Zesilovač HQQF-55-506W ULN, simulace vs. realita

Úvod

V článku Měření zesilovače HQQF-55-506W_ULN, vysoké frekvence byly nastíněny možnosti zesilovačů HQQF, které disponují možností nastavit šířku pásma až ke 2 či 5MHz. V článku Jak měřit Hi-Fi zesilovače a jejich pracovní oblast bylo naopak poukázáno, že není vždy účelné se honit za rychlostí přeběhu či šířkou pásma, naopak Vliv rezervy zisku na zkreslení se nedá nikterak obejít.

Tento článek bude věnován nejenom nastavení zesilovače HQQF-55-506W_ULN, ale také srovnání dosažených hodnot s hodnotami nasimulovanými v počítačovém programu typu SPICE. Je měřeno bez sond na odporové zátěži 3R9, při nastaveném klidovém proudu 20mA/tranzistor.

Šířka pásma

Neboť jde o zesilovač HQQF-55-506W_ULN s OZ LT1028, byla celkovou ZV nastavena šířka pásma na cca 350kHz. Přenosová charakteristika byla měřena od 2Hz až po 1MHZ, pro lepší rozlišení je zobrazeno pouze pásmo od 10kHz do 1MHz, neboť pro pásmo pod 10kHz je její průběh naprosto rovný, naopak pásmo nad 1MHz se stává nezajímavé.

Naměřená přenosová charakteristika

Nasimulovaná přenosová charakteristika

Nasimulovaná přenosová charakteristika byla vytvořena se stejnými prvky, jako byly použity v reálném zapojení. Vlivem nepatrné odlišnosti modelů aktivních prvků od prvků reálných, je přenosová charakteristika rovněž nepatrně odlišná. Nasimulovaná šířka pásma pro pokles -3dB je cca 320kHz a reálná šířka pásma je 350kHz.

Simulovaná přenosová charakteristika protíná přenos +6dB při 800kHz, kdežto v reálném zapojení přenosová charakteristika protíná přenos +6dB při 900kHz. Lze říci, že rozdíly jsou nepatrné a jsou zapříčiněny převážně menšími vnitřními kapacitami reálných polovodičových prvků.

Obdélník 100kHz

Vlastnosti zesilovače jsou dostatečně patrné z přenosové charakteristiky a lze od nich odvodit i tvar obdélníkového průběhu,přesto je vhodné vědět jak si zesilovač poradí s tímto obdélníkovým průběhem. Pro měření byl použit mnou preferovaný kmitočet 100kHz.

Naměřené průběhy

Jak je z naměřených průběhů patrné, tvar obdélníku je na amplitudě téměř nezávislý, s rostoucí amplitudou roste i rychlost přeběhu, která je více než dostatečná. Podstatný rozdíl zesilovačů HQQF-55-506 od všech ostatních zesilovačů, jako jsou například PA300SSE od BVaudio či DPA110 od Pavla Dudka a jiných je vtom, že konkurenční zesilovače řadí jednotlivé po sobě jdoucí stupně v nejlepším případě s f_T tranzistorů: vstup 350MHz - VAS 150MHz - budiče 100MHz a konce 40MHz, tedy sestupně, navíc lokálními ZV omezeny jednotlivé stupně na pouhý zlomek f_T použitých polovodičů. Šířka pásma celého zesilovače je pak daná šířkou pásma některého ze stupňů a U_dif vstupní diferenciální dvojice je pak velmi velké.

U zesilovačů Topologie Federmann je většinou snaha o řazení spíše vzestupně, tedy: f_T vstupu 5÷75MHz, VAS sloučen s budičem a 200MHz, koncové tranzistory zřejmě cca 100MHz. Z tohoto řazení je zřejmé, že rozhodující podíl na rychlosti přeběhu má vstupní diferenciální dvojice a dále již nedochází k zahlcení žádného stupně. Celý zesilovač je svázán velmi silnou celkovou ZV, která zesilovači běžně zúží šířku pásma více jak 10x. Zpětnovazební RC člen udává veškeré vlastnosti a U_dif vstupní diferenciální dvojice je tak velmi malé.

Na posledních dvou snímcích jsou detaily náběžné a sestupné hrany, které jsou tvarově dost podobné a nelze jim nic vytknout.

Nasimulované průběhy

U simulovaných průběhu vidíme opět značnou podobnost s naměřenými průběhy a opět jsou simulace nepatrně pomalejší jak reálný zesilovač.

Závěr

Závěrem lze jen konstatovat a potvrdit, že není podstatného rozdílu mezi simulacemi a reálným zesilovačem. Je však nutné připomenout, že simulace nelze dělat bez dokonalé znalosti prvků a obvodů, simulace za konstruktéra samy nic neudělají, ale pomohou mu práci mnohonásobně urychlit. Tímto se opět jen potvrdilo, že v dnešní době je bez simulací nemožnost realizovat návrh slušného zesilovače, neumět používat a využít mnohé návrhové programy dnes znamená naprostou technickou negramotnost.