Дьюб Динеш С. Электроника - схемы и анализ (2008) (1095413), страница 56
Текст из файла (страница 56)
Сигнал переменного тока уходит через эти емкости, что оказывает значительное влияние на характеристики схемы на высоких частотах. Пример 12.2. На рнс. 12.10 изображена схема эмиттерного повторителя с ком- пенсационной обратной связью. Коэффициент усиления по напряжению усили- теля А„= 0,99. Чему равен входной импеданс Яь? Решение. Схема усилителя имеет компенсационную обратную связь. Взгляните на резистор 10 ком. Если емкость конденсатора С выбрана так,чтобы оказывать пренебрежимо малое сопротивление на нижней рабочей частоте, тогда один конец резистора 10 кОм оказывается включенным к входной клемме, а второй — к выходной клемме усилителя.
Это идеальный случай применения теоремы Миллера. Тогда +12 в 1о гк „„„, = л!(1- А„) = = 10 к/(1 — 0,99) = 1 Мом. Рис. 12.10. Действующий входной импеданс усилителя равен 1 МОм. 12.6. Частотная характеристика усилителей на биполярных транзисторах на высоких частотах Снижение коэффициента усиления на частотах, меньших нижней граничной частоты, вызвано влиянием последовательно включенных разделительных или шунтируюших блокировочных конденсаторов. Как только рабочая частота так же как и частота входного сигнала усилителя повышается, падение переменного напряжения на этих конденсаторах становится достаточно малым, чтобы не учитывать его, и конденсаторы можно считать замкнутыми накоротко.
Внешние разделительные и блокировочные конденсаторы не имеют влияния на характеристику усилителя на высоких частотах. Существуют собственные (не подключенные снаружи) емкости транзистора. Например, у транзистора есть емкости переходов. Есть и другие источники емкости наподобие межэлектродных емкостей и емкости монтажных проводников. Некоторые из этих емкостей могут увеличиться вследствие эффекта Миллера и появиться как шунтирующие емкости на входе и выходе усилителя. При увеличении частоты реактивное сопротивление шунтирующих емкостей падает. На входе усилителя через шунтируюшую емкость часть сигнала уходит на землю, и входной сигнал заметно снижается.
На выходе шунтирующая емкость уменьшает эффективную нагрузку (А„= г,(г,). Оба случая приводят к тому, что с ростом частоты падает коэффициент усиления усилителя. На рис. 12.11 изображена эквивалентная схема усилителя с ОЭ, которая бь|ла дана на рис. 12.5. Конденсаторы С1, С2 и Ск показаны закороченными, потому что мы ~~~334 Глава И. Частотиал характеристика, способы связи теперь имеем дело с высокими частотами. На схеме три собственных ем- кости транзистора — Све, См и С„. Так как С„не имеет отношения к теме нашего обсуждения, мы его опустим. бп С, <1+Д> Рис.
12.11. Эквивалентная схема для переменного тока усилителя с ОЭ, представленного иа рис. 12.5. Обратите внимание на емкости переходов биполярного тран- зистора Рис. 12.12. Действующие емко- сти на входе усилителя. Обрати- те внимание на емкость Миллера Сес(1+ А„) На рис. 12.11 изображены два конденсатора — См и Сат Сье — диффузионная емкость перехода база — эмиттер и См — переходная емкость обратносмещенного перехода коллектор-база.
Их типичные значения 50 и 5 пФ. Мы здесь не рассматриваем емкости монтажа и емкости большого числа проводящих областей, разделенных в схеме изоляторами, их называют паразитными емкостями. Конденсатор См включен по схеме Миллера (один конец подключен к входу, а другой — к выходу). Его миллеровский эквивалент, включенный между базой и землей (рис. 12.12), равен (12.29) С1п(т1нег) = Свс(1+ -4с). И общая емкость С1 между базой и землей становится равной С1 Све+ Свс(1+ 4с). (12.30) Если г;„— общее сопротивление переменному току, видимое с базы в сто- рону источника, т.
е. (12.31) В1 — В ! ИВ1!!В21 иге) 1 1200 (12,32) 2хВ1С1 ' где Су и Ву даны уравнениями (12.30) и (12.31). До сих пор мы пренебрегали влиянием объемного сопротивления базы гв. Через гв может протекать значительный ток из-за присутствия то, применяя основное условие граничной частоты, можно получить верхнюю граничную частоту 120 в получившуюся в результате появления ВС-цепи база — эмиттер шунтирующей емкости, которая на высокой частоте имеет малое реактивное сопротивление.
В этом случае уравнение (12.31) изменит свой вид: В = (В + гь)Й(В11!Взрг ). (12.33) При низких частотах влияние гь слабое, потому что шунтирующий конденсатор имеет высокое реактивное сопротивление и величина тока незначительна. Граничная частота, вызванная выходной шунтирующей емкостью, равна 1 2кВоСо (12.34) где Во=с =В~~Вь (12.35) и Со = Саг (12.36) Сь, [= Сь,(1+А)/А Сь,) — емкость Миллера на выходных клеммах. Любая другая шунтирующая емкость — емкость других цепей, подключенных к выходу, или емкость монтажных проводников должна быть прибавлена к Сь,.
