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Valor capacitor efecto Miller

seralemi

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Buen día. Les adjunto una imagen de un preamplificador utilizado en los 80's, el cual posee un capacitor de 68pF (Cm en la imagen), que se encuentra conectado entre base y colector del Tr2. Entiendo que éste capacitor es de compensación del efecto Miller a la vez que le da estabilidad al circuito y atenúa la ganancia en altas frecuencias. Mi consulta concretamente es: como se calcula la frecuencia de corte de ese capacitor??
Este circuito lo estoy utilizando para otro propósito, donde la ganancia es plana; como el Vin que utilizo es de 4,15vac cambié la resistencia de realimentación de 68K por una de 33K para que la salida de 350mV sea la misma. Además anulé la retroalimentación para pick-up magnética.
Muchas gracias.
Saludos.
-Preamplificador.jpg
 
... A ver, ese es un viejo circuito que aparece en los manuales de FAPESA. Si lo necesitaras armar hoy tendrías que usar BC 549 o si necesitas mínimo ruido ármalo con BC 547. Si tu problema es analizar el porqué del "efecto Miller", esta nota de la Wikipedia (Efecto Miller - Wikipedia, la enciclopedia libre) es bastante explicativa.

Al final la capacidad de Miller termina formando una constante de tiempo con el paralelo de la resistencia de entrada del transistor de salida y la resistencia de salida del transistor de entrada. Calcular ambas resistencias (que son dinámicas y dependen de la polarización de ambos transistores) es posible pero es mas agradable martillarse el dedo gordo del pie.

La mayoría de los que arman éstos circuitos buscan el mayor ancho de banda posible sin entrar en la inestabilidad y sin empeorar la relación señal ruido. El procedimiento correcto es proveerse de una colección de capacitores en un rango (para éste caso) de 10 pF hasta 68 pF que es el que va en el circuito. Los tipo "plate" se usaban en aquella época pero hoy usaría tranquilamente tipos MKT o similar. Te bastarían con unos 20 capacitores (10, 11, 12, 13, 15, 16, 18, 20, 22, 24, 27, 30, 33, 36, 39, 43, 47, 51, 56, 62 y 68 pF).

Luego de juntar paciencia y armar el circuito le colocas una carga en la salida (una resistencia de 10K debería estar bien) y una carga a la entrada (47K si lo pones en Phono, 4k7 si lo pones en Mic.). Colgás un osciloscopio en la salida (sobre la resistencia de 10K) y vas probando capacitores cada vez mas pequeños hasta que comience a oscilar. También vas a notar que el ruido residual del circuito va aumentando. Típicamente vas a encontrar un punto donde no oscila solo (ni en micrófono ni en phono) y el ruido residual tampoco aumenta. Bueno, ese es el lugar óptimo para ese circuito con esos componentes que elegiste.

La gran macana de "tunear" un circuito de ésta forma es que el gemelo que armes para el otro canal puede o no funcionar de la misma forma que la que tuneaste. La dispersión de los componentes puede traer sorpresas inesperadas.
Hoy en día la disponibilidad de amplificadores operacionales de muy bajo ruido (un TL072 tiene infinitamente menos ruido que este circuito y podes sacarle bruto rango dinámico) hace que éstos circuitos sean poco menos que un recuerdo del pasado...
 
No hay necesidad de tunear taaaanto. Es preferible poner un capacitor de mayor valor, que aunque recorte ancho de banda no atentará contra la estabilidad. YO probaría con 100pF y con 220pF si con el primero no se estabiliza completamente, pero para ese circuito debería ser mas que suficiente...incluso sin capacitor.
 
