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F4HTQ

Amplification HF ( mais pas de puissance)

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F4HTQ
Posted (edited)

Bonsoir,

En feuilletant EMRFD de W7ZOI, je suis tombé sur ce schéma très classique d'ampli feedback.

image-3.png

 

Mais ce qui m'a interpellé c'est la partie que j'ai encadré en rouge.

C'est une question que je me suis souvent posé, c'est à dire de faire le feedback directement du collecteur à la base et non du point milieu du transformateur vers la base comme on le voit le plus souvent.

Bien sur il faut adapter les résistances en augmentant ici la valeur 4 fois.

Je vais faire des tests avec des mesures d'IP3 et de bande passante avec les deux combinaisons, mais naïvement j'ai l'impression que déplacer le point ou est pris le feedback du millieu de transformateur vers le collecteur va:

-> réduire la bande passante ( car la contre-réaction ne compensera plus en partie la dégradation de rendement du transformateur quand on monte en fréquence).

-> améliorer la linéarité, car la contre-réaction sera plus "incisive".

Ce qui fait que ce serait mieux adapté pour un ampli post-mixer.

Je suis preneur de tout article et avis sur cette question.

David.

 

Edit:
on trouve a un autre endroit dans le bouquin ce feedback pris sur le collecteur

image-4.png

 

Edited by F4HTQ

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F6CER

Bonjour David

je serais plutôt partisan d’englober le transfo dans la contre-réaction , c’est plus logique 

  • Merci ! 1

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FM4PN

Bonjour,

Pas confondre rétroaction et polarisation, dans ces montages on rajoute un ou 2 condensateurs par-ci par-là pour éviter des oscillations, le terme feedback n'est pas adapté puisque les condensateurs sont destinés à des fréquences hors bandes de travail.

73 JP

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F4HTQ
il y a 51 minutes, FM4PN a dit :

Bonjour,

Pas confondre rétroaction et polarisation, dans ces montages on rajoute un ou 2 condensateurs par-ci par-là pour éviter des oscillations, le terme feedback n'est pas adapté puisque les condensateurs sont destinés à des fréquences hors bandes de travail.

73 JP

Bonjour,

Je ne comprend pas.

Ces deux montages que j'ai indiqué sont bien des amplificateurs "feedback", que que l'on renvoie sur la base une contre-réaction de collecteur, ce qui permet au passage d'assurer une impédance proche de 50 Ohms en entrée.

Ou alors j'ai mal compris la remarque ?

David.

 

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F6AWN
il y a 4 minutes, F4HTQ a dit :

Je ne comprend pas.

Ces deux montages que j'ai indiqué sont bien des amplificateurs "feedback", que que l'on renvoie sur la base une contre-réaction de collecteur...

David.

 

Bonjour,

Vous n'êtes pas seul : Je n'ai pas compris non plus la remarque de FM4PN, probablement intéressante.

Normalement, le "feedback", réaction ou contre-réaction, consiste à prélever un signal en aval et à le réinjecter en amont, en phase ou en opposition de phase, ce qui modifie le gain de l'étage considéré. Si seulement une résistance est utilisée, la modification du gain est théoriquement constante. Si une self ou un condensateur est utilisé ou ajouté, sa réactance varie avec la fréquence et en conséquence le gain de l'étage aussi.

Quant aux divers condensateurs utilisés, il ne faut pas confondre celui ou ceux qui sont dans la boucle et ceux qui ont pour utilité de découpler divers points du montage afin d'éviter les auto-oscillations. Bien entendu, si on se trompe dans le calcul des composants du circuit R/L/C collecteur-base, on peut aussi obtenir un oscillateur.

Voilà comment je vois les choses... mais je peux me tromper. :rolleyes:

Cordialement,

Francis, F6AWN

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FM4PN

Ces montages sont des amplis émetteurs communs, les résistances assurent la polarisation.

