一个2倍频的电路

往事已去

    三极管Ie和Vbe近似成指数关系，这是2SC2655 pdf中Ic-Vbe关系图，横向x4拉宽，截个正弦波曲线放进去。


    可见和正弦波本来就接近，加偏置到开启电压处，此处即正弦波的波顶处，指数曲线的上段和正弦波相差较大。加个电阻，由于小电流时be结电阻较大，电阻影响小，故起始（正弦波波顶）部分影响不大。而大电流时电阻影响大，使得指数曲线的上段右移，越往上越右移，贴近于正弦波。所以电阻有个最佳值，使失真度最低。这是IV曲线测量1N4007得到的指数曲线，更精细点。


    这是本电路输入三角波时，输出和正弦波比较。从图中可以看出，不同输入幅度会有不同的失真度，并不是小幅度时失真小。



    实际上，由于指数曲线的“自相似性”，即“部分等于整体”，所谓开启电压根本不存在，偏压可以加到任意位置，都有一个最佳电阻与之对应。偏压增高，电阻减小。
    如果选择增高偏压减小电阻，会导致增益增大，同样的输入电压输出增加，而失真度不变（曲线形状相同，重合的部分相同，故对给定的输入信号幅度有相同的失真度）。
    集电极电阻对失真度有影响（厄利效应？h参数？），也有个最佳值，对增益、带宽也影响。
    发射极电阻合并起来失真度更小一点儿，还可以节省一个零件。

    电路解析式可写为
    Vout=Av*cosVin+DC             （余弦-90度到90度）
    如果Vin=cosωt，在-90度到90度就成了两个余弦相乘，而另一半由另一半完成，这样就和模拟乘法器一样了，对正弦波的2倍频由此而来。可见这个电路本质上是余弦电路，遇到正弦波就出现了2倍频现象。

70后大叔

往事已去 发表于 2016-8-18 11:02
三极管Ie和Vbe近似成指数关系，这是2SC2655 pdf中Ic-Vbe关系图，横向x4拉宽，截个正弦波曲线放进去。
...

谢谢分析   又长知识了

johny05

楼主，你的电路零件并不多，模拟的差不多了，应该实际搭一个电路看看实际效果如何。眼下阶段不用什么失真度仪，就用你现有的示波器看看波型即可。我们拭目以待。

往事已去

    还有一些分析未完成，大家想看实际波形，就先做个板子看看。实际上2倍频应该是可信的，不至于这个地方出错。在失真度这儿可能会有出入，因为仿真太理想话，太一致性了。
    这是电路图，后勤人员太多，真正干活的没几个。R11、R12是给三极管提供个保护，先装了个雷击坏的扩音机中拆下的4558，结果是坏的，输出5V，当时没焊R11、R12，如果直接接到三极管的话，会不会烧9014？

    这是印板，注意R11、R12的位置，后来改的，因为正好那里有跳线，PCB不用改，所以图没改。

    有感光板，但打印店搬了个家，胶片找不到了，另一家的胶片不能用，别人家没有。只好打印在普通纸上，先打孔再画。以前用油漆画，后来热转印，用所谓腊光纸，本地叫手工纸，还不错。后来手工纸打印店不给打了，说坏（动词）机器，打在普通纸上很不好用。上次esr表买了感光板，这次胶片又不能用了，麻烦。在商店，问修改液，在玻璃上涂了下，感觉粘的不牢，也不好画。又买了瓶指甲油，粘的倒是牢，但不好画，流动性不好，干的太快，还没涂好就变稠了。于是，打了个鸡蛋，把蛋清加了点墨汁使之有颜色，画。好用，流动性好，干的慢，但干后膜是脆的，然后上锅蒸使蛋清凝固，蒸出来有的地方起花，补之再蒸。然后腐蚀，过了会儿看，一切安好，再过了会儿看，腐蚀基本完成，但有的地方起膜了，捞出来冲之，一冲很多地方都起来了。不过还行，已经完成，能用。也许把配方改改，里面再加点东西，此法能用。
画好的

刚冲完（晚上）

第二天上午


焊好的

关键的波形，毫无悬念的出现在屏幕上。CH1、CH2都是每格0.1V，交流耦合，探头1：1。X轴每格0.2ms，触发源CH1，断续扫描。信号发生器是自己diy的，不好，但波形看上去还行，幅度不稳，跳。输出波形一个高一个低，把其中一9014手捏，低的那个会长高，说明对温度敏感。输入波形不好还是9014不对称还是5532失调电压？没有详细测量。输出波形底部发虚，似乎是有干扰，手靠近信号发生器的电路部分时干扰会加重，未做进一步深究。失真度不得而知，调RP幅度有变化，但形状就是个那，看不出来失真不失真。

hotdll

往事已去 发表于 2016-8-22 18:42
还有一些分析未完成，大家想看实际波形，就先做个板子看看。实际上2倍频应该是可信的，不至于这个地方出 ...

