Транзисторный усилительный каскад

Влияние емкости СэЕмкость С3 фактически включена последовательно с сопротивлением эмиттера транзистора. Поэтому в выражение для входного сопротивления: . Последовательно с сопротивлением rэ следует включить параллельную цепочку: . Чтобы определить влияние С3 на АЧХ усилительного каскада, следует в выражение для коэффициента усиления скорректировать Rin, добавив к сопротивлению rэ параллельную цепочку: . После преобразований получено выражение: . Полагая, что при =0Кн =0, получаем: , гдеНормированный коэффициент усиления:.Таким образом, во всех случаях структура формул одинакова, что позволяет общее выражение, с учетом одновременного влияния всех четырех емкостей, записать следующим образом:, где Нормированный коэффициент усиления: . АЧХ и ФЧХ усилительного каскада в области малых частот получены на основании следующих выражений и представлены на рисунке 11: , .При , нормированный коэффициент усиления : . Таким образом, нижняя граничная частота это та частота, на которой коэффициент усиления усилительного каскада уменьшается в раз, а фазовый сдвиг Uвых относительно входного сигнала составляет 45 градусов. Поскольку , то понятно, что угловая частота суммируется из трех составляющих: или .Отсюда следует, что каждая из емкостей сдвигает АЧХ в сторону более высоких частот.Общий нормированный коэффициент усиления равен их произведению: . Из полученных выражений следует, задаваясь граничной частотой и нормированным коэффициентом усиления Gn = 0.707 рассчитываются величины требуемых емкостей в рабочей полосе частот работы транзистора, отвечающих заданию проекта fн =40 [Гц] : С учетом разброса параметров элементов, обеспечивая запас по полосе пропускания, в стандартной линейке номиналов выбрана емкость С1 = 25 [мкФ]. , С учетом разброса параметров, обеспечивая запас по полосе пропускания, в стандартной линейке номиналов выбрана емкость С2 = 15 [мкФ].[ф]С учетом разброса параметров, обеспечивая запас по полосе пропускания, в стандартной линейке номиналов выбрана емкость С3 = 25 [мкФ].С учетом разброса параметров, обеспечивая запас по полосе пропускания, в стандартной линейке номиналов выбрана емкость Сэ = 25 [мкФ].Величина 1/ имеет размерность частоты и называется нижней граничной частотой усилительного каскада, величина которой определяется посредством выбора емкостей. , [Гц] .Рисунок 11. АЧХ и ФЧХ в области нижних частот.3.3.Анализ усилительного каскада в области верхних частотНа высоких частотах проявляются инерционные свойства транзистора. В результате чего уменьшается коэффициент усиления транзистора по току . fгр = 5 МГц верхняя граничная частота транзистора в схеме с ОЭ.Зависимостьот частоты описываются следующим выражением:,где .Комплексное сопротивление коллекторного перехода равно: ,9где при , . Коэффициент усиления в области ВЧ определяется путем подстановки частотно зависимых параметров: , где , , . Нормированный коэффициент усиления в области высоких частот:. Выражения, необходимые для построения АЧХ и ФЧХ в области высоких частот: . .АЧХ и ФЧХ в области высоких частот представлены на рисунке 12.Рисунок 12. АЧХ и ФЧХ в области верхних частот.Величина 1/ имеет размерность частоты и называется верхней граничной частотой усилительного каскада: . При , нормированный коэффициент усиления : . Рабочий диапазон частот определен частотой f= 120 кГцТаким образом, верхняя граничная частота это та частота, на которой коэффициент усиления усилительного каскада уменьшается в раз а фазовый сдвиг Uвых относительно входного сигнала составляет 45 градусов. АЧХ и ФЧХ усилительного каскада во всем диапазоне частот описываются следующим выражением : , Из рисунка 12 следует, что в области верхних рабочих частот коэффициент усиления практически не меняется, что позволяет говорить о равномерности амплитудной характеристики в рабочем диапазоне частот от 40 гц до 120 кГц. Основные зависимости от угловой частоты в логарифмическоммасштабе представлены в таблице 1.