Gedanken zu diesem einstufigen BJT-Verstärker?

Ich habe Elektronik im Selbststudium studiert und versuche derzeit, einen einstufigen BJT-Verstärker mit hoher Verstärkung zu entwickeln. Hier ist, was ich bisher habe:

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Q1 dient als Stromquelle "aktive Last" für den Verstärker in Emitterschaltung. R4 und R5 bilden einen Vorspannungsteiler, der vom Kollektor von Q2 versorgt wird. C2 umgeht R6, um die Verstärkung bei Signalfrequenzen zu erhöhen.

  1. Ich habe diese Schaltung in MacSpice simuliert und eine Verstärkung von etwa 250 festgestellt. Dies ist vergleichbar mit einem Kollektorwiderstand von etwa 12,5 kΩ (unter der Annahme eines gesamten Emitterwiderstands von etwa 50 Ω bei Signalfrequenzen). Ich habe erwartet, dass die "aktive Last" der Stromquelle im Kollektor von Q2 eine höhere Impedanz aufweist und zu einer höheren Verstärkung führt.

  2. Da ich andererseits den Kollektor von Q2 verwende, um die Spannung für den Vorspannungsteiler zu liefern (eine Form der negativen Rückkopplung), hätte ich vielleicht erwartet, dass die Verstärkung ungefähr (R4 + R5) / R5 ≈ 10 sein würde. Insbesondere Die Open-Loop-Verstärkung beträgt 250, ich gebe 10% des Ausgangssignals durch Rückkopplung an die Basis zurück, und die Verstärkungsgleichung ergibt 250 / (1 + 250 * 0,1) = 9,6 erwartete Verstärkung. Was ist an dieser Logik falsch?

  3. Wie würden Sie diese Schaltung im Allgemeinen verbessern, um eine höhere Verstärkung zu erzielen, indem Sie nur mit BJT-Transistoren an einer einzigen Stufe festhalten?

Vergessen, in das Diagramm aufzunehmen, Vcc ist 20 V.
Was sind Ihre Quell- und Lastimpedanzen? Ihr Design hängt zutiefst von beidem ab. Arbeitsfrequenz? Sie haben auch reaktive Elemente.
Im Allgemeinen macht es wenig Sinn, mit einem BJT eine sehr hohe Verstärkung anzustreben. Es gibt nur sehr wenige Fälle, in denen das funktioniert, ohne dass es zu groben, schrecklichen Verzerrungen kommt oder dass die hohe Verstärkung so angewendet wird, dass der Ausgang nur ein sehr kleines Ausgangssignal hat (dh der Eingang muss immer noch sehr, sehr viel kleiner sein). Es ist einfach nicht nützlich. Wenn Sie eine hohe, aber konstante Verstärkung wünschen, möchten Sie auch NFB. Und das bedeutet mehr als ein aktives Gerät (BJT.)
@broken.eggshell Was sind deine Designziele hier? Was ist die Quellenimpedanz? Was ist der erwartete Peak-to-Peak-Eingang, unbelastet? Was treibt diese Schaltung an?
@broken.eggshell Ich hätte auch fragen sollen, was Vcc ist. Das ist auch wichtig.
Ohne Designspezifikationen oder nur 1 Transistor kann man nicht ernsthaft nach Verbesserungen fragen. Bitte definieren Sie Zin, Zout, Av, THD und Pd max.
Definieren Sie auch f min
Ich stelle mir ein Audiofrequenzsignal von etwa 1 uV vor, das von einem Elektret kommt. Es ist nur eine Übung, also habe ich die Eingabe nicht so klar angegeben. Was die Eingangs- und Ausgangsimpedanzen betrifft, so habe ich (fälschlicherweise?) angenommen, dass ich sie vorerst ignorieren könnte, weil ich immer Anhänger oder etwas an beiden Enden anbringen könnte.
Um einen Punkt klarzustellen, wollte ich nur versuchen, eine einzelne Verstärkerstufe beizubehalten, nicht unbedingt einen einzelnen Transistor. So wie es aussieht habe ich schon zwei.
@broken.eggshell Elektrete gibt es in mindestens drei Varianten: nackte Knochen ohne aktive Geräte (heutzutage nicht mehr so ​​​​üblich, aber immer noch verfügbar), mit einer aktiven JFET-Stufe oder einem 2-Draht-IC (sehr häufig) und als 3- Draht-IC-System für noch bessere Leistung. Und ich kann mir nicht vorstellen, dass die Realität auf meine spärliche Erfahrung beschränkt ist. Es ist möglich, dass es mehr Inkarnationen gibt, als ich gesehen habe. Betrachten Sie nur die übliche aktive 2-Draht-JFET- oder IC-Form? Oder einer der beiden anderen (blank oder 3-Draht?) Es ist wichtig.

Antworten (3)

Zunächst einige Bemerkungen zum Schaltplan:

  1. Die Stromquelle ist spannungsabhängig. Dies kann verbessert werden, indem R1 durch 2 in Reihe geschaltete Siliziumdioden ersetzt wird, sodass der Strom hauptsächlich vom Wert von R3 abhängt.
  2. Wie bereits in den Kommentaren erwähnt, hängt die Verstärkung (wie auch die Bandbreite) von Rload und der Gegenkopplung Rsource/R4 ab.