2倍频效果不错。

往事已去

XY方式的波形

然后测量运放输出电压，两边偏差极小，0.5653V，0.5640V，不是偏置的问题。把9014换了个HFE接近的，其实原来的偏差也小，结果还是个那。测量两运放输出幅度，略微有点不同，就交换之，好转了。再把信号发生器的两根线互换（等于极性倒置），波形不一样，说明信号发生器有失真。这几个图我也弄不清哪个对应哪个了，按拍摄顺序排列。

往事已去

找了个铝块，做了个热耦合，用打火机加热，已经很热，波形幅度由于信号发生器的问题无法稳定读数，但看上去行，波形上部位置没啥变化。证明热稳定性至少还行，这是必需的，要不然没法用，这一点必须实测，仿真不行。

cruelfox

赞实践！
为做板子打了个鸡蛋

往事已去

专门听了听这个电路的声音，手摸到输入端耳机传来广播电台的声音，不知道是什么台 ，搭段电线更清晰 。放了首歌，声音严重失真，仔细听还能听出唱的是啥。和原声混合，比例高时还是严重失真的声音，混的比例低时声音含糊，还是不混合的原声好 。好的声音在哪里？怎样才能出好听的声音？

往事已去

cruelfox 发表于 2016-8-24 17:39
赞实践！
为做板子打了个鸡蛋

以前还干过类似的事。
      最好的是拿自动铅笔，把芯去掉，把油漆吸进去，画起来好用，但后来油漆买起来麻烦。
      拿蜡画过，把保险管一端焊个油笔头去掉钢珠，保险管内置一段电阻丝，通电把蜡融化，画。蜡融后太稀，自己就往外滴，忘了是不是把油笔头和保险管内塞了点东西，反正蜡不能多放。能画，但同样时间长了会起膜。
      还用松香酒精溶液画过，记不清了，应该灌到自动铅笔里效果不错的。
     下一次试试油笔芯，把钢珠去掉，后面接气门芯，吹气帮助油墨流出，估计可行。

cruelfox

往事已去 发表于 2016-8-25 07:36
以前还干过类似的事。
      最好的是拿自动铅笔，把芯去掉，把油漆吸进去，画起来好用，但后来油漆买起 ...

呵呵，我用油性记号笔用过比较多，也尝试过松香酒精。记号笔的好处是没有液体流动扩散的问题，缺点就是覆盖能力差点，一整块涂的话腐蚀后总有很多保护不够的小眼出现。后来用感光膜法，打印胶片，太阳光曝光，可以做SOIC的焊盘了。再后来到现在，就直接厂家做PCB了。 实在没必要找厂做的，就洞洞板，太简单的刀刻了事。以前时间多可以随便折腾，现在不行了。

往事已去

cruelfox 发表于 2016-8-25 09:11
呵呵，我用油性记号笔用过比较多，也尝试过松香酒精。记号笔的好处是没有液体流动扩散的问题，缺点就是覆 ...

我用油性记号笔不行，泡一会儿颜色就掉了。

大信号下可见明显失真，v-t下好像是每格0.5V，X-Y下好像是1V每格，记不清了。

往事已去

电话电缆被盗，停了好几天的网。
偏置Re和Vin的关系以及失真度，电路的增益
    还是把正弦曲线和指数曲线放在一起比较，预先加偏置到某位置，Vin最大值对应正弦曲线的零点，这样
    Vp+Vin=Vp+ΔVbe+ΔIe*Re            （Vp表示偏置电压）
          =（静态Vbe+静态Ie*Re）+ΔVbe+ΔIe*Re
而纵坐标的ΔIe，有无数个正弦曲线可以与指数曲线组合，其中只有一个失真度最小，数学计算没法弄，只能仿真或实测。

