Dlaczego mam obcinanie w tym obserwatorze emitera
Próbuję zaprojektować stopień buforowy wzmacniacza klasy A (wiem, że nie jest wydajny).
Zaczynam od prostego popychacza emitera, a następnym krokiem jest wymiana rezystora RE na źródło prądu. Przeczytałem, że jest to słuszne, ale chcę zrozumieć, dlaczego .
To jest obwód do tej pory (proszę nie żebym użył triku w tym pytaniu, więc napięcia to V98 i V99 lub +/- 9V):
Oto wynik:
Usiłuję zrozumieć, dlaczego w dolnej połowie sygnału występuje obcinanie. Zgodnie z The Art of Electronics 2. wydanie (strona 81, 2.2.3.D) :
Przepływ prądu tylko w jednym kierunku. Zauważ (§2.1.1, reguła 4), że w wtórniku nadajnika tranzystor npn może tylko dostarczać prąd (w przeciwieństwie do ujścia). Na przykład w obciążonym obwodzie pokazanym na rysunku 2.17 sygnał wyjściowy może wahać się w granicach spadku napięcia nasycenia tranzystora o VCC (około +9,9 V), ale nie może być bardziej ujemny niż -5 woltów. Dzieje się tak, ponieważ przy ekstremalnym ujemnym wahaniu tranzystor nie może zrobić nic lepszego niż całkowite wyłączenie, co robi przy -4,4 V na wejściu (-5 V na wyjściu, ustawionym przez dzielnik utworzony przez rezystory obciążenia i emitera). Dalsze ujemne wahania na wejściu skutkują odchyleniem wstecznym połączenia baza-emiter, ale bez dalszej zmiany na wyjściu.
Widzę separator między RL i RE i jeśli spróbuję go odtworzyć osobno, otrzymuję to:
Jeśli wykonam przemiatanie DC, otrzymam ten wynik, który pokazuje, że powinienem być w stanie obniżyć VE do -9V:
Wyraźnie brakuje mi czegoś podstawowego.
Chyba nie rozumiem, dlaczego \$V_{BE}\$maleje lub innymi słowy, dlaczego \$V_E\$ nie może zejść niżej.
Odpowiedzi
Napięcie wyjściowe może stać się ujemne tylko wtedy, gdy tranzystor zmniejsza jego prąd i umożliwia przepływ prądu z rezystora 8-omowego Re przez obciążenie. Ale gdy to robi, prąd płynący przez Re spadnie
Gdy napięcie wejściowe wynosi około -4,5 V, na Re będzie około 4,5 V, a na obciążeniu około -4,5 V. W tym momencie przez tranzystor będzie przepływał zerowy prąd emitera, co spowoduje, że stan podstawy będzie bardziej ujemny, nie wpłynie na napięcie wyjściowe, ponieważ prąd tranzystora jest już zerowy i nie może być ujemny. Tutaj zobaczysz wycinek.
W kierunku dodatnim obcinanie nie występuje, ponieważ tranzystor może zwiększać swój prąd, jeśli podstawa będzie bardziej dodatnia, dopóki emiter nie osiągnie dodatniej szyny zasilającej.
Jeśli zastąpisz Re źródłem prądu, jego prąd pozostanie taki sam, nawet gdy napięcie będzie stopniowo stawać się coraz bardziej ujemne, przesterowanie będzie jednak nadal występować w punkcie, w którym prąd płynący przez tranzystor będzie wynosił zero.
Aby tak się nie stało, źródło prądu musi być wystarczająco duże, aby utrzymać zamierzone napięcie na obciążeniu (np. Jeśli chcesz uzyskać +/- 8 V przy obciążeniu, źródło prądu musi mieć co najmniej 2 A = 8 / Re).
Normalnym sposobem uzyskania zarówno ujemnego, jak i dodatniego wychylenia jest dodanie drugiego tranzystora przystosowanego do sterowania sygnałem ujemnym (np. Wtórnik emitera tranzystora PNP). Re nie jest wtedy wymagane.
Większość projektów poddaje tranzystorom taki układ, że tylko nieznacznie przewodzą przy zerowym wejściu, aby stworzyć tak zwany stopień wyjściowy klasy B (dokładniej mówiąc, jest to klasa AB).
Klasa B / AB ma również tę wielką zaletę, że jest znacznie bardziej wydajna, a także ma znacznie niższy prąd spoczynkowy.
Najlepsza sprawność dla obciążonego rezystancyjnie stopnia wyjściowego, jak pokazałeś, jest w zakresie 12-15%, podczas gdy klasa AB może być wydajna do ~ 78%.