Skhemotekhnika_PE
.pdf41
2.6Влияние междуэлектродных емкостей транзисторов на параметры усилительных каскадов
Транзисторы имеют междуэлектродные емкости. Схема замещения
биполярного транзистора с учетом междуэлектродных емкостей имеет вид (рис. 2.23). Емкость СБЭ шунтирована малым сопротивлением h11.Э, поэтому ее влияние сказывается на более высоких частотах, чем СКБ и СКЭ. Наличием емкости СБЭ можно пренебречь. Емкость СКЭ << СКБ (расстояние между
«обкладками» СКЭ |
наибольшее, а С = |
εε0S |
), поэтому ее емкостное сопро- |
||
|
|||||
|
1 |
|
d |
||
тивление XC (КЭ) = |
сказывается на более высоких частотах, чем |
||||
2π f ×CКЭ |
|||||
|
|
|
|
ХС(КБ).
На работу биполярного транзистора в схеме с ОЭ и ОК оказывает влияние емкость коллекторного перехода СКБ, обозначаемая как СК(Э) – ем- кость коллекторного перехода в схеме с ОЭ. Если в справочнике указана емкость коллекторного перехода в схеме с ОБ СК, то СК(Э) = СК · (1 + h21.Э). Поскольку h11.Э мало, упрощенная схема замещения биполярного транзи- стора с учетом СК(Э) имеет вид (рис. 2.24).
Наличие выходной емкости приводит к уменьшению K&U каскада с
ОЭ на верхних частотах
K&U = h21.Э (1h22.Э ) P RК P RH P ХС(К ) .
RВХ
Б |
|
СКБ |
|
СБЭ |
h21.Э·IБ 1/h22.Э |
|
h11.Э |
|
|
|
Э
Рис. 2.23
К |
Б |
К |
|
|
h21.Э·IБ 1/h22.Э |
СКЭ |
h11.Э |
СКЭ |
Э
Рис. 2.24
Схема замещения полевого транзистора с учетом междуэлектродных емкостей имеет вид (рис. 2.25). Здесь невозможно пренебречь влиянием ни одной из емкостей, т.к. они близки по величине и находятся в схеме практи-
чески в равных условиях с точки зрения подключения к ним сопротивлений (на первый взгляд, можно пренебречь ССИ, т.к. ri << RВХ.ПТ, однако в схеме каскада СЗИ будет зашунтировано RД, сравнимым с ri). Схема замещения каскада в ВЧ области приведена на рис. 2.26.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
42 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
З |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
С |
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
СЗИ |
S·UЗИ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ССИ |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
СЗИ |
|
|
|
|
|
|
RВХ.ПТ |
|
|
|
|
|
ri |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
И |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 2.25 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
IС.ВХ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
СЗИ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
– |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
RГ |
|
|
|
|
+ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
S·UЗИ |
|
|
|
|
|
|
|
|
ССИ |
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
С |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
Uвх |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ri |
|
|
|
|
|
|
|
RH |
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
RД |
|
|
|
|
|
|
|
ЗИ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
RC |
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||
еГ |
+ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
– |
– |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
+ |
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. |
2.26 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
Из-за наличия емкостей возникает емкостной входной ток |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
& |
|
|
|
U& |
+ |
|
U& |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
I&C (BX ) = I&C.ЗИ + I&C.ЗС = |
|
UBX |
+ |
|
|
BX |
|
|
|
|
|
|
H |
|
|
= |
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
XC (ЗИ ) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
XC (ЗC ) |
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
æ |
|
1 |
|
|
|
|
|
1+ |
|
|
KU |
|
ö |
|
|
|
|
|
|
(CЗИ + (1+ |
|
|
|
|
|
)CЗС ). |
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
= U&BX |
ç |
|
|
|
+ |
|
|
|
|
|
|
÷ = jωU&BX |
KU |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
ç |
|
XC (ЗИ ) |
|
|
÷ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
è |
|
|
|
|
|
XC (ЗC ) ø |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Отсюда
CВХ = CЗИ + (1+ KU )×CЗС » (1+ KU )×CЗС .
