Пытаюсь разобраться в выходном каскаде осциллографа С1-94. Схему прикрепил к сообщению, на всякий случай всего КВО. Что не могу понять:
1. Транзисторы У1.Т9(Т10) и У2.Т1(Т2) включены каскодом. Однако я так и не смог найти пример каскода, где коллектор транзистора с ОЭ соединён с эмиттером транзистора с ОБ не непосредственно, а через резистор, в данном случае резистор У2.R4(R6). Зачем этот резистор - совершенно непонятно, тем более, что, насколько я понимаю, он вносит искажения в логику работы каскода, которая состоит в том, чтобы стабилизировать напряжение на коллекторе первого транзистора и благодаря этому минимизировать влияние емкости коллектора.
2. Не понимаю логику базовых цепей. Зачем резисторы У2.R3(R5)? Какие-то обратные связи по току или просто ограничение тока? Зачем для питания баз применен делитель, да ещё с таким малым коэффициентом деления, и зачем он связывает два плеча (или как их правильно назвать) балансного усилителя, чем опять же нарушает постоянство потенциалов на базах (хотя в учебниках показано, что его всячески стабилизируют, вплоть до питания от параметрического стабилизатора с конденсатором, заземляющим базу по переменному току). Или это какая-то динамическая нагрузка? Но зачем?
3. IMHO, странно организованы цепи питания с резисторами R25, R27 и R32 в сотни Ом, на которых должно быть большое падение напряжения.
4. Правильно ли я понимаю, что в усилителе с гальваническими связями режим каскада по ПТ задаётся, фактически, всеми предыдущими каскадами, а потому посчитать протекающие токи и напряжения на электродах транзисторов очень непросто? Вопрос продиктован тем, что я смотрю на карту напряжений на электродах транзисторов из паспорта и не понимаю, как они такие получились.

Да, я не специалист и даже не студент профильного ВУЗа - просто радиолюбитель. Попытка разобраться в работе КВО обусловлена спортивным интересом - хочу улучшить ПХ. Про то, что не дураки приборы разрабатывали и что всему надо учиться, а не дилетантством заниматься, я в курсе - сам кандидат химических наук. Хотя с первым утверждением - про "не дураков", - далеко не всегда согласен: неоднократно изменял схемы заводских измерительных приборов, в т.ч. достаточно серьёзных, и получал лучшие характеристики, устраняя совершеннейшие глупости в схемотехнике. Но вот на высокочастотный усилитель с гальваническими связями у меня пока ума не хватает

P.S. Мне кажется, или эта схема КВО в принципе какая-то дебильная, хаотичная и несуразная?

Сообщение отредактировал Ilya_NSK - May 28 2015, 14:28

Вспоминаю одного соискателя работы, котрый долго хвалился усилителями, которые он делал и ругал идиотов инженеров, которые и близко к его результатам не подходили. На мой вопрос, как он измерял полосу пропускания, он, снисходительно посмотрев, сказал: - "Просто подключаю осциллограф к усилителю и увеличиваю частоту генератора на входе до тех пор, пока еще наблюдается какой-то сигнал на выходе. Вот это и есть частота пропускания моего усилителя".

Myron, я идиотов-инженеров не дорос ругать, работу по электронике вряд ли когда-то искать буду и пример с полосой пропускания мне понятен. Но то, что, например, в усилителе У5-11 (если не ошибаюсь - давно это было) стабилизатор в блоке питания глупый - это факт. Сделанный по самой элементарной схеме на ОУ он, насколько я помню, не допускал регулировки отрицательного напряжения и при этом вполне допускал рассогласование положительного и отрицательного. В итоге это рассогласование дошло до нескольких вольт и усилитель перестал балансироваться внешней "крутилкой". Пришлось дорабатывать. Тот же С1-94 имеет по входу КТ361 - мягко говоря, не самый удачный транзистор для широкополосного усилителя. Элементарная замена на ЛЮБОЙ такой же копеечный транзистор с лучшими характеристиками сразу сказывается. Лично я поменял на валявшиеся КТ326Б (только по h21э подобрал в пару) - результат очень заметный: чуть лучше ПХ, вершина импульса меньше искажается. И это не говоря про "замечательно" организованное в С1-94 питание. Но это всё так, к слову.

