Por que eu tenho clipping neste seguidor de emissor
Estou tentando projetar um estágio de buffer de amplificador classe A (sei que não é eficiente).
Estou começando com o seguidor de emissor simples e a próxima etapa é substituir o resistor RE por uma fonte de corrente. Li que é a coisa certa a fazer, mas quero entender por quê .
Este é o circuito até agora (não que eu usei o truque nesta questão, então as tensões são V98 e V99 ou +/- 9V):
Esta é a saída:
Estou lutando para entender por que tenho clipagem na metade inferior do sinal. De acordo com The Art of Electronics 2ª Edição (página 81, 2.2.3.D) :
Fluxo de corrente em apenas uma direção. Observe (§2.1.1, regra 4) que em um seguidor de emissor, o transistor npn pode apenas fornecer (ao invés de drenar) corrente. Por exemplo, no circuito carregado mostrado na Figura 2.17, a saída pode oscilar para dentro de uma queda de tensão de saturação do transistor de VCC (cerca de +9,9 V), mas não pode ficar mais negativa do que -5 volts. Isso ocorre porque na oscilação negativa extrema, o transistor não pode fazer melhor do que desligar completamente, o que faz na entrada de -4,4 volts (saída de -5 V, definida pelo divisor formado pelos resistores de carga e emissor). Uma oscilação negativa adicional na entrada resulta em polarização reversa da junção base-emissor, mas nenhuma mudança adicional na saída.
Eu posso ver a divisória entre RL e RE e se eu tentar recriá-la separadamente, obtenho isto:
Se eu fizer uma varredura DC, obtenho este resultado que mostra que devo ser capaz de reduzir o VE para -9V:
Estou claramente perdendo algo fundamental.
Eu acho que o que eu não entendo é porque \$V_{BE}\$diminui ou, em outras palavras, porque \$V_E\$ não pode ir mais longe.
Respostas
A tensão de saída só pode ficar negativa pelo transistor reduzindo sua corrente e permitindo que a corrente do resistor Re de 8 ohms flua através da carga. Mas ao fazer isso, a corrente através de Re cairá
Quando a entrada está em cerca de -4,5 V, haverá cerca de 4,5 V em Re e cerca de -4,5 V na carga. Nesse ponto, haverá corrente de emissor zero fluindo através do transistor, fazer a base ficar mais negativa não afetará a tensão de saída, pois a corrente do transistor já é zero e não pode ficar negativa. É aqui que você verá o recorte.
Na direção positiva, o corte não ocorre porque o transistor pode continuar aumentando sua corrente se a base ficar mais positiva até que o emissor alcance o trilho de alimentação positivo.
Se você substituir Re por uma fonte de corrente, sua corrente permanecerá a mesma, mesmo que a tensão fique cada vez mais negativa, o corte ainda ocorrerá, entretanto, no ponto onde a corrente através do transistor é zero.
Para garantir que isso não ocorra, a fonte de corrente deve ser grande o suficiente para manter a tensão pretendida na carga (por exemplo, se você deseja obter +/- 8 V na carga, a fonte de corrente deve ser de pelo menos 2 Amps = 8 / Re).
A maneira normal de obter oscilação negativa, bem como positiva, é adicionar um segundo transistor disposto para conduzir o sinal negativo (por exemplo, um seguidor de emissor de transistor PNP). Re, então, não é necessário.
A maioria dos projetos polariza os transistores de forma que eles sejam apenas levemente condutores com entrada zero para criar o que é chamado de estágio de saída Classe B (para ser mais exato, é classe AB).
A classe B / AB também tem a grande vantagem de ser muito mais eficiente, além de ter uma corrente quiescente dramaticamente menor.
A melhor eficiência para um estágio de saída com carga resistiva, como você mostrou, está em torno de 12-15%, enquanto uma classe AB pode ter eficiência de até ~ 78%.