关于中放及控制增益的认识与理解(图片较多，分期发布）

changwanren

                       关于中放及控制增益的认识与理解
      此话题的主观认识较多，可能有些问题的理解不一定正确，自己的理解跟有些坛友的理解可能不同，会发出质疑，自己又没有经历对质疑进行更多的解释，甚至引起争论。所以，只是谈出个人的认识与理解，不回答质疑，更不与人争论。欢迎坛友发表个人的认识与理解，但不欢迎讨论之外的语言，如“无稽之谈”“误导坛友”“胡言乱语”等语言。
     相关上贴是中周的定量计算的一些公式，网址：
http://www.crystalradio.cn/forum ... =2086559&extra=
      一、了解改变中放增益的大小方法和增益的影响参数
      在制作中放电路时，总是希望得到更高的增益，作为业余制作，用不着复杂的计算，但是，要知道增益受那些因数影响，还是很必要的。因为中放板制作好之后 需要调整中放的静态集电极电流Ic，是获得最佳“匹配”吗？其实不是，是通过调整Ic来改变增益的大小，达到所需的电压增益。所以要知道增益的大小随静态Ic的变化规律。
     讨论中放增益，要用y参数，若选用特征频率高的三极管，可以忽略三极管电容的影响，采用h参数来讨论。
    1、通过计算公式理解增益与Ic的关系


   
谐振电路谐振时的电压增益公式：

       从公式看出影响电压增益有5个参数，中周的匝数比P1、P1，传输导纳yfe，有载Q值，和波阻ρ。Yfe可简化为Yfe≈Ic/26、gie=1/Rb、goe=1/Rc是三极管的自身属性，我们无法改变。其余我们可以改变。g=ρ×Q空，可以改变空载Q值。P1=N抽/N总，P1=N次/N总是可以改变的。
传输导纳yfe可以简化为跟直流工作点Ic成比的，其实goe=1/Rc对yfe影响较大，我们若是忽略了。就得到了调整Ic增大，使电压增益增大，但Ic增大会导致有载Q变小，使增益变小一些。
      选择配振电容小的，获得大的波阻ρ，也可以改变中周匝数比来改变增益。
      2、从y参数随Ie的变化曲线来理解增益随Ic的变化

    跟电压增益成正比的yfe在Ic变化0.1—2毫安，基本是直线变化，当Ic增大，goe会使增益减小，他影响yfe变化曲线。goe对有载Q的影响，看着很吓人，仔细一看他是uA/V，换成mA/Vyoe,变化就没有yie大了。通过中周阻抗变换，等效并联到中周上的阻抗要大于1MΩ，与中周自身损耗阻抗约100KΩ相比，对增益的变化影响还是很小的，yie的Ib单位是毫安，他的影响会较大，但是经过中周大匝数比的耦合，影响也较小。如TTF-2-1的匝数比162/7的平方阻抗变换535倍，如三极管的输入阻抗2.5k×535=1.3MΩ,所以这个跟增益成反比的参数，影响也并不大，所以增益随Ic的改变主要决定于yfe,当Ic小于1毫安时，可以认为电压增益随Ic增大而增大，主要决定于yfe。




  

changwanren

冰岛 发表于 2023-9-2 00:10
常老师的结论“当Ic由0.1—1毫安变化时，β值不变，增益的变化范围最大，β值变化大的，增益变化范围变小 ...

      关于电压增益随Ic的变化曲线对于中放基本近似等于yfe随Ic的变化曲线，影响yfe的变化曲线的主要影响因素是不是β，若是β的话，β恒定的三极管，电压增益应该随Ic变化很小，而实际实验不是这样，考虑特征频率的变化，实质还是没有撇开β对增益的主要影响，9018特征频率随Ic变化是很大，但对465KHz，9018的高特征频率对交流β的变化影响不大。我现在的认识是β对电压增益随Ic的变化不是主要影响因素，主要因数是yie,其次是yoe,yre可忽略。这是闲来无事谈认识，在实际应用中我的认识是电压增益随Ic变化，主要看yfe随Ic的变化曲线就够了。电压增益随Ic变化基本yfe随Ic的变化曲线一致。但很多三极管查不到yfe随Ic的变化曲线。

changwanren

      3、通过实际测量三极管的输入输出曲线来理解U2对Ib的影响yre和U2对Ic的影响yoe的大小。
      下图是实测的三极管输入曲线，绿色线是Uc=0时，粉色线是Uc=4.8伏时，看来Uc对Ib的影响还是很大的。对于直流来讲，我们讨论Uc受静态Ic的影响，由于中放负载是中周，中周的直流电阻很小，仅有几欧姆，如等于5欧姆，Ic在0.1—2毫安变化时，中周的直流电压0.5—10毫伏，如电源电压选6伏，Uc随Ic的电压是电源电压减去中周上得到的直流电压，Uc略微变小，可以认为对直流Uc不变，yre不变。所以，将此项由静态工作点Ic导致的yre的变化可以忽略。但对于交流来讲，三极管集电极的负载是中周谐振阻抗，ΔUc=ΔIcRL，此影响就不能忽略了。


