Władzom III Rzeszy dość szybko udało się rozruszać gospodarkę po dojściu do władzy. Zależało im na dużej produkcji i sprzedaży ( niewygórowana cena ) odbiorników radiowych aby oprócz normalnych audycji docierała też do odbiorców propaganda. W Niemczech lampy elektronowe i elementy bierne oraz odbiorniki produkowano już przed wojną metodą przemysłową a nie warsztatową.

Zapóźnienie cywilizacyjne Europy Wschodniej rozpoczęło narastać już w XVI wieku ale podłożem były już zdarzenia wcześniejsze. Epidemia „czarnej śmierci” w Europie przywleczonej z Azji Środkowej przez Krym doprowadziła na zachodzie Europy do śmierci 30-60% populacji. Było to powodem popularyzacji oczynszowania chłopów aby wydajnej pracowali jako że brakowało siły roboczej. Drugim powodem było zasypanie zachodniego rynku srebrem zrabowanym w nowym świecie i spowodowana tym rewolucja cen w Europie . Na wschodzie Europy zmiany nieszczęśliwie poszły w odwrotnym kierunku i zaprowadzono okrutne niewolnictwo nazwane pańszczyzną. Nastąpił regres cywilizacyjny. Szlachta w przymierzu z kościołem katolickim była elementem wyłącznie pasożytniczym. Klęska reformacji była kolejnym gwoździem do trumny Polski. W końcu cofającą się w rozwoju słabiutką Polskę rozszarpały trzy niemieckojęzyczne dwory – Prus, Austrii i Rosji. Na dworze Katarzyny II, która była urodzoną w Szczecinie Prusaczką używano języka niemieckiego a kluczowe osoby związane były z Prusami.

Gospodarka zaboru pruskiego całkiem dobrze się rozwijała. Rozwój w zaborze rosyjskim rozpoczął się po ukazie carskim z 1864 roku uwłaszczającym chłopów. Żydzi, którzy weszli w posiadanie majątków skonfiskowanych buntownikom potrafili martwy dotychczas gospodarczo majątek uruchomić gospodarczo. Przedsiębiorcami – kapitalistami byli tylko Niemcy, Żydzi, Francuzi a rzadko Polacy czy Rosjanie.

W odrodzonej Polsce na urzędach odrodziła się pasożytnicza szlachta doprowadzając złodziejstwem i bezgraniczną głupotą do regresu cywilizacyjnego i spektakularnej katastrofy. Skorumpowany aparat państwa został użyty do realizacji wyzysku ! Nie powstało ani jedno duże prywatne polskie przedsiębiorstwo.

Zaletą reżimu powojennego było kompletne rozmontowanie systemu wyzysku i stagnacji oraz zapoczątkowanie rozwoju. Pytanie o to czy można to było zrobić delikatnie bez przelewu krwi powinno być skierowane do gdybologicznej historii alternatywnej.

Tak jak pasożytniczy urzędnicy sanacyjni uważali się za szlachtę tak wysocy urzędnicy partyjno - państwo robili to samo. Mając na ustach marksizm i leninizm mieli służbę w domach i specjalne luksusowe zaopatrzenie gdy Polacy klepali biedę. W odbudowywanej Warszawie nowe luksusowe mieszkania dla nowej szlachty miały służbówki. Dopiero interwencja Moskwy i dyrektywy Gomółki skończyły z tym ale nadal istnieją specjalne sklepy dla funkcjonariuszy partii i aparatu przemocy.

Zupełnie inaczej funkcjonowały i funkcjonują społeczeństwa zachodu i wschodu Europy. Na zachodzie w długotrwałym procesie narodzin kapitalizmu ( Redeployment ) niekonsumowane pasożytniczo ale zaoszczędzone nadwyżki z rolnictwa właściciele inwestowali w manufaktury a potem w przemysł. Powstawały wspaniałe miasta. Pomysłowi przedsiębiorcy wytężoną pracą ( ale też wyzyskiem ) potrafili się przez kilka dekad wzbogacić. Z przekąsem nazywano ich nowobogacki czyli nuovorich.

Na wschodzie pasożytnicza szlachta prowadziła nadkonsumpcje a miasta kompletnie upadły.

Po II Wojnie zagrożenie inwazją ZSRR prawdziwe czy zmyślone wymusza prowadzenie przez Zachód polityki szeroko akceptowanej przez społeczeństwo aby móc obronić się w wojnie. Obywatel któremu w państwie jest dobrze jest zdeterminowanym, sprawnym żołnierzem czego dowiedli Niemcy w ostatniej wojnie. Politycy na Zachodzie zarabiają dużo, dużo mniej niż bogaci przedsiębiorcy. Polityka nie jest tam sposobem nieuczciwego wzbogacenie się. Jest uczciwą, w miarę dobrze płatną pracą dla społeczeństwa i państwa a przed wszystkich drogą do sławy.

