Amplitud de señal de CA de entrada BJT

Esta pregunta se refiere a npn BJT CE:

Si observamos el gráfico de voltaje de base frente a corriente de colector, podemos ver que a aproximadamente 0,7 V en la unión de base a emisor, el BJT comienza a conducir rápidamente.

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En un circuito, DC BJT está polarizado para que el punto de reposo esté en el medio de la línea de carga (para un amplificador de clase A).

Preguntas:

  • ¿El punto de reposo de CC representa un punto de referencia para la señal de entrada de CA?

  • Si queremos amplificar normalmente la señal de entrada (sin distorsiones), ¿la señal de entrada tiene que variar de 600mV a 750mV (aproximadamente)?

"normalmente amplificar" significa qué (a diferencia de simplemente "amplificar"). Sin distorsión es un mito.
¿La señal de entrada tiene que variar de 600 mV a 750 mV? El BJT seguirá esa curva de CC, la CA solo causa (pequeñas) variaciones en esa curva. Entre 600 mV y 750 mV habría una gran relación entre la corriente mínima y máxima. Suponiendo que eso sea posible (en un circuito dado), eso significaría enormes distorsiones no lineales. Una opción más razonable sería Ic entre 10 mA y 30 mA, por lo que Vbe estaría entre 600 mV y 620 mV.
@FakeMoustache: Entonces, si entendí todo correctamente: si quiero amplificar la señal con BJT, primero tengo que encontrar una manera de obtener el voltaje de la señal (digamos CA) en algún lugar entre 600 mV y 620 mV.
@Andyaka: Sé que la distorsión es inevitable cuando se habla de amplificadores. Solo me refería al amplificador básico en la clase A.
encuentre una manera de obtener ... No, no lo hace, usaría un circuito "inteligente" para hacer que Ic = 20 mA y luego acople la señal de CA a la entrada usando un capacitor, vea la respuesta de G36.
Coloque una resistencia en el emisor y deje caer 0,26 voltios (10 x kt/q); la distorsión cae 10:1 ------ sin retroalimentación abierta. Baja 2,6 voltios y la distorsión cae 100:1. La vida se vuelve bastante buena, rápida y barata.
Esta fue una pregunta interesante, especialmente la segunda consulta sobre el rango de oscilación del voltaje de entrada. Desafortunadamente, las respuestas no son muy claras y todavía no entiendo muy bien cómo un voltaje de entrada puede oscilar 1 voltio y aún estar dentro del rango de voltaje del emisor base, que parece ser de aproximadamente 0,2 voltios como máximo.
@rhody: Estoy totalmente de acuerdo contigo. Entiendo si el voltaje de entrada oscila entre unos pocos milivoltios, por lo que Vbe (CC) cambia por la misma cantidad. Lo que no entiendo es qué sucede con Vbe (DC) cuando el voltaje de entrada oscila entre unos pocos voltios o decenas de voltios: Vbe (DC) probablemente no sube y baja con la misma cantidad de voltaje en la pendiente de Ic vs. Vbe trama...

Respuestas (3)

¿El punto de reposo de CC representa un punto de referencia para la señal de entrada de CA?

Sí. Si tiene tiempo, intente analizar este sencillo amplificador CE.

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Donde Vcc = 12V; Vc = 6V (gráfico rojo); Ve = 2V (gráfico verde); Vinput = 1V (gráfico azul).

Y tenemos un BJT ideal (Vbe es fijo e igual a 0.7V y Beta = 100)

El punto de reposo de CC es Vb = 2,7 V; Ve = 2V; Vc = 6V; IC = 6mA; Ib = 60μA. No, el voltaje de la señal de entrada de CA "modulará" nuestro punto de operación de CC al ritmo de la señal de entrada.