Вам же я буду очень признателен, если ответите хотя бы на какой-то из непонятных для меня вопросов, особенно про этот странный каскод. Я же не просто так влез на форум разработчиков электроники, а в надежде, что здесь очень много действительно знающих людей и есть вероятность, что кто-то из них потратит на меня время. А на большинстве других форумов 90% участников интересуются, как же всё-таки проверить тестером этот чёртов транзистор или как в прошивке для AVR поменять константу - о чём их спрашивать-то?
И ещё. Я совершенно честно уже месяц самостоятельно ищу ответы на свои вопросы, читаю литературу по схемотехнике. Но ни Хоровиц с Хиллом, ни Титце с Шенком, ни многочисленные публикации в интернете окончательной ясности для меня не внесли (хотя я стал умнее, да). Так что я не за халявой пришёл - честное слово!

1. Наверное, вы правы, можно без R4, R6. Перестраховка?
2. В базы иногда ставят резисторы, чтобы каскад не возбуждался. Как оно конкретно работает, не скажу. Может, отражения в длинной линии минимизирует. Может, ФНЧ за счет входной емкости образуется.
3. Не такое и большое. Несколько вольт из 12. Зато питание фильтруется лучше.
4. У ПТ, вообще, все непредсказуемо. Резистором R9 подстраивается баланс, чтобы на выходе был 0.
Возьмите LTspice и просимулируйте интересующие части.
Да, я тоже не специалист в этой части осциллографа.

По моему мнению этот схемотехнический "ужас" рожден по данным статистики входного контроля радиокомпонентиов. Поскольку компоненты дерьмо то и решения по компенсации в стиле "ужас-ужас". Причем номиналы по партиям должны различаться.
Не завидую инженерам которые это рожали. Сейчас так не могут.
Еще раз подчеркну: без данных о параметрах брака на входном контроле компонентов осмыслить схему не получится.

Но не только это. Кто работал в "те времена" помнят, наверное. Напрмер (но не все): Применять можно только разрешенные компоненты с получением бумаг от производителей на последующие поставки в течение (скажем) 10-ти лет. Со спайсами тогда было еще туговато (я начал использовать Спайс в 1985-м на ЕС-ЭВМ и это был ужас) и надо было все макетировать, чтобы потом не оправдываться. При этом образцы заказывались и закупались только загодя на следующий календарный год, но не поэднее первого квартала нынешнего. Контролирующие отделы (например, отделы надежности) состояли из малограмотных людей, которым было очень сложно доказать (объяснить), что элементы использованы в пределах их допустимых параметров (особенно сложно было с полупроводниками). При этих сложностях начальство настаивало на своих - "выверенных временем" или из своих авторских свидетельств (при этом существовали нормы на количество подаваемых в год заявок на изобретения) - решениях (может это мне так не повезло?). Ну и т.д.

Ну а по делу, посмотрю тоже в свободное время.

В прошлом веке в это вкладывали большой смысл:

В начале 2000-х конструировал себе осциллограф. Можно было и купить, но казалось дороговато. Тем более у меня был С1-49 - для ремонта хватало и время удавалось выкроить. Хотелось иметь, как минимум, двухканальный осциллограф с полосой не менее 50 МГц. А такие на рынке стоили дорого. На работе пользовался С1-122. Аппаратом доволен. И схемотехника его нравилась. И вот я строил свой осциллограф на базе схем С1-122, но взял короткую трубу 11ЛО9. Для такой трубы требовался больший размах выходного напряжения для пластин У. Поэтому выходной усилитель У пришлось строить самостоятельно, по аналогии с другими, т.к. все усилители с широкой полосой были для длинных трубок, т.е. напряжение на выходе меньше, чем требовалось мне. А усилители с достаточным размахом напряжения на выходе не дотягивали по частоте.
Поэтому пересмотрел много схем, что были доступны, анализировал как мог.

