Warum habe ich Clipping in diesem Emitter-Follower?
Ich versuche, eine Verstärkerpufferstufe der Klasse A zu entwerfen (ich weiß, dass sie nicht effizient ist.)
Ich gehe vom einfachen Emitterfolger aus und der nächste Schritt besteht darin, den RE-Widerstand durch eine Stromquelle zu ersetzen. Ich habe gelesen, dass es das Richtige ist, aber ich möchte verstehen, warum .
Dies ist die bisherige Schaltung (Bitte nicht, dass ich den Trick in dieser Frage verwendet habe, sodass die Spannungen V98 und V99 oder +/- 9 V sind):
Dies ist die Ausgabe:
Ich habe Probleme zu verstehen, warum ich die untere Hälfte des Signals abgeschnitten habe. Gemäß der 2. Ausgabe von The Art of Electronics (Seite 81, 2.2.3.D) :
Stromfluss nur in eine Richtung. Beachten Sie (§2.1.1, Regel 4), dass der npn-Transistor in einem Emitterfolger nur Strom liefern kann (im Gegensatz zur Senke). In der in Abbildung 2.17 gezeigten geladenen Schaltung kann der Ausgang beispielsweise innerhalb eines Transistorsättigungsspannungsabfalls von VCC (ca. +9,9 V) schwingen, aber nicht negativer als –5 Volt werden. Dies liegt daran, dass der Transistor bei extremem negativen Schwung nichts Besseres tun kann, als vollständig auszuschalten, was bei einem Eingang von –4,4 Volt (Ausgang –5 V, eingestellt durch den durch die Last- und Emitterwiderstände gebildeten Teiler) der Fall ist. Ein weiterer negativer Schwung am Eingang führt zu einer Rückvorspannung des Basis-Emitter-Übergangs, jedoch zu keiner weiteren Änderung des Ausgangs.
Ich kann den Teiler zwischen RL und RE sehen und wenn ich versuche, ihn separat neu zu erstellen, erhalte ich Folgendes:
Wenn ich einen DC-Sweep mache, erhalte ich dieses Ergebnis, das zeigt, dass ich in der Lage sein sollte, VE auf -9 V herunterzuschwenken:
Mir fehlt eindeutig etwas Grundlegendes.
Ich denke, was ich nicht verstehe, ist warum \$V_{BE}\$nimmt ab oder mit anderen Worten, warum \$V_E\$ kann nicht weiter runter gehen.
Antworten
Die Ausgangsspannung kann nur dadurch negativ werden, dass der Transistor seinen Strom reduziert und Strom vom 8-Ohm-Widerstand Re durch die Last fließen lässt. Dabei sinkt der Strom durch Re
Wenn der Eingang bei ungefähr -4,5 V liegt, liegen ungefähr 4,5 V über Re und ungefähr -4,5 V über der Last an. Zu diesem Zeitpunkt fließt kein Emitterstrom durch den Transistor. Wenn die Basis negativer wird, wirkt sich dies nicht auf die Ausgangsspannung aus, da der Transistorstrom bereits Null ist und nicht negativ werden kann. Hier sehen Sie Ausschnitte.
In positiver Richtung tritt keine Übersteuerung auf, da der Transistor seinen Strom weiter erhöhen kann, wenn die Basis positiver wird, bis der Emitter die positive Versorgungsschiene erreicht.
Wenn Sie Re durch eine Stromquelle ersetzen, bleibt der Strom gleich, auch wenn die Spannung zunehmend negativer wird. Eine Übersteuerung tritt jedoch immer noch an dem Punkt auf, an dem der Strom durch den Transistor Null ist.
Um sicherzustellen, dass dies nicht auftritt, muss die Stromquelle groß genug sein, um die beabsichtigte Spannung über der Last aufrechtzuerhalten (z. B. wenn Sie +/- 8 V an der Last erhalten möchten, muss die Stromquelle mindestens 2 Ampere = 8 / Re betragen).
Der normale Weg, um sowohl einen negativen als auch einen positiven Swing zu erzielen, besteht darin, einen zweiten Transistor hinzuzufügen, der so angeordnet ist, dass er das negative Signal ansteuert (z. B. einen PNP-Transistor-Emitterfolger). Re ist dann nicht erforderlich.
Die meisten Konstruktionen spannen die Transistoren so vor, dass sie mit Null-Eingang nur geringfügig leitend sind, um eine sogenannte Klasse-B-Ausgangsstufe zu erzeugen (genauer gesagt, Klasse AB).
Klasse B / AB hat auch den großen Vorteil, dass sie viel effizienter ist und einen dramatisch niedrigeren Ruhestrom aufweist.
Der beste Wirkungsgrad für eine ohmsch belastete Ausgangsstufe liegt, wie Sie gezeigt haben, im Bereich von 12 bis 15%, während eine Klasse AB einen Wirkungsgrad von bis zu 78% aufweisen kann.