14.2. Влияние внутренних емкостей транзистора и емкостей монтажа

В каждой схеме есть ряд емкостей, ко­торые с сопротивлениями образуют фильтры нижних частот. Они изображены на рис. 14.2. Основными паразитными ем­костями являются: C₁-емкость монтажа. особенно емкость подводящих целей; С₂-емкость эмиттер-база; С₃-емкость коллектор-база; С₄-емкость коллектор-эмиттер.

Рис. 14.2. Емкость транзистора и паразитные емкости монтажа в схеме с общим эмиттером.

Рис. 14.3. Емкости транзи­стора и паразитные емкости монтажа в схеме с общей базой.

В схеме имеются два фильтра нижних частот. Конденсаторы С₃ и С₄ с параллельно включенным резистором R_С обра­зуют фильтр нижних частот на выходе транзистора. Они уменьшают динамиче­ское коллекторное сопротивление на высо­ких частотах и тем самым снижают коэф­фициент усиления по напряжению. На входе транзистора фильтр нижних частот образуют конденсаторы С₁, С₂ и С₃ и ре­зистор R_g. Действующая входная емкость схемы равна

где А-коэффициент усиления схемы по на­пряжению. Такое увеличение емкости пере­хода коллектор-база называется эффек­том Миллера. Он связан с тем, что напряжение на конденсаторе С₃ в (1+А) раз превышает входное. При |A|>>1 ве­личина емкости AС₃; оказывается преоб­ладающей, и приближенно можно считать, что

По этой причине схема с общим эмитте­ром из-за наличия входного фильтра ниж­них частот имеет относительно малую по­лосу пропускания.

Характеристики схемы с общей базой оказываются более благоприятными. Как видно из рис.14.3, в таком режиме транзи­стора действующая входная емкость равна

Вместо увеличения общей емкости в этом случае фактически происходит даже неко­торое ее уменьшение. Однако недостатком схемы является низкое входное сопроти­вление.

14.3. Каскодная схема

Основной недостаток схемы с общей базой - малое входное сопротивление - можно устранить, применив каскадную схему на двух транзисторах, которая пока­зана на рис. 14.4. Здесь входной транзи­стор T₁ включен по схеме с общим эмитте­ром, а выходной транзистор T₂ -по схеме с общей базой с токовым управлением. Поскольку транзистор Т₂ обладает малым входным сопротивлением, равным 1/9, коэффициент усиления входного каскада по напряжению равен

Благодаря этому эффект Миллера в схеме отсутствует. Поскольку коллекторные токи обоих транзисторов практически равны, общий коэффициент усиления схемы соста­вляет

как для обычной схемы с общим эмитте­ром; транзистор Т₂ не влияет на гранич­ную частоту крутизны схемы, поскольку ему вследствие токового управления в схеме с общей базой присуща высокая граничная частота f_f_T>>f_S.

Потенциал базы V_B2 транзистора T₂ определяет потенциал коллектора транзи­стора T₁. Его величину выбирают такой, чтобы напряжение коллектор-эмиттер транзисторов T₁ и T₂ нe превышало нескольких вольт и зависящая от напряжения емкость коллектор-база была как можно меньше.

Рис. 14.4. Каскадный усилитель.

14.4. Дифференциальный усилитель как широкопо­лосный усилитель

Другой способ повышения низкого входного напряжения схемы с обшей базой состоит в применении эмиттерного повто­рителя на ее входе. Схема несимметрично­го дифференциального усилителя, реали­зующая этот принцип, показана на рис. 14.5. Поскольку к коллектору транзи­стора T₁ приложен постоянный потенциал, эффект Миллера не имеет места. Транзи­стор T₂ включен по схеме с общей базой в режиме управления напряжением. Гра­ничной частотой этого каскада является частота fs. Граничная частота эмиттерного повторителя, выше, поэтому частоту fs можно считать граничной частотой всей

схемы. В этом смысле дифференциальная схема аналогична каскадной. Однако с точки зрения суммарной крутизны есть отличие. Для ее расчета используем тот факт, что выходное сопротивление r_a1 эмиттерного повторителя при низкоомном управлении равно 1/S₁ и входное сопроти­вление г_e2 схемы с общей базой составляет 1/S₂. Поскольку ток покоя обоих транзи­сторов одинаков, их крутизна также будет одинакова и равна S. Отсюда следует, что

Рис. 14.5. Дифференциальный усилитель.

Падение напряжения на эмиттере транзистора Т₂ с учетом последнего соотношения составляет половину входного переменно­го напряжения. Следовательно, общая кру­тизна равна

а коэффициент усиления по напряжению составляет

Таким образом, он в два раза меньше, чем в. каскодной схеме.

Схема дифференциального усилителя обладает тем преимуществом по сравне­нию с каскодной схемой, что в ней проис­ходит компенсация напряжения база-эмиттер обоих транзисторов.

Хорошие высокочастотные характери­стики дифференциальных усилителей мо­гут быть получены только тогда, когда, как на схеме рис. 14.5, к коллектору вход­ного транзистора и к базе выходного тран­зистора приложен постоянный потенциал. Переход к симметричной схеме дифференциального широкополосного усилителя возможен при некоторых дополнениях в схеме, описанных в следующем разделе.