     下图是Uc的变化对对Ic的影响yoe


可以看出三极管的输出曲线随Ic的增大向上斜率变大，当Ic电流很小时，基本的X轴平行，9018的Ic由0.1-10毫安变化时，Rc可由几百千欧姆变到几个几个千欧姆。看来静态Ic的变化对yoe影响较大，不能忽略。

changwanren

          4、通过搭建实际电路进行测量，测出实际电压增益跟Ic的关系。
实验验证中放增益跟Ic的变化，是不是跟yfe基本一致，此理解是否成立，做了如下实验：
实验电路图：

  临时搭建一个实验电路板


   实验装置图


实验结果待续

changwanren

          实验1、三极管选择9018，集电极电流在0.1—2mA变化时，直流放大倍数变化135—140，变化很小。


        实验1采用扫频仪的测量结果记录

9018增益跟Ic的关系
采用扫频仪可以看到幅频曲线幅度跟Ic的变化见下表

做一个曲线图

结论：电压增益的增益随Ic的增大而增大。等Ic由0.1—1毫安10倍变化时，输出电压由173—18毫伏，增益变化173/18=9.61倍，以分贝为单位增益变化为19.6分贝。
采用双踪示波器可以得到电压增益的具体数据与Ic的关系见下表

changwanren

      实验2、三极管选择3DG6B，集电极电流在0.1—2mA，扫频仪测量
      变化时，直流放大倍数变化42—64。

     实验2测3DG6测量结果记录：

    做一个曲线图

   结论：电压增益的增益随Ic的增大而增大。等Ic由0.1—1毫安10倍变化时，输出电压由157-17毫伏，增益变化157/17=9.23倍，以分贝为单位增益为19.3分贝。
   
       实验3、三极管选择3AG1C，集电极电流在0.1—2mA，扫频仪测量
变化时，直流放大倍数变化37—75。

     测量结果：

  变化曲线

  结论：电压增益的增益随Ic的增大而增大。等Ic由0.1—1毫安10倍变化时，输出电压由174-23毫伏，增益变化174/23=7.56倍，以分贝为单位增益为17.5分贝。
三次实验比较总结及结论：
   1、电压增益的增益随Ic的增大而增大，随三极管的不同变化曲线有所变化。
   2、当Ic相同时，不同β值，电压增益略有变化（基本不变）。
   3、当Ic由0.1—1毫安变化时，β值不变，增益的变化范围最大，β值变化大的，增益变化范围变小。

    发一个中放管使用9018调整Ic的增益变化视频：网址
https://v.youku.com/v_show/id_XNjAwNDY3NjU1Ng==.html


   未完待续

aaa555000

changwanren 发表于 2023-8-31 05:35
实验2、三极管选择3DG6B，集电极电流在0.1—2mA，扫频仪测量
      变化时，直流放大倍数变化42—64 ...

常老师这个非常有意义的实测研究，证实了教科书上的传统理论的正确性。
1、电压增益的增益随Ic的增大而增大，随三极管的不同变化曲线有所变化。
   2、当Ic相同时，不同β值，电压增益略有变化（基本不变）。
   3、当Ic由0.1—1毫安变化时，β值不变，增益的变化范围最大，β值变化大的，增益变化范围变小。

bumk

曾经在板块里和别人讨论过，类似9014和2SC1815的所谓 Excellent Linearity：
我说这里的“超线性”，PDF的意思是它的直流增益HFE在IC大幅变化时基本保持不变
对方认定是指交流增益Hfe保持不变，所以不适合做AGC级的中放
当时真的是说也说不过，只能放弃。

changwanren

aaa555000 发表于 2023-8-31 10:43
常老师这个非常有意义的实测研究，证实了教科书上的传统理论的正确性。
1、电压增益的增益随Ic的增大而 ...

