13.02. Высокочастотные усилители: модели для переменного тока

Емкость нагрузки не только уменьшает коэффициент усиления усилителя на высоких частотах. Как мы упоминали выше (см. обсуждение эффекта Миллера в гл. 2), емкость обратной связи , будучи включенной между выходом и входом, может доминировать в спаде усиления на высоких частотах, особенно если полное сопротивление источника входного сигнала высоко. Чтобы определить, на каких частотах усиление начнет падать и как этого избежать, можно использовать относительно простую модель транзистора или ПТ. Как это делается, покажем на примере высокочастотного усилителя.

Рис. 13.2. Эквивалентные схемы для ВЧ биполярного (а) и полевого (6) транзисторов.

Эквивалентная схема для переменного тока.

Приведенные на рис. 13.2 эквивалентные схемы каскадов с общим эмиттером (или истоком) представляют собой простейший вариант; их не без оснований используют при оценке характеристик быстродействующих устройств. Обе модели очевидны. В схеме биполярного транзистора Свхэ (обозначается также б или заметим, что название относится либо к емкости входа, либо к емкости выхода) есть входная емкость, импеданс цепи базы, -емкость обратной связи (Миллера) и -емкость между коллектором и эмиттером. Модели с источником тока определяют усиление транзистора на частотах сигнала. Схема полевого транзистора аналогична, но емкости имеют другие обозначения и она значительно проще из-за бесконечного входного сопротивления.

Влияние коллекторного тока и напряжения на емкости транзистора.

Емкости обратной связи и выходной цепи ( и т.д.) включают в себя небольшие емкости транзисторных выводов и относительно большие емкости полупроводниковых переходов.

Рис. 13.3. Зависимость емкости коллектор - база от напряжения для нескольких распространенных биполярных транзисторов.

Последние ведут себя подобно обратносмещенным диодам, у которых емкость постепенно снижается с увеличением обратного смещения, как показано на рис. 13.3 (этот эффект используется в конденсаторах, управляемых напряжением, известных под названием «варикапы», или «варакторы»). Емкость изменяется с напряжением приблизительно как , где п лежит в диапазоне от —1/2 до —1/3 для транзисторов, - постоянное напряжение, равное .

Рис. 13.4. Зависимость произведеиия усиления на ширину полосы (граничную частоту) от коллекторного тока для нескольких распространенных биполярных транзисторов.

Входная емкость Свхэ имеет другой характер, поскольку вы имеете дело с прямосмещенным переходом. В этом случае эффективная емкость резко растет с увеличением тока базы, так как U близко и имеет мало общего с указанным в паспорте транзистора значением . Однако оказывается, что эффективная емкость увеличивается с ростом , следовательно, с уменьшением , так что произведение остается почти постоянным. В результате усиление транзистора на определенных частотах зависит в первую очередь от соотношения между током, «теряемым» на , и током, который «действительно» идет в базу и несильно зависит от тока коллектора.

Поэтому вместо того, чтобы задавать значение , изготовители транзисторов обычно указывают -частоту, при которой усиление тока падает до 1. Легко показать, определяется выражением

для значений , данных при некотором токе коллектора. Транзисторы, предназначенные для работы в диапазоне высоких частот, от 500 МГц до , в то время как у транзисторов общего назначения бывает от 50 до 250 МГц. На рис. 13.4 приведены кривые изменения в зависимости от тока коллектора для типичных транзисторов.