Петров К.С. Радиоматериалы и радиокомпоненты (2003) (1152094), страница 49
Текст из файла (страница 49)
Однако в П-образной схеме между точками Б' и Э проходит ток 1б = 1,/(Ьи, + 1). СлеДовательно, Дла того чтобы полУчить пРежнее значение напряжения (!б „сопротивление Г,', должно быть равно Г',=г,(л „+ 1), (4.91) 4.8. Сравнение усилительных свойств транзистора в различных схемах включения Для сравнения усилительных свойств воспользуемся физическими эквивалент- ными схемами, пренебрегая емкостями и полагая, что во всех схемах обеспечива- ется одинаковый режим работы по постоянному току.
Схема с общим эмиттером Принципиальная схема усилительного каскада с ОЭ представлена на рис. 4.25, а физическая эквивалентная схема транзистора — на рис. 4.29, б. Будем считать, что в цепи коллектора включен нагрузочный резистор Я„, а в цепи эмиттера— резистор Я„повышающий стабильность работы каскада. Пренебрегаем сопротивлением гк.
Тогда эквивалентная схема примет вид, показанный на рис. 4.31. Из схемы следует, что коэффициент усиления тока к, = 1 ~1б = лби, а выходное напряжение (1,„„= -1„2, = -!Гм 1бА . с1 Глава 4. Биполярныв т торы и т сгоры и, Э Э ббио.
4.31 Напряжение на входе схемы по закону Кирхгофа равно У = 11тб+1(2*+22) Учтем, что 1, = (Ьби+1)1б, тогда и =-1,(г;+(Ь„,+1)(;+ЛД. Следовательно, коэффициент усиления напряжения равен к (Г,„тб'+(Ь,1, +1) (г + Я,)' (4.92) (4.93) Если Я, = О, то с учетом соотношения (4.84) получаем ки = — — 'л„. Ь„, Ь„, (4.94) к =-Ь„,—. В„ гэ (4.95) Если Я, » г„то к =-Ь, Р„ И 16л (4.96) Входное сопротивление равно — ', +(Ь„,'+1)(, +22,).
(1',„ б (4.97) При Я, О входное сопротивление равно Ь„,; при и, » к» (4.98) бтбб = гб + (Ь21» + 1)бб Ь21е бтв Знак «минус» указывает на то, что выходное напряжение противофаэно с входным. при гб «(ь21, + 1)г, с учетом того, что ь21,/(Ц1, + 1) = ь21б, коэффициент усиле- ния напряжения становится равным 4.8. С внение сиеительных свойств нзистора в различных схемах гы Выходное сопротивление равно (4.99) Схема с общей базой Принципиальная схема с ОБ представлена на рис.
4.32, а. Режим работы по посто- янному току обеспечивается в ней резисторами Я„и Яб. Конденсатор Сб необхо- дим для соединения базы по переменному току с общей шиной. Ьб»б»» 1 б б»»»е. 4. 32 Источник сигнала должен обеспечивать прохождение постоянного тока эмиттера. Заменяя транзистор его эквивалентной схемой, получаем эквивалентную схему усилителя (рис. 4.32, б). В этой схеме коэффициент усиления тока х, = Ц1, = Ь,и, а напряжение на выходе 11,„„= -1„Я„= -Щ,,1,А,.
Напряжение на входе схемы равно (»в 1 г» 1бгб' Учтем, что 1б = 1, (1-Ьпб), тогда П~п 1» [г» + (1 'б216) гб). Следовательно, коэффициент усиления напряжения равен (4.100) к = —" — "»»б~" = 'б»»б и„ ('» т + (1 ~Ъ!6) гб ~»»б (4.101) Поворота фазы усиливаемого напряжения в этом случае не происходит. Если г, » (1 — Ь„б)г',„то х„= Ь„б —. Сравнивая полученный результат с (4.95), Я„ Т, приходим к выводу, что схема с ОБ дает такое же усиление напряжения, как и схема с ОЭ, но без поворота фазы.
