Ist es möglich, die Verzerrung in einem Verstärker mit gemeinsamem Emitter zu reduzieren?

Ich arbeite in dieser Woche so ziemlich jede wache Stunde und mehr, also muss ich es sehr kurz und einfach halten.

Sie haben Recht, sich Sorgen zu machen$r_e^{'}$. Das ist nur ein anderer Begriff für die Auswirkung auf$V_\text{BE}$aufgrund von Änderungen in$I_\text{E}\approx I_\text{C}$. Sie brauchen Änderungen in$I_\text{C}$um Spannungsänderungen am Kollektor zu erhalten.

Nehmen wir Ihr Bedürfnis nach einem Gewinn von$A_v=26$, eine Eingabe von$v_{in}=\pm50\:\text{mV}$(So$v_{out}=\pm 1.3\:\text{V}$) und einen Ruhestrom von$I_{\text{C}_Q}=1\:\text{mA}$. Vermute auch$V_\text{CC}=9\:\text{V}$Und$V_{\text{C}_Q}=6.3\:\text{V}$. Dann$R_\text{C}=\frac{9\:\text{V}-6.3\:\text{V}}{1\:\text{mA}}=2.7\:\text{k}\Omega$. Denken wir nicht darüber nach$R_\text{E}$oder$r_e^{'}$. Ignorieren Sie sie jetzt einfach.

Aus dem oben Gesagten folgt$\frac{9\:\text{V}-\left(6.3\:\text{V}+1.3\:\text{V}\right)}{2.7\:\text{k}\Omega}\le I_\text{C}\le\frac{9\:\text{V}-\left(6.3\:\text{V}-1.3\:\text{V}\right)}{2.7\:\text{k}\Omega}$oder$I_\text{C}=1\:\text{mA}\pm 480\:\mu\text{A}$. Die Summe, Spitze zu Spitze, Variation in$V_\text{BE}$(kleines Signal BJT) ist ungefähr$26\:\text{mV}\cdot\ln\left(\frac{1.48\:\text{mA}}{520\:\mu\text{A}}\right)\approx 27\:\text{mV}$. Aber das ist nicht gleichmäßig über die Schaukel verteilt. Stattdessen haben Sie$26\:\text{mV}\cdot\ln\left(\frac{1.48\:\text{mA}}{1\text{mA}}\right)\approx 10\:\text{mV}$auf einer Seite u$26\:\text{mV}\cdot\ln\left(\frac{1\:\text{mA}}{520\:\mu\text{A}}\right)\approx 17\:\text{mV}$auf der anderen Seite.

Beachten Sie den Unterschied? Das ist Verzerrung.

Wenn das Signal nach oben schwingt und am Emitter nach oben zieht, erhöht dies den Kollektorstrom. Dabei$V_\text{BE}$erhöht sich. Das senkt die Spitze des Emitters und wirkt dem nach oben gerichteten Signalhub um etwa entgegen$10\:\text{mV}$und reduziert die resultierende Verstärkung entsprechend. (Du hast gerade verloren$10\:\text{mV}$des Aufwärts$50\:\text{mV}$Schwung!) Der Aufwärtsschwung wurde durch die Änderungen in gedämpft$V_\text{BE}$.

Und wenn das Signal nach unten schwingt, verringert dies den Kollektorstrom. Dabei$V_\text{BE}$nimmt ab. Das hebt die Spitze des Emitters an und wirkt dem nach unten gerichteten Signalhub um etwa entgegen$17\:\text{mV}$und reduziert die resultierende Verstärkung entsprechend. (Du hast gerade verloren$17\:\text{mV}$des Abwärts$50\:\text{mV}$Swing!) Der Abwärtsschwung wurde auch durch die Änderungen in gedämpft$V_\text{BE}$.

Bitte beachten Sie, dass Sie nicht pauschal eine feste Dämpfung erhalten. Sondern eine signalabhängige Veränderung der Signaldämpfung. Und das ist Verzerrung.