... Con componentes actuales ese circuito debiera ser mucho mas estable. Según recuerdo 68 pf terminaba siendo una solución de compromiso que mantenía el ruido bajo y el ancho de banda razonable a pesar de la dispersión de los demás componentes. Hoy por hoy con BD547 y capacitores MKT modernos debería alcanzar con la mitad de ese valor (Dr. Zoidberg, si aumentas la capacidad de Miller lo estabilizas a expensas del ancho de banda) ...
 
tiovik dijo:
... A ver, ese es un viejo circuito que aparece en los manuales de FAPESA. Si lo necesitaras armar hoy tendrías que usar BC 549 o si necesitas mínimo ruido ármalo con BC 547. Si tu problema es analizar el porque del "efecto Miller", esta nota de la Wikipedia (Efecto Miller - Wikipedia, la enciclopedia libre) es bastante explicativa.

Al final la capacidad de Miller termina formando una constante de tiempo con el paralelo de la resistencia de entrada del transistor de salida y la resistencia de salida del transistor de entrada. Calcular ambas resistencias (que son dinámicas y dependen de la polarización de ambos transistores) es posible pero es mas agradable martillarse el dedo gordo del pie.
La mayoría de los que arman estos circuitos buscan el mayor ancho de banda posible sin entrar en la inestabilidad y sin empeorar la relación señal ruido. El procedimiento correcto es proveerse de una colección de capacitores en un rango (para este caso) de 10 pF hasta 68 pF que es el que va en el circuito. Los tipo "plate" se usaban en aquella época pero hoy usaría tranquilamente tipos MKT o similar. Te bastarían con unos 20 capacitores (10, 11, 12, 13, 15, 16, 18, 20, 22, 24, 27, 30, 33, 36, 39, 43, 47, 51, 56, 62 y 68 pF).
Luego de juntar paciencia y armar el circuito le colocas una carga en la salida (una resistencia de 10K debería estar bien) y una carga a la entrada (47K si lo pones en Phono, 4k7 si lo pones en Mic.). Colgas un osciloscopio en la salida (sobre la resistencia de 10K) y vas probando capacitores cada vez mas pequeños hasta que comience a oscilar. También vas a notar que el ruido residual del circuito va aumentando. Típicamente vas a encontrar un punto donde no oscila solo (ni en micrófono ni en phono) y el ruido residual tampoco aumenta. Bueno, ese es el lugar óptimo para ese circuito con esos componentes que elegiste.
La gran macana de "tunear" un circuito de esta forma es que el gemelo que armes para el otro canal puede o no funcionar de la misma forma que la que tuneaste. La dispersión de los componentes puede traer sorpresas inesperadas.
Hoy en día la disponibilidad de amplificadores operacionales de muy bajo ruido (un TL072 tiene infinitamente menos ruido que este circuito y podes sacarle bruto rango dinámico) hace que estos circuitos sean poco menos que un recuerdo del pasado...
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Hola tiovik. Respondiendo a tu comentario, te cuento que utilizo los BC549C ... En realidad mi consulta era saber cual es la frecuencia de corte de ese capacitor (68pF). La idea, tal cual lo mencionas, es obtener el mejor ancho de banda posible sin producir la inestabilidad del circuito.

Lamentablemente no dispongo de un osciloscopio.
Como originalmente ese circuito estaba pensado para micrófono y pick-up magnético, es muy probable que ese valor de capacitor atenúe demasiado las frecuencias altas.

Estuve buscando en la web a ver si encontraba alguna manera de saber como calcular la Fc de ese capacitor... según entiendo hay que relacionar el paralelo de la R 220k (colector de Tr1 y base de Tr2) con Bre (beta re) de Tr2, multiplicado por la Av de Tr2 y el valor de 68pF... aunque puedo contar con esos datos, no me parece del todo claro... sería algo así:

Fc= 1/(2pi*(Av+1)*Rth*C)
Fc= 1/(6,28*85*10,3k*68pF)= 2.674Hz.

Donde:
Av es la ganancia en tensión de Tr2.
Rth es 220K//10,88k (re=32 y Beta 340)
Para los cálculos, los valores de R son en ohmios y los de C en faradios.

