М.Х. Джонс - Электроника практический курс (1055364), страница 29
Текст из файла (страница 29)
Подключение кабеля через эмиттерный повторитель сводит к минимуму это ослабление в обпастн высоких частот; источник с малым выходным сопротивлением может возбуждать колебания на нагрузке с большой емкостью без значительной потери в напряжении. Поэтому интересно посмотреть, как работает на высоких частотах сам эмиттерный повторитель. Из главы 5 нам уже известно, что самой важной характеристикой эмиттерного повторителя является не его коэффициент усиления по напряжению, который почти равен единице, а отношение его входного сопрозивления к его выходному сопротивлению, равное коэффициенту усиления тока транзистора нл . Вот почему коэффициент усиления тока является главным фактором, определяюшим качество эмиттерного повторителя, и только тогда, когда Полевые транзисторы на высоких частотах 157 этот параметр уменьшается по величине на высоких частотах, результат преобразования входного и выходного сопротивлений ухудшается.
Змиттерный повторитель начинает сушественно портиться на частотах выше «граничной» частоты транзистора 7», на которой коэффициент усиления тока па- в дает на 3 дБ, то есть в 12 раз. 7.4 Полевые транзисторы на высоких частотах Полевые транзисторы потенциально способны очень хорошо работать на высоких частотах. Мы видели, что в случае биполярного транзистора ограничиваюШнм фактором в отношении частотной характеристики на высоких частотах является медленность рассасывания неосновных носителей в базе, которая приводит к относительно большой диффузионной емкости между базой и эмиттером. У полевых транзисторов подобного эффекта нет, и нам нужно рассмотреть только «естественные» емкости транзистора.
На рис. 7.9 представлен полевой транзистор с р-н переходом и схематически изображены эти емкости; Са, С„и С; иногда их обозначают как С, С и С соответственно, подчеркивая, что они являются входной, выходной и проходной емкостями (последняя из них является емкостью обратной связи) в режиме короткого замыкания. Типичные значения емкостей таковы; С„, =5пФ, Са, =2пФ, Сал =1пФ. Рис. 7.9. Полевой транзистор с р-л переходом и его внутренние емкости. 158 Усиление на высоких частотах Несмотря на то, что емкость ф— наименьшая из всех, из-за эффекта Миллера она наиболее важна с точки зрения частотной характеристики в области высоких частот.
На рис. 7.10 представлена основная эквивалентная схема для транзистора, включенного по схеме с обшим истоком, в которой присутствуют все три емкости, а на рис. 7.11 эффективное значение С, обье- Ф динено с емкостью С в суммарную емкость С, во входной цепи: С, =С +(А+1)С,, где А — коэффициент усиления напряжения в этом усилителе. Рис 7.!О. Высокочастотная эквивалентная схема усилителя с транзистором, включенным по схеме с общим истокам.
Рис. 7.11. Усилитель на основе транзистора, включенного по схеме с общим истоком, с полной эффективной емкостью С на входе. Таким образом, преоблалаюшим эффектом на высоких частотах является уменьшение входного импеданса, равного 1/~аСг, который на частоте 100 МГц может составлять всего лишь несколько десятков Ом. Влияние Са обычно можно компенсировать включением ее, как одной из составляюших, в резонансный контур в цепи стока.
Это позволяет избежать шунтируюшего действия данной емкости, которое имело бы место при резистивной нагрузке. Внутренние емкости не являются единственным обстоятельством, которое влияет на усиление в области высоких частот. При точном расчете необходимо принять во внимание тот факт, что крутизна я„, сопротивление г,, выражающее наклон стоковых характеристик, и сопротивление г между Снециаеьные схемы длл высоких часпром 159 затвором и истоком, — все они уменьшаются по величине на высоких частотах.
На частоте 100 МГц крутизна и г, могут упасть наполовину по сравнению с их низкочастотными значениями, а сопротивление затвор-исток может составлять всего лишь 1О кОм вместо сотен мегаом, которых следует ожидать на низких частотах. Олнако емкости являются главной причиной уменьшения усиления на высоких частотах. 7.5 Специальные схемы для высоких частот 7.5.
1 Вслзунвенив Единственным наиболее важным барьером на пути эффективного усиления в области высоких частот является эффект Миллера, из-за которого любая емкость между выходом и входом сказывается, по существу, как емкость, увеличенная в число раз, равное коэффициенту усиления напряжения в ланной схеме. Во всех схемах, о которых пойдет речь, предпринята попытка минимизировать эффект Миллера путем уменьшения фактической емкости обратной связи. С практической точки зрения следует заметить, что экспериментальная проверка высокочастотных свойств усилителей представляет собой специальную задачу, в которой обычный метод «генератор — усилитель — осциллограф» может давать результаты, вводящие в глубокое заблуждение, всего лишь из-за того, что применяются более экзотические осциллографы с частотной характеристикой, остающейся ровной вплоть до частот выше 50 МГц.
