1.8. Генератор с независимым возбуждением на транзисторе

Диапазон частот, в котором транзистор способен усиливать колебания, условно может быть разбит на две области: область низких частот, где инерционные явления в транзисторе проявляются слабо, и потому он может быть уподоблен электронной лампе, и область высоких частот, где инерционность транзистора необходимо учитывать. На максимальной частоте генерации fг коэффициент усиления транзистора по мощности уменьшается до единицы. Граница между областями зависит от многих причин. Обычно область низких частот весьма мала, она составляет единицы и даже доли процентов от диапазона (0-fг).

Основной задачей при анализе режимов и расчете всякого генератора является установление связи между токами в цепях электродов его активного элемента и напряжениями на этих электродах. Для транзисторных генераторов, работающих в области низких частот, такая связь может быть установлена с помощью семейств статических характеристик, то есть так же, как для ламповых генераторов. Статические характеристики транзисторов похожи на характеристики тетродов и пентодов. Ток коллекторного перехода мало зависит от коллекторного напряжения. Некоторые отличия наблюдаются при малых отрицательных и положительных напряжениях на коллекторе. В отличие от ламп изменение напряжения на коллекторе на противоположное нормальному приводит к появлению обратного тока коллекторного перехода.

Транзистор отличается от лампы также тем, что он почти всегда работает с базовыми токами и, следовательно, малым входным импедансом. Это затрудняет согласование входа транзисторного генератора с предыдущим каскадом.

Отличие статических характеристик транзисторов в области обратных напряжений на коллекторе приводит к изменению формы импульсов коллекторного тока в сильно перенапряженном режиме по сравнению с анодным током в ламповых генераторах. В ламповых генераторах с независимым возбуждением импульсы анодного тока в сильно перенапряженном режиме раздваиваются. В транзисторах в этом режиме в течение части периода коллекторный ток имеет обратное направление.

С повышением частоты, когда начинают проявляться инерционные свойства транзисторов, форма импульсов коллекторного тока искажается, увеличивается его угол отсечки и появляются отрицательные выбросы. Это обусловлено конечным временем диффузии носителей тока в тело базы. Инерционность эмиттерного перехода также влияет на форму импульсов коллекторного тока. С увеличением частоты крутизна характеристики коллекторного тока уменьшается, что объясняется следующим. Коллекторный ток транзистора определяется главным образом напряжением на переходе . Однако, это напряжение при постоянной амплитуде входного напряжения с ростом частоты уменьшается и не совпадает по фазе с , поскольку и связаны коэффициентом передачи инерционной цепочки, состоящей из сопротивлений rб и rb и емкости Cб = Cэ +Cд, где rб - объемное сопротивление тела базы, rb- сопротив


ление, учитывающее ток рекомбинации неосновных носителей в области и ток основных носителей через эммиттерный переход, Сэ - барьерная емкость эмиттерного перехода, Cд - диффузионная емкость, отображающая накопление заряда в области базы ( Cд >>Cэ и на высоких частотах играет основную роль).


Эти элементы физической эквивалентной схемы транзистора, изображенной на рис.1.11 (схема с ОЭ), являются нелинейными, зависящими от токов и напряжений: сопротивление rb и диффузионная емкость Cд меняются с изменением коллекторного тока; барьерная емкость Cб зависит от напряжения на эмиттерном переходе. Коллекторная емкость транзистора Ск также зависит от напряжения на коллекторном переходе. Емкость Скэ, через которую ответвляется часть коллекторного тока, в схеме с общим эмиттером определяет обратную реакцию в транзисторе и низкое входное сопротивление.

На рис.1.12 приведены векторные диаграммы, иллюстрирующие работу транзистора в схеме с общим эмиттером на низких (а) и на высоких (б) частотах. На низких частотах время диффузии носителей, инжектируемых эмиттером в базу, значительно меньше периода колебаний и можно считать, что ток коллектора который образуется за счет диффузии носителей, и ток эмиттера синфазны. Ток базы образуется той частью носителей (в р-n-р транзисторах - дырок), которые рекомбинируют внутри базы. Ток совпадает по фазе с током и напряжением на переходе , которое синфазно с входным напряжением , но несколько меньше его:

.

На высоких частотах ток запаздывает относительно тока эмиттера из-за конечного времени распространения носителей в базе. При этом ток базы за счет рекомбинации с ростом частоты увеличивается, а ток коллектора уменьшается ( ). Уменьшение коллекторного тока обусловлено еще и тем, что его часть ответвляется через коллекторную емкость Ск. Если принять входное напряжение постоянным то, как видно из рис.1.11б,, c ростом тока растет синфазное с ним напряжение , при этом напряжение на переходе уменьшается, что также приводит к уменьшение коллекторного тока. Из ри рис.1.11б также видно, что входное сопротивление транзистора в схеме с общим эмиттером на высоких частотах имеет емкостный характер (в схеме с общей базой оно имеет индуктивный характер).

Инерционные свойства эмиттерного перехода характеризуют параметром fs - частотой, при которой модуль крутизны транзистора падает в раз по сравнению с низкочастотным значением. Принято считать, что на частотах можно пренебрегать инерционными свойствами транзисторов.

Одной из главных особенностей транзисторов является существенная нелинейность их межэлектродных ёмкостей. Наибольшее влияние на работу схемы генератора оказывает емкость коллекторного перехода Ск , величина которой для различных транзисторов лежит в пределах от 2 до 50 пФ. В схеме с общим эмиттером, которая чаще всего используется в генераторах из-за максимального коэффициента усиления по мощности, емкость Ск часто вызывает самовозбуждение, особенно при параллельном питании цепи базы и коллектора. Для устранения самовозбуждения обычно используют антипаразитные резисторы. Нелинейность емкости, которая входит в емкость коллекторного контура, может привести к искажению частотной характеристики контура, что ухудшает его фильтрующие способности. Для борьбы с этим явлением обычно использует частичное включение транзистора в емкостную ветвь выходного контура.

Эквивалентные схемы выходных цепей генераторов на лампах и на транзисторах, несмотря на инерционные свойства последних, оказываются практически одинаковыми. При не очень резко выраженных инерционных свойствах сохраняется и подобие форм импульсов коллекторного и анодного токов в перенапряженном режиме, а также нагрузочных характеристик. Однако, полного подобия нагрузочных характеристик генераторов на транзисторах и на лампах нет. Для анализа зависимости коллекторного тока и режима работы транзисторного генератора от напряжений на базе может быть использована изображенная на рис. 1.6б эквивалентная схема для лампового генератора.

Устройства генерирования и формирования радиосигналов


*****
Новосибирск © 2009-2017 Банк лекций siblec.ru
Лекции для преподавателей и студентов. Формальные, технические, естественные, общественные, гуманитарные, и другие науки.