Электроника - практический курс - Джонс М.Х.
ISBN 5-901095-01-4
Скачать (прямая ссылка):
согласно общей классификации, являются высокочастотными схемами, и
разработчик должен принимать во внимание определенное влияние емкостей,
которым пренебрегают на низких частотах. В соответствии с довольно грубой
классификацией высокие частоты, часто называемые также радиочастотами,
можно разделить на следующие диапазоны:
10 кГц - 100 кГц
100 кГц - 2 мегагерца (МГц)
2 МГц - 30 МГц 30 МГц - 300 МГц
300 МГц - 2 гигагерца (ГГц)
Верхние частоты звукового диапазона и очень низкие частоты радиовещания
(VLF)
Длинные и средние радиоволны (с амплитудной модуляцией, AM radio) (MF)
Короткие радиоволны (HF) Метровый диапазон телевидения и радиовещание с
частотной модуляцией (FM radio) (VHF) Дециметровый диапазон телевидения и
мобильные (сотовые) телефоны (UHF).
Частоты выше 2 ГГц (2000 МГц) обычно называют диапазоном СВЧ
(сверхвысоких частот); из-за крайне малой длины волны СВЧ-колебания
распространяются по прямой линии, как свет. Это их свойство используется
в радиолокации для обнаружения целей по отраженному СВЧ-сигналу.
Из-за направленного характера распространения СВЧ-волны неудобны для
наземного радиовещания, но они интенсивно применяются для передачи
сигналов в телекоммуникационных системах и в спутниковом вещании. С точки
зрения этих приложений СВЧ-диапазон в изобилии предоставляет требуемые
полосы частот и, следовательно, в этом диапазоне можно организовать
передачу сигналов от одного передатчика по многим каналам, имея
возможность фактически исключить взаимные помехи за счет направленно-
148 Усиление на высоких частотах
сти антенн. Техника СВЧ образует чрезвычайно важную ветвь электроники,
широко применяемой в "беспроводной" цифровой связи. СВЧ-схемы
представляют собой особый случай работы на высоких частотах, когда
решающую роль играют не только сами компоненты, но и точные размеры
соединений. Хотя общие принципы работы на радиочастотах, обсуждаемые в
этой главе, в равной мере применимы к технике СВЧ, практические схемы СВЧ
все же выходят за рамки данной книги.
В диапазоне от 10 кГц до 2 ГГц можно применять обычные методы анализа
схем при условии, что в рассмотрение включены различные собственные
емкости транзисторов и образующиеся при этом цепи. Например, свойства
биполярного транзистора на высоких частотах определяются, главным
образом, тремя собственными емкостями, показанными на рис. 7.1. Наименее
существенной из них является емкость коллектор-эмиттер Ссе, которая мала
по величине и легко может быть учтена в перестраиваемой коллекторной
нагрузке, часто применяемой в высокочастотных усилителях. Как будет
показано в следующем параграфе, емкость СЬе приводит к уменьшению
коэффициента усиления тока на высоких частотах, а емкость СсЬ играет
особую роль в ограничении возможностей усилителя напряжения на высоких
частотах.
Рис. 7.1. Биполярный транзистор с емкостями переходов.
7.2 Высокие частоты и биполярный транзистор
7.2.1 Емкость база-эмиттер
В разделе 1.3.10 было показано, что смещенный в обратном направлении р-п
переход, такой как переход коллектор-база, ведет себя подобно конденса-
Высокие частоты и биполярный транзистор 149
тору, у которого емкость зависит от площади перехода и глубины
обедненного слоя. Смещенный в прямом направлении р-п переход, такой как
переход база-эмиттер, также обладает емкостью СЬе , которая оказывается
включенной параллельно с обычным сопротивлением в прямом направлении. У
эффективной емкости р-п перехода, смещенного в прямом направлении,
имеются две основные составляющие. Первая из них - это просто емкость
обедненного слоя, который у перехода, смещенного в прямом направлении,
уже, чем у перехода, смещенного в обратном направлении, и поэтому при
смещении в прямом направлении емкость больше; вторая составляющая полной
емкости является результатом конечной скорости диффузии неосновных
носителей по р-п переходу. Из-за сравнительно медленной диффузии этих
носителей они оказываются как бы временно скопившимися в
полупроводниковом материале, тогда как приложенный извне сигнал меняется
быстро; этот запас заряда ведет себя по отношению к внешнему сигналу
подобно заряду на пластинах обычного конденсатора. Когда напряжение в
поданном извне сигнале мгновенно уменьшается, изменению коллекторного
тока должно предшествовать удаление носителей из базы. Типичное значение
эффективной емкости перехода база-эмиттер у маломощного кремниевого
транзистора - примерно от 100 пФ до 1000 пФ; на высоких частотах эта
емкость оказывает существенное шунтирующее действие в отношении базового
тока, приводя к падению коэффициента усиления тока hfe для переменных
составляющих.
7.2.2 Частота единичного усиления
С увеличением частоты сигнала реактивное сопротивление емкости база-
эмиттер становится сравнимым с сопротивлением база-эмиттер hie , и
значительная часть базового тока, который нормально должен был бы
управлять током коллектора, потечет вместо этого по емкости СЬе .
Результатом является падение коэффициента усиления тока. Частота fh , на