Наличие СВХ придает комплексный характер входному сопротивле-
нию каскада
Z&ВХ = RД P ХC (ВХ ) .
Выходная емкость каскада аналогично рассмотренному определяется
C |
ВЫХ |
= C |
+ C |
ЗС |
1+ |
|
KU |
|
|
. |
|||
|
|
||||||||||||
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
СИ |
|
|
|
KU |
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Сквозной коэффициент усиления каскада с ОИ по напряжению в ВЧ-
области
K&е = RГZ&+BXZ&BX S ×(ri P RС P RH P ХС(ВЫХ ) ).
|
|
|
|
|
43 |
|
|
|
|
Сильно выраженное влияние междуэлектродных емкостей приводит к |
|||||||||
тому, что у каскада с ОИ fВ на 2 ÷ 3 порядка ниже, чем у каскада с ОЭ на |
|||||||||
транзисторе из той же группы по частотным свойствам, поэтому полевые |
|||||||||
транзисторы для каскада с ОИ необходимо выбирать с fS на 2 ÷ 3 порядка |
|||||||||
выше fВ. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2.7 Каскад с общим стоком |
|
|
|
|
|
||||
При высокой fВ усилителя реализовать свойство каскадов на полевых |
|||||||||
транзисторах – высокое RВХ позволяет каскад с общим стоком (ОС), приве- |
|||||||||
денный на рис. 2.27. По своим свойствам каскад с ОС подобен каскаду с ОК |
|||||||||
– он не инвертирует напряжение и Kе ≤ 1. Расчет каскада с ОС по постоян- |
|||||||||
ному току аналогичен каскаду с ОИ. Схема замещения каскада представле- |
|||||||||
на на рис. 2.28, здесь же показаны пунктиром междуэлектродные емкости |
|||||||||
транзистора. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
+EC |
|
|
|
|
|
|
R1 |
|
IС.П |
|
|
|
|
|
Cр1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
VT1 |
Cр2 |
|
|
|
|
|
|
|
UЗИ.П |
|
|
|
|
|
|
UВХ |
|
UЗ.П |
R2 UИ.П |
RИ |
|
RН |
|
|
|
|
|
|
|
IД |
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 2.27 |
|
|
|
|
|
|
|
|
+ |
СЗИ – |
IИ |
|
|
|
|
|
+ |
|
|
UЗИ |
S·UЗИ |
|
|
|
+ |
RГ |
|
|
|
|
ССИ |
|
|
||
Uвх |
RД |
СЗС |
|
ri |
RИ |
RH |
|||
+ |
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
еГ |
|
|
|
|
|
|
|
|
– |
– |
– |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 2.28 |
|
|
|
|
|
Входная цепь каскада аналогична каскаду с ОИ, поэтому |
|
||||||||
|
|
|
RВХ = RД = R1 ║ R2; |
|
|
|
|
|
|
|
|
44 |
|
|
|
|
|
||
|
KU = |
UH |
= |
UH |
= |
|
IИ ×(ri P RИ P RH ) |
. |
|
|||
|
|
UH +UЗИ |
|
|
|
|||||||
|
UBX |
|
IИ ×(ri P RИ P RH ) +UЗИ |
|
||||||||
Поскольку IИ ≈ IC, то |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
KU = |
S ×UЗИ ×(ri P RИ P RH ) |
|
= |
|
S ×(ri P RИ P RH ) |
£1. |
||||||
S ×UЗИ ×(ri P RИ P RH ) +UЗИ |
(1 |
+ S )×(ri P RИ P RH ) |
||||||||||
|
|
|
Выходное сопротивление каскада меньше, чем у каскада с ОИ и опре-
деляется
RВЫХ ≈ 1 / S.