Глава 4. Биполврные транзисторы и ти исторы Входное сопротивление равно У,„ 4 т +(1 Ь2!6)~б Ь$!6' (4.102) В схеме с ОЭ Ьн, *. (Ьр„+ 1)г;, в схеме с ОБ Ьна т,. Следовательно, Ь Ь! +1' (4.103) Таким образом, в схеме с ОБ Ьна примерно в Ь!!„раз меньше, чем в схеме с ОЭ. Выходное сопротивление схемы с ОБ такое же, как и схемы с ОЭ. Схема с общим коллектором а2$эеб ~и та Рис. 4.33 Принципиальная схема усилителя с ОК представлена на рис. 4.33, а, В этой схеме режим работы по постоянному току обеспечивается резисторами лб и Я,.
Для определения положения исходной рабочей точки (ИРТ) надо, как показано на рис. 4.33, в, построить вольт-амперную характеристику резистора А,: !, = и/Л, и семейство характеристик !, = Л(Е„„— и,,); !61. 4.8. Сравнение усилительных свойств транзисто а в различных схемах 267 и =1.8„ (1вх = 4 (Гб+ (Л216 + 1)(бэ + Е)) С учетом того, что 1, = (л2„+ 1)16, коэффициент усиления напряжения равен у.„„(Ь„, + 1)Я, (4.104) и;+(Ь„,+1) (г,+Я,)' Пренебрегая гб', получаем к = — <1.
Я, Л,+г, (4.105) Таким образом, схема с ОК не дает усиления напряжения и не поворачивает фазу, поэтому ее называют эмиттлерны.и повторителем. Коэффициент усиления тока в этой схеме равен 1, 1, ~вх ~б (4.108) То есть схема с ОК, не давая усиления напряжения, дает усиление тока, а следова- тельно, мощности сигнала, поданного на ее вход. Входная цепь схемы с ОК такая же, как и схемы с ОЭ, поэтому входное сопротив- ление определяется соотношением (4.98). При расчете выходного сопротивления учтем, что выходной ток 1, создается как генеРатоРом лбьб„так и источником сигнала Уп облаДаюЩим внУтРенниы сопРо- тивлением Я„.
Из эквивалентной схемы следует: ('э ~6 ("э +16 )+~э (бз + э) ~э 1(1 ~216) (~э +16 )+1 + А 1 Обозначим: А'=(1-121) (В, +гб)+,. Тогда У„= 1, (Я'+ Я,), (4.108) Положение ИРТ находят по пересечению вольт-амперной характеристики резистора с одной из характеристик транзистора, соответствующей постоянному току базы 1, . В этом случае напряжение источника питания Е„„распределится между траиэнетсрОМ (У„„) И рЕЗИСтОрОМ (Уэб), Прн ПОдаЧЕ На баЗу ПЕРЕМЕННОГО Нацряжения изменяется ток базы, и рабочая точка перемещается вдоль нагрузочной линии, соответственно изменяются напряжение и ток эмиттера. Воспользовавшись эквивалентной схемой транзистора (рис.
4.29, б), получаем эквивалентную схему усилителя (рис. 4.33, б), в которой 25В Глава 4. Биооляриые транзисторы и тиристоры Отсюда получим (тг Я'+ Я, (4.109) Следовательно, (4.110) Выходной ток короткого замыкания находят при Я, = 0: и, 1 НИХ.КЭ д (4.111) Следовательно, У, „„й,)1' 1,„, Я, +Я' (4.112) Еслибы, »Я',то йва )" (1 йт16 ) Фг )6 э ' Пренебрегая г, и г', и учитывая, что 1 — Ь,и = 1/(йи, + 1), получаем (4,113) Я„ Я, (4.114) Таким образом, схема с ОК, имея высокое входное сопротивление, обладает очень низким выходным сопротивлением.
