Ingångsimpedans klass C (bipolär transistor)

SM4WWG

Well-Known Member
Halloj alla byggare!

Nu har det slagit slint i skallen på mig igen! ;-)
Sitter och labbar med drivsteg/slutsteg för klass C. Både i verkligheten och i simulering.
Varför? Ingen speciell orsak, vill fördjupa mig lite i ämnet helt enkelt.

Försöker hitta något läsbart som enkelt förklarar en klass C förstärkare, framför allt när man använder
bipolära trissor. Det mesta man hittar på nätet säger att impedansen brukar ligga runt 5-10 ohm på basen.
Går det räkna fram enkelt?
Om jag vill mata ingången med 50 ohm lär jag ju ha en trafo imellan och vill ju då deta om det är 5 eller 10 ohm jag ska transformera ner till. :p

Laborationer i LTSpice visar helt olika värden beroende på hur jag mätt. Ibland blir resultatet mellan 5 till 16 ohm om jag mäter strömmen/spänningen in mot trissan och räknar manuellt (typ V/I), men mäter jag genom att ändra ett seriemotstånd in mot trissan tills spänningen halverats blir resultatet ett annat. Typ 50 Ohm, osv.

Smackade ihop lite junkboxkomponenter på ett laminat igår och fick ut c:a 1.5 watt när jag matade på c:a 5 Vpp från signalgeneratorn (50 ohm). Då utan anpassningstrafo och in mot trissans bas med dess resistor mot jord via en 10nF konding.

Tips? Förklaring? Lektion? Någon? :D
 

Attachments

  • testar.jpg
    testar.jpg
    63.4 KB · Views: 101

SM0AOM

Well-Known Member
Halloj alla byggare!

Nu har det slagit slint i skallen på mig igen! ;-)
Sitter och labbar med drivsteg/slutsteg för klass C. Både i verkligheten och i simulering.
Varför? Ingen speciell orsak, vill fördjupa mig lite i ämnet helt enkelt.

Försöker hitta något läsbart som enkelt förklarar en klass C förstärkare, framför allt när man använder
bipolära trissor. Det mesta man hittar på nätet säger att impedansen brukar ligga runt 5-10 ohm på basen.
Går det räkna fram enkelt?
Om jag vill mata ingången med 50 ohm lär jag ju ha en trafo imellan och vill ju då deta om det är 5 eller 10 ohm jag ska transformera ner till. :p

Laborationer i LTSpice visar helt olika värden beroende på hur jag mätt. Ibland blir resultatet mellan 5 till 16 ohm om jag mäter strömmen/spänningen in mot trissan och räknar manuellt (typ V/I), men mäter jag genom att ändra ett seriemotstånd in mot trissan tills spänningen halverats blir resultatet ett annat. Typ 50 Ohm, osv.

Smackade ihop lite junkboxkomponenter på ett laminat igår och fick ut c:a 1.5 watt när jag matade på c:a 5 Vpp från signalgeneratorn (50 ohm). Då utan anpassningstrafo och in mot trissans bas med dess resistor mot jord via en 10nF konding.

Tips? Förklaring? Lektion? Någon? :D

Det finns inget enkelt sätt att exakt räkna fram ingångsimpedanserna i ett klass C steg, helt enkelt därför att
uppträdandet är starkt olinjärt. Den vanliga formen av Ohms lag gäller inte längre.

På låga frekvenser kan man göra approximationer som har med bas-emitter diodens egenskaper att göra, men
de är påtagligt inexakta. SPICE fungerar dåligt, eftersom det förutsätter någorlunda linjära egenskaper hos kretsen.

På frekvenser höga nog att använda storsignal S-parametrar går det att få en något bättre approximation genom att titta på
hur stor reflektionskoefficienten in till transistorn är, och från den räkna ut impedansen.

Finns det inga s-parametrar så kan man göra en "intelligent uppskattning" som bygger på att effektförstärkningen i transistorn har ett visst värde, säg 20 dB eller 100 ggr. Utimpedansen hos transistorn för en sinusformad utsignal
ligger nära Z = Vcc^2/(2*Put) och då blir effektivvärdet för kollektorströmmen c:a I = 1,4P/U. Strömförstärkningsfaktorn i en transistor som används på frekvenser långt under övre gränsfrekvensen Ft kan approximeras med roten(effektförstärkningen) eller 10 i detta fall.

Vi antar här en kollektorspänning av 12 V och en uteffekt av 5 W

Eftersom en transistoringång är en förspänd diodsträcka under halva periodtiden och backspänd under halva
så tiden så blir basströmmen halvvågslikriktat pulsformad. Toppvärdena för både basström och kollektorström kan approximeras med 3,5*effektivvärdet.

Spänningssvinget i framriktningen för baskretsen kan inte överskrida 0,7 V i positiv riktning, och då drivs en basström på
3,5*0,14*5/12 = 0,2 A
via ett spänningsfall av 0,7 V vilket motsvarar en dynamisk impedans av 3,5 ohm. Impedansen är inte konstant under högfrekvenscykeln, utan den blir mycket hög under halva periodtiden. En ytterligare approximation är då att
medelvärdet över hela perioden blir c:a dubbla värdet vid toppen eller 7 ohm.

Alla dessa värden blir storleksordningar därför att förloppen som de approximerar är starkt olinjära, samt även beroende på vilken drivnivå som transistorn utsätts för.