ΔIe=Ies*e^[(Vp+ΔVbe）/VT]-Ies*e^(Vp/VT)
    =Ies[e^(Vp/VT)*e^(ΔVbe/VT)-e^(Vp/VT)]
    =Ies*e^(Vp/VT)*[e^(ΔVbe/VT)-1]
    可见改变偏置Re输出幅度会明显变化。对Re分别为10Ω、15Ω、20Ω、25Ω，输入110mVp、75mVp、50mVp、25mVp进行仿真得到如下数据：

第一组偏置、Vbe等是找出最佳失真度时去掉信号发生器测得的电压，第二组是叠加上110mV、75mV、50mV、25mV直流电压后的电压。从仿真看ΔVbe和ΔIe*Re变化很小，没有明显变化。对第一组偏置电压除以VT=26mV，再指数，再乘以倍率后得到的输出幅度，和仿真的输出幅度比较，很接近，特别是小信号时，这个公式可用。小信号时失真度非常低，但对偏置敏感，稍动一点儿失真度就上去了（仍然低于大信号），大信号比较皮。

    不同的输入信号幅度对应的偏置Re不同，各有一个最佳值。

    仿真和实验中早发现改变偏置或者Re输出幅度会明显变化，虽然只改变偏置或Re失真度会增大，但对失真度要求不是很高的场合，此特性可作幅度控制用。




低幅度和高幅度时的波形，可见明显失真，说明不宜做大范围的幅度控制，适合幅度不是太大的控制。


   （ΔIe*Rc）/Vin即电路增益Av，不是线性关系。如果保持偏置Re不变，输入减小，可按Vout=AvcosVin+DC计算，输入增大不能这么算。

    输出的直流成份，静态时的直流加上有信号时的直流。静态时的直流就是经典的直流工作点计算，说简单也简单，说复杂也复杂，主要是超越方程，集成运放中的“微电流源”。有信号时的直流简单，就是输出正弦波幅度的一半。



    高频特性，即带宽。仿真不靠谱，结果不可信，波特图仪根本不能用。实际测量需要仪器，理论分析应该很复杂，因为非线性。二极管带宽应该比三极管要高，似乎简单些，实际也简单不了，输入输出隔离不如三极管。这个我弄不了。
    需要两路相反的输入信号，这个很多时候很麻烦。这样可以单路输入，但仍然浮地，仍然麻烦。


    请版主把标题改改，改成什么好？“两个新的简单低失真度正弦波2倍频电路”？这个电路以前没见过。然后大家转载吧，先传播出去再说，注明出处。

往事已去

    对偏置管而言，由于Vbe变化很小，所以可认为流过它的电流是恒流，
    Iep=Ies*e^（Vp/VT）              （Iep表示流过偏置管的电流）
    Iep/Ies=e^（Vp/VT）
    ln(Iep/Ies)=Vp/VT
    把Vp/VT=ln(Iep/Ies)代入ΔIe=Ies*e^(Vp/VT)*[e^(ΔVbe/VT)-1]可得
    ΔIe=Iep*[e^(ΔVbe/VT)-1]
    这表明输出随VT变化有温漂，用偏置管的意图就是抑制温飘，从公式看它只抵消了一部分。虽然不希望有温飘，但它如果真的在，那也没办法。实测现在信号发生器不行，量不了。从这个公式看似乎输出幅度和流过偏置管的电流成正比,但仿真结果不是。

补充内容 (2016-9-5 21:40):
这个公式没有反映出Re的负反馈作用，即 ΔIe会影响ΔVbe，实际的温飘要比这个公式要好。

往事已去

shiuyipyuen 发表于 2016-8-15 13:12
我想大家应为矿坛发生了这个电路举杯庆祝,        ...

我觉得有时候那种所谓的“偶然”实际上根本不是偶然，而是“必然”，老天安排的。像那些神人般的人物就好像根本不是人，就好像是上天派他们到人间来完成某种使命似的。到了那个东西该出世的时候，该向人类展示、“表白"的时候，就会“偶然”地示现给已安排好了来完成这个使命的人，让他去完成。如果不到时候，那这个人遇不到这种现象，不会去研究它。或者各种机缘、条件不成熟，各种阻挠、困境，这个人无法去完成这个使命。