Почему у меня есть отсечение в этом эмиттерном повторителе
Я пытаюсь разработать буферный каскад усилителя класса А (я знаю, что он неэффективен).
Я начинаю с простого эмиттерного повторителя, и следующим шагом будет замена резистора RE на источник тока. Я прочитал, что это правильно, но хочу понять, почему .
Это схема до сих пор (обратите внимание, что я использовал уловку в этом вопросе, поэтому напряжения составляют V98 и V99 или +/- 9 В):
Это результат:
Я изо всех сил пытаюсь понять, почему у меня обрезка нижней половины сигнала. Согласно The Art of Electronics 2rd Edition (стр. 81, 2.2.3.D) :
Текущий поток только в одном направлении. Обратите внимание (§2.1.1, правило 4), что в эмиттерном повторителе npn-транзистор может только истощать (а не принимать) ток. Например, в нагруженной цепи, показанной на рисунке 2.17, выходной сигнал может колебаться в пределах падения напряжения насыщения транзистора VCC (около +9,9 В), но не может быть более отрицательным, чем –5 вольт. Это связано с тем, что при экстремальном отрицательном размахе транзистор не может лучше, чем полностью выключиться, что он делает при входном напряжении -4,4 В (выходное напряжение -5 В, устанавливается делителем, образованным резисторами нагрузки и эмиттера). Дальнейшее отрицательное качание на входе приводит к обратному смещению перехода база-эмиттер, но не приводит к дальнейшим изменениям на выходе.
Я вижу разделитель между RL и RE, и если я попытаюсь воссоздать его отдельно, я получу следующее:
Если я провожу развертку по постоянному току, я получаю следующий результат, который показывает, что я могу снизить VE до -9В:
Я явно упускаю что-то фундаментальное.
Я не понимаю, почему \$V_{BE}\$уменьшается или, другими словами, почему \$V_E\$ не может идти дальше.
Ответы
Выходное напряжение может стать отрицательным только в том случае, если транзистор уменьшит свой ток и позволит току от 8-омного резистора Re протекать через нагрузку. Но при этом ток через Re упадет.
Когда на входе около -4,5 В, на Re будет около 4,5 В и на нагрузке около -4,5 В. В этот момент через транзистор будет протекать нулевой ток эмиттера, и если база станет более отрицательной, это не повлияет на выходное напряжение, поскольку ток транзистора уже равен нулю и не может стать отрицательным. Здесь вы увидите обрезку.
В положительном направлении клиппирования не происходит, потому что транзистор может продолжать увеличивать свой ток, если база становится более положительной, пока эмиттер не достигнет положительной шины питания.
Если вы замените Re на источник тока, его ток останется прежним, даже если напряжение станет все более отрицательным, но ограничение все равно будет происходить в точке, где ток через транзистор равен нулю.
Чтобы этого не произошло, источник тока должен быть достаточно большим, чтобы поддерживать заданное напряжение на нагрузке (например, если вы хотите получить +/- 8 В на нагрузке, источник тока должен быть не менее 2 А = 8 / Re).
Обычный способ добиться отрицательного размаха, а также положительного - это добавить второй транзистор, настроенный для управления отрицательным сигналом (например, эмиттерный повторитель PNP-транзистора). Re в этом случае не требуется.
В большинстве конструкций транзисторы смещены таким образом, что они просто слегка проводят с нулевым входом, создавая так называемый выходной каскад класса B (точнее, класса AB).
Класс B / AB также имеет большое преимущество в том, что он намного более эффективен, а также имеет значительно более низкий ток покоя.
Наилучший КПД для резистивно нагруженного выходного каскада, как вы показали, находится в районе 12-15%, в то время как класс AB может иметь КПД до ~ 78%.