Lektsionnye_materialy_osen_2013 (1) / 17 Проходная проводимость и ее свойства
.doc17 Проходная проводимость и ее влияние на входные свойства усилительных схем
Часто усилительный тракт в целом или его отдельное звено организованы таким образом, что в них помимо однонаправленного по передаче усилительного звена К0 в присутствует пассивный двухполюсник YF, непосредственно связывающий входные и выходные зажимы (рисунок 1). Подключенная таким образом к однонаправленному тракту проводимость называется проходной. В транзисторном каскаде в роли этой проводимости обычно выступает паразитная проходная емкость транзистора.
Рассмотрим влияние присутствия в схеме двухполюсника YF на свойства инвертирующего усилительного звена. При этом будем полагать, что в качестве этого звена выступает источник напряжения управляемый напряжением (ИНУН), т. е. активный четырехполюсник с входным сопротивлением Rвх = и выходным Rвых = 0.
Рисунок 1. Схема с проходной проводимостью
В схеме на рисунке 1 двухполюсник YF находится под разностью потенциалов uF = uвх+ uвых = uвх (1 + К0). При большом значении коэффициента усиления К0 эта разность потенциалов существенно превышает входное напряжение uвх, в результате чего ток iF через двухполюсник YF и, соответственно, входной ток iвх = iF может существенно отличаться от нуля, не смотря на то, что входное сопротивление самого усилительного звена Rвх = . В результате входная проводимость YвхF схемы на рисунке 1 существенно превышает проводимость двухполюсника YF, при этом
YвхF = iвх / uвх = iF / uвх = YF (1 + К0). (1)
Из (1) следует, что в инвертирующем усилителе его проходная проводимость YF оказывает в 1 + К0 раз большее влияние на входную проводимость по сравнению с тем случаем, когда эта проводимость YF подключена параллельно входным зажимам. Указанное влияние проходной проводимости усилительного звена называется эффектом Миллера.
Наиболее часто влияние этого эффекта проявляется на высоких частотах, при этом в качестве двухполюсника YF выступает паразитная проходная емкость транзистора, а в качестве усилительного звена схема ОЭ или ОИ с большим значением коэффициента усиления К0. Например, в каскаде ОЭ вследствие не нулевого значения емкости база-коллектор Ск во входной проводимости Yвх каскада присутствует составляющая YвхF, которая согласно (1) по своему воздействию на входную проводимость каскада эквивалентно подключению параллельно входным зажимам конденсатора с емкостью СвхF = Cк (1 + К0).
В целях уменьшения этой дополнительной емкости часто усилительное звено организуют по двухкаскадной схеме ОЭ-ОБ. При такой организации усилительного звена коэффициент усиления К0 входного каскада ОЭ равен единице, в результате чего СвхF = 2Cк. В тоже время усилительное звено может обладать большим усилением за счет включения в состав усилительного звена схемы ОБ.
При неинвертирующем усилительном звене выходное напряжение uвых в схеме на рисунке 1 синфазно с входным uвх, в результате
YвхF = YF (1 – К0), (2)
При этом, если значение К0 превышает единицу, то согласно (2) проводимость YF оказывает на входную YвхF воздействие, которое по своему характеру противоположно собственному (при емкостном характере проводимости YF ее реакция YвхF имеет индуктивный характер, при резистивном – характер отрицательной резистивной проводимости и т. д.).
При значениях К0, не превышающих единицы, например в случаях построения усилительного звена по схеме ОК, сигнальная разность потенциалов uF, непосредственно воздействующая на управляющий вход транзистора (на промежуток база-эмиттер) согласно (2) меньше входного напряжения uвх, а при значении К0 =1 даже имеет нулевое значение. Таким образом, проводимость перехода база-эмиттер, выступающая в схеме ОК в роли проходной YF, оказывает под воздействием заниженной по сравнению с uвх разностью потенциалов, в результате чего значение входной проводимости YвхF схемы ОК оказывается низким, не смотря на то, что входной зажим этой схемы подключен к прямо смещенному переходу база-эмиттер.
При практической реализации схемы ОК по типовому варианту, приведенному на рисунке 2а возникает проблема по рациональному построению схемы питания базовой цепи на постоянном токе. С точки зрения обеспечения стабильности и определенности режима работы транзистора на постоянном токе, в базовом делителе должны быть применены низкоомные резисторы. Но такие резисторы существенно повышают общую входную проводимость каскада ОК.
Указанного недостатка лишена схема, изображенная на рисунке 2б. В ней сочетается возможность обеспечения низкоомности базовой цепи на постоянном токе с низким значением входной проводимости на переменном токе. В этой схеме токозадающиий потенциал к базе транзистора подводится через относительно низкоомную резистивную цепь R1, R2 и R3. На переменном токе конденсатор С2 передает сигнальный выходной потенциал uвых к нижнему по схеме зажиму резистора R3. Сигнальная разность потенциалов на этом резисторе в условиях К0 0 приблизительно равна нулю, в результате чего входной сигнальный ток практически не ответвляется в цепь резистора R3.
Рисунок 2. Компенсация тока через резистивный делитель
При анализе свойств схемы на рисунке 2б на переменном токе следует учитывать, что в ней в качестве нагрузки Rн выступает не только резистор Rэ, но и параллельно ему включенные резисторы R1 и R2. Расчет общей входной проводимости схемы следует производить по формуле
gвх = (g11 + 1 / R3) / (1 – K0),
где K0 = g21 Rн / (1 + g21 Rн).