Elektronika 
 
Wysokie progi częstotliwości
Hefajstos
Zabawy z wysokimi częstotliwościami nie są proste i szybko uczymy się, że to co w elektronice częstotliwości akustycznych wydaje się oczywiste, tu jest znacznie bardziej skomplikowane i nierzadko – zaskakujące.

Jednym z pierwszych problemów na jakie napotykamy gdy przekraczamy granicę wysokich częstotliwości – to problem z uruchomieniem układu na płytce prototypowej i sporą jego wrażliwość nie tylko na sposób połączenia elementów – ale także – na kształt tych połączeń.

Ze względu na konstrukcję – samej płytki prototypowej – pomiędzy poszczególnymi polami występują pojemności rzędu kilku pikofaradów. Przy częstotliwościach akustycznych – nie maja one znaczenia, ale przy wyższych – zaczynają się kłopoty. Popatrzmy na konstrukcje wzmacniacza szerokopasmowego, który w założeniu powinien pracować z częstotliwościami do 100 MHz. Schemat jest prosty – oparty na trzech stopniach wzmocnienia. Jednym – prądowego i dwóch wzmacniaczy napięciowych. Sygnał na wejściu jest zbliżony do sygnału sinusoidalnego. Po przepuszczeniu go przez ogranicznik amplitudy – sygnał zbliża się do prostokątnego. Przynajmniej tak się dzieje gdy sygnał jest silny i ma stosunkowo niewielką częstotliwość – około 2 MHz

 

Niewielkie wahania sygnału na szczytach nie powinny przeszkadzać, choć mogą nas nieco dziwić. Jednak sygnał niesinusoidalny – jest mieszaniną wielu sygnałów sinusoidalnych i niektóre z nich, w naszym układzie są tłumione. Dziesiąta harmoniczna jest już w zakresie częstotliwości gigahercowych i pojemności między poszczególnymi polami stykowymi – po prostu zaczynają przewodzić.

Teraz pora na wzmocnienie napięciowe sygnału, i kolejne zaskoczenie – nasz sygnał zmienił kształt!

 

Narastające zbocze jest wyraźnie łagodne, opadające – ostre. Jeśli przyjrzymy się schematowi wzmacniacza – nic nie wskazuje na możliwość tak dziwnego zachowania. Dopiero gdy dorysujemy do schematu pasożytnicze pojemności – wszystko staje się jasne – pojemność na wyjściu, jest ładowana przez opornik umieszczony między napięciem zasilania a kolektorem tranzystora. Rozładowanie przez tranzystor nie wnosi ograniczenia prądu – ale opornik – już owszem.

 

Zaburzenia przebiegu prostokątnego możemy zauważyć nawet na wyjściach układów cyfrowych. Przy niewielkich częstotliwościach – nie mają specjalnego znaczenia, ale przy większych już tak. W tym wypadku nie jest to jednak problem montażu – ale tego, że sygnał do oscyloskopu przez 10cm prowadzony jest nieekranowanym przewodem – który posiada swoją indukcyjność i tłumi wyższe harmoniczne nie pozwalając na zbyt szybkie czasy narastania.

 

 

Jeśli sygnał wejściowy jest słabszy i o wyższej częstotliwości, ogranicznik na wejściu nie będzie wprowadzał dodatkowych częstotliwości harmonicznych, ale zaczną się pojawiać silne tłumienia i dzwonienia w różnych miejscach układu. Pamiętajmy, że każdy przewód ma swoją indukcyjność o raz pojemność i przy dużych częstotliwościach nawet zwykły odcinek przewodu staje się obwodem rezonansowym. Zwłaszcza jeśli nie jest prosty i w pobliżu znajduje się inny o innym potencjale. Sygnał na wyjściu naszego wzmacniacza dna sygnału wejściowego o amplitudzie 200mV i częstotliwości 6-8 MHz zaczyna wyglądać niepokojąco

 

 

W tym wypadku przeglądanie połączeń nie pomogło, ale już sprawdzenie oscyloskopem jaki potencjał jest na masie układu – wskazało winnego – ścieżka masy została poprowadzona dookoła i ma około 10cm. Po dodaniu drogi na skróty – nadal nie jest idealnie, ale jest znacznie lepiej

W trakcie eksperymentowania zauważono, że przy wzroście częstotliwości – maleje amplituda. Co ciekawe – ten sam układ zmontowany „na czysto” na płytce drukowanej już się tak nie zachowywał. No ale tu pojemności pomiędzy ścieżkami są znacznie mniejsze

 
Opinie
 
Facebook
 
  
2199 wyświetleń

numer 8/2017
2017-08-03

Od redakcji
Dydaktyka
Felieton
Film
Informatyka
Matematyka
Polityka
Rozmaitości
Sztuka życia

nowyOlimp.net na Twitterze

nowy Olimp - internetowe czasopismo naukowe dla młodzieży.
Kolegium redakcyjne: gaja@nowyolimp.net; hefajstos@nowyolimp.net