Главная проблема, что была у меня-это линейность усилителя, т.е. правильная передача геометрии сигнала при высоком размахе выходного напряжения. Получить линейность при размахе на весь экран- это еще пол дела. У нас еще есть ручка смещения изображения по вертикали. И вот при смещении изображения по вертикали геометрия нарушалась. А ведь иногда требуется при открытом входе наблюдать сигнал с большой постоянной составляющей. В С1-122 линейность нарушалась уже при выходе изображения на 1 клетку сверх той шкалы, что уже нанесена на экран. Это я наблюдал другим осциллографом. В итоге в моем усилителе линейное изображение, по крайней мере не заметное глазу, было в диапазоне двух экранов, т.е. 16 клеток, если пересчитать на шкалу, при 8 клетках по вертикали. А в том же С1-122 линейность - клеток 10-11. Я заметил, что чем выше усиление каскада, тем он менее линеен. Поэтому я увеличил число каскадов и уменьшил усиление в каждом. А при меньшем усилении и частотную характеристику получить проще.

По моему мнению, в С1-94 У2-R4 и R6 уменьшают усиление каскода, но увеличивают его линейность. У2-R3 и R5 выравнивают базовые токи и тоже способствуют улучшению линейности. Базовый делитель, возможно, как то оптимизирует режим каскада. Я в своем усилителе изменял это напряжение в небольших пределах и видел изменения в работе схемы. Так что может это и нужно. Но ведь при разработках бывает, что что-то сделанное ранее уже не нужно, но и не изменяют схему. Ну а то,что "странно организованы цепи питания с резисторами R25, R27 и R32", так нам не известно, что было в головах разработчиков.

Спасибо большое за внимание к моей теме!
Позвольте дать ответы и комментарии по прозвучавшим ответам и соображениям, а так же задать вопросы.
1. Просимулировать схему думал. У меня Multisim 13 есть - пойдёт? Просто не очень я доверяю таким системам в случаях, когда надо учитывать неидеальность используемых компонентов. Слышал, что они не учитывают паразитные ёмкости и индуктивности элементов - это так?
2. По качеству деталей. По-моему, детали, установленные в осциллографе, проходили некоторый отбор. Во всяком случае транзисторы, которые я выпаивал, имели h21э больше 100 и, более того, в симметричных каскадах явно были подобраны в пары по этому параметру. Но вот конструктив и качество изготовления действительно очень плохи. Хронический непропай, перетравленные и кое-как залуженные дорожки. На плате, совмещающей КГО с узлом синхронизации, БП и высоковольтный преобразователь, дорожки питания шириной в миллиметр и очень напоминают головоломку "перепутаница" из старых "Весёлых картинок". И потом все ругают этот осциллограф за его синхронизацию! А я могу утверждать, что даже простое обвешивание цепи питания конденсаторами чудесным образом улучшает и триггер, и весь КГО. А уж если развести питание грамотно, то, полагаю, результат будет поражать воображение)))
3. Похоже, что действительно функция резисторов между К и Э транзисторов каскода - некая стабилизация, как в примере, приведенном тау. Может, по температуре, а может - защита от самовозбуждения (резистор с входной ёмкостью транзистора образуют ФНЧ). В пользу последней версии говорит тот факт, что транзисторы выходного каскода в С1-94 физически находятся на разных платах и потому коллекторы с эмиттерами соединены достаточно длинными проводами. Помехи там не сильно страшны, т.к. сигналы уже большие, а вот индуктивность проводов и, полагаю, ёмкостные связи, могут привести к самовозбуждению. Что касается изложенных в книжке соображений по минимизации изменения мощности (которые я, если честно, не очень понял), то в случае С1-94 условие Uкэ=Ек/2, судя по карте напряжений, не выполняется: напряжение на базе транзисторов с ОБ - 9 В (или 21 В относительно нижнего вывода эмиттерного резистора транзисторов с ОЭ, который присоединён к -12 В), а разница между напряжениями на К и Э транзистора с ОЭ - 6,5-7,0 В. С другой стороны, зачем тогда вообще каскод, если мы всё равно его "портим" резистором? Да и как тогда работают все прочие каскоды без всяких резисторов на частотах в сотни мегагерц, а не 2 мегагерца, как приведенный в книге С1-71?