Сопоставляя полученные результаты, можно сделать выводьк а Схема с ОЭ обеспечивает большое усиление тока и напряжения и поворачивает фазу усиливаемого напряжения на 180'. ~з Схема с ОБ усиливает напряжение, но не усиливает ток, при этом фаза выходного напряжения не меняется. 0 Схема с ОК усиливает ток, но не усиливает напряжение. 4.9. Частотные свойства транзистора При работе на высоких частотах проявляются инерционные свойства транзистора, обусловленные конечным временем пролета носителей заряда через базу и перезарядом емкостей переходов, вследствие чего уменьшается амплитуда выходного тока и возникают фазовые сдвиги между токами и напряжениями. Для анализа работы транзистора на высоких частотах воспользуемся физическими Т-образными схемами.
4.9. Частотные свойства трензи Схема с общей базой (4.115) ~2)б1! 122)61э ' Отсюда получим: 1, 1, 1, 1, + 1, где 1, — ток, протекающий через 2;; 1, — ток, протекающий через С,. Учтем, что (4.1 1Е) 1 = й: —.а 1),, 2э 1, = 1с2С,(1б., Тогда ~2)б 1+ 1боСэг, (4.117) Модуль коэффициента передачи тока равен (4.118) С ростом частоты модуль Ь2)б уменьшается. Частоту, на которой модуль Ь2)б умень- шается в Г2 раз, называют предельной частотой коэффициента передачи я!ока эббипбпбера и обозначают ю,„, Эту частоту найдем из условия сб, с,г, = 1.
Учтем, что об = 2я1, тогда получим частоту, выраженную в герцах: 1 А,. = —. 2лС,г, ' (4.119) Следовательно, зависимость модуля коэффициента передачи тока эмиттера и фа- зового угла от частоты можно представить в виде (4.120) (4.121) В схеме с ОБ (см. рис. 4.29, а) усилительные свойства транзистора учитывают либо генератором тока Ь„б1), либо генератором тока 122)б1,. Оба генератора равно- значны. Следовательно, Глава 4. Биполя ные т анзисторы и тиристоры На частоте ~„фазовый угол равен 45'. Читаем, что в (4.119) емкость С, является диффузионной емкостью, которая равна С„, = — 1, т6 .
нт (4.122) где та — время пролета носителей заряда через базу. Учитывая (4.122), а также то, что — ' = лэ получаем 1 тб С„= —. (4.123) Время пролета через базу, обусловленное диффузией, равно ~~6 т6 ю —, 2Р„ (4.124) где )Уз — ширина базы; Є— коэффициент диффузии электронов. Учитывая (4.124), получаем Р, А кй" б (4.125) СХЕМа С ОбШИййй ЗМИттЕРОМ В схеме с ОЭ усилительные свойства транзистора учитывают частотно-зависимым генератором тока л,ьт, (рис. 4.29, б). Учтем, что между параметрами Ь„, и й„ существует такая же связь, как между параметрами р и сс Отсюда следует вывод, что для улучшения частотных свойств необходимо, чтобы база транзистора была узкой. У современных транзисторов Иг, 1 мкм. Из (4.125) следует также, что транзисторы типа н-р-л предпочтительнее транзисторов типа р-я-р, поскольку коэффициент диффузии электронов Р„примерно вдвое больше коэффициента диффузии дырок Р,.
Улучшить частотные свойства транзистора, как зто следует из (4.123), можно, уменьшив время пролета за счет создания в базе ускоряющего поля, что достигается неравномерным распределением примеси в базе. Этот способ используется в дрейфовых транзисторах. На частотные свойства транзистора помимо диффузионной емкости эмиттерного перехода С„характеризующей инерционность процессов в базе, влияет барьерная емкость коллекторного перехода С„.
Через емкость С„, подключенную параллельно генератору тока л„,1,, на высоких частотах ответвляется часть тока, вырабатываемого этим генератором, вследствие чего уменьшается ток коллектора („во внешней цепи транзистора. Частота, на которой модуль тока 1„уменьшается в ч'2 раз, определяется постоянной времени С„г,'.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