Hier sind die Ergebnisse (Abb. 1) mit einigen geänderten Werten und der resultierenden Stromquelle von etwa 1 mA, LTSpice-Simulation: Abb1Bei 1 kHz Frequenz, Vin = 1 mV Sinus und Rload: 1 M - Verstärkung 2500; 10k - 350; 1k - 40;

Ich habe Ihre neuen Werte in Spice eingegeben und bekomme immer noch den gleichen Gewinn. Es ist sehr gut möglich, dass meine Spice-Schaltung falsch ist, aber wenn dies nicht der Fall ist, wundere ich mich ein wenig darüber, wie genau Spice solche Schaltungen modellieren kann. Wie sehr sollte ich ihm tatsächlich vertrauen und mich bei Designs darauf verlassen? Abgesehen von der Frage, ob dies wünschenswert ist, ist eine Verstärkung von 2500 für einen einstufigen BJT-Verstärker wirklich möglich?!
@broken.eggshell Es gibt keinen Betrug, ich habe ähnliche Schemata ausprobiert, alles ist genau wie in der Simulation.
Ich habe mir das gerade noch einmal angesehen und tatsächlich gab es Fehler in meiner Spice-Schaltung. Ich verwende ein 2N3906-Modell für den pnp und erhalte einen Gewinn von > 2000!
@broken.eggshell Ja, es ist mein Fehler, aber diese Transistoren sind für diesen Zweck fast identisch. Übrigens können Sie R5 verwerfen und R6 und C2 umgehen.
Interessant. Die Fehler waren aber egal ... Ich hatte gerade Ihre Schaltung falsch implementiert. Darf ich fragen, wie Sie auf die Werte für R4 und R5 gekommen sind?
Zunächst wählt man den Kollektorstrom je nachdem, ob man einen sparsameren Verstärker oder eine niederohmigere Last mit ordentlichem Gain möchte. Der Wert von R4 muss umgekehrt proportional zu diesem Strom sein. Sie wählen es so, dass es etwa die Hälfte von Vcc am Q1-Kollektor hält, damit Sie die maximale Amplitude ohne Verzerrung erhalten. R4 unterstützt automatisch das Q1-Regime mit negativer DC-Rückkopplung und sein Wert ist nicht kritisch.

Angenommen, Ihr Signaleingang ist eine Spannungsquelle (Nullimpedanz) und Sie haben keine Last an "out" angeschlossen, dann haben wir Folgendes:

Ich habe erwartet, dass die "aktive Last" der Stromquelle im Kollektor von Q2 eine höhere Impedanz aufweist und zu einer höheren Verstärkung führt.

Ihre "aktive Last" wird von R4 etwas negiert. Ihr Q2-Kollektor sieht etwas weniger als 154k Last (in AC).

Ich hätte vielleicht erwartet, dass die Verstärkung ungefähr (R4 + R5)/R5 ≈ 10 sein würde.

Auch falsch, denn aus Rückkopplungssicht ist Ihr R5 parallel zu C1 und der Quelle. Bei ausreichend hoher Frequenz ist R4 überhaupt keine Rückkopplung.

Ich glaube, ich verstehe Ihren ersten Punkt, aber in Spice, wenn ich R4 von einer 17-V-Spannungsquelle statt vom Kollektor betreibe, fällt die Verstärkung auf 28, anstatt zu steigen. Der zweite Punkt ist mir weniger klar. Bei ausreichend hohen Frequenzen stelle ich mir C1 einfach als Kurzschluss vor und beeinflusse die Schaltung nicht.
Ich bin mir nicht ganz sicher, was mit der DC-Vorspannung Ihres Q2-Kollektors passiert. In R4 bis 17V wird Q2 wahrscheinlich gesättigt.

Ich habe diese Schaltung in MacSpice simuliert und eine Verstärkung von etwa 250 ?

AC-Analyse ... Scheint ok. Aber TRAN und DC-Analyse scheinen "seltsam".

(Ihr R3 = 1k8 sollte 7k5 für einen guten "DC-Ruhepunkt" sein.)

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Zin, Zout ...

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Nach dem "Nachschauen" ... scheint das besser zu sein. Zout = ~ 100k ! (EE&O)

Test-TRAN-Analyse:

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Bandbreite:

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Impedanzen Zin, Zout:

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Ihr erster Punkt ist, die Kollektorspannung von Q2 zu zentrieren, indem Sie R3 entsprechend wählen ... macht Sinn. Außerdem ist mir nie in den Sinn gekommen, dass ich Eingangs- und Ausgangsimpedanzen direkt von Spice erhalten könnte, sodass diese Antwort bereits hilfreich war, wenn ich das lernte. Ich denke, Sie schlagen vor, die Schaltung zu ändern, indem Sie den Kollektorwiderstand von Q1 umgehen, aber ich glaube nicht, dass ich den Vorteil davon verstehe.
Ich habe versucht, den DC-Ruhepunkt einzustellen, indem ich nur (meine Wahl) den Widerstand des Emitters Q3 geändert habe. Aber sicherlich gibt es noch eine andere Möglichkeit, dies zu tun. Ich habe die 154 kOhm belassen, weil sie eine negative Rückkopplung für die Polarisierung von Q4 (alle Vorteile) erzeugen, aber ich habe die Inzidenz von QP nicht gemessen, indem ich ihren Wert geändert habe.
Seien Sie vorsichtig, dass Zin und Zout seltsame Werte haben.
Zu "Ruhepunkt" : Meinst du nicht " Ruhepunkt " ?
Ja ist es. Mein französischer "Fehler" ...
Gedanken zu diesem einstufigen BJT-Verstärker?
AntwortenHierDatenschutz-Bestimmungen1y, 0v