Честно говоря, для меня выдержка из книги, которую привёл тау, картину прояснила только частично, а вопросов создала ещё больше. И главный - нахрена, извиняюсь, при полосе в 2 МГц такие сложности - какие-то индуктивные нагрузки, какие-то резисторы? Выскажу сейчас огульную мысль, но тем не менее. По-моему, они напридумывали каких-то наносекундных тепловых переходных процессов и методов борьбы с ними, а на самом деле там какая-то другая причина. Мне, например, не понятно, откуда транзистор с ОЭ "знает", какое напряжение на базе транзистора с ОБ, если до него "доходит" с учётом падения напряжения на резисторе только "своя" доля? По-моему, просто при увеличении Iк растёт падение напряжения на резисторе и уменьшается Uкэ, вот и мощность выделяется меньшая. А без резистора транзистор с ОЭ оказывается нагружен на чуть ли не нулевое сопротивление каскада с ОБ, а потенциал его коллектора зафиксирован выходом "эмиттерного повторителя", которым, по сути, является каскад с ОБ по отношению к выходу каскада с ОЭ (напряжение на базе транзистора с ОБ усиливается по току - я так думаю!). И вот тут-то что КТ355 из книжки, что КТ325 из С1-94 чувствуют себя "очень не очень", ибо имеют предельный режим 30мА/225мВт, в чём можно убедиться, просто потрогав их пальцем - дольше нескольких секнд не терпит! Вот и возникают в них "электрические сигналы, вызываемые тепловыми переходными явлениями". Не случайно в некоторых вариантах схемы и паспорта на С1-94 я видел КТ645 вместо КТ325. Правда, резистор при этом оставался на месте, а, учитывая частотные характеристики КТ645, полагаю, что характеристики КВО при такой замене только ухудшались. IMHO, можно попробовать поставить КТ606Б (они у меня есть) или что-нибудь совсем крутое типа 5-гигагерцового BFQ19 на 100мА/1Вт.
И ещё момент. В приведенной схеме базы транзисторов с ОБ так же, как и в С1-94, питаются от общего делителя без стабилизации и конденсатора (а в книжках всегда рисуют делитель с конденсатором, а на словах иногда пишут, что не грех и стабилитрон поставить). Вот я и не могу понять - это специально сделано, чтобы верхнее плечо как-то влияло на нижнее и наоборот и чтобы напряжение на базе зависело от её тока, или это просто детали сэкономили? А в случае С1-94 ещё не понятно, в чём сакральный смысл уменьшения базового напряжения на 2,5 вольта относительно имеющегося +12 В.

Александр1, спасибо за ответ! Ваше сообщение появилось в то время, пока я писал своё, потому я его не видел. Так что отвечу отдельно.


Насколько я понимаю логику работы каскода, в отсутствие коллекторного резистора транзистор с ОЭ не усиливает напряжение, а только ток, т.к. нагружен на фиксированное напряжение и малое сопротивление входа ОБ Потому-то, как я понимаю, и компенсируется эффект Миллера. При введении такого сопротивления транзистор с ОЭ начнёт усиливать и напряжение тоже. Либо я что-то не правильно понимаю.


Да, похоже так! Параметры транзисторов разные, а значит, базовые токи тоже будут разные. Резисторы будут их выравнивать. Вот только в книжных схемах их шунтируют конденсаторами - как я понимаю, опять же чтобы исключить изменение потенциала базы при усилении переменного тока и таким образом не допустить усиления напряжения транзистором с ОЭ.


А какие были изменения в зависимости от базового напряжения? Меня в этом делителе опять же смущает то, что он не обеспечивает стабильного напряжения на базе и более того - связывает по переменному току верхнее и нижнее плечи усилителя. Зачем?


Вот и я тем более не знаю. Мне ещё очень интересно, что было у них в головах, когда они придумывали этот оригинальный стабилизатор с искусственной средней точкой, имея обмотку 2х27 Вольт переменки (т.е. за каким-то хреном 76 Вольт постоянного напряжения по входу). По-моему, можно было сделать обычный двухполярный стабилизатор, тем более, что токи, потребляемые от +12 и -12 В, там не равны и искусственная средняя точка, как я понимаю, будет плавать при просадках и "трясти" весь осциллограф. А если уж сильно хотелось искусственную среднюю точку, то можно было "разрезать" обмотку со средней точкой на две (напряжения бы там хватило с запасом - целых 38 Вольт!) и сделать два стабилизатора - на КГО и КВО или, что, наверное, лучше, на входные каскады и на выходные.
Ну и нестабилизированные отклоняющие напряжения тоже заставляют сомневаться в возможности измерения параметров сигналов, а не только наблюдения.


