Warum die BJT BE-Spannung Verzerrungen vermeiden kann

Im Common-Emitter-Verstärker ist die BE-Spannung auf nahe 0,7 V eingestellt, aber wir wenden sowohl positive als auch negative Schwingungen auf BJT an, und es gibt keine Verzerrung am Ausgang, aber das Signal beträgt 0,7 V + Signalwert und 0,7 V-Signalwert. Warum gibt es keine Verzerrung für 0,7 V-signal_value? Der BJT befindet sich jetzt nicht im leitenden Zustand.

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es gibt keine Verzerrung Nun, eigentlich gibt es eine. Es gibt immer eine gewisse Verzerrung, da Transistoren von Natur aus nichtlineare Geräte sind. Die Frage ist, wie viel Verzerrung für Sie akzeptabel ist, Sie könnten beispielsweise eine Grenze von weniger als 1% Verzerrung festlegen. Bei dieser Schaltung müssten Sie ziemlich kleine Signale (weniger als 100 mV) verwenden, um dies zu erreichen. Wenn Sie beginnen, Verzerrungen einer Sinuswelle zu sehen, sind Sie oft schon bei mehr als 10% Verzerrung.
@Bimpelrekkie Wie die Verzerrungen während des Designprozesses geschätzt werden könnten. Wie kann der akzeptable Verzerrungswert in Berechnungen eines Verstärkers wie dem vorherigen einbezogen werden?
Ich mache das mit "Fourier-Analyse" im Simulator. Das zeigt mir den Frequenzinhalt des Signals. Angenommen, ich füttere den Verstärker mit einer 1-kHz-Sinuswelle. Das Spektrum dieses Signals wird nur eine Spitze bei 1 kHz sein. Am Ausgang sind Spitzen bei Vielfachen von 1 kHz vorhanden, 2 kHz, 3 kHz usw. Die 2 kHz sind die zweite Harmonische, 3 kHz die dritte. Wenn alle Peaks 20 dB niedriger (Faktor 10) als der 1-kHz-Peak sind, beträgt meine Verzerrung 10 %. -40 dB = 1 %. Auf einer Bank, die die tatsächliche Schaltung misst, würde ich einen Spektrumanalysator verwenden .
Da auch die Emitterspannung variiert, bleibt Vbe bei (ungefähr) 0,7 V.
Die Spannungsverstärkung ist von einem Signalpegel abhängig. Av = gm*Rc≈40*Ic * Rc. Wenn das Eingangssignal positiv schwingt, so dass der Kollektorstrom ansteigt, erhöht auch die Spannungsverstärkung ihren Wert. Und für negative Eingangssignalschwingungen fällt der Kollektorstrom ab. Der Gewinn verringert also seinen Wert. Wie Sie sehen können, änderte sich die Spannungsverstärkung dieses CE-Verstärkers zusammen mit dem Ic-Strom. Dies stellt einen hohen Grad an Verzerrung dar.
Der einfachste Weg, die Verzerrung zu reduzieren, ist das Einfügen eines Emitterwiderstands RE. Jetzt ist die Verstärkung stabiler (ändern Sie sich nicht so sehr mit den Ic-Änderungen), weil die Verstärkung jetzt gleich Av = Rc/(1/gm + RE) ist. Also für RE >> 1/gm ---->Av ≈ Rc/RE. Die Verstärkung hängt also nur noch vom Verhältnis der Widerstände ab. Mehr hier kevinaylward.co.uk/ee/bipolardesign2/bipolardesign2.xht
@Brian Drummond Aber wenn die Emitterspannung variiert und die R1-Spannung nahezu konstant bleibt (da R2 / R1 den Spannungsteiler darstellt), muss die BE-Spannung ebenfalls variieren oder nicht?

Antworten (2)

Ihre Schaltung wird durch die 1,3 Volt am 500-Ohm-Emitterwiderstand stark linearisiert. Ohne diesen Widerstand (oder wenn Sie die Verstärkung mit 1.000 uF parallel zu 500 Ohm verstärkt haben) würden Sie eine ernsthafte Verzerrung bei 0,026 Volt (große 2. harmonische Verzerrung) und etwa 10% Verzerrung bei 4 Millivolt Spitze-Spitze an der Basis sehen.

