Distorsión de ganancia de voltaje variable BJT

Esta es una pregunta muy básica. Quiero tener un amplificador de señal BJT muy simple con ganancia de voltaje variable. Pensemos en un emisor común con una resistencia de emisor como esta:

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La señal de entrada es una onda sinusoidal y la amplitud de la señal es lo suficientemente pequeña como para ser considerada como una señal pequeña (alrededor de 500 mV pico a pico) y RB, RE y RC se seleccionan correctamente para funcionar en buenas condiciones de polarización. De acuerdo con la ecuación, esperamos que la ganancia de voltaje (AV) se aproxime como AV=-RC/RE:

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Así que espero que al girar el potenciómetro, debería ver diferentes ganancias. Esto estaba en el papel, pero en realidad no sucede exactamente: la ganancia cambia bien, pero se observa cierta distorsión de la forma de onda en algunas frecuencias, por ejemplo, en mi caso, estas distorsiones parecen sesgadas a la izquierda en 2.5MHz, 7MHz, .... Qué me estoy perdiendo ?

Cuando dices "en realidad", ¿te refieres a simulación o un circuito real?
@Vasiliy en un circuito real
Observe cuánto cambia su punto de polarización cuando varía RC. Una gran excursión del punto de polarización puede provocar una distorsión de la forma de onda.
Un enfoque más típico es diseñar la etapa del transistor con ganancia fija para satisfacer las necesidades de la señal de entrada de nivel más bajo. Luego use un potenciómetro como divisor de voltaje variable en la entrada para atenuar la entrada.
¿Puede agregar imágenes de la salida del osciloscopio para lo que está considerando como formas de onda normales y "sesgadas"?
La definición de señal pequeña es una señal lo suficientemente pequeña como para no causar distorsión (también conocido como comportamiento no lineal). En tu circuito ves algo de distorsión. Por lo tanto, no era una buena suposición pensar que su entrada era una señal pequeña. No hay un nivel de amplitud específico que pueda considerarse una señal pequeña para todos los circuitos, sino que lo que es una señal pequeña depende del circuito que esté analizando (e incluso qué nodo del circuito está mirando) y de la cantidad de distorsión que desee. están dispuestos a considerar despreciable.

Respuestas (2)

Este no es un buen circuito por varias razones:

  1. El punto de polarización es impredecible, ya que depende bastante de la ganancia del transistor. La resistencia efectiva en la base es aproximadamente RE multiplicada por la ganancia. Eso significa que el divisor de voltaje de RB y esta resistencia base aparente varían mucho con la ganancia del transistor, lo que a su vez hace que el punto de polarización sea impredecible ya que la ganancia de los transistores bipolares es impredecible. Todo lo que generalmente sabe es que estará por encima de un nivel máximo, no cuán alto podría ser. No es inusual que los dispositivos reales tengan una ganancia varias veces mayor que su ganancia mínima garantizada.

  2. El ajuste de ganancia también afecta el punto de polarización. Peor aún, nada está compensando este cambio.

  3. La impedancia de salida y, por lo tanto, el tiempo de subida de salida, cambian con el ajuste de ganancia.

Para arreglar estas cosas, primero cree un circuito que tenga la ganancia más alta que jamás haya deseado y polarícelo de manera predecible para que la salida esté cerca de la mitad de su rango sin señal. Luego coloque un potenciómetro en la entrada de ese amplificador para ajustar ganancia general. Si la señal de entrada tiene una compensación de CC, entonces la CA acopla el potenciómetro tanto desde la señal de entrada como desde la entrada al amplificador. Por lo tanto, el potenciómetro siempre funcionará con un nivel de CC de 0, por lo que cambiar la ganancia no cambiará ningún nivel de CC en ninguna parte.

Me gustaría agregar otra respuesta desde una perspectiva diferente.

Hay una forma de cambiar la ganancia de CA del amplificador sin alterar el punto de funcionamiento y, a veces, esto es más deseable que un control de "volumen" o "nivel" frente al amplificador.

Por ejemplo, use una resistencia de colector fijo R C y omita la resistencia del emisor con un condensador y un reóstato:

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

Ahora, R mi puede hacerse lo suficientemente grande para proporcionar un punto de operación estable mientras la resistencia del emisor de CA es R GRAMO | | R mi .

Cuando R GRAMO es muy pequeña, la ganancia de CA es aproximadamente − gramo metro R C = − I C V T R C

Para valores mayores de R GRAMO , la ganancia de CA es aproximadamente − R C R GRAMO | | R mi

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