El voltaje de CA en la entrada hará que el voltaje base cambie de 3,6 V a 1,6 V en el "ritmo" de una señal de entrada de CA. Esos cambios darán como resultado que el voltaje del emisor también cambie de 3V a 1V. La resistencia del emisor (Re) "convertirá" estos cambios en el voltaje Ve en corriente Ie . Esto dará como resultado los cambios en la corriente del emisor de 0,9 mA (3 V) a 0,3 mA (1 V) . Y ahora, estos cambios en la corriente Ie e Ic se "convertirán" nuevamente en voltaje en la resistencia Rc . Y este cambio en la corriente del colector provocará un cambio en el voltaje VRc , entre 9V y 3V . Tenemos un cambio tres veces mayor en VRcvoltaje porque Rc es tres veces más grande que la resistencia Re. Entonces la ganancia de voltaje es igual a Av = Rc/Re

Además, cuando Vin está en el pico Vin = +1V , tenemos 3,7 V en la base del BJT, por lo que la corriente del emisor es igual a Ie = 3V/330Ω = 9mA, la corriente del colector también es igual a 9mA.

Y el voltaje del colector es igual Vc = Vcc - Ic* Rc = 12V - 9V = 3V

La corriente base necesaria para proporcionar 9 mA de corriente de colector es igual a:

Ib = 9mA / 100 = 90μA

La corriente base proporcionada por Rb y Eb es:

Yo = (Eb - Vb)/Rb = (4.7V - 3.7V) / 33KΩ = 30uA

Pero la corriente del emisor debe ser igual a 9 mA , y eso requiere que la corriente base sea igual a 90 uA.

Entonces tenemos una situación: Eb entrega 30uA , la base necesita 90uA , por lo que la corriente adicional ( 60uA ) será (debe) ser "entregada" por la fuente de voltaje de CA Vin .

Entonces Vin entregará (abastecimiento) 60uA de una corriente.

Para la oscilación del pico negativo en Vin (-1V) tenemos esta situación Vb = 1.7V ; IC = 3mA ; Vc = 9V

La corriente base necesaria para asegurar Ic = 3mA es

Ib = 3mA/100 = 30uA

El Eb entrega I_Rb = (4.7 - 1.7V)/33K = 90uA

Pero solo necesitamos 30uA para que la corriente base "entregue" 3mA en el emisor.

Pero Eb entrega 90uA , por lo que la corriente adicional ( 60uA ) debe fluir a Vin (debe ser absorbida por Vin).

Espero que esto sea de ayuda.

EDITAR

La impedancia de entrada es:

Rin = RB||(beta+1)Re = 33k||101*330R = 33k||33k = 16,67k

O Rin = Vin/Iin = 1V/60uA = 16,67k

Como se puede ver todo encaja en su lugar.

Si queremos amplificar normalmente la señal de entrada (sin distorsiones), ¿la señal de entrada tiene que variar de 600mV a 750mV (aproximadamente)?

No, la señal de entrada no tiene que variar de 600mV a 750mV. Debido a que el condensador de acoplamiento de entrada proporciona la compensación de CC necesaria (el nivel de CC cambia gracias al condensador Cin). Y si Vbe aumenta en unos 60 mV, la corriente del colector aumentará su valor diez veces. Además, BJT es un dispositivo altamente no lineal, por lo que siempre se producirá distorsión. Y es por eso que casi nadie usa una sola etapa CE.

1: Sí. Al menos, la señal en la base; ver 2. 2: No. Sí. Algo así como.

Para elaborar, un BJT debe estar polarizado en el modo de operación apropiado, y luego su señal de CA generalmente se acopla capacitivamente a él; esto efectivamente solo superpone su pequeña señal de CA sobre la CC que proporciona la red de polarización.

Cabe señalar, sin embargo, que la amplificación 'sin distorsión' no va a suceder. Habrá distorsión pase lo que pase; La pregunta es cuánto.