73 JP

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F6CSS
il y a 36 minutes, FM4PN a dit :

Ces montages sont des amplis émetteurs communs, les résistances assurent la polarisation.

73 JP

... ainsi qu'une contre réaction collecteur base .

73 J.C.

  • Merci ! 2

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F6FER

Bonjour

Dans le chapitre 2.7 du même ouvrage ( EMRFD de W7ZOI ) on trouve 5 pages d'explication sur la contre-réaction dans les amplis.

Avec pour conclure, une formule comme on les aime 🙂 :

formule.thumb.jpg.8ee5289354cc6c202dbc07979e502d6c.jpg

73

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FM4PN

De nos jours pour voir exactement ce qui se passe il vaut mieux faire une simulation dans le transistors il y a plusieurs capacitées ce qui rend les calculs compliquées.
Ce mode de polarisations assure une stabilité vis à vis d'un embalement thermique mais la retroactions qu'il introduit est nefaste puisqu'elle fait baisser le gain on peut en profiter pour le faire baisser encore plus en haute frequence, mais il est plus judicieux de baisser la valeur du transfo si on veut reduire le gain et elargir la bande.

73 JP

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F6CER
Posted (edited)

Bonjour

curieuse réponse , il est bien évident qu’une contre-réaction fera baisser le gain et élargira la bande passante, elle est la pour ça !

essayez de trouver sur le net les ouvrages de W7ZOI ou de W1FB  comme par exemple « solid state design for the radioamator » il y a quelques bonnes bases a explorer a ce sujet 

bonne lecture

Edited by F6CER

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FM4PN

De mon point de vue, pour revenir au début, dans le 2eme schéma la résistance est une résistance de polarisation que vous la mettiez d'un côté ou de l'autre du transfo sa résistance ne doit pas changer sinon vous changez complètement la polarisation.
Dans le cas d'une résistance seule sur le collecteur la rétroaction introduite fait baisser le gain, est-ce que c'est le but recherché ? pour un ampli normal non. Je voterai pour la connecter en aval de la résistance 22 ohms afin que le gain HF ne soit pas impacté tout en assurant une stabilité thermique.
Dans le cas où on ajoute le réseau RC, normalement le gain est donné par l'impedance du transfo (divisé par la résistance d'émetteur que l'on ne commande pas complètement), plutôt que de réduire le gain par un réseau RC (et ici l'ajout de 10 ohms sur l'émetteur) autant réduire la valeur du transfo (si un transfo est nécessaire). Si on observe des oscillations on peut rajouter une résistance série avec un condensateur pour le cas entre collecteur et base.
C'est mon opinion, il s'agit d'un schéma dont je ne connais rien de plus, l'atténuation de 6 db et aussi une bizzarerie surtout en sortie d'un ampli.

73 JP

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F4HTQ
Posted (edited)
Il y a 1 heure, FM4PN a dit :

..

73 JP

 

Bon,...

Citation

De mon point de vue, pour revenir au début, dans le 2eme schéma la résistance est une résistance de polarisation que vous la mettiez d'un côté ou de l'autre du transfo sa résistance ne doit pas changer sinon vous changez complètement la polarisation.

C'est une résistance de polarisation ET de feedback, comme l'a indiqué F6CSS plus haut.

Si on la déplace sur le centre du transformateur, il faudra ajuster sa valeur pour conserver un feedback identique, et abaisser la résistance de 680 Ohms pour que le point de polarisation ne change pas.

