14. Широкополосные усилители

При разработке схем усилителей, верхняя граничная частота которых превышает 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 для биполярного транзистора с достаточной степенью точности можно аппроксимировать фильтром нижних частот первого порядка:

где коэффициент усиления по току на низких частотах, а -частота, при которой коэффициент усиления транзистора по току уменьшается на

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

Поэтому частота 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 току обусловлена диффузионной емкостью открытого перехода база-эмиттер. Дополнительная емкость перехода коллектор база в дальнейшем учитываться на будет. Зависимость между и определяется следующим соотношением [14.1]:

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

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

Она равна следовательно, 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 значение крутизны для низкочастотных входных сигналов и

Рис. 141. Эквивалентное представление транзистора в схеме с общим эмиттером. Связь параметров эквивалентной схемы с низкочастотными параметрами транзистора Внутреннее сопротивление перехода база-эмигтер Сопротивление между активной базовой областью и выводом базы Внутренняя крутизна Внутреннее сопротивление перехода коллектор база Внутреннее сопротивление коллектор-эмиттер

граничная частота крутизны транзистора. Эта частота в раз больше граничной частоты

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 будет наблюдаться снижение коэффициента усиления вблизи граничной частоты пропускания. Взаимосвязь коллекторного и эмиттерного токов приводит к следующему выражению для коэффициента а:

С учетом формулы (14.1) получим

Используя это соотношение, запишем выражение для граничной частоты

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

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