We wschodniej Europie nie ma nawet średnich przedsiębiorców a do polityki idzie się dla korzyści i pieniędzy co jest powodem totalnej demoralizacji.

W bloku wschodnim żaden inżynier nie doszedł swoją pracą do bogactwa co przecież jest normą na całym Zachodzie a zwłaszcza w USA.

Skoro system wschodni wyklucza funkcjonowanie inżynierów – przedsiębiorców to nie powstają żadne wynalazki ani opracowania i „myśl” w uprzedmiotowionej postaci licencji trzeba kupić. Stalinowski ZSRR fabryki kupował w USA i w Niemczech. Sam praktycznie nie umiał niczego wymyśleć i stworzyć. Potrafił tylko czasem kopiować.

Po wojnie pierwszy odbiornik radiowy „Aga” produkowano na szwedzkiej licencji. Zakładanej wielkości licencyjnej produkcji radzieckiej Pobiedy – Warszawy M20 nigdy nie uzyskano co wobec prymitywizmu Syreny było powodem kupienia licencji na Fiata 125, który bez porządnej modernizacji już się zestarzał. Władze starają się w tajemnicy trzymać to że wszystko co w Polsce jest w miarę nowoczesne jest produkowane na licencjach. Mało nowoczesną broń produkujemy na licencjach radzieckich.

W całym świecie drogo pracuje się głową a tanio pracuje się rękami. Systemy gospodarczo – społeczne na wschodzie i zachodzie funkcjonowały i funkcjonują zupełnie inaczej. Uprzedmiotowioną ”myśl” wytworzoną na zachodzie kupujemy na zachodzie i tanio w systemie światowym pracujemy rękami. Kupujemy na zachodzie bardzo drogą technologie i nowoczesne drogie elementy do produkcji a sprzedajemy tanio węgiel, miedź i czasem szynkę i wódkę.

Czy jest to droga do modernizacji i awansu w świecie ?

Odpowiedź na pytanie czy w ogóle można kupić – zaimportować proces modernizacji i nowoczesność jest negatywna.

Oczywiście nie trzeba kupować całego spectrum potrzebnych technologi. Nawet USA nie są samodzielne technologicznie. Wystarczy mieć swoją specjalizacje, nowoczesny eksport i za pieniądze z niego importować resztę technologii. W eksporcie oczywiście trzeba wykorzystać jak najsilniej efekt skali dużej produkcji.

Jak skończyć z strasznym obciążającym nas od 500 lat dziedzictwem ?

-Polityka i władza nie mogą być sposobem luksusowego życia i pasożytniczego wzbogacanie się na społeczeństwie drogą faktycznego rozboju czyli prywatnym podatkiem. W biednych krajach kapitalistycznych skorumpowana polityka i złodziejska władza służą do wzbogacenia nielicznych kosztem zubożenia całego narodu. Słabiutkie przedwojenne państewko polskie rozsypało się w proch po napaści sąsiadów

-Gospodarka na zachodzie jest kapitalistyczna ale wysokie podatki finansują państwo dobrobytu. We Francji całkiem dobrze działają nowoczesne, kapitalistyczne firmy państwowe. Kompetentne (!) zarządy firm otrzymują premie od efektów pracy. Firmy te mają działy badawcze i konstrukcyjne. Zamiast kupować nową technologie trzeba w Polskich firmach płacić inżynierom i naukowcom za dobrą pracę i tylko za dobrą pracę a nie za jej pozoracje bez efektów. Tajemnicą poliszynela jest to że zagraniczne wywiady zajmują się pozyskiwaniem poufnej lub tajnej wiedzy czyli na przykład różnych dokumentacji nowoczesnych urządzeń.

Pułapki

Wzbudzenie i podwzbudzanie się każdego wzmacniacza mocy ( kontynuacja wątku ), od częstotliwości akustycznych do mikrofalowych jest najbardziej nieprzyjemnym wyzwaniem z jakim spotyka się konstruktor wzmacniacza. Parametry częstotliwościowe tranzystorów mocy zmieniają się nieliniowo w funkcji napięcia kolektora Uce i prądu kolektora Ic co jest kolejną komplikacją sprawy i powodem chaotyczności wzbudzania się. Duże znaczenie w zakresach radiowych ma nieliniowość pojemności zwrotnej Cbc tranzystorów.

Na zakresach radiowych do testu konstrukcji potrzebny jest Analizator Widma czyli Spectrum Analyser.