Entiendo que usar opamp como el que sugieres es mucho mejor, pero no quería modificar lo ya hecho, al menos por ahora.
Agradezco tu interés en éste tema y seguiremos en contacto.
Saludos.
 
seralemi dijo:
Hola tiovik. Respondiendo a tu comentario, te cuento que utilizo los BC549C ... En realidad mi consulta era saber cual es la frecuencia de corte de ese capacitor (68pF). La idea, tal cual lo mencionas, es obtener el mejor ancho de banda posible sin producir la inestabilidad del circuito.

Lamentablemente no dispongo de un osciloscopio.
Como originalmente ese circuito estaba pensado para micrófono y pick-up magnético, es muy probable que ese valor de capacitor atenúe demasiado las frecuencias altas.

Estuve buscando en la web a ver si encontraba alguna manera de saber como calcular la Fc de ese capacitor... según entiendo hay que relacionar el paralelo de la R 220k (colector de Tr1 y base de Tr2) con Bre (beta re) de Tr2, multiplicado por la Av de Tr2 y el valor de 68pF... aunque puedo contar con esos datos, no me parece del todo claro... sería algo así:

Fc= 1/(2pi*(Av+1)*Rth*C)
Fc= 1/(6,28*85*10,3k*68pF)= 2.674Hz.

Donde:
Av es la ganancia en tensión de Tr2.
Rth es 220K//10,88k (re=32 y Beta 340)
Para los cálculos, los valores de R son en ohmios y los de C en faradios.

Entiendo que usar opamp como el que sugieres es mucho mejor, pero no quería modificar lo ya hecho, al menos por ahora.
Agradezco tu interés en éste tema y seguiremos en contacto.
Saludos.
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Calcular las impedancias asociadas es bastante mas complejo que eso, tenes un par de lazos de realimentación (uno local y otro general) que te complican la vida. La simulación (hecha con el debido cuidado) es la mejor aproximación si no tenes un osciloscopio. En tu caso, me conseguiría un pequeño lote de capacitores y haría algunas pruebas. En teoría ese circuito debería dar una respuesta razonablemente plana (hasta tal vez 18 KHz) cuando se usa con micrófono y seguir la ecualización RIAA cuando esta en Fono. La ecualización RIAA (Ecualización RIAA - Wikipedia, la enciclopedia libre) comienza a cortar agudos en 2122 Hz, así que el otro polo en la respuesta (el del capacitor de miller) debiera estar cerca de los 20 KHz para no interferir la ecualización.
Insisto, como ejemplo educativo y a titulo experimental esta muy bueno. Por el contrario si queres armar algo confiable para usar y disfrutar un circuito con AOP te va a dar mas satisfacciones.
###ATENCIÓN - ESTO PUEDE SER UN OFF TOPIC

Ya que andamos por acá, me puse a buscar el circuito con el LF356 que hice alguna vez y me resulto muy simple y eficiente. Para el que lo necesite es este: RIAA Phono Preamplifier using LF353N
Algunos detalles:
La resistencia de entrada (R1 y R2) deben ser metal film. En general esta bueno que todas las resistencias sean de este tipo. Las que van en el lazo de corrección RIAA (R4,R5,R6)deben ser al 1%, el resto no hay drama.
Los capacitores electrolíticos deben ser Clase 105, el resto MKT o tipo Plate. De vuelta, los que forman la corrección RIAA (C4, C5) deberían ser lo mas exactos posible.
La máxima separación estéreo se consigue armando cada canal con su respectivo AOP y si usas una placa de doble faz usas el plano superior de cobre como pantalla a masa (y tierra general del circuito). Sin embargo no hay que matarse, solo los discos de máxima calidad se acercan a los 55dB de separación máxima teórica. Podes armarlo con un AOP doble y en una placa de circuito de simple faz sin demasiados dramas. Solo cuida las lineas de masa que no hagan cosas raras.
Alimentado con +/- 15 tiene un rango dinámico mas que sorprendente y el slew rate del LF356 se porta de maravillas. Los cañonazos de la 1812 se escuchan de maravilla.

####FIN DEL OFF TOPIC
 
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