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避免剪切与AC-Coupled射极跟随器电阻负载:嘉立创转载

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避免剪切与AC-Coupled射极跟随器电阻负载:嘉立创转载

亚历克斯Rysin

电子设计

这个观点分析负载电容耦合的原因可能导致剪负输出,并显示必须达到的条件,以避免这种不受欢迎的情况。

工程师问我寻求帮助时,他遇到了奇怪的现象,测试原型系统中电路。他看到了神秘的剪切变形在他射极跟随器的输出信号。他告诉我他检查这从动件重得多(变小)比实际的负载电阻负载,但没有看到任何明显的扭曲。然而,他的原型板连接到系统时,有明显的剪切底部的信号。

看原理图,我看到下一个设备的输入电阻是与他的追随者,一个大电容器。我向他解释问题的原因。我也意识到,与电阻负载时剪断的可能性是相当明显,电阻负载电容耦合的问题在设计很容易被忽视。

有关晶体管射极跟随器可以源电流负载和负载需求,在晶体管的范围之内。然而,晶体管不能反向电流。这可能导致削波失真的输出信号当追随者ac-coupled电阻负载,有时不明显的原因。

首先,看看简单的NPN型射极跟随器(1)及其可能明显的剪切变形。积极的剪裁VCC输出会发生如果大量输入信号超过VCC0.7 V,打开晶体管的基极集电极结Q1(在这里,一个常见的2 n2222)。上面结就像一个二极管剪辑点,分流VCC的输入信号。如果这个二极管的电流不受限于一个适当的值的输入电阻RI,晶体管可能受损。

避免剪切与AC-Coupled射极跟随器电阻负载

а)

避免剪切与AC-Coupled射极跟随器电阻负载

b)

避免剪切与AC-Coupled射极跟随器电阻负载

c)

1所示。分析使用一个基本的射极跟随器电路,使用2 n2222无处不在

晶体管(a)作为输入信号(绿色,顶部)低于VBE,输出信号

(红底)剪为0 V(b)。没有剪切变形的

输出信号与VOFF = 4 V(c)

负剪切发生在输入信号的负面swing如果输入水平底部的晶体管变得小于0.7 V(晶体管的VBE)。在这种情况下,晶体管的基极发射极结反向偏置,其射极电流(IE)会降到零,和晶体管关闭。这将导致输出信号为零的剪裁在其底部,直到输入信号返回晶体管正常模式。

接近剪辑点,发射极电流即低,增加其追随者总谐波失真(THD)的水平。在正弦输入信号的情况下,为了防止这种明显的剪切:

(1)

VAMPL峰值振幅和VOFF正弦波输入源的直流偏置电压。

剪裁描述说明利用PSpice电路的瞬态分析,ac输入源设置VAMPL = 2 V,VOFF = 2.3 V1 kHz的频率。在这种情况下,VI_MIN = 0.3 V和瞬态分析显示了剪裁底部的输出信号(1 b)

1 c显示相同的电路仿真结果VOFF = 4 V,这使1.3 - V利润率高于剪切水平。现在瞬态分析不给剪裁和其他明显的输出信号的失真。此外,傅里叶分析的模拟配置文件显示THD)0.143%的输出文件。

增加跟随者的负载会产生相似的结果。例如,即使RE = 0.5 kΩ在图2的电路(RE的三分之一用于仿真),没有任何明显的官图,仅略有增加的变化从0.145%降至0.143%

接下来,ac-coupled负载电阻连接到跟随者。解耦电容C1的价值选择是足够大(1.0 F),以便不可能导致扭曲结束时输出信号的瞬态过程。乍一看,你会期望相同的结果的仿真电路如图1所示,但是没有对RL直流分量。然而,瞬态分析(2 b)显示了一个输出信号的重要剪裁和晶体管的发射极。

避免剪切与AC-Coupled射极跟随器电阻负载

а)

避免剪切与AC-Coupled射极跟随器电阻负载

b)

2。一个ac-coupled电阻负载被添加到原来的射极跟随器电路(a)

插入之间的解耦电容和RL事业重要

削波失真的输入信号(绿色),见过的发射器

晶体管(蓝色,中间)和从动件的输出(红底)(b)

有一个简单的解释结果不明显。在稳定状态,C1直流的Q1的排放国。在VIN的积极著,Q1的射极电流分裂和再保险和RL(分别愤怒和IRL)。射极电流的最大级别IE_MAX:

然而,VIN的负面著,而愤怒仍然是导演的晶体管Q1,从而降低其价值,IRL定向回Q1,从愤怒中减去。

如果这个减法的结果是负数,IE_MIN降到零,输出信号受到剪切。

IRL定向回Q1的原因也并不明显。在稳定状态,C1是完全充电。直流电压在其左侧VE,至少高于绝对电压交流信号(VAC_AMPL = 2 V),在这种情况下相当于4 - 0.7 = 3.3 V .电容的直流水平右边是零。

因此,在消极交流信号的周期,再保险的电压跟随输入信号的负波,但总是正的,因为偏见。再保险组件的组合在Q1的发射极电流等于电压/ RE > 0。输出电压签证官在RL也跟随输入信号的负波,但直流偏差为零。这也是负的负波。在这个地区,它改变了从0- VAMPL,导致当前通过RL去相反的方向。IRL总是小于0

为了防止剪切问题,IE_MIN应该总是大于零:

(2)

因此,要避免在有关晶体管射极跟随器的剪裁ac-coupled电阻负载,方程2的三个变量应该遵守以下限制:

而且,从方程1:

引用:

Alan b . Grebene双极和MOS模拟集成电路设计,威利——世界科学出版物,约翰威利和儿子。

道格拉斯自我、小信号的音频设计、焦出版社,2010年。

温菲尔德·霍维茨山;电子产品的艺术,第二版,剑桥大学出版社,1989

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