Мне с колхозной точки зрения вообще не очень понятно, зачем сначала ослаблять сигнал в 50 раз, а потом его в 50 раз усиливать. Почему было бы не предусмотреть хотя бы ещё одну входную точку (с соответствующим входным каскадом, способным "прожевать" большой сигнал) для сигналов достаточно большой амплитуды? Получили бы меньше искажений.

ТС-ру:

Ответ очень простой - данный прибор выпускался промышленностью серийно и много лет на основе серийных же ЭРЭ без отбора.
Когда Ваши приборы будут выпускать серийно много лет, тогда и вопросов будет меньше.

http://download.qrz.ru/pub/hamradio/scheme...ticle_c1-94.pdf

На счет симуляторов. Немного пробовал Proteus. В симуляторе важно точное соответствие модели реальному элементу. А насколько это соответствие точно? Хотя такие вещи, как фильтры, конечно лучше промоделировать. Но я больше предпочитаю живые устройства и пока симуляторами не пользуюсь, хоть это может быть даже более трудоемко. А как симулятор учтет параметры моего самодельного трансформатора, например? И многие говорят, что ни один симулятор не заменит реальный макет. А если я работаю с GSM-модулем? Новый модуль, к примеру, еще техподдержка сбовата. То о каком симуляторе может идти речь? Но это мое мнение.
То что у каскода базовый делитель не зашунтирован конденсатором, так усилители у осциллографов строятся по балансной схеме, которые подавляют синфазные наводки. Если мы имеем дело с каскодом в УВЧ, скажем, приемника, то нешунтированная база транзистора с ОБ уменьшает усиление, а в балансном усилителе это влияние скомпенсировано. Так же резистор между Э транзистора ОЭ и К транзистора с ОБ в УВЧ не требуется, т.к. линейность в УВЧ такая не нужна, да и амплитуда сигналов намного ниже.

На счет "в чём сакральный смысл уменьшения базового напряжения на 2,5 вольта относительно имеющегося +12 В". Скажу как человек, конструирующий. Иногда получается схемное решение, которое сложно объяснить, но оно работает. А прописные истины или схемы из учебников в конкретном случае могут не оправдать надежд. Разработчики, наверное, пользуются каким то своим опытом (личным или коллективным), потому что я не встечал ни одной книги, где были бы описаны нюансы разработки какого-либо устройства. По ремонту-полно: и методики поиска и перечни неисправностей и т.д. А по разработке-нет. Вот книга, по моему, Брауна "Проектирование источников питания" (или похожее название). Такое впечатление, что человек вообще далекий от этой области, а переводчик- так вообще слесарь или повар. И это в аннотации заявлено, что автор проработал много лет в разработке. Вообще-разработка аппаратуры -это как в восточных боевых искусствах: мало показать как, нужно чтобы каждый сам дошел до тонкостей, до совершенства.



Если о моей схеме усилителя У, то я сигнал не ослаблял. У меня амплитуда сигнала на входе выходного усилителя У составляла 50 мВ/дел и нужно было усилить его до достаточного для отображения на ЭЛТ. Это можно сделать и, к примеру, 3-мя каскадами, а можно 5-ю. Во втором случае будет легче получить линейность и АЧХ. У меня не стоял вопрос экономичности, мне нужны были параметры.
А если о входных усилителях У, то лучше иметь чувствительный усилитель, а все сигналы ослаблять до необходимого уровня на входе усилителя. Так при переходе на соседние пределы измерения не изменяется характеристика усилителя, а значит и форма наблюдаемого сигнала. Так сделано в С1-115, С1-122, например.

