7.3. Влияние емкостей p-n-переходов транзисторов. Эффект Миллера и способы его устранения

На высоких частотах и при проектировании быстродействующих устройств необходимо учитывать собственные емкости p-n-переходов. При емкости p-n-перехода, примерно равной 5 пФ на частоте 100 МГц, получим достаточно большой импеданс: , который влияет на усилительные свойства схемы.

Так, например, емкость перехода база – эмиттер (С_БЭ) и внутреннее сопротивление источника сигнала образуют на входе ФНЧ, вызывающий спад усиления на высоких частотах. Аналогичный фильтр образуется на выходе из соответствующей емкости нагрузки С_Н и коллекторного сопротивления R_К.

Емкость перехода коллектор – база (С_КБ) создает отрицательную обратную связь по напряжению, поскольку передает часть выходного усиленного сигнала в противофазе обратно на вход. Степень ООС, таким образом, зависит от К_U.

Рис. 7.7. Собственные емкости p-n-переходов в усилительном каскаде

Явление снижения коэффициента усиления на высоких частотах, обусловленное емкостью С_КБ, называют эффектом Миллера. При этом влияние С_КБ аналогично влиянию эквивалентной емкости, подключенной между базой и землей: .

Общие рекомендации: для увеличения быстродействия схемы необходимо уменьшать импеданс источника и нагрузки, а также увеличивать ток через транзистор.

Рассмотрим схемы, в которых эффект Миллера отсутствует.

а б в

Рис. 7.8. Схемы, в которых эффект Миллера отсутствует:

а – схема с общей базой; б – дифференциальный каскад; в – каскодная схема

Эффект Миллера отсутствует в схеме с общей базой (рис. 7.8, а), так как емкость С_КБ не создает ООС.

Эффект Миллера отсутствует в ДУ (рис. 7.8, б), так как эту схему можно рассматривать как ЭП на Т₁ (К_U = 1), подключенный к каскаду с общей базой на Т₂.

Эффект Миллера отсутствует в каскодной схеме (рис. 7.8, в), в которой потенциал коллектора первого транзистора поддерживается постоянным за счет того, что является эмиттерной нагрузкой второго транзистора, компенсирующего все изменения.

7.4. Некоторые типичные транзисторные схемы

7.4.1. Стабилизированный источник напряжения

Данная схема является основой ряда стабилизаторов. При подключении схемы к нестабилизированному источнику питания открывается транзистор Т₁. Как только ток через Т₁ достигнет такой величины, что на делителе окажется 10 В, а на базе Т₂ – соответственно 5 В, откроется транзистор Т₂, и избыточный ток базы Т₁ через транзистор Т₂ и стабилитрон будет «уходить» на землю. Таким образом, транзистор Т₂ «следит» за состоянием выхода схемы и за счет ООС регулирует величину U_ВЫХ.

Рис. 7.9. Пример схемы транзисторного стабилизатора напряжения

7.4.2. Усилительный каскад с высокочастотной (вч) коррекцией

В схеме на рис. 7.10, а ВЧ-коррекция осуществляется за счет индуктивности, включенной последовательно с R_К. На низких частотах импедансом индуктивности можно пренебречь и считать , если R_Э||Z_C = r_Э. На высоких частотах , где , причем так как