Le feedback amenée par cette résistance est indispensable, il a  (au moins) trois rôles:

  • il abaisse l'impédance de sortie proche de 50 Ohms ( tout simplement car la contre réaction avec un facteur d'amplification de 24 en tension fait que la base voit l'équivalent d'une résistance 24 fois plus faible qui serait reliée à un point fixe, soit dans les 62 Ohms.. ).
  • il aide à linéariser la réponse en fréquence du transistor (cependant bien moins que la résistance d’émetteur) . Comment ?, tout simplement car le gain du transistor va décroître en montant en fréquence, ce qui va un peu affaiblir la contre-réaction, et donc faire un petit peu monter l'impédance d'entrée du montage et donc rajouter un peu du gain perdu.
  • il aide à linéariser la réponse en tension de l'amplificateur ( et donc atténuer les variation de gain en courant du transistor quand le courant de collecteur varie) , et la encore moins bien que ce que fait la résistance d'émetteur.
Citation

Dans le cas d'une résistance seule sur le collecteur la rétroaction introduite fait baisser le gain st-ce que c'est le but recherché ? pour un ampli normal non

Elle fourni surtout l'impédance qu'on attend.Donc oui si êtes adaptés et non en haute impédance vous allez avoir un peu moins de niveau de sortie. Je n'aime d'ailleurs pas beaucoup que l'on parle de gain dans ce cas la, on ne devrait évaluer des gains que avec des impédances proches des valeurs d'adaptation.

Pour un ampli, ce que l'on cherche c'est :

  • De la linéarité, car l'intermodulation c'est mortel.
  • un gain maîtrisé et reproductible et donc qui dépend le moins possible du gain propre du transistor ( et donc des écarts de caractéristiques, de la température, de la fréquence...).
  • Des ports adaptés en impédance.
  • Une réponse en fréquence en large bande si c'est nécessaire à l'utilisation que l'on veut en faire.

Et c'est les contre-réactions qui nous offrent tout ça.

Citation

Je voterai pour la connecter en aval de la résistance 22 ohms afin que le gain HF ne soit pas impacté tout en assurant une stabilité thermique.

Faite le, et ensuite mesurez l'impédance d'entrée ou le return loss  en S11 sur 50 Ohms, et vous allez vite voir qu'il y a un soucis. Même l'impédance de sortie va prendre un coup dans l'aille ( elle va monter)

 

Citation

l'atténuation de 6 db et aussi une bizzarerie surtout en sortie d'un ampli.

C'est un ampli-post mixer, donc inséré entre le mélangeur et le filtre a quartz. l'atténuateur de 6dB est destiné a rajouter 12dB de return loss sur les variations d'impédance du filtre à quartz qu'on va brancher derrière, ce qui va protéger de ce réactif tout ce qui est avant ( donc l'ampli et le mélangeur). On ne peut pas le deviner si on est pas habitué aux TX superhétérodynes. 

Bonne soirée ( je vais de ce pas rejoindre le fer a souder, pour monter ...un ampli feedback :) ).

David.

 

Edited by F4HTQ
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F4HTQ
Posted (edited)

Re-bonsoir,

J'en profite pour vous indiquer un document trouvé ce matin.

http://alloza.eu/david/WordPress3/wp-content/uploads/2019/10/application_note_en_20190304.pdf

Il  décrit comment sont établie les tensions de claquage dans les transistors bipolaires.

Je l'ai cherché afin de choisir au mieux le transistor à utiliser pour mes amplis Feedback ( et à adapter les tensions en conséquence).

Voila d'ailleurs ce que j'ai comme transistors sous la main:

2N5109 ( des vrais, pas des Chinois), ça se trouve chez Mouser

2SC5551A( origine Mouser)

BFU590GX ( Origine Mouser)

BFR106 ( origine RS)

BFR96TS malheureusement Chinois, donc à soumettre à une batterie de tests impitoyables ( les premiers sont bons, reste la fréquence de transition à mesurer).

Si vous avez des remarques sur l’utilisation ( ou non utilisation) de ces transistors en ampli feedback, je les prend :)

David.

 

Edited by F4HTQ

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F4HTQ

En parlant de tension maximale Collecteur -> emeteur dans les amplis feedback.