При отсутствии резистора между К ОЭ и Э ОБ управление транзистором ОБ идет за счет тока. При наличии резистора тоже самое, т.к. резистор так же является источником тока. Но для транзистора с ОБ-резистор в эмиттере-это ООС. Отсюда и уменьшение усиления. А эффект Миллера-это влияние емкости КБ. Для ОЭ емкость КБ подает сигнал с коллектора в базу в противофазе. Емкость КЭ в сх с ОБ сигнал подает на вход в фазе, поэтому на усиление так не влияет от частоты. А база по переменке сидит на земле. Я так понимаю, если не заглядывать глубже.


Я не знаю как выбирали значение базового напряжения для транзистора с ОБ, а я выбирал опытным путем из соображений достаточности для получения необходимого размаха без искажения геометрии сигнала. Методик расчета я не встречал, да и в то время сложно еще было что то искать, поэтому все делал на макете. А особой стабильности, как я понимаю, этого напряжения не требуется. Схема строится по балансной схеме и изменения напряжения одинаково влияют на оба плеча каскада и изменений в разностном выходном сигнале не происходит (при симметрии плеч). А именно оно (разностное) и подается на пластины ЭЛТ.

Отпишусь по результатам проведенной работы.
1. Замена Т9 и Т10 на 2SC3357 (fт=6.5 GHz, Ск<1 pF) привела к очень заметному изменению ПХ - выброс стал неприлично большим. Удаление корректирующего конденсатора С11 решило эту проблему. Замена на КТ606 (fт=300 MHz, Ск=10 pF) напротив, ухудшала ПХ. Однако, после удаления R4 и R6, каскад на КТ606 давал точно такую же ПХ, как и на 2SC3357 с резисторами. Так что эффект Миллера, возникающий из-за падения напряжения на R4 и R6, сводит частотные свойства каскада на 2SC3357 до КТ606. Моделирование в Multisim 14 показывает, что ситуацию мог бы сильно улучшить эмиттерный повторитель перед каскодом - у него низкое выходное сопротивление.
2. Резисторы в базах транзисторов ОБ, как говорил ViKo, действительно нужны для подавления паразитной обратной связи, а их удаление приводит к неустойчивости. Замыкание же базы по переменному току на -12 Вольт моментально приводит к генерации.
3. Применение относительно высоковольтных КТ606 позволило увеличить напряжение на на коллекторах Т9 и Т10. Пробовал значения вплоть до + 40 Вольт - работает нормально, мощность между транзисторами каскода распределяется более равномерно (что позволяет увеличить ток каскада и расширить полосу), но линейность, как и говорил Александр1 ухудшается.
4. Выбросил все резисторы по питанию, вместо R25 и R27 поставил 78(79)l09. Всё зашунтировал керамикой x7r на 1uF. Никаких самовозбуждений.
5. Выбросил R26, R28, R40 и R43. Хуже не стало, лучше тоже - видимо, частоты не те, на которых можно увидеть влияние этих резисторов.
-----------------
6. Как я понимаю, согласование с линией задержки по волновому сопротивлению носит какой-то случайных характер. Выходное сопротивление каскада на Т7-Т8, как я понимаю, определяется R33-R34. Роль R41 мне не совсем ясна: при его уменьшении или увеличении фронт меандра 2 МГц не меняется, но зато уменьшается или увеличивается низкочастотная часть "полки". На другой стороне ЛЗ всё вообще как-то странно - входное сопротивление каскода явно выше, чем сотни Ом.

P.S. К вопросу о недураках-инженерах. В канале синхронизации данного осциллографа всё ещё хуже, чем в КВО. Только один момент: усилитель синхронизации способен усиливать сигнал только в очень узком диапазоне положений регулятора "Уровень". Во всех остальных - либо отсечка, либо насыщение. В том числе и поэтому синхронизация в С1-94 носит практически случайный характер.

Сообщение отредактировал Ilya_NSK - Jun 8 2016, 12:15

Старина, они не учитывают паразиты до тех самых пор пока ты не внесёшь их в модель.

Нормальные Спайсы, как правило, содержать кучу компонентов со всеми паразитами. Обычный бесплатный LTSpice осваивается за пол часа для нужных Вам вещей (для начала) и содержит много компонентов из которых можно подобрать близкие к используемым. А если хочется или надо легко добавить новые компоненты или найти в интернете для LTSpice.