Электроника в вопросах и ответах - И. Хабловски

Чем характеризуется схема питания со стабилизацией в цепи эмиттера?

На рис. 4.32 представлена схема питания со стабилизацией в виде резистора, включенного в цепь эмиттера. В схеме без резистора рост тока вызывает увеличение тока в цепи коллектора и увеличение падения напряжения на резисторе, находящемся в цепи базы, что вызывает более положительное смещение перехода и дальнейший рост токов эмиттера и коллектора. Введение резистора в цепь эмиттера препятствует росту токов, поскольку мгновенный рост тока вызывает увеличение падения напряжения на этом резисторе, а следовательно, увеличение напряжения, смещающего переход в непроводящем направлении. Это в свою очередь ведет к уменьшению роста тока и, следовательно, к его стабилизации на некотором, почти постоянном уровне.

В этом случае имеем следующие приближенные соотношения:

Эффективность стабилизации тем больше, чем выше отношение. Обычно стремятся к тому, чтобы достичь значения Sст от нескольких единиц примерно до 10. Для больших значений Sст рассчитываем по формуле Sст ~= Rб/Rэ.

Стабилизирующий резистор в цепи эмиттера часто шунтируется конденсатором большой емкости. При этом резистор влияет только на рабочую точку и ее стабильность и не вызывает уменьшения усиления схемы до тех частот, пока конденсатор обладает сопротивлением намного меньшим, чем резистор Rэ.

Рис. 4.32. Схема питания со стабилизацией в цепи эмиттера

Обсуждаемую схему смещения часто называют схемой со стабилизацией на принципе эмиттерной связи.

Чем характеризуется схема стабилизации рабочей точки на основе коллекторной связи?

Такая схема представлена на рис. 4.33. В этом случае стабилизация основана на питании базы через резистор, включенный между коллектором и базой. Увеличение тока коллектора вызывает снижение потенциала на коллекторе и через резистор Rб изменение потенциала на базе так, что это вызывает уменьшение изменений тока коллектора.

Рис. 4.33. Схема питания транзистора со стабилизацией на принципе коллекторной связи

В этом случае справедливы следующие приближенные соотношения:

Сопротивление резистора Rб не может быть слишком малым, так как это вызывало бы уменьшение усиления по напряжению, поэтому следует выбрать компромисс между усилением и коэффициентом стабилизации.

Какие другие схемы стабилизации рабочей точки встречаются па практике?

Разработано много других решений, например одновременное использование эмиттерной и коллекторной связей, питание базы при использовании делителя и одновременном включении эмиттерного резистора, шунтированного конденсатором (рис. 4.34, а).

Рис. 4.34. Схема стабилизации тока коллектора с отрицательной обратной связью по постоянному току при подаче смещения на базу от делителя (а) и пример решения этой схемы (б)

Для этой схемы имеем следующие соотношения:

Uб = (R2/(R1 + R2))·Eк; Uэ = Uб - Uбэ ~= Uб

Uк = Eк — Iк·Rк; Uкэ = Eк — Iк·Rэ — Iэ·Rэ

Коэффициент стабилизации при этом выражается формулой

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.