Impedancja obwodu zasilania z reguły musi być mała w całym zakresie częstotliwości i obwody zasilania układów analogowych muszą być często dodatkowo rozprzężone aby uniknąć przecieku zakłóceń. Hybrydowe wzmacniacze mocy RF mają zasilanie zablokowane wewnątrz kondensatorami ceramicznymi o niewielkiej pojemności a kolejna dwa kondensatory, jeden ceramiczny a drugi elektrolityczny, dołączone są z zewnątrz.

Kondensatory foliowe mają małą stratność. Miniaturowy kondensator 100nF/50V ma szeregowy rezonans przy częstotliwości około 5 MHz a oporność ESR około 20 mOhm. Obwód blokujący zasilanie z indukcyjnościami długich ścieżek tworzy coś podobnego do filtru eliptycznego gdzie ścieżki to indukcyjności podłużne a kondensatory to belki poprzeczne zer LC gdzie L do indukcyjność kondensatora. Taki pseudo filtr powinien zakłócenia mocno osłabiać i w żadnym razie nie może ich rezonansowo wzmacniać co jest niedopuszczalne. Równoległy do foliowego lub ceramicznego kondensator elektrolityczny o dużej stratności, skutecznie tłumi takie rezonanse.

Kondensatory do układów hybrydowych mają mniejsze indukcyjności i wyższe częstotliwości rezonansu szeregowego.

Pojemność kondensatora elektrolitycznego szybko spada z częstotliwością. Żywotność kondensatora elektrolitycznego, szczególnie o małej pojemności, szybko spada wraz z temperaturą pracy o czym trzeba pamiętać.

Znacznie lepsze parametry częstotliwościowe niż zwykły kondensator elektrolityczny ma trwały kondensator tantalowy, który jest niestety drogi. Elektrolit jest w nim stały. Produkowane są także kondensatory elektrolityczne ze stałym elektrolitem w hermetycznych obudowach. Są niestety drogie ale wystarczą niewielkie ich pojemności Jeśli więc na schemacie aplikacyjnym podano że konieczne jest zastosowanie kondensatora tantalowego lub z elektrolitem stałym to bez tych elementów trzeba zastosować zmodyfikowane rozwiązanie.

Ceramiczne kondensatory ferroelektryczne mają duży temperaturowy współczynnik pojemności co jest wadą i do celów sygnałowych zupełnie się nie nadają ale za to mają mniejszą dobroć niż kondensatory foliowe co jest tu akurat zaleta a nie wadą. Generalnie należy się stosować do zaleceń producentów układów scalonych i jeśli tam w aplikacji w blokadzie zasilania są dwa równoległe kondensatory, ceramiczny i elektrolityczny, to tak ma być ! Optymalna pojemność kondensatora ceramicznego jest tym mniejsza ( chodzi o częstotliwość rezonansu szeregowego) im wyższa jest częstotliwość pracy zasilanego układu.

Zasilanie telewizyjnego układu pośredniej częstotliwości TDA440 w katalogu zablokowano parą kondensator ceramiczny 10 nF i elektrolityczny 10 uF a zasilanie podano przez stratny dławik ferrytowy. Pojemność 10 nF jest adekwatna dla częstotliwości pracy IF.

Przy większych częstotliwościach stosujemy trzy kondensatory równolegle. Dwa ceramiczne przy czym drugi ma większą pojemność niż pierwszy i kondensator elektrolityczny.

„Pereła” ferrytowa czyli mały walec nałożony na drut ma indukcyjność w zależności od rozmiaru i typu ferrytu 0.5-5uH. Użyty ferryt ma dużą stratność ( w zastosowaniach sygnałowych stratność ma być jak najmniejsza ) i ma małą dobroć. Poszczególne gatunki ferrytów są optymalne na zakresy od fal krótkich do VHF. Użycie przypadkowej perełki jest wykluczone.

Testowanie obwodów zasilania jest proste. Sygnał prostokątny – zakłócenie ( bez składowej stałej ) z generatora o regulowanej częstotliwości podajemy do pinów zasilania i GND wybranego układu scalonego ale system jest bez zasilania. Oscyloskopem obserwujemy jak propaguje zakłócenie. Szybki regulowany potencjometrem generator RC o sporej wydajności prądowej wyjścia możemy ad hoc stworzyć z buforów TTL najlepiej serii S lub H.

Przykłady rozwiązań pokazano dalej.