Емкостной входной ток каскада
IC (BX ) = IC (ЗС) + IC (ЗИ ) = |
UBX |
+ UBX -UH = |
UBX |
+ |
UBX (1- КU ) |
» |
UBX |
. |
XC(ЗС) |
XC(ЗС) |
|
|
|||||
|
XC(ЗИ ) |
|
XC (ЗИ ) |
XC (ЗС) |
СВХ.ОС ≈ СЗС << СВХ.ОИ,
СВЫХ.ОС ≈ ССИ < СВЫХ.ОИ,
т.е. в каскаде с ОС практически исключается влияние проходной емкости, поэтому каскад с ОИ имеет большую fВ при том же типе транзистора и при- меняется в качестве ВЧ-согласующего каскада.
Усилительный каскад с общим затвором по своим свойствам аналоги- чен каскаду с ОБ, он имеет малое входное сопротивление (до 1 кОм) и ни по одному из параметров не может конкурировать с каскадом с ОЭ, поэтому кас- кад с ОЗ практически не применяется.
2.8 Фазоинверсный каскад
Фазоинверсный каскад (ФИК) (каскад с разделенной нагрузкой) ис-
пользуется в качестве предоконечного каскада для двухтактного усилителя мощности на транзисторах одного типа проводимости. Этот УМ требует подачи на входы плеч противофазных управляющих напряжений. Схема ФИК (обобщенная) представлена на рис. 2.29. Выходная цепь ФИК пред-
ставляет собой двухступенчатый делитель с противофазными сигналами на каждой из ступени.
Рассмотрим основные параметры ФИК на биполярном транзисторе
|
æ |
|
|
æ |
|
æ |
1 |
|
ö |
öö |
RВХ |
= RВХ .ОК = RД Pç h11.Э + (1 |
+ h21.Э )×ç RЭ |
Pç |
|
÷ P RН.2 |
÷÷ ; |
||||
|
|
|||||||||
|
ç |
|
|
ç |
|
è h22.Э |
ø |
÷÷ |
||
|
è |
|
|
è |
|
øø |
||||
|
|
æ |
1 |
ö |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
RК Pç |
÷ P RН.1 |
|
|
||||
|
|
|
|
|
||||||
|
KU .1 = KU .ОЭ = h21.Э |
|
è h22.Э ø |
|
|
; |
|
|
||
|
|
|
RВХ |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
45
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
æ |
1 |
ö |
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
RЭ |
Pç |
|
÷ P RН.2 |
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
KU .2 |
= KU .ОК = (1+ h21.Э ) |
|
|
|
è h22.Э |
ø |
|
|
|
|
. |
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
RВХ |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
+EК |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
RК |
|
|
Cр2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
– |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
Cр1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Cр3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
+ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
VT1 |
|
|
|
+ |
|
|
|
|
RН.1 |
||||||||
Uвх |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R2 |
|
|
|
|
|
RЭ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
RН.2 |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 2.29
Величины RВЫХ по обоим выходам можно определить из схемы заме-
щения. Как правило, RН1 = RН2, RК = RЭ, тогда KU.1 ≤ 1, т.е. KU.1 ≈ KU.2, их зна- чения получаются практически одинаковыми при h21.Э >> 1.
2.9 Составные транзисторы
Составным транзистором называется комбинация двух или большего числа транзисторов, включенных так, что два электрода полученного тран- зистора являются электродами отдельных транзисторов, а третий получает- ся соединителем электродов отдельных транзисторов (рис. 2.30).
а) |
|
|
|
|
|
б) |
|
|
|
|
в) |
|
|
|
|
|
|
|
К |
|
|
|
|
К |
(С–К) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
Б |
|
|
|
|
|
Э |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
З
|
(Б – Э) |
Э |
Э |
Рис. 2.30
Составной транзистор может быть образован полевым и биполярным транзисторами разных структур. Всего может быть около 50 практически
46
используемых составных транзисторов (из двух отдельных). В результате получается сложный полупроводниковый прибор, имеющий оригинальные характеристики.