Die Verzerrung wird um das Verhältnis 1,3/0,026 oder 50:1 reduziert.

Fügen Sie 4 Volt Spitze-Spitze durch einen 1-kOhm-Widerstand ein (um den Transistor zu schützen) und Sie werden Verzerrungen sehen.

Unterhalb von 100 Hz messen Sie übrigens einen Abfall der Verstärkung, da 1 uF Cin HighPassFilter mit Rin Ihrer Schaltung implementiert.

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In Bezug auf den Frequenzgang betrachten wir die beiden Knoten des Verstärkers als unterschiedliche Frequenzgänge (also unterschiedliche F3dB), da die Kollektornachgiebigkeit (die Steifheit von Icollector) den Kollektor weitgehend von der Basis entkoppelt.

Die Kollektorbandbreite beträgt 0,159 / (alle Widerstände parallel am Kollektor * Summe aller Kondensatoren am Kollektor, die mit GND verbunden sind). In dieser Schaltung sind die Widerstände 4K || 10K oder ca. 3K Ohm. Die Kapazität ist??? Wir gehen von 10pf aus (die 1uF sind nicht mit GND verbunden, es handelt sich also nicht um einen parasitären Kondensator). Die Zeitkonstante beträgt 3 kOhm * 10 pF oder 30 Nanosekunden oder 33 MegaRadian/Sekunde. Das geteilt durch 2 * pi == 5 MHz F3dB (halber Leistungspunkt, 40 Grad Phasenverschiebung).

Nun zur Eingangsbandbreite. Wenn Ihr XFG1 keine Zsource hat, ist die Eingangsbandbreite unendlich (in Wirklichkeit wird sie durch die Basiszeitkonstante festgelegt: rbb' und Cemitter.) Bei endlicher Zsource wird der Cmiller des Verstärkers ein großes Problem sein. Unter der Annahme, dass Cob 10 pF beträgt und die Verstärkung 3 kOhm / (500 + 26 ) ~~ 6x beträgt, beträgt die Eingangskapazität 10 pF * (1 + 6) = 70 pF. Wenn Zsource 50 Ohm beträgt, sind 70 pF * 50 Ohm = 3.500 Nanosekunden oder etwa 50 MHz Eingangsbandbreite.

Um die Frequenzbandbreite zu erweitern, muss ich eine höhere Kapazität verwenden, nicht 1, sondern 100 uF, und ich muss auch den richtigen Kondensator parallel zu 500 Ohm wählen. Kennen Sie einen Praxisartikel (Link), der für Bandbreitenberechnungen verwendet werden kann?

In Ihrer Schaltung ist R4, der Emitterwiderstand, der größte Faktor. Dies liefert negatives Feedback auf folgende Weise. Mit steigendem Signal steigt der Kollektorstrom und damit auch der Emitterstrom. Dies verursacht einen Spannungsabfall an R4, der nahezu dem Anstieg der Basisspannung entspricht, sodass V-BE überhaupt nicht stark ansteigt. Aus diesem Grund gibt es auch eine entsprechende Verringerung des Gewinns. Dasselbe passiert, wenn das Signal negativ wird, solange der Transistor ursprünglich leitend vorgespannt war.

Ich werde auch erwähnen, dass ein BJT ein strombetriebenes Gerät ist. Wenn Sie versuchen, die Basisspannung zu erhöhen, zieht sie mehr Strom und die Spannung steigt nicht stark an. Die Signalspannung erscheint stattdessen über dem Serienbasiswiderstand ... den Sie nicht haben. Sie haben C1, also wäre dieser Effekt bei niedrigen Frequenzen vorhanden. Im wirklichen Leben hätten die meisten Schaltungen einen Reihenbasiswiderstand.

Warum die BJT BE-Spannung Verzerrungen vermeiden kann
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