Celem skrócenia czasu wyjścia tranzystora bipolarnego z nasycenia i zmniejszenia akumulowanego w bazie ładunku, stosowane jest domieszkowanie złotem. Było ono konieczne w tranzystorach stosowanych w szybkiej logice nasycanej. Najpopularniejszym tranzystorem NPN domieszkowanym złotem jest 2N2369 z ekwiwalentami ( krajowy BSXP87 ) w różnych odmianach. Częstotliwość graniczna tego tranzystora przekracza 500 MHz i dobrze sprawuje się on na częstotliwościach radiowych. Podczas nasycenia ładunek w bazie gromadzi się stopniowo. Czas propagacji najprostszego inwertera jednotranzytorowego z 2N2369 pracującego z prądem 0/10 mA wynosi około 5 ns czyli mniej niż można by się spodziewać z danych katalogowych. Szybkość łatwo jest zmierzyć wykonując z nieparzystej 5-9.. ilości inverterów generator kołowy. Generowaną częstotliwość można zmierzyć oscyloskopem lub częstościomierzem.

Domieszkowane są złotem tranzystory BSX59-61 (tranzystory krajowe z dodatkową literą P ) na prąd kolektora 1A. Ich przeznaczeniem było szybkie przełączanie prądu wyboru w matrycach pamięci ferrytowych. Ich Ft też przekracza 500 MHz. Zdarza się że jeden producent tranzystora przełącznikowego stosuje domieszkowanie złotem i /lub technologie Overlay a inny pod tą samą nazwą nie stosuje i tranzystory mogą być kompletnie niezamienne. Dla tranzystorów domieszkowanych złotem charakterystyczne jest przy małych prądach kolektora znacznie większe napięcie nasycenia Ucesat co zresztą zapobiega kumulacji ładunku w bazie. Mają też większy prąd upływu Icbo i mniejsze wzmocnienie prądowe.

Masowo produkowane i stosowane są małe, tanie i bardzo szybkie (2-4 ns) domieszkowane złotem diody krzemowe na prąd 100-200mA i napięcie 50-75V, na zachodzie gdzieś od 1963 roku. Dużą popularność zyskały rodziny z typem podstawowym 1N914 i 1N4148.

Na wykresie pokazano charakterystykę napięciowo prądową diody bardzo szybkiej domieszkowanej złotem i podobnej dużo wolniejszej diody bez domieszkowania.

W temperaturze pokojowej przy prądzie 0.1uA dioda domieszkowana złotem ma spadek napięcia ca 150 mV czyli bardzo mały ( czyli bardziej jak dioda germanowa lub dioda Schottky ) a nie domieszkowana 450 mV. Różnica napięć jest ogromna i maleje z prądem obu diod. Przy małych prądach prąd domieszkowanej złotem diody rośnie e ( stała Eulera) razy co około 2 kT/q czyli co 52 mV a nie co kT/q czyli co 26 mV jak normalnie. „Złota” dioda nie jest „logarytmiczna”. W aktywnym prostowniku ze wzmacniaczem operacyjnym dioda domieszkowana złotem sprawdza się doskonale a dioda niedomieszkowana daje marny rezultat. Dioda domieszkowana dobrze też prostuje napięcia radiowe.

Jaki jest mankament diody domieszkowanej złotem ? Dioda domieszkowana ma prąd upływu nawet kilkaset razy większy niż niedomieszkowana ! Jeśli domieszkowaną złotem diodę zastosujemy do ochrony wejść delikatnego wzmacniacza „elektrometrycznego” to uczynimy go bezużytecznym bowiem prąd polaryzacji wzrośnie tysiąc razy. Tak zrobił autor bowiem informacja ta nie jest nigdzie podawana. Zorientował się dopiero po czasie. Do tego celu ( ochrony) należy zastosować jedno złącze tranzystora JFet o najlepiej małym rozmiarze które ma bardzo mały upływ lub złącze tranzystor małosygnałowego ale bez złotej domieszki. Poza tym bramka tranzystora JFet toleruje pewien prąd i można prąd awaryjny ograniczyć rezystorem co jednak spowoduje wzrost szumów ale czasem może być on bardzo mały. Nawet przy prądach dużo większych niż elektrometryczne dioda domieszkowana złotem sprawi kłopot.

Są też produkowane diody „low leakage” czyli o małym upływie i są one oczywiście powolne.

Temperaturowa zmiana napięcia na diodzie domieszkowanej złotem jest większa niż niedomieszkowanej. Biorąc po uwagę że mniejsze jest też napięcie na niej, jest ona znacznie lepszym sensorem z punktu widzenia układu z nią współpracującego. Czułość tego sensora rośnie wraz z malejącym prądem. Mankamentem bardzo szybkiej, małej diody domieszkowanej złotem jako sensora temperatury jest jej zdolność prostowania zakłóceń aż do dolnego zakresu częstotliwości UHF co trzeba mieć na względzie.