Article de W7IUV https://www.f6evt.fr/preamp-2n5109-feedback.pdf

L'auteur a grillé la majorité des BFG591 qu'il a testé dans son montage

"..I finally came up with the following values that, when used in the schematic above, show good OIP3 and great NF but poor reliability. I have to date a 50% failure rate during testing. However I suggest the following as a good place to start if you want to “push the limits”! Use Vcc  =  8.0 volts DC for this device. I suggest an on board 78L08 three terminal regulator running from a 13 volt DC input. At 8 volts on the collector, none of the device breakdown voltages are exceeded and reliability is much better than at higher supply voltages but still poor..."

Et ils se sont mis à tenir le coup  quand il a passé l'alimentation en 8V ( au lieu des 12 à 13.6V du montage de base).

Si on regarde le datasheet: https://www.mouser.fr/datasheet/2/302/BFG591-1126070.pdf

on trouve:

VCBO collector-base voltage open emitter 20 V
VCEO collector-emitter voltage open base  15 V

Si on compare au 2N5109 avec lequel il avait mis au point son montage ( et qui tenait sa tension d'Alim)

Collector-Base Voltage VCBO 40 V
Collector-Emitter Voltage VCEO 20 V

C'est quand même assez différent.

Quand on sait qu'on retrouve quasiment 2 fois la tension d'alimentation sur le collecteur dans ces montages, ce n'est pas très surprenant qu'il ait fait fumer un paquet de transistors.

Si on prend le même transistor mais dans un montage de F6EVT

feedback-amplifier-bfg591.bmp

on se rend compte que avec les 46 + 51 ohms ohms en série avec l'alimentation, il ne doit pas rester plus de 7V entre le collecteur et l’émetteur au repos. On se retrouve donc dans la configuration "qui ne grille pas " chez W7IUV.

David.

 

 

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FM4PN

Bonjour,

Je ne suis pas d'accord avec ce que vous dites, il est vrai que ces dernières années l'électronique a beaucoup changé.

73 JP

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F6AWN
il y a 25 minutes, FM4PN a dit :

Bonjour,

Je ne suis pas d'accord avec ce que vous dites...

73 JP

 

Bonjour,

Dans l'intérêt de lecteurs, pourriez-vous nous dire pourquoi vous n'êtes pas d'accord avec les explications de David, ce dernier ayant fait l'effort de les détailler ?  :huh:

Cordialement,

Francis, F6AWN

 

  • Merci ! 3

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FM4PN

J'ai déjà dit ce que j'avais à dire, l'éditeur de texte du forum et très amusant je vais aussi essayer de faire de la citation /dezinguage.

Il y a 12 heures, F4HTQ a dit :

C'est un ampli-post mixer, donc inséré entre le mélangeur et le filtre a quartz. l'atténuateur de 6dB est destiné a rajouter 12dB de return loss sur les variations d'impédance du filtre à quartz qu'on va brancher derrière, ce qui va protéger de ce réactif tout ce qui est avant ( donc l'ampli et le mélangeur).

Return loss ça fait technique (limite cibiste) en fait il s'agit de désadaptation, et d'un plan théorique il n'est pas très judicieux de réaliser les adaptations avec des résistances évidamment avec des résistances on fait tomber le ros on fait aussi tomber le gain.

73 JP
 

 

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F6CSS
Posted (edited)
il y a 9 minutes, FM4PN a dit :

Return loss ça fait technique (limite cibiste) en fait il s'agit de désadaptation, et d'un plan théorique il n'est pas très judicieux de réaliser les adaptations avec des résistances évidamment avec des résistances on fait tomber le ros on fait aussi tomber le gain.

Les inconditionnels de VNA (SDRisé ou pas ) vont apprécier :D;) . Quant aux adaptations  "avec des résistances" il y a , dans certains cas , un aspect large bande qui peut être intéressant.

73 J.C.

Edited by F6CSS
  • Merci ! 1

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F6AWN
il y a 7 minutes, FM4PN a dit :

...je vais aussi essayer de faire de la citation /dezinguage.