73/
Karl-Arne
SM0AOM
 

SM4WWG

Well-Known Member
Det finns inget enkelt sätt att exakt räkna fram ingångsimpedanserna i ett klass C steg, helt enkelt därför att
uppträdandet är starkt olinjärt. Den vanliga formen av Ohms lag gäller inte längre

73/
Karl-Arne
SM0AOM

Tack Karl-Arne! Informativt och pedagogiskt som vanligt! :D Bockar och bugar! Då har jag fått det förklarat, precis som jag önskade :)
 

SM4WWG

Well-Known Member
Vilken transistor gäller det?
Vilken frekvens?
Sture

Egentligen ingen speciell transistor. Just nu labbar jag med BD135-BD139. Har rätt gott om "diverse gamla godingar" med så 2N3053, mfl. tänkte jag testa lite med oxå :D
Någon watt eller så ut räcker.. Hm.. Kanske slutar med att det blir en QRP-rigg ;-)
Labbar med tanke på 80m så där i krokarna gällande frekvens

73!
 

SM7MCD

Well-Known Member
När vi plockade i hop KRAS-radions sändare hade vi "en påse" BD139 som fick bli slutsteg enligt bild.

xsendaren.jpg


Vi satte dit två motstånd om tio ohm på basarna för att få lite enklare uppförande.
 

Attachments

  • xsendaren.jpg
    xsendaren.jpg
    96.3 KB · Views: 65

SM0AOM

Well-Known Member
Om man väljer "rätt" läroböcker så gick det att hitta.

Frågeställningen berördes i en tidig lärobok i halvledarteknik från början av 70-talet när
overlay-effekttransistorerna fortfarande var nya. Informationen hade man i sin tur fått från en RCA-applikationsnot
där metodik för att hindra förtida förstörelse av HF-effekttransistorer berördes.
Dåtidens HF-transistorer hade ett inte alldeles oförtjänt rykte om att vara ömtåliga.

73/
Karl-Arne
SM0AOM
 

SM5DXU

Well-Known Member
Om man väljer "rätt" läroböcker så gick det att hitta...
Hur i all sin dar bar man sig (du dig) åt för att göra "rätt" urval i bokfloden? Det skulle bra lärare till för den saken!

I och för sig är det knappast lättare nu, bara mindre "tungt". :rolleyes:

/ Göstha
 

SM0AOM

Well-Known Member
Hur i all sin dar bar man sig (du dig) åt för att göra "rätt" urval i bokfloden? Det skulle bra lärare till för den saken!

I och för sig är det knappast lättare nu, bara mindre "tungt". :rolleyes:

/ Göstha

Boken, ("Halvledarteknik"), stod i min företrädares bokhylla när jag började på Televerket Radio i början av 80-talet.
Effekttransistorer för HF var en relativ nyhet när boken skrevs, och kunskaperna om hur man hindrade självförstörelse
av dessa dyra tingestar var inte så utbredd.

Just transienta fenomen och självsvängningar var de allt överskuggande "dödsorsakerna" för HF-transistorer när de introducerades.

Transistorerna fick ett rykte om sig att vara ömtåliga, och jag erinrar mig SM6APQ:s artikel i QTC
1973 "Om transistorer tycker jag inte" där olika våndor i umgänget med dessa "trebenta säkringar" skildrades.
Slutklämmen var att det lyckades att förstöra HF-transistorer som hade angivna spänningtåligheter av många 10-tals volt med ett enda 4,5 V ficklampsbatteri.

Ser man detta i ljuset av informationen som presenterades i QST-artikeln är det kanske inte så egendomligt. Principerna bakom spänningsomvandlare vilka bygger på energilagring i en induktans, där man kan få "step-up" spänningsförhållanden på 10-20 gånger, är i princip identiska.

73/
Karl-Arne
SM0AOM
 
Last edited:

SM0BRF

Well-Known Member
I ljuset av QST-artikeln förstår jag de många "oförklarliga" dödsfallen av slutstegstransistorer i QRP-transceivrar på 60-talet. Så småningom förstod jag att det inte gick att bygga som vore det elektronrör utan det krävdes speciella "transistoranpassningar", men jag har inte fattat förrän nu vad som egentligen hände! Tack för förklaringen av en mystisk företeelse. På den tiden byggde man med lödkolv och voltmeter :).

/Roland
 

SM0NCL

Well-Known Member
Någon watt eller så ut räcker.. Hm.. Kanske slutar med att det blir en QRP-rigg ;-)

73!

tittade själv på olika mätresultat och testkopplingar i datablad innan jag satte ihop ett par 28MHz class-C slutsteg för en QRPfyrsändare.
Kurvorna på oscilloskopet och i spektrumanalysatorn, såg "rätt ut" efter sluttrimning och vid det här laget har dessa PA gått tusentals timmar kontinuerligt med CW nyckling.

ett par exempel
http://whites.sdsmt.edu/classes/ee322/class_notes/322Lecture22.pdf
http://whites.sdsmt.edu/classes/ee322/class_notes/322Lecture23.pdf
http://www.radiomods.co.nz/transistors/2sc1969.pdf
 
Last edited:

SA0BJL

Well-Known Member
Tack för de intressanta länkarna! Jag tittade lite snabbt på course syllabus och det kan vara intressant att gå igenom hela kursen:
Keith W. Whites EE 322/322L Electronics II - Wireless Communication Electronics
Av någon anledning saknas materialet för lektion 7-10 och 36-38, men resten räcker nog till många kvällar.

Finns kittet för NorCal40 fortfarande att få tag på?

73,
Lars
 

SM4WWG

Well-Known Member
Behövde lite mer kräm från oscillatorn ut till sista steget så slängde ihop en litet linjärt steg. Rätt kul när beräkningar och simuleringar kommer rätt nära sanningen. Skillnaden i verkligheten blev den att det krävdes 4mW in istället för 2mW som jag räknat/simulerat på. Ut kommer iaf 500mW. :D

...som ett litet sidosteg i tråden... Nu vidare i klass C labbandet ;-)

class_A_500mw.png
 
Top