Электроника - практический курс - Джонс М.Х.
ISBN 5-901095-01-4
Скачать (прямая ссылка):
которой реактивное сопротивление емкости СЬе равно входному сопротивлению
hje , называется граничной, и на этой частоте коэффициент усиления тока
падает в л/2 раз (на 3 дБ). На частотах выше fh большая часть "базового"
тока, в действительности, течет по СЬе , и каждый раз с удвоением частоты
коэффициент усиления тока падает вдвое. В логарифмическом масштабе это
выражается уменьшением И/е на 6 дБ при изменении частоты на октаву (при
удвоении частоты). Экстраполируя эту зависимость, можно найти частоту, на
которой hJe упадет до единицы. Эта частота /г называется частотой
единичного усиления, и на частотах выше нее от транзистора мало пользы
как от усилителя. Частоту единичного усиления/г называют также
произведением усиления на ширину полосы, поскольку в интервале частот
между fh и/г произведение коэффициента усиления тока на частоту сигнала,
грубо говоря, остается постоянным и равным величине /г , то есть
fr ~ Ь/м х Л/е ¦ (7.1)
На рис. 7.2 представлен график зависимости hfe от частоты для типичного
150 Усиление на высоких частотах
маломощного транзистора в логарифмическом масштабе. Здесь частота
единичного усиления fT равна 200 МГц, а граничная частота /*/е - 1 МГц.
Рис. 7.2. Зависимость коэффициента усиления тока для малых сигналов hfe
от частоты/. Отмечены граничная частота/^ и частота единичного усиления
fT
7.2.3 Зависимость частоты единичного усиления от коллекторного тока
На рис. 7.3 показана эквивалентная схема входной цепи транзистора на
высоких частотах. Ясно, что чем большая часть базового тока ib
ответвляется в емкость СЬе и чем меньшая часть фактически протекает по
сопротивлению перехода И.е, тем меньшим значением коэффициента усиления
тока будет обладать транзистор. Другими словами, для получения хорошей
характеристики на высоких частотах желательно, чтобы реактивное
сопротивление емкости С. было больше, чем Л., или:
be 7 >ег
1
2 Я/С*
" И,.
Рис. 7.3. Эквивалентная схема входной цепи транзистора, включенного по
схеме с обшим эмиттером, с емкостью база-эмиттер.
Как мы видели в параграфе 6.3, величина h.e связана с эмиттерным током 1Е
соотношением:
Высокие частоты и биполярный транзистор 151
Ом. [(6.6)]
IЕ
Таким образом, с ростом эмиттерного тока входное сопротивление hje падает
и поэтому по нему течет большая доля базового тока, нежели по емкости СЬе
. В результате этого / увеличивается с ростом эмиттерного (а значит, и
коллекторного) тока. Однако значение СЬе также растет с увеличением
коллекторного тока и действие этой емкости начинает преобладать, когда
происходит так называемое расширение базы. Это явление имеет место при
сравнительно больших токах (= 50 мА для маломощного кремниевого
транзистора) и обусловлено влиянием неосновных носителей в базе на
положение обедненного слоя коллектор-база. При малых коллекторных токах
эффективная ширина базы много меньше ее физической толщины из-за области,
которую занимает в базе обедненный слой коллектор-база. При больших токах
коллектора поток подвижных зарядов (электронов в п-р-п транзисторе)
сквозь базу и через обедненный слой оказывается достаточным, чтобы
нарушить равновесие распределения зарядов, и вызывает перемещение всего
обедненного слоя дальше от эмиттера, то есть в коллектор. Таким образом,
база фактически становится шире, и время прохода носителей растет. Это
проявляется как увеличение емкости СЬе, которое затем на высоких частотах
начинает доминировать; поэтому с увеличением коллекторного тока частота
/г , вслед за первоначальным ростом, затем снова падает. Результирующая
зависимость частоты fT от коллекторного тока /с для маломощного
кремниевого транзистора показана на рис. 7.4, где можно видеть, что
оптимальные характеристики в области высоких частот получаются при токах
коллектора от 5 мА до 50 мА.
/с (мА)
Рис. 7.4. Зависимость частоты единичного усиления fT от тока коллектора
/с .
152 Усиление на высоких частотах
7.3 Свойства транзисторной схемы на высоких частотах
7.3.1 Усилители напряжения и эффект Миллера
До сих пор мы видели, что коэффициент усиления тока биполярного
транзистора на высоких частотах падает из-за большой емкости база-
эмиттер. Теперь необходимо рассмотреть емкость перехода коллектор-база.
Поскольку величина СсЬ много меньше, чем СЬе (типичное значение СсЬ - 5
пФ), эта емкость (СсЬ) играет незначительную роль в поведении
коэффициента усиления тока на высоких частотах, когда, по предположению,
напряжение на коллекторе остается постоянным. Однако в усилителе
напряжения потенциал коллектора колеблется, создавая выходной сигнал, и
емкость СсЬ становится значительно более существенной, чем можно было
представить себе на первый взгляд. Связанная с емкостью СсЬ проблема
заключается в том, что эта емкость помещается между входом и выходом
усилителя и, как показано ниже, рассматриваемая со стороны входа, она
выглядит как много большая емкость, чем она есть на самом деле.
На рис. 7.5(a) показан усилитель с коэффициентом усиления напряжения -А;
