Электроника в вопросах и ответах - Хабловски И.. Страница 28
Достоинством этой схемы является достаточно большая свобода при выборе сопротивлений резисторов и, кроме того, малая зависимость рабочей точки транзистора от коэффициента h21э и его изменений.
На рис. 4.34, б представлен пример подобной схемы питания с указанием значений токов, напряжений и сопротивлений.
Помимо схем стабилизации, использующих резисторы, применяются также схемы, стабилизирующие положение рабочей точки транзистора, на основе элементов, обладающих зависимостью от температуры, например диодов (в частности, стабилитрона), термисторов, а также транзисторов. Схемы, в которых применяют подобные элементы, иногда называют компенсационными.
Как работает транзистор в диапазоне высоких частот?
При использовании транзистора для усиления сигналов высокой частоты возникают некоторые ограничения, связанные, со свойствами самого транзистора. Существенную роль играют сопротивления и емкости транзистора.
Параметры транзистора меняются в зависимости от частоты, и для высоких частот его эквивалентная схема усложняется. По мере роста частоты все большее значение приобретают пассивные составляющие полных проводимостей.
Для анализа работы транзистора в диапазоне высоких частот наиболее часто используют П-образную физическую модель (рис. 4.12,б и 4.35), и при проектировании высокочастотных транзисторных схем чаще всего используют его «четыре «четырехполюсниковые» параметры. Отдельные параметры для определенной частоты находят в справочниках из соответствующих графиков, представленных в функции частоты. Частотной зависимостью обладают также коэффициенты передачи тока h21б и h21э, с увеличением частоты их значения обычно убывают.
Рис. 4.35. Физическая модель транзистора в диапазоне высоких частот с примерными значениями параметров
Какие параметры транзистора определяют его пригодность для работы в высокочастотных схемах?
Имеется несколько таких параметров. Самыми важными являются предельные частоты транзистора fh11, fгр, fT, а также fmax. указываемые в каталогах или справочниках.
Частоты fh11 и fгр определяют частоты, на которых значение h21б или h21э падают на 3 дБ по отношению к своему значению в области низких частот. С учетом П-образной физической модели имеем следующие приближенные формулы:
fh11 ~= 1/2π·rб'э·Сб'э; fгр = fh11(1- h21б)
Частота fT (или f1) соответствует падению коэффициента h21э до значения, равного единице:
fT = f1 ~= fгр·h21э
Часто fmax определяет максимальную частоту, на которой коэффициент передачи по мощности не меньше единицы. Это — максимальная частота генерации, которая выражается приближенной формулой
Легко видеть, что предельные частоты fh11, fгр тем больше, чем меньше произведение (постоянная времени) rб'эСб'э. Максимальная частота работы транзистора fmax зависит от постоянной времени rб'бСб'э, влияние которой становится заметным для частот, лежащих выше fh11. При работе в диапазоне высоких частот важную роль играет также проводимость y12. Она должна быть как можно меньше.
Каковы шумовые свойства транзисторов?
Шумы транзисторов обусловливаются тепловыми, дробовыми и структурными шумами. Источником тепловых шумов являются распределенные сопротивления полупроводника. Для биполярного транзистора решающее значение имеет величина rб. Дробовые шумы связаны с флуктуациями прохождения носителей зарядов через переходы. Структурные шумы образуются шумами поверхностной рекомбинации и шумами утечки коллектора.
Шумы зависят от частоты, выбора рабочей точки, сопротивления источника сигнала. Обычно шумы растут с ростом тока Iк.
В биполярном транзисторе в диапазоне низких частот преобладают структурные шумы, в диапазоне средних частот шумы почти не зависят от частоты, в диапазоне высоких частот шумы растут с увеличением частоты. При больших значениях внутреннего сопротивления источника сигнала шумы возрастают, если сопротивление возрастает.
В полевых транзисторах шумы обычно меньше, чем в биполярных. В частности, дробовые шумы очень малы, если ток затвора минимален. Кроме того, полевой транзистор может работать с источником сигнала с высоким внутренним сопротивлением, имея при этом очень малые шумы.
На чем основывается работа транзистора при большом сигнале?
Рассмотрение работы транзистора при большом сигнале сталкивается с рядом трудностей. Следует помнить, что физические модели транзисторов были разработаны при упрощающих предположениях, которые перестают быть справедливыми при большом сигнале. Его h- и y-параметры определяются только через малые приращения токов и напряжений и не определяют свойств транзистора для большого сигнала. В этой ситуации при использовании транзисторной схемы, предназначенной для работы в режиме большого сигнала, можно использовать лишь статические характеристики.
При выборе положения рабочей точки, помимо стремления получить малые искажения, в схемах, работающих при большом сигнале, особенно для усилителей мощности, часто учитывается мощность, потребляемая от источника питания, и мощность, рассеиваемая в транзисторе.
Что такое усилители классов А, В, С?
Как уже подчеркивалось, усилители малых сигналов обычно работают в режиме, рабочая точка которого расположена вблизи середины используемого отрезка нагрузочной прямой. В усилителях больших сигналов в зависимости от положения рабочей точки различают режимы классов А, В, АВ и С.
Работой в классе А (рис. 4.36) называют режим работы, при котором положение рабочей точки таково, что выходной ток протекает в течение времени длительности переменного входного сигнала, т. е. в течение всего периода. В классе В выходной ток протекает только в течение полупериода входного колебания. При отсутствии входного колебания выходной ток, соответствующий рабочей точке, почти равен нулю и в транзисторе выделяется очень малая мощность. Промежуточное положение рабочей точки между режимами А и В соответствует классу АВ. В классе С выходной ток протекает в течение времени, меньшего чем полупериод.
Очевидно, что наименьшие искажения сигнала имеют место в классе А, наибольшие — в классе С [14]. Эффективность схемы наибольшая в классе С, наименьшая — в классе А.
Рис. 4.36. Работа транзистора в классе А (а) и классе В (б)