BJT AC-Eingangssignalamplitude

Diese Frage bezieht sich auf npn BJT CE:

Wenn wir uns das Diagramm Basisspannung vs. Kollektorstrom ansehen, können wir sehen, dass der BJT bei ungefähr 0,7 V am Basis-Emitter-Übergang schnell zu leiten beginnt.

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

In einer Schaltung ist DC BJT so vorgespannt, dass der Ruhepunkt in der Mitte der Lastleitung liegt (für Klasse-A-Verstärker).

Fragen:

  • Stellt der DC-Ruhepunkt den Referenzpunkt für das AC-Eingangssignal dar?

  • Wenn wir das Eingangssignal normal verstärken möchten (ohne Verzerrungen), muss das Eingangssignal dann von 600 mV bis 750 mV (ungefähr) variieren?

"normalerweise verstärken" bedeutet was (im Gegensatz zu nur "verstärken"). Ohne Verzerrung ist ein Mythos.
Muss das Eingangssignal zwischen 600 mV und 750 mV variieren? Der BJT folgt immer noch dieser DC-Kurve, der AC verursacht nur (kleine) Variationen über diese Kurve. Zwischen 600 mV und 750 mV würde es ein riesiges Verhältnis zwischen minimalem und maximalem Strom geben. Angenommen, dies ist überhaupt möglich (in einer bestimmten Schaltung), würde dies enorme nichtlineare Verzerrungen bedeuten. Eine vernünftigere Wahl wäre Ic zwischen 10 mA und 30 mA, sodass Vbe zwischen 600 mV und 620 mV liegen würde.
@FakeMoustache: Also, wenn ich das Ganze richtig verstanden habe: Wenn ich das Signal mit BJT verstärken möchte, muss ich zuerst einen Weg finden, die Signalspannung (sagen wir AC) irgendwo zwischen 600 mV und 620 mV zu bekommen?
@Andyaka: Ich weiß, dass Verzerrungen unvermeidlich sind, wenn es um Verstärker geht. Ich bezog mich nur auf den Basisverstärker in Klasse A.
Finden Sie einen Weg, um ... Nein, tun Sie nicht, Sie würden eine "clevere" Schaltung verwenden, um Ic = 20 mA zu machen, und dann das Wechselstromsignal mit einem Kondensator an den Eingang koppeln, siehe Antwort von G36.
Setzen Sie einen Widerstand in den Emitter und lassen Sie 0,26 Volt (10 x kt/q) abfallen; die Verzerrung sinkt 10:1 ------ ohne offensichtliche Rückkopplung. Fallen Sie 2,6 Volt ab, und die Verzerrung sinkt um 100:1. Das Leben wird ziemlich gut und schnell und billig.
Dies war eine interessante Frage, insbesondere die zweite Frage nach dem Bereich des Eingangsspannungshubs. Leider sind die Antworten nicht sehr klar und ich verstehe immer noch nicht ganz, wie eine Eingangsspannung um 1 Volt schwingen und immer noch innerhalb des Basis-Emitter-Spannungsbereichs liegen kann, der höchstens etwa 0,2 Volt zu betragen scheint.
@rhody: Ich stimme dir vollkommen zu. Ich verstehe, wenn die Eingangsspannung zwischen wenigen Millivolt schwankt - und sich Vbe (DC) um denselben Betrag ändert. Was ich nicht verstehe, ist, was mit Vbe (DC) passiert, wenn die Eingangsspannung zwischen wenigen Volt oder mehreren zehn Volt schwankt - Vbe (DC) geht wahrscheinlich nicht mit der gleichen Spannung auf und ab der Steigung von Ic vs. Vbe Parzelle...

Antworten (3)

Stellt der DC-Ruhepunkt den Referenzpunkt für das AC-Eingangssignal dar?

Ja. Wenn Sie Zeit haben, versuchen Sie, diesen einfachen CE-Verstärker zu analysieren.

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Wo Vcc = 12 V; Vc = 6 V (roter Plot); Ve = 2V (grüner Plot) ; Vinput = 1 V (blaues Diagramm).

Und wir haben einen idealen BJT (Vbe ist fest und gleich 0,7 V und Beta = 100)

DC-Ruhepunkt ist Vb = 2,7 V; Ve = 2 V; Vc = 6 V; IC = 6mA; Ib = 60 μA. Nein, die AC-Eingangssignalspannung "moduliert" unseren DC-Arbeitspunkt im Rhythmus des Eingangssignals.

