Степаненко И. Основы теории транзисторов и транзисторных схем (1977) (1086783), страница 88
Текст из файла (страница 88)
Поэтому переходные н частотные свойства ухудшаются. Для количественного анализа воспользуемся снова структурной аналогией между эквивалентными схемами каскадов ОВ и ОЭ и заменим в формуле (7-39) величины р, г, и др. на — сс, гв и т. д., а также тр на т и С„*на С, (последняя замена не совсем правомерна, так как С„'— операторная, а ф— действительная величина).
Тогда приближенные изображения параметров К„и Кг получаются в следующей общей форме: А() о (10-7) 1+ этааэ ! — ау где А, — значение параметров на средних частотах; т„„= т,', + тн— эквивалентная постоянная времени; та=таун та) тн = т„(1 — 7.) =Сч(ЛхР )- Время нарастания согласно общему определению (62) равно: 1„=2,2 " (1О-В) Из формулы (10-7) получаются упрощенные частотные характе- ристики параметров: где верхняя граничная частота 1 — ау (10-10) Срввпение полученных выражений с соответствугощими вырвжениямн для каскада ОЭ подтверждает преимущества квсквдв ОБ в отношении переходных н чвсготных свойств.
Например, при (а = 50 МГц; г = 25 Ом; ге = 100 Ом; С„= 2 пФ; йх1 йв = 2 кОм; Яг = 100 Ом в квсквде ОБ получаем 1„-35 нс; г = 1О МГц, тогда квк для схемы ОЭ прн 0 = 50 будем иметь 1„- 120 нс; ин 2„8 МГц. 0 0гт 0 001,0 1,5 0„0 мне 0 05 1,0 1,5 Рис. 10-4. Срввнительвые переходные кврвкгернгтнки квсквдов ОБ н ОЭ прн А'„= 0 н Яг ~0. Рнс. 10-5. Переходные хврвктернстики входного тока и входного сопротивления в каскаде ОБ. Упрощенное изображение входного сопротивления получается из формулы (10-4) при подстановке а (з). После некоторых преобраг аований оно может быть представлено в следуюгцей форме: га ( ) р 1 атго (10-11) Нетрудно убедиться, что при 1 = 0 (т.
е. при в = со) начальное аначение входного сопротивления больше, чем гг,„, Соответственно входной ток (при ступенчатом сигнале Е„) после началыюго скачка плавно нарастает до установившегося значения. На рвс, 10-5 показаны функции г„(1) в г,„(1) в относительном масштабе. Из сказанного следует, что входное сопротивление каскада ОБ имеет индуктивный характер в отличие от каскадов ОЗ и ОК (т.
е. каскадов с базовым входом), у которых оно носит ем к о ст н ы й характер. Естественно, что при синусовдальном сигнале входное сопротивление каскада ОБ увеличивается с ростом частоты. 10-3. КАСКАД С ЗМИТТЕРНОЙ СВЯЗЬЮ Органическим сочетанием каскадов ОК и ОБ является каскад с змиттерной связью (рис. 10-6), предназначенный для с и н ф а зн о г о усиления (оба каскада ОК и ОБ не изменяют полярности сигнала). Анализ каскада проведем только в области средних часгот. Лля этого воспользуемся формулами, выведенными в 5 9-2 и 10-1, считая параметры обоих транзисторов одинаковыми, Кроме того, примем для обоих транзисторов г„*= ое (что упрощает анализ) и положим /с, = се. Последнее предположение основано на том, что эмиттерные токи /, и /„под действием сигнала Е, меняются в противоположных направлениях, а ток чегвез сопротивление /с, остается при этом практически неизменным .
Нагрузкой повторителя (транзистор Т,) является входное сопротивление каскада ОБ (транзистор Тв). Поэтому, перейдя в формуле (10-1) от я к () и добавив к гб сопротивление /сбв = И 1! /св, получим: лба+ге /эвг=/эвкг= ге+ 1 1 В Теперь нз формулы (9-8а), полагая /с„= /сво Й,м;,И1И иопуская И, и г',, находим коэффипиент передачи повторителя." ы Ки = ~г рис. Ю-6. Каскад с вмаггериоа свкзвах Нбв+гб+(1+В! гв /гг+ем+2(гб+(~+В) гг1' (10-12 а) Коэффициент усиления каскада ОБ найдем из формулы (10-2), полагая в ней /г, = 0 (поскольку в данном случае коэффициент усиления определяется по отношению к напряжению непосредственно на эмиттере) и подставляя в нее полученное выше значение Авгв К вЂ” — ""'" — ( "1 ") — В( "1 в) .
(10-12 ) Ыв ге+(1 м) (/гбв+ "б) ебв+гб+()+В) гв Перемножив коэффициенты К„' и К„', найдем коэффициент усиления каскада в целом: К 1/Вм» В (/Гк) /Гв) (10 13) Ег Юг+Лбе+2 (гб+(1+В) ге/ Рассмотренная схема обладает сравнительно узким динамическим диапазоном входных сигналов. В самом деле, пусть, например, потенциал (/бв фиксирован и пусть (/,бв — напряжение на эмиттерных переходах в от с у т с т в и е сигналов. Тогда потенциал 1/б, не может увеличиваться (по модулю) больше чем на 2(/,бв (иначе запрется транзистор Т,) и уменьшаться больше чем иа 2(/бв г Г!олробнее о рели сопротивлении /б, см. в гл.
