P - N - переход как основа полупроводниковых диодов и транзисторов (стр. 11 )

С учетом выражения (3.56) Т-образная, малосигнальная эквивалентная схема для включения с ОЭ приобретает вид (рис. 3.38). Для схемы с общем эмиттером часто используют и П-образную эквивалентную схему (рис 3.39), получаемую линеаризацией передаточной модели Эберса - Молла.

- статическая крутизна транзистора; остальные элементы соответствуют введенным ранее для Т-образных схем. Резистор, показанный пунктиром, учитывает влияние модуляции ширины базы на дополнительный ток коллекторного перехода. Он имеет порядок rК и в практических расчетах не учитывается. П-образная схема удобна для расчетов методом узловых потенциалов и используется, например, в компьютерных программах.

Сравнение усилительных свойств биполярного транзистора в различных схемах включения

Для сравнения усилительных каскадов воспользуемся малосигнальными физическими эквивалентными схемами при различных схемах включения транзистора (ОЭ, ОБ, ОК). При анализе будем полагать, что во всех схемах обеспечивается одинаковый режим по постоянному току. Схема ОЭ. Принципиальная схема усилительного каскада и соответствующая ей малосигнальная эквивалентная схема приведены на рис. 3.30 и 3.40 соответственно. Малосигнальная эквивалентная схема усилительного каскада ( схема для переменных составляющих) получена следующим образом:

Транзистор заменен его малосигнальной эквивалентной физической схемой ( в данном случае Т-образной). Источники постоянного напряжения замкнуты накоротко ( их сопротивление переменному току близко к нулю). Как и ранее, сопротивление разделительных конденсаторов считается малым, а резисторов RБ и RК - большим.

Из схемы следует, что коэффициент усиления по току равен

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

выходное напряжение определяется как .

По закону Кирхгофа для входной цепи имеем .

Учтем, что ,

тогда ;

. (3.58)

Входное напряжение равно

. (3.59)

Следовательно, коэффициент усиления по напряжению равен , (3.60)

знак “ - ” показывает, что выходное напряжение противофазно входному.

Выходное сопротивление (без вывода):

Для повышения стабильности работы усилительного каскада в эмиттерную цепь часто включают резистор R э>>r э,

тогда и . (3.61)

Аналогично можно проанализировать схемы с ОБ и с ОК.

Для наглядности приближенные расчетные соотношения для трех схем включения транзистора сведены в таблицу 3.1. В скобках указаны типовые значения параметров для каскадов на маломощных транзисторах.

Таблица 3.1

Параметр	ОЭ	ОБ	ОК
RВХ	r¢ Б+h21Э(rЭ+RЭ)» h21ЭRЭ сотни ом... единицы килоом	rЭ+r¢Б(1-h21Б) единицы...десятки ом	h21ЭRЭ высокое - десятки... сотни килоом
KI	h21Э= (50...300)	h21Б =(0,98...0,998)	h21Э+1=(50...300)
KU	единицы... сотни (с инверсией)	десятки... сотни (без инверсии)	повторитель напряжения (без инверсии)
RВЫХ	единицы килоом	десятки килоом	низкое - десятки ом

Сопоставляя полученные результаты, можно сделать выводы:

Схема с ОЭ обладает высоким усилением как по напряжению, так и по току, У нее самое большое усиление по мощности. Отметим, что схема изменяет фазу выходного напряжения на 180 ° . Это самая распространенная усилительная схема. Схема с ОБ усиливает напряжение (примерно, как и схема с ОЭ), но не усиливает ток. Фаза выходного напряжения по отношению к входному не меняется. Схема находит применение в усилителях высоких и сверхвысоких частот. Схема с ОК (эмиттерный повторитель) не усиливает напряжение, но усиливает ток. Основное применение данной схемы - согласование сопротивлений источника сигнала и низкоомной нагрузки.

3.11. Особенности работы биполярного транзистора на высоких частотах

При работе транзистора с сигналами высокой частоты время протекания основных физических процессов (время перемещения носителей от эмиттера к коллектору, заряд и разряд барьерных емкостных переходов) становится соизмеримым с периодом изменения входного сигнала. В результате способность транзистора усиливать электрические сигналы с ростом частоты ухудшается. Для анализа работы транзистора с высокочастотными сигналами используются динамические модели как нелинейные, так и линейные, отличающиеся от статических учетом влияния емкостей переходов. При этом барьерные емкости переходов описывают процессы, аналогичные перезаряду обычных конденсаторов, а диффузионные емкости, характеризующие накопление и рассасывание неравновесных носителей, одновременно учитывают и конечную скорость их перемещения.

Динамические свойства транзистора при включении с общей базой

Рассмотрим высокочастотную малосигнальную физическую эквивалентную схему транзистора при включении с ОБ (рис 3.41). По сравнению с аналогичной низкочастотной схемой (рис. 3.37) в нее добавлена емкость эммитерного перехода CЭ, состоящая из диффузионной CЭД и барьерной CЭБ емкостей. В общем случае CЭ=CЭД+CЭБ. Но для прямо смещенного перехода CЭ» CЭДд. Кроме того, параллельно обратно смещенному коллекторному переходу включена емкость CК =CКБ + СКД » CКБ. Генератор тока может быть представлен двумя способами: в первом случае он управляется током с комплексной амплитудой , протекающим через r э, что сответствует базовым моделям Эберса - Молла. Отметим, что при появлении емкости CЭ ток . При этом ток генератора равен h21Б , где h21Б - низкочастотное значение параметра. Во втором случае генератор управляется током эмиттера с комплексной амплитудой . При этом необходимо ввести частотнозависимый параметр H21Б так, чтобы ток генератора не изменился, тогда

,причем

(3.63)

Обозначим:

, где fH21Б - предельная частота коэффициента передачи тока эмиттера.

Тогда: . (3.64)

В литературе часто используют и другие обозначения: вместо H21б – a~, вместо fH21Б – fa . Найдем из (3.64) модуль и фазовый угол коэффициента передачи тока эмиттера

. ; (3.65)

(3.66)

Зависимость коэффициента передачи тока эмиттера от частоты приведена на рис. 3.42.

Таким образом, с ростом частоты коэффициент убывает.

На частоте f=fH21Б модуль .

Отсюда следует физическое определение предельной частоты коэффициента передачи тока эмиттера: представляет частоту, на которой ½ H21Б½ уменьшается в раз по сравнению с низкочастотным значением h21Б. Из формулы (3.66) также следует, что с ростом частоты увеличивается запаздывание по фазе тока коллектора относительно тока эмиттера . На частоте f21Б сдвиг составляет 45 ° . Максимальный сдвиг (при f® ¥ ) составляет 90 ° . Из выражения (3.63) следует, что предельная частота f H21Б определяется постоянной времени t ОБ заряда полной емкости CЭ эмиттерного перехода. Можно показать, что