Die AC-Spannung am Eingang bewirkt, dass sich die Basisspannung im "Rhythmus" eines AC-Eingangssignals von 3,6 V auf 1,6 V ändert. Diese Änderungen führen dazu, dass sich auch die Emitterspannung von 3 V auf 1 V ändert. Der Emitterwiderstand (Re) "wandelt" diese Änderungen der Ve- Spannung in den Ie- Strom um. Dies führt zu Änderungen des Emitterstroms von 0,9 mA (3 V) auf 0,3 mA (1 V) . Und jetzt werden diese Änderungen des Ie- und Ic -Stroms erneut in Spannung im Rc- Widerstand "umgewandelt". Und diese Änderung des Kollektorstroms bewirkt eine Änderung der VRc- Spannung zwischen 9 V und 3 V. Wir haben eine dreimal größere Änderung in VRcSpannung, weil Rc dreimal größer ist als der Re-Widerstand. Die Spannungsverstärkung ist also gleich Av = Rc/Re

Auch wenn Vin den Spitzenwert Vin = +1 V erreicht , haben wir 3,7 V an der Basis des BJT, sodass der Emitterstrom gleich Ie = 3 V / 330 Ω = 9 mA ist und der Kollektorstrom ebenfalls gleich 9 mA ist

Und die Kollektorspannung ist gleich Vc = Vcc - Ic* Rc = 12 V - 9 V = 3 V

Der Basisstrom, der benötigt wird, um 9 mA eines Kollektorstroms bereitzustellen, ist gleich:

Ib = 9mA / 100 = 90μA

Der von Rb und Eb bereitgestellte Basisstrom ist:

I = (Eb - Vb)/Rb = (4,7 V - 3,7 V) / 33 kΩ = 30 uA

Aber der Emitterstrom muss gleich 9mA sein , und das erfordert, dass der Basisstrom gleich 90uA ist

Wir haben also eine Situation: Eb liefert 30 uA , die Basis benötigt 90 uA , so dass zusätzlicher Strom ( 60 uA ) von der Wechselspannungsquelle Vin "geliefert" werden (muss) .

Vin wird also 60 uA eines Stroms liefern (beziehen).

Für den negativen Spitzenhub bei Vin (-1 V) haben wir diese Situation Vb = 1,7 V ; IC = 3mA ; Vc = 9 V

Der Basisstrom, der benötigt wird, um sicherzustellen, dass Ic = 3 mA ist

Ib = 3mA/100 = 30uA

Das Eb liefert I_Rb = (4,7 - 1,7 V) / 33 K = 90 uA

Aber wir brauchen nur 30 uA für den Basisstrom, um 3 mA am Emitter zu "liefern".

Aber Eb liefert 90uA , so dass zusätzlicher Strom ( 60uA ) zu Vin fließen muss (muss von Vin gesenkt werden).

Ich hoffe, das wird helfen.

BEARBEITEN

Die Eingangsimpedanz beträgt:

Rin = RB||(beta+1)Re = 33k||101*330R = 33k||33k = 16,67k

Oder Rin = Vin/Iin = 1 V/60 uA = 16,67 k

Wie Sie sehen, passt alles zusammen.

Wenn wir das Eingangssignal normal verstärken möchten (ohne Verzerrungen), muss das Eingangssignal dann von 600 mV bis 750 mV (ungefähr) variieren?

Nein, das Eingangssignal muss nicht zwischen 600 mV und 750 mV liegen. Weil der Eingangskopplungskondensator den notwendigen DC-Offset liefert (DC-Pegel wird dank Cin-Kondensator verschoben). Und wenn Vbe um etwa 60 mV erhöht wird, erhöht sich der Kollektorstrom um das Zehnfache. Außerdem ist BJT ein stark nichtlineares Gerät, sodass immer Verzerrungen auftreten. Und deshalb verwendet fast niemand mehr eine einzige CE-Stufe.

1: Ja. Zumindest das Signal an der Basis; siehe 2. 2: Nein. Ja. Art von.

Zur Erläuterung muss ein BJT in den entsprechenden Betriebsmodus vorgespannt werden, und dann wird Ihr Wechselstromsignal normalerweise kapazitiv darin eingekoppelt. Dies überlagert effektiv nur Ihr AC-Kleinsignal über dem DC, den das Bias-Netzwerk bereitstellt.

Es sollte jedoch beachtet werden, dass eine Verstärkung „ohne Verzerrung“ nicht stattfinden wird. Es wird auf jeden Fall Verzerrungen geben; die frage ist wie viel.

