BJT variable Spannungsverstärkungsverzerrung

Dies ist eine sehr grundlegende Frage. Ich möchte einen sehr einfachen BJT-Signalverstärker mit variabler Spannungsverstärkung haben. Stellen wir uns einen gemeinsamen Emitter mit einem Emitterwiderstand wie folgt vor:

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Das Eingangssignal ist eine Sinuswelle und die Signalamplitude ist klein genug, um als kleines Signal betrachtet zu werden (ca. 500 mV Spitze-Spitze), und RB, RE und RC sind richtig ausgewählt, um unter guten Vorspannungsbedingungen zu arbeiten. Gemäß der Gleichung erwarten wir, dass die Spannungsverstärkung (AV) angenähert wird als AV=-RC/RE:

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Ich erwarte also, dass ich durch Drehen des Potentiometers unterschiedliche Verstärkungen sehen sollte. Dies war auf dem Papier, aber in Wirklichkeit passiert es nicht genau: Die Verstärkung ändert sich gut, aber bei einigen Frequenzen ist eine gewisse Verzerrung der Wellenform zu sehen, zum Beispiel sehen diese Verzerrungen in meinem Fall aus wie eine Schiefe nach links bei 2,5 MHz, 7 MHz, .... Was vermisse ich ?

Wenn Sie "in der Realität" sagen, meinen Sie Simulation oder eine reale Schaltung?
@Vasiliy in einer echten Schaltung
Sehen Sie sich an, wie stark sich Ihr Bias-Punkt ändert, wenn Sie RC variieren. Eine große Auslenkung des Bias-Punktes kann zu einer Verzerrung der Wellenform führen.
Ein typischerer Ansatz besteht darin, die Transistorstufe mit fester Verstärkung zu entwerfen, um die Anforderungen des Eingangssignals mit dem niedrigsten Pegel zu erfüllen. Verwenden Sie dann ein Poti als variablen Spannungsteiler am Eingang, um den Eingang zu dämpfen.
Können Sie Bilder der Ausgabe des Oszilloskops für das hinzufügen, was Sie als normale und "verzerrte" Wellenformen betrachten?
Die Definition eines kleinen Signals ist ein Signal, das klein genug ist, um keine Verzerrung (auch bekannt als nichtlineares Verhalten) zu verursachen. In Ihrer Schaltung sehen Sie eine Verzerrung. Daher war es keine gute Annahme zu glauben, dass Ihr Eingang ein kleines Signal war. Es gibt keinen bestimmten Amplitudenpegel, der für alle Schaltungen als Kleinsignal betrachtet werden kann. Was ein Kleinsignal ist, hängt vielmehr von der Schaltung ab, die Sie analysieren (und sogar von dem Knoten der Schaltung, den Sie betrachten) und von der Größe der Verzerrung bereit sind, als vernachlässigbar zu betrachten.

Antworten (2)

Dies ist aus mehreren Gründen keine gute Schaltung:

  1. Der Vorspannungspunkt ist unvorhersehbar, da er stark von der Verstärkung des Transistors abhängt. Der effektive Widerstand an der Basis ist ungefähr RE-mal die Verstärkung. Das bedeutet, dass der Spannungsteiler von RB und dieser scheinbare Basiswiderstand stark mit der Transistorverstärkung variieren, was wiederum den Vorspannungspunkt unvorhersehbar macht, da die Verstärkung von Bipolartransistoren unvorhersehbar ist. Alles, was Sie normalerweise wissen, ist, dass es über einem bestimmten Höchstwert liegen wird, nicht wie hoch es sein könnte. Es ist überhaupt nicht ungewöhnlich, dass tatsächliche Geräte eine um ein Vielfaches höhere Verstärkung als ihre garantierte Mindestverstärkung haben.

  2. Die Verstärkungseinstellung wirkt sich auch auf den Arbeitspunkt aus. Schlimmer noch, nichts kann diese Veränderung kompensieren.

  3. Die Ausgangsimpedanz und damit die Ausgangsanstiegszeit ändern sich mit der Verstärkungseinstellung.

Um diese Probleme zu beheben, erstellen Sie zuerst eine Schaltung mit der höchsten Verstärkung, die Sie jemals haben möchten, und stellen Sie sie vorhersagbar so ein, dass der Ausgang nahe der Mitte ihres Bereichs liegt, ohne dass ein Signal eingeht. Schließen Sie dann ein Potentiometer an den Eingang dieses Verstärkers an, um ihn einzustellen Gesamtgewinn. Wenn das Eingangssignal einen DC-Offset hat, dann koppeln Sie das Potentiometer AC sowohl vom Eingangssignal als auch vom Eingang zum Verstärker. Das Potentiometer arbeitet daher immer mit einem DC-Pegel von 0, sodass eine Änderung der Verstärkung nirgendwo einen DC-Pegel ändert.

Ich möchte eine weitere Antwort aus einer anderen Perspektive hinzufügen.

Es gibt eine Möglichkeit, die AC-Verstärkung des Verstärkers zu ändern, ohne den Arbeitspunkt zu stören, und dies ist manchmal wünschenswerter als eine „Lautstärke“- oder „Pegel“-Steuerung vor dem Verstärker.

Verwenden Sie zum Beispiel einen festen Kollektorwiderstand R C und den Emitterwiderstand mit einem Kondensator und einem Rheostat umgehen:

schematisch

Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan

Jetzt, R E groß genug gemacht werden, um einen stabilen Arbeitspunkt bereitzustellen, während der AC-Emitterwiderstand ist R G | | R E .

Wenn R G sehr klein ist, ist die AC-Verstärkung ungefähr − G M R C = − ICH C v T R C

Für größere Werte von R G , beträgt die AC-Verstärkung ungefähr − R C R G | | R E

BJT variable Spannungsverstärkungsverzerrung
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