14. (иначе запрется транзистор ТД (прн этом считается, что коэффициент передачи повторителя близок к ",„см. (1О-12а)!. Таким образом получаем ограничение на входной сигнал: ! Е, ! < 2(7,а . Практически, с учетом нелинейных искажений, Е„„, = (0,1— 0,2) В для германиевых и (0,4 — 0,5) В для кремниевых транзисторов. По тем же причинам потенциалы баз в режиме покоя необходимо в ы р а в и и в а т ь, в противном случае один из транзисторов окажется запертым. Отмеченные затруднения заставляют иногда использовать в цепи эмиттеров дополнительные сопротивления— »связки» (см.
рис. 14-2). $0-4. КАСКОД Каскодом называют последовательное соединение каскадов ОЭ и ОБ (рис. !0-7). Коллекторной нагрузкой транзистора Т„включенного по схеме ОЭ, является эмиттерная цепь транзистора Т„включен- Ю ного по схеме ОБ. л» В отличие от простейшего варианта схемы ОБ (рис. 10-1) база транзистора Яг Т, не заземлена, а находится под по- гх стоянным потенциалом ! Е» ! С ! Е„!. -Еб Это не меняет свойств каскада ОБ, так г~ как потенциал базы можно условно считать нулевым. Практически потен- Р» пиал — Е» получают либо от особого Н исгочника смещения (если он имеется), либо от делителя напряжения, подклю- ~; я» С» ченного между шипкой — Е„и землей.
В последнем случае одно из плеч делителя должно быть обязательно зашунтировано достаточно большой ем- Ряс. 10-7. Принципиальная костью, чтобы база транзистора Т, могла считаться «заземленной по переменному току» на любой частоте сигнала (или при любых рабочих длительностях импульсов). Поскольку входное сопротивление каскада ОБ ничтожно мало !см. (10-4)1, можно считать, что каскад ОЭ работает в режиме короткого замыкания на выходе.
Тогда его усилительная способность характеризуется к р у т н з н о й (8-17а). При этом коэффициент )) следует заменить на (1, так как не нужно вносить поправку на нагрузку. Считая, кроме того, а» = 1, приходим к выводу, что результирующая крутизна каскода такая же, как у каскада 03.
Умножая крутизну (8-17а) на суммарную нагрузку И„!! )г», получаем коэффициент усиления напряжения (см. табл 8-2): К.= — —" (10-14) 1+ Раув ~~»+ гб1+~ »» Выражение (10-14) полностью совпадает с выражением (7-16), которое было выведено без учета сопротивления гю Значит, можно сказать, что каскод обеспечивает такое же усиление, как и д е ал и з и р о в а н н ы й каскад ОЭ, в котором транзистор имеет бесконечно большое коллекториое сопротивление '. Иначе говоря, коэффициент усиления у каскода при прочих равных условиях несколько выше, чем у реального каскада ОЭ, поскольку р ) р . Однако это преимущество каскода не очень существенно по сравнению с другими (см.
ниже). Главная особенность каскода состоит в том, что его выход благодаря наличию каскада ОБ и з о л и р о в а н (нли, как говорят, <развязан») от коллектора усилительного транзистора Т,. В результате тракт прямой передачи сигнала от входа к выходу становится о д н о н а п р а в л е н н ы м или во всяком случае более однонаправленным, чем в обычном каскаде ОЭ. В частности, <развязка» коллектора Т, от суммарной нагрузки исключаег влияние последней на' коэффициент р„ о чем говорилось выше. Другим, не менее важным следствием <развязки» является существенное уменьшение входной емкости, азначит, увеличение входного сопротивления на высоких частотах.
Действительно, поскольку при каскодном включенип можно, как мы убедились, считать у"„ = 1, то из формулы (7-36) следует, что в эквивалентной постоянной времени каскада ОЭ исчезает составляющая г,', связанная с коллекторным импеданцем. Соответственно входная емкость, определяемая постоянной времени г (рис. 7-11), уменьшится. Наконец, повышенная однонаправленность в каскоде означаег резкое ослабление обратной связи с выхода н а в х о д.
Это способствует устойчивой работе схемы, особенно в резонансных (контурных) усилителях, в которых при использовании схемы ОЭ нередко возникает паразитная генерация (самовозбужденне). Как известно, в ламповой технике аналогичные преимугаества обеспечивают лампы с вкранируюпгими сетками по сравнению с триодами. Поэтому каскад как целое можно считать транзисторным аналогом тетродов и пентодов. Расчет каскода по постоянному току осуществляется раздельно для каскада ОЭ (при напряжении питания — Еа) и для каскада ОБ (при напряжении коллекторного питания — Е„+ Ее и эмиттерном токе 7„= 7„,). Если потенциал — Е, задается делителем напряжения с сопротивлениями плеч Йа и Йь то в форму лах (6-4) и последующих следует полагать: Еа= Еа о ( 1» )7б 77»1)7<' » При выводе (10-14) мы пренебрегли коэффициентом у„(см.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
