54. Анализ переходных процессов в биполярном транзисторе

Схема с общим эмиттером.

Схема с общим эмиттером

Так как внутренние физические процессы в транзисторе не зависят от схемы включения транзистора, то исходные уравнения для изменения зарядов в базе такие же, как и для схемы с общей базой, то есть

. Как в схеме с общей базой, не учитываем пока время перезаряда барьерных ёмкостей: . В схеме с общим эмиттером инерционность нарастания тока определяется процессами накопления в базе заряда неравновесных дырок, ограниченного током базы . Заряд неравновесных электронов в базе будет мгновенно повторять заряд неравновесных дырок, так как ток эмиттера не ограничен. Изменение заряда дырок в базе может быть обусловлено тремя причинами:

1. Током базы ;

2. Током эмиттерного и коллекторного переходов ;

3. Рекомбинацией дырок в базе.

То есть . - можно не учитывать вследствие его малости. Тогда исходное уравнение записывается в виде , . По форме оно такое же, как и в схеме с общей базой. Решение . Из исходного уравнения

, ;

Очевидно, что при , . То есть .

Учитывая, что , получаем . Для n-p-n транзистора , . Быстродействие транзистора в схеме с общим эмиттером хуже, чем в схеме с общей базой. Общепринято постоянную времени коэффициента передачи записывать в виде : , .

55. Частотные характеристики транзистора в схеме с общей базой

Пусть в схеме с общей базой ток эмиттера представляет собой последовательность прямоугольных импульсов. Уменьшаем длительность этих импульсов со временем, то есть

Рис.14.9. Передача прямоугольных импульсов

Пока длительность импульсов больше , ток коллектора успевает дорастать до стационарного значения . Однако для импульсов малой длительности ток не успевает дорасти до и начинает умень-ся. Поэтому чем меньше длительность импульса, тем меньшую величину имеет импульс коллекторного тока. Аналогичная картина и в случае синусоидального сигнала. С ростом частоты - уменьшается, при неизменной амплитуде тока эмиттера это эквивалентно уменьшению с частотой. Эта зависимость назыв-ся амплитудно-частотной или просто частотной харак-ой . Увел-ся фазовый сдвиг между и . Зависимость - ФЧХ транзистора. Речь идёт о малых сигналах в окрестности рабочей точки.

Рис.14.10. Передача синусоидального сигнала

В частотной области . Для нахождения частотной характеристики применяют операторный метод. Как известно, переходная характеристика-это реакция системы на единичное ступенчатое воздействие . Фактически - это ток коллектора при единичном скачке тока эмиттера: . В операторной области имеем , где - передаточная функция. При : , где - передаточная функция. Используя операторное соотношение , получаем операторное изображение передаточной функции в виде . Выражение для частотной характеристики получают, переходя от s к : , где - круговая частота.

,

Рис.14.11. Комплексное число

Выделим действительную часть . Для этого числитель и знаменатель умножаем на сопряженное:

Модуль этой комплексной величины и определяет частотную характеристику . То есть .

Рис.14.12. АЧХ коэффициента .

- угловая граничная частота коэффициента передачи по току в схеме с общей базой. Очевидно, что следовательно, . . ФЧХ: . Очевидно, что . Коллекторный ток по сравнению с током эмиттера отстаёт по фазе.

Рис.14.13. ФЧХ коэффициента (не учитываем знак -)

При : тогда : тогда

Однако в полученных выражениях не учитывается наличие запаздывания начального тока от тока . Учёт этого почти не влияет на АЧХ, но учёт её в ФЧХ приводит к следующему результату:

: тогда , : тогда

Изменение фазовых сдвигов между и с изменением частоты влияет на устойчивость усилительных схем к самовозбуждению на ВЧ. Так как на этих частотах отрицательная обратная связь может перейти в положительную обратную связь.