Схемотехника аналоговых электронных устройств

Рисунок 2.7. Эквивалентная схема биполярного транзистора

Параметры элементов определяются на основе справочных данных следующим образом:

◆ объемное сопротивление базы r_б=τ_ос/C_к,

где τ_ос — постоянная времени цепи внутренней обратной связи в транзисторе на ВЧ;

◆ активное сопротивление эмиттера r_э=25,6/I_э,

при I_э в миллиамперах r_э получается в омах;

◆ диффузионная емкость эмиттера C_эд=1/(2πf_Tr_э),

где f_T — граничная частота усиления по току транзистора с ОЭ, f_T=|h_21э|·f_изм ;

◆ коэффициент усиления тока базы для транзистора с ОБ α=H_21э/[(1+H_21э)·(1+jf/f_T)],

где H_21э — низкочастотное значение коэффициента передачи по току транзистора с ОЭ.

◆ Δr =(0,5…1,5) Ом;

Таким образом, параметры эквивалентной схемы биполярного транзистора полностью определяются справочными данными H_21э,f_T(|h_21э|·f_изм),C_к,t_ос(r_б) и режимом работы.

Следует учитывать известную зависимость C_к от напряжения коллектор-эмиттер U_кэ:

По известной эквивалентной схеме не представляет особого труда, пользуясь методикой, изложенной в разделе 2.3, получить приближенные выражения для низкочастотных значений Y-параметров биполярного транзистора, включенного по схеме с ОЭ:

Y_11эНЧ = g ≈ 1/(r_б + (1 + H_21э)(r_э + Δr)),

Y_21эНЧ = S₀ ≈ H_21эg_э,

Y_12эНЧ ≈ 0,

Y_22эНЧ ≈ 0.

Частотную зависимость Y_11э и Y_21э при анализе усилительного каскада в области ВЧ определяют, соответственно, посредством определения входной динамической емкости C_вх.дин и постоянной времени транзистора τ.

Выражения для расчета низкочастотных Y-параметров для других схем включения транзистора получают следующим образом:

◆ дополняют матрицу исходных Y-параметров Y_э до неопределенной Y_н, а именно, если

то

◆ вычеркивают строку и столбец, соответствующие общему узлу схемы (б для ОБ, к для ОК), получая матрицу Y-параметров для конкретной схемы включения транзистора.

2.4.2. Полевые транзисторы

Полевыми транзисторами (ПТ) называются полупроводниковые усилительные приборы, в основе работы которых используются подвижные носители зарядов одного типа — либо электроны, либо дырки. Наиболее характерной чертой ПТ является высокое входное сопротивление, поэтому они управляются напряжением, а не током, как БТ.

Рисунок 2.8. Эквивалентная схема ПТ

Определяются малосигнальные Y-параметры ПТ по его эквивалентной схеме. Для целей эскизного проектирования можно использовать упрощенный вариант малосигнальной эквивалентной схемы ПТ, представленный на рис.2.8.

Данная схема с удовлетворительной для эскизного проектирования точностью аппроксимирует усилительные свойства ПТ независимо от его типа, параметры ее элементов находятся из справочных данных

Выражения для эквивалентных Y-параметров ПТ, включенного по схеме с ОИ определяют по методике п. 2.3:

Y_11з = jωC_зи,

Y_12з = jωC_зс,

Y_21и = S₀e^jωτ,

Y_22и = g_i + jωC_си.

Где з, с, и соответственно затвор, сток и исток ПТ; τ — время пролета носителей, τ=C_зи/S₀.

Граничную частоту единичного усиления ПТ f_T можно оценить по формуле:

f_T = 1/2πτ.

Анализ полученных выражений для эквивалентных Y-параметров ПТ, проведенный с учетом конкретных численных значений справочных параметров, позволяет сделать вывод о незначительной зависимости крутизны от частоты, что позволяет в эскизных расчетах использовать ее низкочастотное значение S₀. При отсутствии справочных данных о величине внутренней проводимости ПТ g_i, в эскизных расчетах можно принимать g_i≈0 ввиду ее относительной малости.

Пересчет эквивалентных Y-параметров для других схем включения ПТ осуществляется по тем же правилам, что и для БТ.

2.5. Усилительный каскад на биполярном транзисторе с ОЭ

Среди многочисленных вариантов усилительных каскадов на БТ самое широкое применение находит каскад с ОЭ, имеющий максимальный коэффициент передачи по мощности K_P, вариант схемы которого приведен на рисунке 2.9.

Если входного сигнала нет, то каскад работает в режиме покоя. С помощью резистора R_б задается ток покоя I_б0=(E_к–U_бэ0)/R_б. Ток покоя коллектора I_к0=H_21эI_б0. Напряжение коллектор-эмиттер покоя U_к0=E_к–I_к0R_к. Отметим, что в режиме покоя напряжение U_бэ0 составляет десятки и сотни мВ (обычно 0,5…0,8 В). При подаче на вход положительной полуволны синусоидального сигнала будет возрастать ток базы, а, следовательно, и ток коллектора. В результате напряжение на R_к возрастет, а напряжение на коллекторе уменьшится, т.е. произойдет формирование отрицательной полуволны выходного напряжения. Таким образом, каскад с ОЭ осуществляет инверсию фазы входного сигнала на 180°.