看来老哥是对实验结论认可。

changwanren

bumk 发表于 2023-8-31 11:57
曾经在板块里和别人讨论过，类似9014和2SC1815的所谓 Excellent Linearity：
我说这里的“超线性”，PDF ...

       在论坛中最好避开争论，招惹不开心。将自己的认识与理解说出为止。业余爱好，谁都有认识与理解有错误或理解的不到位的问题。各自有各自的认识与理解随他去，开心就好。

HenryYam

有理论分析，有实验过程数据和对数据的分析，有总结，非常有参考意义和学习价值！

论坛就应该多发一些这样的文章。

感谢常老师！

girlexplorer

bumk 发表于 2023-8-31 11:57
曾经在板块里和别人讨论过，类似9014和2SC1815的所谓 Excellent Linearity：
我说这里的“超线性”，PDF ...

怎么会说不过呢？只要有理有据不就行了。

longshort

bumk 发表于 2023-8-31 11:57
曾经在板块里和别人讨论过，类似9014和2SC1815的所谓 Excellent Linearity：
我说这里的“超线性”，PDF ...

現代超beta晶體管基本上都是所謂超缐性的。

常規AGC中的晶體管無論是否超缐性，其交流增益hfe均不明显影响放大器增益，放大器增益的變化主要由控製輸入電阻來逹到目的。

changwanren

         2、对于中放“匹配”的问题的认识与理解
       中周的匝数比，实现阻抗变换。通常认为阻抗变换是解决“匹配”问题，关于中放的“匹配”的认识，千万别被当负载电阻等于信号源内阻时，获取最大功率所干扰。两者根本是两回事，中放主要是获取电压增益，所以讨论的重点是电压增益。
     （1）通过三极管最大功率增益及中周损耗计算公式，获取对中放电压增益的理解
不过电压增益也需在一定功率的基础上获得，理论上中放最大功率增益为
Kp=yfe^2/(4giegoe) 去掉中周损耗，剩下来的是静剩功率增益。
中周损耗计算公式：
ρc=P1/P2=1/(1-        QL/Q0)^2
插入损耗计算公式：P1输入给中周的功率，P2中周输出功率, QL有载,Q0无载，ρc损耗系数。
由此可见，无载Q0越低，有载QL越高，插入损耗越大，反之，插入损耗越小，所以要想插入损耗小，尽力的提高无载Q0和降低有载QL，但有载QL不能降得太低，会影响选择性。
对于三极管输入，是输入阻抗等于信号源阻抗，能获取最大功率，但此时电流（Ib）不是最大，对于输出的Ic是等于Ib×β控制，只有RL越大,获得Uc越大，所以通过最大功率增益计算，通过这两个公式，理不清功率与“匹配”问题对电压增益的影响。三极管的最大功率增益，应该理解为配合RL能获取不自激最大电压增益。
   （2）通过商品中周匝数比，理解电压增益跟匹配关系：

   通过中周的匝数比实现匹配，匝数比的计算：

       前面的实验证实，调整中放增益，可以通过调Ic，在中周匝数比一定的条件下，Ic增大，电压增益增大。反过来当Ic一定时，改变中周匝数比，也可以获得不同的电压增益，上述计算公式，应该是在Ic一定的条件下，获取最佳电压增益的匝数比的计算，不过要对上一级三极管输出阻抗的测量，下一级的输入阻抗只要用三极管的输入阻抗进行粗略计算就可以了，波阻也比较容易计算，有载Q选择高一些有利于选曾性的提高，有载Q和空载Q值的不同，中周的匝数比也不同，设计中周匝数比涉及的变量较多，所以很多绕制中周的爱好者，不敢随意改变中周在数比。
       关于获取最大电压增益，从此公式找不到获取电压增益跟Ic的关系。
      在实际应用中，如商品中周
     如TTF-2-1  45/7=6.42   6.42×6.42=41.3，若上一级三极管输出阻抗为100KΩ，100/41.2=2.4 KΩ，所以，当输入阻抗2.4 KΩ时，获得接近对大电压增益。但对于不同的放大倍数具有不同的偏流Ic。
如TTF-2-2  45/10=4.5  4.5×4.5=20.25，若二中放静态电流Ic=1毫安，放大倍数60，60×26=1.56KΩ，1.56×20.25=31.6 KΩ，小于三极管的输出阻抗。
     为什么中周2的匹配不是RL接近Rc，而是小于Rc呢？实验的结论是：当输入信号足够强时，获取电压增益明显变化区，会向Ic变大（RL变小）的方向偏移。
     从三极管输出曲线解释，三极管最佳负载阻抗取决于ΔIc和电源电压。