Обозначают эти структуры по типу соединенных вместе электродов. Например, транзистор 2.30, б называется «составной транзистор ОБ – ОЭ», рис. 2.30, в – «составной транзистор ОС – ОК». Наибольшее распростране-
ние получила комбинация двух биполярных транзисторов по схеме ОК – ОК, называемая схемой Дарлингтона (рис. 2.31). При соединении би- полярного транзистора по схеме Дарлингтона образуется биполярный тран- зистор с параметрами, существенно отличающимися от параметров отдель- ных транзисторов. Рассмотрим схему замещения составного транзистора ОК – ОК (рис. 2.32).
h |
= UБЭ |
= UБЭ1 + UБЭ2 = h |
|
|
+ |
|
|
|
UБЭ2 |
|
|
|
= h |
|
+ (1+ h |
)h |
, |
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||
11.Э |
|
IБ |
|
|
IБ1 |
|
IБ 2 |
|
11.Э1 |
|
|
IЭ1 |
(1+ h21.Э1) |
|
11.Э1 |
|
|
|
21.Э1 |
|
11.Э2 |
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
h11.Э ? h11.Э1,h11.Э2 ; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
Строго говоря, вместо UБЭ необходимо рассматривать |
|
UБЭ, |
а вместо |
||||||||||||||||||||||||||||||||
IБ – IБ. |
|
IK |
|
|
IK1 + IK 2 |
|
|
|
|
IK 2 |
|
|
|
|
|
|
IK 2h21.Э2 |
|
|
|
|
IЭ2h21.Э2 |
|
|
|||||||||||
h |
= |
|
= |
= h |
|
+ |
|
= h |
|
+ |
= h |
+ |
= |
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||
21.Э |
|
IБ |
|
|
|
IБ1 |
|
21.Э1 |
|
|
IБ1 |
|
21.Э1 |
|
|
|
I |
|
|
|
|
21.Э1 |
|
|
IБ1 |
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Б1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
= h21.Э1 + h21.Э2 (1+ h21.Э1 ) » h21.Э1 × h21.Э2 ? h21.Э1,h21.Э2 ; |
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||
|
1 |
|
|
= |
æ |
1 |
|
ö |
æ |
h |
|
|
|
æ |
1 |
|
|
ö |
ö |
» |
æ |
|
1 |
|
ö |
æ |
1 |
ö |
; |
|
|
||||
|
|
|
ç |
|
÷ P |
è |
|
|
+ ç |
|
|
÷ |
ø |
ç |
|
|
÷ Pç |
÷ |
|
|
|||||||||||||||
|
|
h22.Э |
è |
|
h22.Э2 ø |
11.Э2 |
|
è |
|
h22.Э1 ø |
|
è |
|
|
h22.Э1 ø |
è |
|
h22.Э2 ø |
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ç |
|
|
|
|
|
|
|
÷ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
h22.Э2 |
= h22.Э1 + h22.Э2 . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
К |
Б IБ=IБ1 |
h21.Э1·IБ1 |
IК1 |
IК |
К |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
IК |
h11.Э1 |
1/h22.Э1 |
|
|
IБ=IБ1 |
IК1 |
|
|
|
|
IК2 |
|
VT1 |
|
IК2 |
IЭ1 |
|
|
|
|
Б |
|
|
IБ2 |
h21.Э2·IБ2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
VT2 |
|
|
h11.Э2 |
|
|
|
1/h22.Э2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
IЭ1=IБ2 |
|
|||||||||
|
IЭ=IЭ2 |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
IЭ2 |
||||
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
Э |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
Э |
IЭ |
|||||
|
|
|
|
|
|
|||||
Рис. 2.31 |
|
|
Рис. 2.32 |
|
|
|
|
|
|
|
47 |
Соединение |
æ |
h |
æ |
1 |
ö |
ö |
можно считать последовательным, т.к. |
ç |
+ ç |
÷ |
÷ |
||||
|
11.Э2 |
è |
|
h22.Э1 ø |
|
||
|
è |
|
|
ø |
|
IК1 ≈ IЭ1. существуют транзисторы, включенные по схеме Дарлингтона в ви- де готового полупроводникового прибора, например, КТ827 (h21Э = 750 ¸ 18000). Для сравнения, близкий по параметрам к нему из той же группы транзистор КТ819, имеет h21.Э = 15 ¸ 30.