Eigentlich in diesem Fall ziemlich viel Verzerrung, da Sie nur eine effektive Aufwärtsspitze von etwa erreichen$+40\:\text{mV}$und eine effektive Abwärtsspitze von$-33\:\text{mV}$. Dein$\pm 50\:\text{mV}$ist nicht mehr. Anstatt$100\:{\text{mV}_\text{PP}}$es ist$73\:{\text{mV}_\text{PP}}$und es ist auch nicht ausgeglichen. Es wurde dabei sowohl gedämpft als auch verzerrt.

Du wolltest wissen warum. Deshalb.

Ja, man kann etwas dagegen tun. Das vielleicht Direkteste (ohne die Topologie zu ändern) besteht darin, die Schwankungen des Kollektorstroms zu reduzieren. Und der einfachste Weg, das zu tun, ist zu erhöhen$V_\text{CC}$. Eine andere Möglichkeit besteht darin, das Feste zu erhöhen$R_\text{E}$Wert, aber dies verringert auch die Spannungsverstärkung. (Die Sie durch Erhöhen zurückerhalten können$V_\text{CC}$, wieder.) Sie könnten auch einfach Ihren Eingangssignalpegel reduzieren, da dies auch die Schwankung des Kollektorstroms verringern würde. Aber möglicherweise haben Sie diese Option nicht. Viele Ideen. Alle von ihnen eine Art Kompromiss.

[Es gibt mehr. Alle BJTs leiden auch unter der Basisbreitenmodulation (dem frühen Effekt).$r_o$spielt auch eine Rolle. Aber die obige Diskussion bringt das Hauptproblem rüber.]

Schöne Übung: Wie man Verzerrungen mit einer einzigen Stufe auf ein Minimum reduziert.

Eine größere DC-Versorgung sollte helfen.
Eine höhere DC-Versorgung sollte ermöglichen, dass der Kollektorstrom während des gesamten Sinuswellenzyklus konstanter bleibt.

Ist eine reine Spannungsquelle realistisch? Wahrscheinlich nicht. Eine Signalquelle mit einem Widerstand von 0 Ohm zwingt Sie dazu, einen Emitterwiderstand zu verwenden, um Verstärkung und Verzerrung zu reduzieren.

Erwägen Sie die Verwendung von Shunt-Feedback. Eine darunter liegende Stromquellenlast ergibt eine extrem hohe Open-Loop-Verstärkung. Die 9-V-DC-Versorgung steht dem Kollektor-Emitter-Transistor nahezu vollständig zur Verfügung. Das R2/R1-Verhältnis legt die Verstärkung grob fest. R2 muss gewählt werden, um den Transistor mit Gleichstrom vorzuspannen. Dieser Verstärker hat eine Spannungsverstärkung von fast 26, und die zweite Harmonische beträgt -70 dB, was eine relativ geringe Verzerrung darstellt. Es ist jedoch unrealistisch, keine Last (unendlicher Widerstand) anzunehmen: Sie könnten eine große Induktivität ersetzen, um die Stromquellenlast zu ersetzen, aber die meisten Leute hassen sperrige Induktivitäten und ihre nicht idealen Eigenschaften. Allerdings bleibt die DC-Kollektorspannung jetzt bei +9 V und weicht sowohl unter als auch über diesen Wert ab. Die maximale Spitze-zu-Spitze-Spannung nähert sich jetzt also 18 V.


Mit R2 = 450 k, R1 = 15 k und einer BIG-Induktivität, die + 9 V an den 2N3904-Kollektor speist, fließt etwa 6 mA DC-Kollektorstrom. Die harmonische Verzerrung ist besser als 0,1 %. Die Verstärkung beträgt 27 ohne hinzugefügte Last. Stromquelle oder Induktivität am Kollektor? Du wählst.

Vergleichen Sie dieses Shunt-Feedback mit dem Emitter-Widerstand-Feedback von OP ....
Bei einem ähnlichen Kollektorstrom von etwa 6 mA ist die Verzerrungsleistung ähnlich. Shunt-Feedback ermöglicht etwas mehr Spannungshub von Kollektor zu Emitter (dies ist mit dem großen Induktor, der den Kollektor speist). Das Hinzufügen eines Lastwiderstands verschlechtert die Leistung beider.

Probieren Sie eine Sziklai-Paarstufe aus. Sehr beeindruckend bei der Reduzierung von Verzerrungen.