      从图中可看出当ΔIc峰峰值等于0.67-0.33=0.34时，负载阻抗等于14.4 KΩ,可获取最大峰峰值电压约5伏。14.4 KΩ的负载要比三极管的输出阻抗小。负载阻抗在大于14.4 KΩ出现切顶失真，提高此电压增益已经无意义。所以，RL=14.4K时获取最大电压，也获取最大功率。要考虑在遇到更大的信号是切顶，负载阻抗的选取比14.4 KΩ还要小。
     根据匝数比的计算分析，输入信号非常弱时，“匹配“需要RL=Rc，输入信号强时，最佳“匹配”需要RL<Rc,具体小多少，要通过在实际三极管输出曲线中，通过ΔIc的大小和电源电压，做负载线来计算.

未完待续

changwanren

      （3）通过实验，理解中周的“匹配”，对电压增益的影响
      大范围的调整Ic电流，测量中周次级输出电压，看看能否得到电压增益的最高点，最高点是否在“匹配”点上。使用三极管还是9018，2AG1C和3DG6B。
       实验结果9018的增益最高点在Ic=8毫安左右，无论中周高有载Q还是低有载Q，都是在Ic=8毫安左右，3DG6B有载Q较高时，在2.1毫安左右处自激，3AG1C在1.6毫安左右处自激，将中周并联一只100K电阻，使其在低有载Q下工作，实验了研究增益在0.1-        2毫安下，三只三极管的电压增益都是在2毫安处最大。
实验视频发布：https://v.youku.com/v_show/id_XNjAxNTIwNTg2NA==.html

实验结果，9018在Ic=8毫安处的最大增益，不是由匹配引起的，因为中放不可能把电流设计在8毫安。
实验结论：
       由于中放最大电压增益在Ic电流调整设计的范围内，一般不会超出2毫安，而三次实验9019、3DG6B和3AG1C在Ic0.1—2毫安时调大时，电压增益随Ic的增大而增大，没有“匹配”的峰值点，只有最大不自激增益的峰值点。9018在静态Ic=8mA处达到了峰值点，但是没有收音机将中放调到8毫安。

实验结论与理论匹配不符，百思不得其解好长一段时间，后来想起一个学生拿一只5瓦12伏电源变压器，问我用它连接12的汽车灯泡为啥不亮。由此问题的思考，当信号源功率足够大时，变压器随着负载阻抗的减小，会得到足够大的电流，当信号源功率非常小时，负载电阻变小，他的输出电压会激烈降低，也别想得到很大的电流，当电阻小到一定程度，功率越小，得到一个几乎不曾大（增大甚微）的电流（Ib）越小，此三次实验可能是由信号源输出功率太大所致，因此没有得到匹配点电压增益最大。
为了证明此想法，做了两次实验对比：
   实验4:三极管9018
     输入信号较大时的实验数据及曲线变化图。

    实验5:三极管9018
     输入信号较小时的实验数据及曲线变化图。

能够看出输入信号较小时，电压增益缓慢变化区，向Ic小的方向走向。但应然不与收音机的数据吻合，由于扫频仪很难在非常小的电压下工作，很难做到输入功率很小，这些实验只能与二中放的条件接近，但比二中放输入的实际功率要大不少，应该是采用两级中放实验，调整一中放的静态Ic才对。
     
      于是采用了两级中放测量，调整一中放的Ic电流，中放管锗管，得到了Ic>0.4毫安时，再增大电压增益几乎不变，与理论一中放的Ic电流在0.3—0.5范围内调整吻合。
视频：
https://v.youku.com/v_show/id_XNjAxMjQzMDc1Mg==.html

   如何解释这种现象呢？没找到理论解释,但结论是:
    信号弱到一定程度，Ic调整到大于“匹配”点的Ic时，电压增益微乎其微，若再调大Ic,只会增大噪声增益远大于信号增益，信噪比急剧下降，对强信号增益还会继续增大,所以，对于一中放，最好Ic调到等于理论计算“匹配”点的Ic值。
未完待续

zzfjct

终于看到对AGC电路经典理论作深度的介绍的帖子了，估计对该理论了解的机友不多。
2楼“三极管集电极的负载是中周谐振阻抗”的论述有所不妥，负载阻抗是中周次级输入阻抗至初级接入圈数的反射阻抗，约数十K。
只要熟读《面向工农兵晶体管收音机全国联合设计试制总结》一书，对于晶体管收音机的经典理论都可以基本了解。