Прежде всего, фактически все осциллографы обладают входной емкостью порядка 30 пФ, а соединительные провода внесут дополнительную емкость; даже при использовании специальных высокочастотных пробников следует ожидать некоторого взаимодействия между измерительным прибором и схемой. В этом параграфе рассматриваются схемы, интересные, главным образом, сами по себе; при этом не приходится ожидать, что читатель сможет аккуратно проверить их на высоких частотах. Однако тот, кто захочет поэкспериментировать, приобретет практический навык усиления радиои телевизионных сигналов с помощью соответствующих схем.
7.5.2 Схема с общей базой Включение транзистора по схеме с обшей базой, когда сигнал подается на змнттер, обеспечивает тот же самый коэффициент усиления напряжения, что и более привычная схема с общим эмиттером. Недостаток схемы с обшей базой состоит в малом входном сопротивлении, которое в йн раз меньше, 1ем у схемы с общим эмиттером; поэтому во столько же раз меньшим является усиление мощности. йостоинство схемы с обшей базой на высоких частотах заключается в 160 Усиление на высоких частотах том, что база действует как экран между входом и выходом, так что эффектом Миллера можно пренебречь. Ослаблению на высоких частотах препятствует также присушее схеме малое входное сопротивление, при котором влияние реактивного сопротивления емкости база-эмиттер оказывается не таким значительным, как в случае схемы с общим эмиттером. На рис.
7.12 показана практическая схема с обшей базой. Расчет величин компонентов для правильного режима по постоянному току точно такой же, как для стабилизированной схемы с обшим эмиттером, приведенной на рис. 1.20. В этом каскаде коллекторный ток покоя равен 1 мА, а потенциал базы поддерживается таким, чтобы обеспечить падение напряжения величиной 1В на 1-килоомном резисторе в цепи эмитгера. Осушествлена развязка базы относительно земли; другими словами, конденсатор емкостью 10 мкФ пропускает все переменные сигналы прямо на землю.
Выходной сигнал обычным образом снимается с коллекторной нагрузки, имеюшей сопротивление 4,7 кОм. ав Рнс. 7,12. Усилитель напряжения на транзисторе, включенном по схеме с обшей базой. На рис. 7.13 приведена упрошенная эквивалентная схема для схемы с обшей базой, включающая внутренние емкости. Первое, что необходимо отметить, это то, что входной сигнал приложен непосредственно к малому эмиттерному сопротивлению г,, где г, м — Ом.
1(6.5)] 1я (1 — эмиттерный ток в миллиамперах.) Во-вторых, емкость, шунтируюшая вхолное сопротивление, — это только С~, к которой не прибавляется никакая емкость обратной связи, увеличенная за счет эффекта Миллера. В третьих, направление тока у генератора тока в выходной цепи противоположно тому, каким оно было в схеме с Специальные схемы для высоких частот 1б1 Рис. 7.13. Эквивалентная схема усилителя с транзистором, включенным по схеме с общей базой общим эмиттером. В результате входной и выходной сигнаты оказываются в фазе, в отличие от схемы с общим эмиттером, где их фазы различаются на 180'.
Практический эффект от низкоомного входного сопротивления и пренебрежимо малой емкости обратной связи, имеющих место в схеме с общей базой, состоит в том, что с ее помощью можно обеспечить реальное усиление вплоть до частот порядка частоты единичного усиления Гг транзистора, тогда как схема с общим эмиттером реально усиливает лишь до частот порядка /ь (м 7'г/)з „) Хотя малое входное сопротивление схемы с общей базой может оказаться недостатком в тех или иных обстоятельствах, оно является подходящим по порядку величины, чтобы служить нагрузкой для антенны или фндера в диапазонах метровых и дециметровых волн (приблизительно 70 Ом). Поэтому схему с обшей базой можно эффективно применить в качестве предусилителя слабых телевизионных сигначов.
На рис. 7.14 приведена схема, которой можно воспользоваться в качестве предусилителя телевизионных сигналов в диапазоне дециметровых волн с усилением, по меньшей мере, 10 дБ. Здесь применен кремниевый и-р-п транзистор типа Вг)80; он специально предназначен для этой цели; его частота единичного усиления 7 приближается к 700 МГц. Эта схема, по существу, подобна схеме на рис.
7.13, за исключением того, что роль коллекторной нагрузки играет резонансный контур. Гак обычно поступают на практике при усилении в области высоких частот, поскольку большое сопротивление контура при резонансе обеспечивает большое эффективное значение А и, следовательно, относительно большой коэффищлент усиления. Другое достоинство такой нагрузки заключается в том, что емкость коллектор-база и другие паразитные емкости в выходной цепи не приводят к уменьшению усиления, а просто служат одной из составляющих подстраиваемой емкости.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