Return loss ça fait technique (limite cibiste)

- en fait il s'agit de désadaptation

- et d'un plan théorique il n'est pas très judicieux de réaliser les adaptations avec des résistances

- évidamment avec des résistances on fait tomber le ros on fait aussi tomber le gain.

73 JP

 

Return loss, cela fait tout simplement anglais, pas cibiste. Et cela "ne fait pas technique", c'est technique.

Désadaptation ? Oui, mais de quoi ? Puisque vous aimez la précision et les mots "adaptés", dites-donc désadaptation d'impédances. Mieux encore, conjuguaison d'impédances.

L'utilisation de résistances pour "adapter" des impédances est une solution parmi d'autres. N'est pas judicieux que ce qui n'est pas le meilleur choix pour des conditions données et, dans le cas expliqué par David, il s'agit de lisser le ROS le plus simplement possible, le plus économiquement possible, entre la sortie d'un mélangeur et l'entrée d'un filtre à quartz. Utiliser un atténuateur résistif est la solution la plus courante même si ce n'est pas la plus sophistiquée et elle convient. Quant au gain de l'étage amplificateur, il n'a pas à être optimisé, il suffit qu'il soit suffisant pour compenser les pertes des étages qui le précèdent, et il serait même dommage qu'il soit trop élevé avant que les signaux ne soient filtrés.

Alors, oui, on fait tomber le ROS, oui, on fait tomber le gain, et oui, c'est un montage convenable pour le rôle auquel il est destiné, c'est à dire amplifier un peu les signaux entre un mélangeur généralement passif (à diodes...) et le filtre à quartz qui le suit.

Cordialement,

Francis, F6AWN

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FM4PN
il y a 41 minutes, F6AWN a dit :

Quant au gain de l'étage amplificateur, il n'a pas à être optimisé, il suffit qu'il soit suffisant pour compenser les pertes des étages qui le précèdent, et il serait même dommage qu'il soit trop élevé avant que les signaux ne soient filtrés.

Ça fait discuter certes mais faut pas exagérer, un ampli doit plus que compenser les pertes précédentes, sinon on risque d'avoir beaucoup d'étage. Avant le filtrage l'adaptation est facile puisque sur une fréquence.

73 JP

 

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F6FER

Bonjour

"Return loss" n'est que l'expression d'une désadaptation d'impédance. ( corrélé avec Z/Zo, rho, SWR, s11 ...). Etant exprimé en dB, donc additif,  il a l'avantage de simplifier les calculs comme le fait le décibel pour les puissances.  Je ne crois pas que ce soit une notion très utilisé par les cibistes  🙄 .

La discussion autour du gain de l'ampli, des pertes et de l'atténuateur n'a vraiment de sens que si on connait le contexte. Voir Ch 6.5 du livre cité par David ( Experimental methods in RF design édité par l'ARRL) qui doit se trouver sur le net.

73

 

  • Merci ! 2

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F4HTQ
Posted (edited)

Bonjour,

J'y ai consacré mon dimanche.

Voila les deux montages conçus pour les mesures

image-5.png

Les deux montages partagent le même courant de repos, les mêmes tensions de bias, le même gain. Ils sont bobinés avec exactement les mêmes transformateurs ( 4 tours de bifilaire 0.25mm sur des BN61-2402).

La seule adaptation concerne le point ou est pris le feedback.

Les impédances d'entrée et de sorties, mesurées au VNA sont comparables ( je mettrais des captures plus tard).

En vrais ça ressemble à ça:

image-7.png

( les deux circuits portent les stigmates de beaucoup de tests et modifications...).

Voila les mesures de gain faites avec un NWT500 et SNASharp

image-6.png

On remarque deux choses, la première c'est que les gains des deux amplis ne sont pas absolument comparables, j'ai environ 0.2dB d'ecart. Celui qui présente le plus de gain étant celui ou le point de feedback est pris au milieu du transformateur.