Основные зависимости от угловой частоты. таблица 1 f[Гц]0.15921.59215.92159.2159215.9*10315*10415*10515.9*106=2πf[с-1]1101021031041051061071081/τн251.225.122.5120.25122*10-22*10-32*10-42*10-52.5*10-61/τv3.5*1063.5*1053.5*1043.5*1033.5*10235.73.570.3573.5*10-2τv2*10-72*10-62*10-52*10-42*10-32*10-20.282.828G()00.30.51110.50.250.1φ (рад)1.581.571.20.2200-0.2-1.2-1.6ЗаключениеВ заключение отметим некоторые перспективы развития твердотельных электронных приборов, а также проблемы, которые предстоит решить для успешного развития полупроводниковой электроники. Одной из важнейших задач полупроводниковой электроники является увеличение быстродействия полупроводниковых приборов. Максимальная частота генерации биполярных транзисторов достигла 10 ГГц. Значение этого параметра уже близко к теоретическому пределу, который определяется временем установки электрической нейтральности различных частей полупроводниковой структуры, а также конечным значением скоростей движения носителей заряда. Необходимо учитывать и постоянные времени перезаряда барьерных емкостей p-n-переходов. Таким образом, для продвижения вверх по частотному диапазону наряду с совершенствованием различных полупроводниковых СВЧ-приборов необходимы изыскания новых принципов усиления и генерации электрических колебаний. Другой проблемой является повышение допустимой мощности рассеяния полупроводниковых приборов, что трудно осуществить не в ущерб быстродействию этих приборов. Решению этой проблемы может способствовать использование полупроводниковых материалов с большой шириной заряженной зоны (больше, чем у кремния). Одним из таких материалов является арсенид галлия. Следует учесть, что подвижность носителей заряда в арсениде галлия значительно выше, чем в германии и кремнии, что должно повысить быстродействие приборов на его основе.Однако для разработки интегральных микросхем на основе арсенида галлия необходимо преодолеть ряд технологических трудностей, в частности, научиться наращивать на монокристаллы арсенида галлия диэлектрические слои с малой плотностью поверхностных состояний. Важнейшими задачами являются повышение надежности и снижение стоимости дискретных и интегральных полупроводниковых приборов. Для решения этой задачи необходима разработка новых технологических решений, а также изыскание новых эффектов в полупроводниках.Список литературыВ. А. Пасынков. Полупроводниковые приборы / В. В. Пасынков, Л. К. Чиркин. – СПб. : Лань, 2002. – 480 с.Павлов В. Н. Схемотехникааналоговых электронных устройств: учеб.пособие для студ.вузов /В.Н. Павлов. —М.: Издательский центр «Академия», 2008. —288 с.Гусев В.Г. Электроника имикропроцессорная техника: учебник для вузов. —В.Г. Гусев, Ю.М. Гусев. —5-е изд.,стер. —М.: Высш.шк., 2008. —798 с. ГОСТ 20003 —74. Транзисторы биполярные.Термины, определения и буквенные обозначения параметров. —М.: Издательство стан-дартов, 1983. —28 с. ГОСТ 28884 —90. Ряды предпочтительных значений для резисторов Андреев В.С. Теория нелинейных электрических цепей /В.С. Андреев. — М.: Связь, 1972. —328 с.ГОСТ 2.710 —81. ЕСКД.Обозначения буквенно-цифровые вэлектрических схемах. —М.: Издательство стандартов, 1987. —17 с.Электрические конденсаторы иконденсаторные установки: Справочник /В.П. Берзан,Б.Ю. Геликман,М.Н. Гураевскийидр.; Под ред. Г.С. Кунинского, —М.: Энергоатомиздат,1987. —656 с.