Dlaczego wtórnik tranzystorowy obcina napięcie przy dużym obciążeniu?

Witam,

Przy budowaniu tego układu spotkałem dosyć dziwny problem. Poniżej przedstawiam schemat i przebiegi napięć w układzie (z programu PSpice). Kolor czerwony to napięcie na bazie, zaś żółty na emiterze.

Przy dużych amplitudach sygnału wejściowego (V2 = 4Vpp) i obciążeniu układu (R4) stosunkowo małą rezystancją (a do takiej układ był projektowany) następuje obcinanie napięcia, ale przy dużych wartościach R4 problem ten nie występuje. Problem też nie występuje przy małych amplitudach (rzędu 100mV). Co ciekawe, po wymianie (w PSpice) tranzystora na popularny 2n2222 przy R4 = 50Ω i V2 = 4Vpp to obcinanie napięcia nie występuje. Dla porównania dla 2n2222 β≈200, zaś dla BFR96 (tranzystor b.w.cz.) β≈100.

Czy ktoś potrafi mi powiedzieć, dlaczego tak się dzieje i ewentualnie jak temu zaradzić?

Jeśli ktoś chce, to mogę podesłać/zamieścić tu gotowe pliki (schemat + biblioteka) dla programu PSpice OrCad-a.

Najpierw budowałem układ praktycznie i napotkałem na ten problem i później dopiero zabrałem się za symulację (ten z symulacji to już kolejna wersja, przy której ten problem dalej występuje), przy czym praktycznie budowałem układ tylko na BFR96. Układ docelowo będzie posiadał drobną modyfikację i użyty będzie jako wtórnik w zakresie 0-40MHz i amplitudach 0.01-2V. Jako, że nie potrafię dokładnie analizować układów w.cz. (no i dużo obliczeń to zastosowałem właśnie taki tranzystor.

Zwiększ napięcie polaryzacji bazy (dzielnik R1,R2).

Witam

Zmień opory R1 i R2 tak aby napięcie na emiterze tranzystora w stanie spoczynku wynosiło 1/2 nap. zasilania. A u ciebie wynosi 3V a powinno być 4,5V.

Wielkie dzięki. Hmm, teraz się zastanawiam, czemu sam takiej próby nie zrobiłem, ale to pewnie dlatego, że nie chciałem z takimi dużymi prądami kolektora pracować, ale jak widać chyba nie ma wyjścia...

Dlaczego to napięcie ma wynosić 1/2*Ucc? Taki punkt pracy, oznacza największy zakres zmian napięcia wyjściowego, ale ja potrzebuje tylko zmianę o 4V (±2V)?
Ue = 4.5V to mi da prądy rzędu 50mA... chciałbym tego uniknąć, o ile to możliwe... jak sprawdzałem wystarczy napięcie ~4V (prąd 35mA), z małym zapasem. A docelowo układ miałby pracować przy Ucc=12V, a rezystorów do kolektora nie chcę pchać...

A czy potrafi ktoś odpowiedzieć, dlaczego tak się dzieje? Skoro zapas amplitudy był, więc dlaczego występowało to obcięcie?

Układ którego podałeś schemat to przykład czysto teoretyczny. W praktyce należy dążyć do galwanicznego (bez kond.) sprzężenia wtórnika z poprzednim stopniem,jak również włączenie obciążenia bezpośrednio w emiter.Napięcie na bazie nie musi być 1/2 Uzasil,ale przy takim Ubazy osiąga się największą dynamikę zmian Uwejś. Uemiter=Ubazy-0.7V;
Oznaczmy Icq->prąd kolektora≈prąd emitera;
Remitera=(Ubazy-0.7)/Icq;
Rezystancja obciążenia Robc dla składowej zmiennej jest połączona równolegle z Remitera.Jeżeli Robc jest małe w porównaniu z Remitera, już przy małym wysterowaniu napięciowym ΔUe,wysterowanie prądowe jest tak duże jak prąd spoczynkowy i występują zniekształcenia.By utrzymać je na małym poziomie należy spełnić warunek:
ΔUemitera<Uemiter*(Remitera||Robc)/Remitera;
Czyli Robc>Remitera;
Remitera||Robc=Remitera*Robc/(Remitera+Robc);

ed-ek napisał:

W praktyce należy dążyć do galwanicznego (bez kond.) sprzężenia wtórnika z poprzednim stopniem,jak również włączenie obciążenia bezpośrednio w emiter.