Si se aplica una señal de CA de 10 Vpp de amplitud a la entrada (a la base), ¿qué sucede? ¿BJT amplifica la señal o se destruye ya que 10Vpp (o 5Vp) es mucho mayor que 0.7V?
Si alimenta 5V a un BJT directamente entre su base y el emisor, se destruirá. Pero si tiene una red de polarización adecuada que incluye una resistencia de emisor, sobrevivirá y amplificará la señal en función de las condiciones de su red de polarización.
Si Vbe está polarizado, por lo que es igual a 0,7 V y aplicamos una señal de CA de 5 Vp a la entrada, el transistor no se destruye, ¿verdad?
Como dije, depende de tu red de sesgo. Vbe es una función de la impedancia entre el emisor y la tierra, la impedancia entre la entrada y la base y el voltaje de entrada.
Entonces, ¿la señal de entrada de CA no cambia la red de polarización del transistor?
El término "red de polarización" se refiere a las resistencias. Se cambiará el punto de polarización, pero la red de polarización limitará la cantidad en la que cambia.
Las oscilaciones de entrada "grandes" encenderán fuertemente el bipolar para una oscilación positiva y desactivarán el bipolar en la oscilación negativa de entrada. Eso es distorsión. La corriente a través del límite de entrada C1 estará DESBALANCEADA. El cargo promedio en C1 cambiará; el punto de polarización cambiará. Además, la corriente base cambiará.

Prueba esto

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

El punto de operación tiene una corriente de colector de 1 mA, porque la corriente del emisor es ~ 1 mA, porque tenemos ~~ 2 voltios en R5. Tenemos 2 voltios a través de R1.

Para calcular la ganancia, necesitamos el valor de 'reac', la pendiente del diodo emisor. Esa pendiente es 1/g. A 1 mA, 'reac' es de 26 ohmios. La ganancia es

( R 1 | | Z yo o a d ) / ( R 2 + r mi a C ) = 2 , 000 / 126 = dieciséis

asumiendo que la carga es una sonda de alcance de 10MegOhm||10pF.

Debido al efecto de linealización de 100_Ohm en el emisor, a 1 mA, es decir, podemos oscilar casi +- 100 mV antes de que ocurra una "distorsión grave".

Busque los escritos de Willy Sansen sobre el cálculo de la distorsión bipolar y los valores de IP2 e IP3. Puede ampliar sus matemáticas, para una resistencia de linealización.

Suponga que los puntos de intercepción de la distorsión de entrada son de 2 voltios rms.

¿Cuál es el piso de ruido aleatorio de entrada? Ignora el Cmiller grande y solo usa el Colector F3dB; 2K ohm y 20pF = 40 nanosegundos, 25Meg Radianes o 4Mhz. Suponga que nuestra densidad de ruido está establecida por 'rbb' de 2N3904, que se supone que es 1Kohm. La densidad de ruido es de 4 nanovoltios/rtHz. El ruido de entrada total referido es 4nV * sqrt (4Mhz) = 4nV * 2000 = 8 uV rms.

SPDR (rango dinámico libre de espurias) es de 2 voltios rms / 8uV rms, o 250 000 o 108 dB.

================================================== ==== editar Aquí hay un enlace a Sidney Darlington discutiendo el transistor bipolar

http://ethw.org/Oral-History:James_Early

Y este siguiente enlace le da una idea de la distorsión bipolar, incluida la expansión de la serie de Taylor para describir los diversos coeficientes (ecuación 12)

http://lapsyc.ingelec.uns.edu.ar/Guillermo/Second_and%20Third_order%20Distortion_Compensation_3.pdf

Siempre que el transistor no entre en la región de saturación o corte, todo va normal en lo que respecta al amplificador de clase A, ¿verdad?
Quiero decir, el voltaje de salida debe ser más pequeño que el voltaje de la fuente de alimentación (generalmente Vce = 0.5 * Vcc) y las resistencias de polarización deben polarizarse correctamente.
Espere una oscilación de salida pico a pico de casi 4 voltios, hasta el recorte. Ejecute el análisis de distorsión SPICE en el circuito a 3 (tres) voltios de salida PP.
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