8.1.3. y-параметры усилительного элемента на транзисторах по каскодной схеме общий эмиттер - общая база

Известно, что транзистор при включении по схеме с ОЭ обладает значительной внутренней обратной связью. Это затрудняет создание широкополосных транзисторных усилителей, т. к. эффективных методов широкополосной нейтрализации проходной проводимости нет. Поэтому при создании широкополосных усилителей часто используют каокодные - схемы, состоящие, как правило, из двух соединенных определенным образом транзисторов. Хорошими усилительными свойствами и широкополосностью обладает каскодная схема типа ОЭ-ОБ. Как показано в [55], каскодная схема ОЭ-ОБ имеет внутреннюю обратную связь на 2-3 порядка меньше, чем схема с ОЭ. Для улучшения параметров усилительного элемента следует в цепь эмиттера транзистора с ОЭ включить сопротивление эмиттерной противосвязи (рис 8.2).

Получение точных выражений y-параметров каскодной схемы (y_ijк) ОЭ-ОБ с эмиттерной противосвязью в первом транзисторе с учетом индуктивностей и емкостей выводов транзисторов путем непосредственного решения системы уравнений относительно входного и выходного токов соединений транзисторов практически невозможно и нецелесообразно. Поэтому, пренебрегая обратной связью в транзисторе по схеме с общей базой в диапазоне частот ω ≤ 0,5ω_т, можем выразить y-параметры каскодной схемы ОЭ-ОБ через параметры схемы с ОЭ и схемы с ОБ:

При этом транзисторы с ОЭ и ОБ считаются одинаковыми.

Таким образом, входная проводимость и проводимость прямой передачи каскодной схемы ОЭ-ОБ определяются в основном соответствующими проводимостями транзистора с ОЭ, а выходная - выходной проводимостью транзистора с ОБ. Как показано в работе [54] на основании анализа результатов расчета на ЭВМ y-параметров транзистора с ОЭ и каскодной схемы ОЭ-ОБ с учетом индуктивностей и емкостей выводов транзисторов, выражения (8.13) - (8.15) целесообразно использовать для анализа УРУ до частот (0,4-0,5) f_т. На частотах больших 0,5f_т каскодная схема ОЭ-ОБ практически теряет свое основное преимущество - малую обратную проходную проводимость по сравнению со схемой ОЭ.

На основании (8.13) - (8.15) получим выражения y-параметров каскодной схемы с эмиттерной противосвязью с учетом индуктивностей эмиттерного и базового выводов транзисторов [54]. Подставив в (8.13), (8.14) выражения (8.5), (8.7) с учетом (8.1), можно получить выражения для y_11к и y_21k, которые окажутся достаточно сложными. Однако в диапазоне частот y < 0,5, где справедливы эквивалентные схемы рис. 8.1 и 8.2, выражения (8.13), (8.14) можно существенно упростить без заметного уменьшения точности расчетов.

В указанном диапазоне частот влиянием емкостей С_к и С_к2 на y^L_11э и y^L_11э можно пренебречь [501. Кроме того, для современных транзисторов ω_тτ_к << 1. С учетом этих допущений выражения (8.13), (8.14) приводятся к виду

где

Согласно (8.15) параметр y_22к приблизительно равен h_22б, определяемому при разомкнутом входе второго транзистора с ОБ. Поэтому выходная проводимость носит емкостной характер, а С_22к = С_к. Полученные выражения (8.16), (8.17) для случая R_oс = 0 и yβ₀ >> 1 полностью совпадают с соответствующими выражениями, приведенными в [50].

Для анализа АЧХ каскада УРУ в дальнейшем потребуется знать активную и реактивную составляющие y_11к, а также модуль y_21к.

Полагая дополнительно β₀R_1к >> ω_тL_Σ, из выражений (8.16), (8.17) получим

Как видно из уравнений (8.19) - (8.25), активная и реактивная составляющие входной проводимости, модуль проводимости прямой передачи каскодной схемы ОЭ-ОБ являются достаточно сложными функциями параметров транзистора, его режима, индуктивностей выводов, обратной связи и частоты. Емкостной характер входной проводимости на высоких частотах в результате влияния индуктивностей вводов может измениться на индуктивный. Поэтому целесообразно работать на таких частотах и при таких величинах R_oc, при которых емкостной характер входной проводимости сохраняется.

Рис. 8.3. Зависимости C_11к/С_11ко (________) и R_11к/100 Ом (- - -) от нормированной частоты:

Рис. 8.4. Зависимости Y_к от нормированной частоты при различных значениях R_oc: 10 Ом (1), 15 Ом (2), 20 Ом (3), 25 Ом (4)

Проиллюстрируем частотные зависимости Y_к, R_11к и С_11к на конкретном примере транзистора ГТ-330, используя следующие величины параметров: f_т = 1500 МГц, r_э = 5 Ом, β₀ = 50, r_б = 20 Ом, L_э,б = 4 нГ^* при дискретном изменении сопротивления R_oc = 10, 15, 20 и 25 Ом (рис. 8.3 и 8.4). Как видно из графиков, частотные зависимости сильно выражены и могут существенно влиять на характеристики каскада РУ. Увеличение сопротивления обратной связи приводит к росту R_11к и к уменьшению крутизны спада С_11к и |y_21к|. При этом С_11к0 и |y_11к0| уменьшаются.

^* (Величины индуктивностей L_э и L_б несколько увеличены по сравнению со значениями, указанными в табл. 8.1, поскольку в реальной схеме длина выводов более, чем 2 мм. )