Электроника - практический курс - Джонс М.Х.
ISBN 5-901095-01-4
Скачать (прямая ссылка):
база-эмиттер Сы , с малой емкостью база-коллектор СсЬ и с малым
внутренним сопротивлением базы гьь,. Небольшие физические размеры и
применение технологии поверхностного монтажа, особенно внутри
интегральных микросхем, способствуют тому, чтобы значения емкостей были
малыми. Уже было отмечено, что емкость Си обусловлена, главным образом,
относительно медленным движением носителей в базе. Скорость носителей
зависит
156 Усиление на высоких частотах
от наличия электрического поля и подвижности носителя в полупроводниковом
материале. Подвижность, по определению, - это скорость (м/с), которую
приобретает носитель под действием поля единичной напряженности (1 В/м).
В табл. 7.1 приведены значения подвижности электронов и дырок в кремнии
(Si), германии (Ge) и арсениде галлия (GaAs) при комнатной температуре;
единицы измерения - м/с на В/м.
Табл. 7.1. Подвижность носителей (mVB1)
Электроны Дырки
Si 0,14 0,05
Ge 0,39 0,19
GaAs 0,55 0,05
Таким образом, можно ожидать, что лучшей частотной характеристикой в
области высоких частот будет обладать п-р-п транзистор, у которого
текущий сквозь базу ток образуется электронами, а не р-п-р транзистор, у
которого главными носителями являются менее подвижные дырки. Хотя в общем
случае более предпочтительными являются кремниевые транзисторы из-за их
малых токов утечки и простоты изготовления, интересно все же отметить,
что германий является материалом, потенциально обеспечивающим большее
быстродействие, тогда как замечательное быстродействие транзисторов из
арсенида галлия (GaAs) обусловлено исключительно высокой подвижностью
электронов.
7.3.3 Высокие частоты и эмиттерный повторитель
Эмиттерный повторитель часто применяют в качестве выходного каскада,
чтобы не испортить хорошую частотную характеристику в области высоких
частот, когда сигналы передаются по кабелю. Как уже отмечалось в разделе
5.12.7, на высоких частотах происходит ослабление сигнала из-за
шунтирующего действия емкости кабеля. Подключение кабеля через эмиттерный
повторитель сводит к минимуму это ослабление в области 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 сопротивления к его
выходному сопротивлению, равное коэффициенту усиления тока транзистора
hfi .
Вот почему коэффициент усиления тока является главным фактором,
определяющим 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. Эмиттерный
повторитель начинает существенно портиться на частотах выше "граничной"
частоты транзистора fh , на которой коэффициент усиления тока падает на 3
дБ, то есть в -\/2 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
ограничивающим 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-п переходом и схематически изображены
эти емкости: С , и С ; иногда их обозначают как Ciss , Coss и Ст
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:
Cgs " 5 пФ, Q, ~ 2 пФ, Cdg * 1 пФ.
Рис. 7.9. Полевой транзистор с р-п переходом и его внутренние емкости.
158 Усиление на высоких частотах
Несмотря на то, что емкость Cdg - 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 общим истоком, в которой
присутствуют все три емкости, а на рис. 7.11 эффективное значение Cdg
объединено с емкостью в суммарную емкость СТ во входной цепи:
Ст = с +И+ПС*.
где А - коэффициент усиления напряжения в этом усилителе.
С*
Рис. 7.10. Высокочастотная эквивалентная схема усилителя с транзистором,
включенным по схеме с обшим истоком.
Рис. 7.11. Усилитель на основе транзистора, включенного по схеме с обшим
истоком, с полной эффективной емкостью Ст на входе.
Таким образом, преобладающим эффектом на высоких частотах является