Tak, widziałem takie rozwiązania bez separacji kondensatorem (lub kondensatorami). Jakie zalety ma takie rozwiązanie? Jedyne co mi przychodzi do głowy, to ewentualne poszerzenie pasma przenoszenia (dodanie kondensatora tworzy zawsze filtr górnoprzepustowy), choć rezystancja wejściowa wtórnika jest z zasady stosunkowo duża. Nie wiem jak z wpływem temperatury.
Docelowo tak zrobię, bo poprzedni stopień będzie pracował przy napięciu Uwy=1/2*Ucc (punkt pracy), więc się będzie dobrze składać...

ed-ek napisał:

Rezystancja obciążenia Robc dla składowej zmiennej jest połączona równolegle z Remitera.Jeżeli Robc jest małe w porównaniu z Remitera, już przy małym wysterowaniu napięciowym ΔUe,wysterowanie prądowe jest tak duże jak prąd spoczynkowy i występują zniekształcenia.

Mógłbym prosić o nieco dokładniejsze wyjaśnienie, bo jakoś tego "nie czuję" (i nie rozumiem). Rozumiem, że wówczas sporo prądu płynie przez Robc, ale dlaczego z tego powodu mają być zniekształcenia? Na dodatek te zniekształcenia nie wynikają z braku wysterowania tranzystora. Gdy napięcie Ubazy maleje (ujemna połówka sinusoidy Uwe) to powinno maleć napięcie na Remitera i Robc zaś chwilowy prąd kolektora powinien maleć i powinny się przez to poprawiać warunki pracy układu (mniejszy prąd wyjściowy). Niestety, poniżej pewnej wartości Ubazy, napięcie Uemitera nie spada, zaś "w szczycie" Ube wynosi ~0.2V czyli tranzystor powinien być w stanie odcięcia, a tu płynie prąd ~15mA! Skąd on?!

ed-ek napisał:

By utrzymać je na małym poziomie należy spełnić warunek:
ΔUemitera<Uemiter*(Remitera||Robc)/Remitera;
Czyli Robc>Remitera;

Nie wiem za bardzo skąd te zależności, ale wierzę na słowo.

Przy czym nie raz się spotkałem, że rezystancja w emiterze jest większa niż obciążenia połączonego poprzez kondensatory. Ja parametry układu dobierałem tak, by dla składowej zmiennej uzyskać Rwy≈50Ω. Ze wzorów wszystko ładnie wyszło (dobór R1, R2, Re i Ic), ale w praktycze Rwy tego układu była na poziomie kilku Ω. Ale to dobrze, bo układ będzie objęty pętlą ARW i zrobię tak, że skoro układ ma tak małą Rwy to z emitera dam szeregowo opornik 47Ω do wyjścia urządzenia, zaś sygnał ARW będę pobierał bezpośrednio z emitera. ARW utrzyma stałe napięcie przy wolnych zmianach Uwy (spowodowane ch-yką przenoszenia), zaś dla chwilowych zmian Robc układ będzie miał stałą rezystancję wyjściową. Jak można się domyśleć, urządzenie będzie przetrajanym generatorem.

Przez chwilę nawet się zastanawiałem, aby jako stopień wyjściowy dać parę tranzystorów np. w klasie AB, ale tylko przez chwilę. Za dużo kombinowania i zniekształcenia większe...

Ok, dziękuję wszystkim za pomoc.

Jeszcze przyjrzę się temu wszystkiemu, bo dokładnie nie przeanalizowałem tego. Punkty rozdaję, ale proszę jeszcze śledzić nadal wątek, bo w najbliższym czasie być może zadam pytanie i będę prosił o odpowiedź. A jeśli nie, to poinformuje o tym na priv.