C'est un écart très faible, il peut venir de n'importe quoi sur le circuit, comme par exemple des transistors non identiques. Des mesures au voltmètre m'indiquent cependant  que les valeurs de tension ( et de courant) au repos sont quasiment identiques entre les montages, les écarts sont de l'ordre de quelques millivolts sur les tensions et de la milliampère sur les courants .

Hormis cette différence de gain, on remarque que le montage ou le feedback est pris sur le centre du transformateur offre un petit peu plus de bande passante que celui ou il est pris directement sur le collecteur ( 13 MHz de plus sur la bande passante a -3dB), c'est un résultat attendu et logique car dans ce cas la la contre-réaction englobe l'imperfection du transformateur et donc la compense un petit peu.

La suite est plus surprenante.

J'ai voulu comparer les gains issus de la simulation Spice à ceux mesurés, et la grosse surprise a été de retrouver aussi sur la simulation l'écart de 0.2dB entre les deux montages (0.185dB exactement sur la simulation). Cela est surprenant car sur Spice tous les composants sont parfaits et identiques, et le transformateur est configuré comme parfait.

Cela implique que les montages ne sont pas électriquement équivalents. Je pense que ça vient du fait que le courant de Feedback passe dans le transformateur ( et donc participe aux champs magnétiques crées) dans un cas et pas dans l'autre. A approfondir.

Les manips s'étant terminées assez assez tard, je garde les mesures d'IP3 pour plus tard dans la semaine, mais ne pense pas qu'elles seront très différentes entre les deux montages.

j'ai juste rapidement mesuré la compression a 1dB, elle est atteinte pour  22dBm en sortie, a l'identique sur les deux montages.

La suite a venir...

David.

 

 

 

Edited by F4HTQ
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F6FER

Bonjour David

Belle experimentation.

Il y a 7 heures, F4HTQ a dit :

Je pense que ça vient du fait que le courant de Feedback passe dans le transformateur ( et donc participe aux champs magnétiques crées) dans un cas et pas dans l'autre. A approfondir.

Peut être plus simple. Y a t-il une justification théorique à découpler exactement la moitié de la résistance de 1500 ohms, ou c'est juste pour essayer ?

J'irai voir par là pour ajuster le gain.

73

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F6CER

Bonjour les jeunes  je pense que c’est pour avoir le même taux de contre-réaction dans les deux cas  mais quoiqu’il en soit  il est toujours préférable d’inclure le transfo de sortie dans une contre-réaction , on peut ainsi compenser ses irrégularités

n’oubliez pas aussi la résistance non découplée d'émetteur , elle joue beaucoup sur les variations d'impédance d'entrée

bons essais  

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F4HTQ
il y a 43 minutes, F6FER a dit :

Bonjour David

Belle experimentation.

Peut être plus simple. Y a t-il une justification théorique à découpler exactement la moitié de la résistance de 1500 ohms, ou c'est juste pour essayer ?

J'irai voir par là pour ajuster le gain.

73

Bonjour Roger, Bonjour Georges,

il y a 32 minutes, F6CER a dit :

Bonjour les jeunes  je pense que c’est pour avoir le même taux de contre-réaction dans les deux cas

Oui c'est bien le but recherché.

j'ai fais naïvement le calcul suivant.

Je me suis dit que les tensions au centre du transformateur vaudraient la moitié de ce qu'elles valent prises sur le collecteur. Comme je voulais la même contre-réaction sur la base, j'ai donc divisé la valeur de la résistance par 2 pour avoir un courant de contre-réaction équivalent. et j'ai rajouté en série la résistance manquante pour garder le point de polarisation en la découplant avec un condensateur afin de l'écarter de la contre-réaction.

 

il y a 35 minutes, F6CER a dit :

quoiqu’il en soit  il est toujours préférable d’inclure le transfo de sortie dans une contre-réaction , on peut ainsi compenser ses irrégularités

C'est ce que confirme la manip.

J'avais déjà remarqué ça sur les PA, on récupérerait aussi un peu de bande passante en prenant la contre-réaction après le transfo d'adaptation.

David.

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