2.10 Каскад с общим эмиттером на составном транзисторе
Схема каскада представлена на рис. 2.33.
|
|
|
|
–EК |
|
R1 |
|
RК |
Cр2 |
|
|
|
||
Cр1 |
IБ.П1 |
IК.П1 |
IК.П |
|
|
|
IК.П2 |
|
|
|
|
VT1 UКЭ.П1 |
|
|
|
R3 IЭ.П1 |
IБ.П2 |
VT2 UКЭ.П2 |
|
|
|
|||
|
R2 |
IК.П3 |
|
RН |
|
IБ.П3 |
VT3 |
|
|
Uвх |
|
|
CЭ |
|
|
|
UЭ.П2 |
RЭ |
|
|
R4 |
R5 |
|
|
|
|
|
Рис. 2.33
Транзисторы VT1 и VT2 образуют составной транзистор по схеме Дарлингтона. Выясним назначение элементов VT3, R3 и R4. При отсутствии
этих элементов ток
IБ.П1 = IК.П2 / h21.Э1
настолько мал, что точка покоя П1/ находится на нелинейном участке вход- ной ВАХ (режим «токового голода»). При увеличении тока IБ.П1 увеличива- ется ток IЭ.П1 = IБ.П2 и транзистор VT2 вводится в режим насыщения. И в том и в другом случае возникают искажения усиливаемого сигнала.
Для устранения этого эффекта и включается цепь VT3, R3 и R4. Дели-
телем R3 – R4 задается ток IК.П3 так, чтобы IБ.П2 = IЭ.П1 – IК.П3, т.е. VT3 берет на себя «лишний» ток IЭ.П1 и VT2 работает в линейном режиме.
С этой же целью можно применить резистор
R = UЭ.П 2 -UБЭ.П2 ,
IК.П3
однако это решение имеет недостаток: R шунтирует входную цепь
48
VT1 – VT2 по переменному току и RВХ каскада уменьшается. При использо- вании VT3 сопротивление его выходной цепи по переменному току (1/ h22.Э3) велико и практически не влияет на RВХ.
Следует отметить, что подобные цепи (VT3, R3 и R4), называемые «ге- нератор стабильного тока» широко используются в электронных устройст- вах, если необходимо организовать цепь для протекания постоянного тока, оказывающую большое сопротивление переменному сигналу.
Для каскадов КПУ транзисторы VT1 – VT3 берутся одного типа. Рас- чет режима покоя производится в следующей последовательности.
Исходные данные: UВЫХ.М и RН. 1) Задают RК = (3 ¸ 5) RН.
2) |
Определяется IK .M = |
UBЫX .M . |
|
|
RK P RH |
3) |
Задают ток IК.П2 ≥ IК.М + IК.02 + h21.Э2 · IК.01, |
т.к. в этом неравенстве IК.02, h21.Э2 и IК.01 неизвестны, задают IК.П2 ≥ 1,1 · IК.М.
|
UКЭ.П2 ≥ UВЫХ.М + |
UКЭ.2, |
Для VT1 задают те же координаты точки покоя |
||
4) |
IК.П1 ≥ IК.П2; UКЭ.П1 ≥ UКЭ.П2. |
|
Определяется напряжение источника питания |
||
|
EK = 2IК.Пi × RК +UКЭ.П2 . |
|
|
0,7 ¸ 0,9 |
|
5) |
Выбираются транзисторы |
|
6) |
Определяется IБ.П2 = IК.П2 / h21.Э2. Ток IБ.П1 = IБ.П2. |
|
По входной ВАХ определяется UБЭ.П2 = UБЭ.П1. По этим величинам |
||
рассчитывается входной делитель R1 – R2. |
|
|
7) |
Определяется ток IК.П3 = IЭ.П1 – |
IБ.П2 = IК.П1. Тогда IБ.П3 = IБ.П1, |
UБЭ.П3 = UБЭ.П1, R3 = R1 , а R4 – R2.
Расчет носит приближенный характер, поэтому в цепь эмиттера VT3 включают подстроечный резистор R5, которым корректируют режим покоя схемы при ее наладке.