Кроме влияния шунтируюших емкостей переходов, высокие частоты могут ограничиваться и падением коэффициента усиления по току транзистора 9 на высоких частотах. Из-за внутренней структуры транзистора и влияния процессов переноса заряда р снижается со скоростью 20 дБ на декаду выше граничной частоты для 7З, обозначаемой ДО. Обозначим фраки) коэффициент усиления по току на средних частотах. Тогда граничная частота ДО есть частота (по определению), на которой ~3 снижается до значения 0,7073р~нр Производители транзисторов указывают значение отсечки ~3< мир обозначаемое (т; это та частота, на которой коэффициент усиления падает до единицы (13р~н) = 1). Следовательно, ~г представляет собой произведение коэффициента усиления по току и полосы пропускания.
(О, ф(мн) и ут можно представить следующим соотношением: уд = ут7Ц,мн). (12.37) Это соотношение можно применить для вычисления 7д. Таким образом, при помощи уравнений (12.32), (12.34) и (12.37) можно вычислить три граничные частоты, самое низкое значение и даст верхнюю граничную частоту ~з (рис. 12.2). ~~~336 Глава 19. Частотнал характеристика, способы свлзи 12.7.
Частотная характеристика усилителей на полевых транзисторах Ч астпотнал характеристика на низких частотах На рис. 12.13 изображен усилитель +иоо на МОП-транзисторе с общим истоком. Можно вычислить нижнюю граничную частоту, определяемую раэС2 делительными конденсаторами С1 и с Со. Применив уравнения (12.17) и А и, (12.18), получим на св 1 — У1(сп = °,, (12.38) 2к(В„+ г;„) С1' где г;„= В)(г; — В, потому что входсь ной импеданс, наблюдаемый на заРис. 12.13. Усилитель с обшим истоком тВОрЕ Г; (рИС. 12.13), ЧрЕЗВЫЧайНО иа МОП-транзисторе высок.
И ИС2) = В С 1 (12.39) 2к(Вь+ го) Сх' где сопротивление переменному току, наблюдаемое на стоке, равно г, = = ге~~Вп = Вп (если гв >) Вр). Источник третьей граничной частоты — блокировочный конденсатор С,. Частота 11(С,), при которой реактивное сопротивление С, равно импедансу, видимому в точке соединения В, и С, у клеммы истока (точка А на рис. 12.13), дается аналогично уравнению (12.19): У~(С.) = 1 2к(Вь!)19 ) С,' Из этих трех граничных частот обычно самая большая — ~~ (Со), и она дает нижнюю граничную частоту усилителя.
Частота 71(С1) обычно самая низкая, потому что в схемах с полевыми транзисторами В и Вь (рис. 12.13) обычно очень большие, и емкость конденсатора С1 может быть маленькой. Те же принципы применимы для усилителей на полевых транзисторах с р-п-переходом и на МОП-транзисторах при включении с общим стоком. со (12.40) Принципы, изложенные для вычисления нижней и верхней граничных частот усилителей на биполярных транзисторах, можно применить и к усилителям на полевых транзисторах.
Внешние разделительные и блокировочные конденсаторы определяют нижнюю граничную частоту усилителя, а межэлектродные емкости (собственные емкости) влияют на характеристики усилителя на высоких частотах. Частпотпнал характперистпика на высоких частпотпах Частотная характеристика усилителя на полевом транзисторе на высоких частотах определяется межэлектродными емкостями, некоторые из которых увеличиваются за счет эффекта Миллера. На рис. 12.14 изображен усилитель с общим истоком вместе с меж- +'ддап электродными емкостями. Из-за блокирования истокового резистора 1дс„ вход и выход шунтированы на землю емкостями Сад и Сад.
Граничную частоту можно получить, как это было тдв тд где Рис. 12.14. Метлзлектродные емкости в ~ад + Сомнет в усилителе с полевым транзистором Сд + С ~(1 А ) ° (12 42) В схеме т,;, Вт~~В2, потому что импеданс, наблюдаемый на затворе, тв чрезвычайно высок (рис. 12.14). Верхняя граничная частота на стороне выхода будет равна 1 2тт (Вь(го) Ск ' (12.43) где Сп — — Св, и го = тфйгд. Из ДвУх гРаничных частот 12(Сх) и У2(Си), та, котоРзЯ ниже, и Даст нижнюю граничную частоту усилителя.
чаще бывает Яс ) ( уз(си). 12.8. Иногокаскадные усилители Редко в каком приборе усиления одного каскада бывает достаточно. В зависимости от свойств устройства, подключенного к выходу усилителя, это усиление может быть усилением тока, напряжения или мощности.
Если требуются большие коэффициенты усиления, то применяют многокаскадные усилители. В многокаскадных усилителях последовательно соединяются два или более каскадов. Эти каскады могут быть одинаковыми или разными, чаще они бывают разными. Выход одного усилителя соединяется со входом следующего и так далее, так осуществляется связь между усилителями. Рассмотрим двухкаскадный усилитель (рис. 12.15), чтобы изучить некоторые характеристики многокаскадных усилителей.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