Was passiert, wenn ein Wechselstromsignal mit einer Amplitude von 10 Vpp an den Eingang (an die Basis) angelegt wird? Verstärkt BJT das Signal oder wird es zerstört, da 10 Vpp (oder 5 Vp) viel größer als 0,7 V sind?
Wenn Sie 5 V direkt zwischen Basis und Emitter in einen BJT einspeisen, wird er zerstört. Aber wenn Sie ein geeignetes Bias-Netzwerk darauf haben, das einen Emitterwiderstand enthält, wird es überleben und das Signal basierend auf Ihren Bias-Netzwerkbedingungen verstärken.
Wenn Vbe so vorgespannt ist, dass es 0,7 V entspricht und wir ein 5-Vp-Wechselstromsignal an den Eingang anlegen, wird der Transistor nicht zerstört, oder?
Wie ich schon sagte, es hängt von Ihrem Bias-Netzwerk ab. Vbe ist eine Funktion der Impedanz zwischen Emitter und Masse, der Impedanz zwischen Eingang und Basis und der Eingangsspannung.
Das AC-Eingangssignal ändert also nicht das Vorspannungsnetzwerk des Transistors?
Der Begriff "Bias-Netzwerk" bezieht sich auf die Widerstände. Der Vorspannungspunkt wird geändert, aber das Vorspannungsnetzwerk begrenzt den Betrag, um den er sich ändert.
"große" Eingangsschwingungen schalten den bipolaren Wert bei positivem Schwingen stark ein und bei negativem Eingangshub den bipolaren Wert AUS. Das ist Verzerrung. Der Strom durch die C1-Eingangskappe wird UNAUSGEWOGEN sein. Die durchschnittliche Ladung auf C1 ändert sich; Der Bias-Punkt verschiebt sich. Außerdem ändert sich der Basisstrom.

Versuche dies

schematisch

Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan

Der Arbeitspunkt hat 1mA Kollektorstrom, weil der Emitterstrom ~1mA ist, weil wir ~~2 Volt an R5 haben. Wir haben 2 Volt über R1.

Um die Verstärkung zu berechnen, benötigen wir den Wert für 'reac', die Steilheit der Emitterdiode. Diese Steigung beträgt 1/g. Bei 1mA ist 'reac' 26 Ohm Gain ist

( R 1 | | Z l Ö A D ) / ( R 2 + R e A C ) = 2 , 000 / 126 = 16

Angenommen, eine 10-MegOhm-||10-pF-Oszilloskopsonde ist die Last.

Aufgrund des linearisierenden Effekts von 100_Ohm im Emitter können wir bei 1 mA Ie fast +- 100 mV schwingen, bevor "ernsthafte Verzerrungen" auftreten.

Schlagen Sie die Schriften von Willy Sansen über die Berechnung der bipolaren Verzerrung und der IP2- und IP3-Werte nach. Sie können seine Mathematik für einen Linearisierungswiderstand erweitern.

Angenommen, die Schnittpunkte der Eingangsverzerrung sind 2 Volt rms.

Was ist das Grundrauschen des Eingangs? Ignorieren Sie den großen Cmiller und verwenden Sie einfach den Collector F3dB; 2 kOhm und 20 pF = 40 Nanosekunden, 25 Meg Radian oder 4 MHz. Angenommen, unsere Rauschdichte wird durch 'rbb' von 2N3904 eingestellt, angenommen 1 kOhm. Die Rauschdichte beträgt 4 Nanovolt/rtHz. Das gesamte eingangsbezogene Rauschen beträgt 4 nV * sqrt (4 MHz) = 4 nV * 2.000 = 8 uV rms.

SPDR (Störungsfreier Dynamikbereich) beträgt 2 Volt RMS / 8 uV RMS oder 250.000 oder 108 dB.

=============================================== ==== Bearbeiten Hier ist ein Link zu Sidney Darlington, der den Bipolartransistor diskutiert

http://ethw.org/Oral-History:James_Early

Und dieser nächste Link gibt Ihnen einen Einblick in die bipolare Verzerrung, einschließlich der Erweiterung der Taylor-Reihe, um die verschiedenen Koeffizienten zu beschreiben (Gleichung 12).

http://lappsyc.ingelec.uns.edu.ar/Guillermo/Second_and%20Third_order%20Distortion_Compensation_3.pdf

Solange der Transistor nicht in den Sättigungs- oder Sperrbereich geht, läuft alles normal, was die Sache mit einem A-Klasse-Verstärker betrifft, oder?
Ich meine, die Ausgangsspannung muss kleiner sein als die Versorgungsspannung (normalerweise Vce = 0,5 * Vcc) und Vorspannungswiderstände müssen richtig vorgespannt sein.
Erwarten Sie fast 4 Volt Spitze-Spitze-Ausgangsschwingung bis zum Clipping. Führen Sie die SPICE-Verzerrungsanalyse an der Schaltung bei 3 (drei) Volt Ausgang PP durch.
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