Расчет каскада по переменному току производят аналогично КПУ с ОЭ на одном транзисторе с использованием Н-параметров составного тран- зистора.
Схема по своим параметрам заменяет трех-каскадный усилитель ОК – ОЭ – ОЭ. Из-за отсутствия конденсаторов межкаскадной связи имеет меньшую fH.
49
2.11 Применение трансформаторов в усилительных устройствах
Трансформаторы применяются в усилителях в качестве
-устройств, обеспечивающих разделение переменной и постоянной составляющих напряжения;
-преобразователя напряжения;
-устройства, преобразующего несимметричный вход или выход кас- када в симметричный и наоборот.
Принцип преобразования показан на рис. 2.34.
I1 |
|
|
I1 |
|
RГ |
|
RН U2 |
RГ |
RН/ |
U1 ω1 |
ω2 |
U1 |
||
еГ |
|
|
еГ |
|
Рис. 2.34
На схеме рис. 2.34 RН – это трансформаторное сопротивление. Заме- ним правую часть схемы сопротивлением RН/ таким, что в цепи генератора I1 и напряжение на его зажимах U1 останутся неизменными. Мощность, рас-
ходуемая в сопротивлении RН/ P1 = U12 и мощность, расходуемая в нагрузке
RH/
в исходной схеме P2 2 в предположении, что отсутствуют потери энер-
= U 2
RH
гии в трансформаторе (ηТ = 1), равны. |
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
U 2 |
= |
U |
2 |
|
U 2 |
= |
R |
= n |
2 |
|
||
|
1 |
|
|
|
2 или |
2 |
H |
|
, |
||||
|
|
R |
R/ |
|
|||||||||
|
R/ |
|
|
|
|
U 2 |
|
|
|
|
|||
|
H |
|
|
H |
|
1 |
|
H |
|
|
|
||
где n – коэффициент трансформации трансформатора. |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
n = U2 |
= ω2 . |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
U |
1 |
ω |
|
|
|
|
|
|
|
|
RH |
|
|
1 |
|
|
|
|
|
||
В результате R/ |
= |
|
. Сопротивление RН/ называют приведенным к |
||||||||||
|
|
||||||||||||
H |
|
|
n2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
первичной обмотке сопротивлением нагрузки. Как правило, для сигнальных трансформаторов n < 1 и RН/ > RН. Приведение индуктивностей и емкостей
производится по формулам
L/H = LnH2 ; CH/ = CH × n2 .
50
Схемы преобразования несимметричного выхода в симметричный и наоборот (рис. 2.35) позволяют получать из однофазного напряжения двух- фазное и наоборот.
Преимуществами усилителей с трансформаторной связью перед уси- лителями с конденсаторной связью являются: возможность преобразования сопротивлений, возможность изменения фазы напряжения. Недостатки: увеличенный вес и габариты за счет веса и габаритов трансформаторов.
а) |
б) |
U2/ |
U1/ |
U1 |
U2 |
U2// |
U1// |
Рис. 2.35
Схема замещения трансформатора
Схема замещения трансформатора с входной и выходной цепями представлена на рис. 2.36. трансформатор характеризуется: коэффициентом
трансформации n = |
ω2 |
, активными сопротивлениями обмоток r1 и r2, ин- |
|
ω |
|
|
1 |
|
дуктивностями обмоток L1 и L2, индуктивностями рассеяния обмоток Ls1 и
Ls2.
r1 |
Ls1 |
|
Ls2/ |
r2/ |
|
U1 |
|
L1 |
L2/ |
CT/ |
U2/ RН/ |
Рис. 2.36
На схеме замещения обозначены:
r1 – активное сопротивление первичной обмотки;
Ls1 – индуктивность рассеяния первичной обмотки (этим элементом схемы замещения описываются потери энергии за счет того, что магнитный поток, создаваемый первичной обмоткой Ф1 = ФМ + ФS1, где – ФМ магнит- ный поток, замыкающийся по магнитопроводу, ФS1- магнитный поток, за- мыкающийся по воздуху, за счет него создаются потери энергии);
L1 – индуктивность первичной обмотки;