Betriebsbereich für Transistor im Kapazitätsvervielfacher

Es ist eine Emitterfolgerschaltung und das bedeutet, dass die Emitterspannung der Basisspannung folgt. So einfach kann man es ausdrücken. Tatsächlich muss die Emitterspannung etwa 0,5 Volt bis 1 Volt niedriger als die Basisspannung sein, um ausreichend Strom in die Basis zu zwingen. Dies liegt daran, dass der Basis-Emitter-Bereich einer in Durchlassrichtung vorgespannten Diode entspricht, daher sagen wir, dass der Emitter der Basis "folgt", aber vielleicht 0,7 Volt niedriger ist (in einfachen Worten).

Diese Tatsache müssen wir also erst einmal akzeptieren: Der Emitter liegt etwa 0,7 Volt unter der Basisspannung und bleibt unabhängig vom Laststrom etwa 0,7 Volt unter der Basisspannung.

Wir möchten jedoch nicht, dass eine Welligkeit am Kollektor dazu führt, dass diese Art von Spannungsregler "ausfällt". Ja, es ist eine Art Spannungsregler und ja, es kann unter "Aussetzern" leiden, wenn die Welligkeit am Kollektor zu groß ist. Um dies zu vermeiden, stellen wir sicher, dass der aus R1 und R2 gebildete Potentialteiler die Basisspannung um einen ausreichenden Betrag senkt, um sicherzustellen, dass die Basisspannung immer niedriger ist als die niedrigste "Tal" -Spannung am Kollektor, wenn eine Welligkeit vorhanden ist.

Wir stellen auch sicher, dass die Werte von R1 und R2 niedrig genug sind, damit zusätzlicher Strom, der in die Basis aufgenommen wird (aufgrund von Schwankungen der Emitterlast), nicht wesentlich dazu führt, dass die Basisspannung zu niedrig abfällt. Eine Faustregel wäre hier, R1- und R2-Werte zu wählen, die etwa das Zehnfache des Widerstandswerts des niedrigsten Lastwiderstandswerts am Emitter betragen. Wenn also die Emitterlast 50 Ω betragen könnte, würden wir R1 und R2 so wählen, dass sie der Basis einen äquivalenten Widerstand von nicht mehr als 500 Ω bieten.

Der Transistor befindet sich also in seinem aktiven Bereich

Aber wie immer wird es Kompromisse geben, und unter extremen Werten der Brummspannung am Kollektor kann es sein, dass sie gerade beginnt, den Sättigungsbereich zu erreichen. Dies hängt davon ab, wie viel Welligkeit Sie tolerieren können und wie lange. Hier gibt es keine allgemeine Regel; Es hängt vollständig davon ab, wie hoch die Spannung am Emitter sein muss, um den Anforderungen dessen zu entsprechen, was mit dem Emitter verbunden ist.

Welche dieser Betriebsarten ist für den Transistor wünschenswerter?

Im Allgemeinen ist es wünschenswert, dass der Transistor in seinem aktiven Bereich arbeitet.

Wenn ich richtig verstehe, sollten wir die Basis so vorspannen, dass sie sehr nahe an V+ liegt. In diesem Fall sollten wir R2 nicht einfach weglassen?

Nein, das wäre nicht sehr gut, denn dann verlassen Sie sich zur Bereitstellung des Laststroms auf den Basisstrom (mit Nullstromverstärkung im BJT). Im Allgemeinen möchten Sie, dass die durchschnittliche Spannung an der Basis etwa ein Volt unter der Talspannung am Kollektor liegt, wenn eine Welligkeit vorhanden ist.

Fußnote - meiner Erfahrung nach ist es besser, mehr Kapazität in der Stromzuleitung zu verwenden, als Wunder von dieser Art von Schaltungen zu erwarten.

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Es liegt auf der Hand, dass der Transistor im „linearen“ Modus arbeiten muss, sonst würde er im Zusammenhang mit DC-„Netzteilen“ nicht viel nützen.

In diesem Fall zeigt die AC-Analyse die erhaltene Dämpfung der am Eingang vorhandenen Welligkeit (~35 db bei 100 Hz, 50 Hz x 2).

Es lohnt sich, die folgenden zwei Tatsachen hervorzuheben:

Seien Sie vorsichtig mit einem Problem, das auftreten kann ...

• Wenn C1 geladen ist und Vin ("Kondensator" nach Gleichrichter) schneller auf Null geht als die Spannung an C1, kann es zu einem Rückstrom durch die Kollektor-Basis kommen ... der den Transistor leicht zerstören kann. R1 ist also wirklich notwendig.

• Beachten Sie auch, dass der Transistor zerstört wird, wenn Sie am Ausgang einen Kurzschluss machen (C1-Entladung über die Verbindungsstelle BE)!

UPDATE:
Wie im Kommentar gefragt, hier einige Simulationen (Widerstand zwischen Basis und Kondensator hinzugefügt).
Dieser Widerstand R5 hat einige Vorteile für Ib(Q1)-Ströme, die an der TRAN-Analyse beteiligt sind, verschlechtert jedoch das Ansprechverhalten bei der AC-Analyse.

Außerdem wurde eine Diode D2 hinzugefügt, um den Kondensator auf andere Weise schneller zu "entladen" (über R4).

Sie können R2 weglassen, wenn die Differenz Vbe-Vce(sat) erheblich größer ist als die Eingangswelligkeitsspannung. Der Transistor befindet sich dann immer im aktiven Bereich. Das ist, was du willst.

Dies ist keine Schaltung, die Sie jeden Tag verwenden möchten, aber es ist eine gute Möglichkeit, ein Millivolt Breitbandrauschen auf wenige Mikrovolt zu senken, um eine Schaltung mit Strom zu versorgen, die empfindlich in Bezug auf Rauschen, aber nicht so empfindlich in Bezug auf die Regulierung ihrer Leistung ist.