14. Широкополосные усилители

При разработке схем усилителей, верх­няя граничная частота которых превышает 100 кГц, следует принимать во внимание некоторые их особенности, о которых бу­дет идти речь ниже. Можно выделить две основные причины, которые оказывают влияние на величину граничной частоты широкополосного усилителя:

1) частотная зависимость коэффициен­тов усиления по току реальных транзисто­ров, которая определяется их технологиче­скими параметрами;

2) наличие паразитных емкостей, ко­торые с внешними сопротивлениями обра­зуют фильтры нижних частот.

14.1. Зависимость коэффициента усиления по току от частоты

Частотную характеристику коэффи­циента усиления по току  = I_c/I_B для 6иполярного транзистора с достаточной сте­пенью точности можно аппроксимировать фильтром нижних частот первого порядка:

где -коэффициент усиления по току на низких частотах, f_-частота, при которой коэффициент усиления транзистора по то­ку уменьшается на 3дБ.

Вместо частоты f_ в дальнейшем будем, как правило, использовать частоту f_T. Это частота, при которой коэффициент усиле­ния по току  принимает значение 1. Из выражения (14.1) следует, что при >>1

Поэтому частота f_T является также про­изведением коэффициента усиления на ши­рину полосы.

С помощью эквивалентной схемы, при­веденной на рис. 14.1, нетрудно показать, как частотная характеристика коэффициен­та усиления по току влияет на частотную характеристику коэффициента усиления по напряжению. Из этой схемы следует, что частотная зависимость коэффициента уси­ления по теку обусловлена диффузионной емкостью. Со открытого перехода база-эмиттер. Дополнительная емкость перехо­да коллектор-база С_cв в дальнейшем учитываться на будет. Зависимость между С_D и f_T определяется следующим соотно­шением {14.1]:

В первом приближении частота f_T не зави­сит от среднего значения коллекторного тока. Поэтому, как следует из формулы (14.3), емкость С_D пропорциональна I_C.

Если на транзистор в схеме с общим эмиттером подать сигнал с высокоомного источника напряжения при заданном базо­вом токе i_B, то граничная частота транзи­стора в этом включении будет определять­ся фильтром нижних частот r_BE , С_D:

Она равна f_T/ и, следовательно, f_, как следует из определения.

Если входной сигнал в схеме с общим эмиттером задается источником напряже­ния с низким выходным сопротивлением, граничная частота схемы (а также гранич­ная частота крутизны) определяется постоянной времени:

Отсюда следует, что частотная характери­стика крутизны имеет вид

Здесь S- значение крутизны для низко­частотных входных сигналов.

'

Рис. 14.1. Эквивалентное представление транзистора в схеме с общим эмиттером.

Если на транзистор, включенный по схеме с общей базой, подать сигнал от источника .напряжения, то получим тот же результат, что и ранее, поскольку входной сигнал подан на те же выводы.

Иначе обстоит дело, если задан эмиттерный ток транзистора. Поскольку коллекторный ток практически равен эмиттерному, при |  | >> 1 будет наблюдаться снижение коэффициента усиления вблизи граничное частоты пропускания. Взаимо­связь коллекторного и эмиттерного токов приводит к следую­щему выражению для коэффициента :

С учетом формулы (14.1) получим

Используя это соотношение, запишем вы­ражение для граничной частоты f_:

При работе транзистора в режиме эмиттерного повторителя граничная часто­та коэффициента усиления по напряжению в зависимости от величины нагрузочного сопротивления будет располагаться в ди­апазоне между f_S и f_T.

Обобщая изложенное выше, запишем следующее соотношение для граничных ча­стот транзистора: