Транзистор - немного теории, попытка собрать факты

Предлагаю вместе сделать небольшую сборку теории по биполярным транзисторам, не сильно углубляясь в математику, вариант инженера

Если будет интерес, можно будет дополнить и развить тему

Всё написанное внизу - как я вижу тему на данный момент, не вдаваясь сильно в теорию
100% точность не гарантирую, точно ошибаюсь где-то...поэтому буду рад исправлениям и дополнениям.
------------------------------------------------------------------------------------------------------
сначала Немного теории
а) �зменение напряжения Vbe приводит к изменению Ic.
Конечно точнее будет: �зменение базового тока приводит к изменению Ic. A уже Ib пропорционален e^Vbe. ( число е в степени Vbe)
К этому подойдём позже, сейчас достаточно приближения из пункта а) . Оно на 100% подходит к полевым Тр.

Основной параметр этого изменения - крутизна gm
gm = delta(Ic)/delta(Vbe). ..... поделим числитель и знаменатель на delta Ib - получим : gm = hFE/rbe (т.к. отношение Ic к Ib - токовое усиление, Vbe/Ib = динамич. сопротивление база-эмиттер)

также gm ~ Ic/Vt
крутизна пропорциональна току колектора и обр.проп. температурному напряжению. Vt = kT/q ( две константы и температура)

б) теперь залезем немного глубже и посмотрим внутреннюю структуру транзистора (опять же, инженерный вариант)


нарисовано немного криво, справа вход, слева выходное напряжение (Vо)
Что мы видим:
Rs - сопротивление источника (s - source) Re - емит. сопротивление
Тут упущены сопротивления тел базы и эмиттера, для упрощения предположим что они включены в Rs и Re соответственно.

� ещё есть динамические импедансы переходов (Zbe, Zcb, Zce). т.е. они не омические и зависят от напряжений и токов.
В зависимости от включения (величины Rs, Re) мы имеем разные входные и выходные динамические сопротивления.
Позже можно пройтись по всем включениям (ОК, ОЭ, ОБ) и посмотреть их импедансы.
Будет понятней, почему например ОБ является более линейным I-V преобразователем (усил.напряжения), чем ОЭ
продолжение следует....

Это сообщение отредактировал ДмитрийЗл - 11.02.2014 - 16:19

Механизмы нелинейности транзистора.
Хочу пока выделить три
1) нелинейность вызванная изменением крутизны
2) изменением выходного импеданса транзистора
3) нелинейность входного тока транзистора ... ток базы вызывает падение напражения на сопротивлении источника - почти отсутствует (по понятным причинам) у полевиков
Список надо будет дополнить.

Теперь по отдельности:
1) изменение крутизны.
Мы знаем, что она зависит от Ic (и температуры, но это пока не рассматриваем).
Предположим, входной сигнал изменил ток коллектора на 10%. �з-за этого крутизна тоже изменится на 10%!! (не совсем точно, версия инженера, не математика :-) )
Т.е. имеем приближенно квадратичную зависимостъ (рассматривая только этот механизм).

Посмотрим с другой стороны
gm = hFE/rbe
т.е крутизна зависит от rbe (который обратнопропорционален Ic) и беты(h21). А h21 тоже не константа и зависит от Ic (хоть и в меньшей мере, чем rbe)
В общем, выходит не совсем квадратичная зависимость , особенно на участках с сильным изменением беты

можно обобщить: чем больше амплитуда тока коллектора, тем выше его нелинейность.

2) выходной (колекторный) динамич. импеданс транзистора. ...(в идеале - линеен и бесконечно велик)
Эфективно расположен || сопротивлению нагрузки
поэтому изменения Ic приводят к нелинейности выходного напряжения (падение Ic на нелинейном Zout)
В западной литературе тут часто используется термин "early effect".

Чем выше амплитуда выходного напряжения, тем "кривей" выходной импеданс, тем выше искажения.
Zout сильно различается во включениях ОБ, ОЭ (смотрим картинку выше).
Например при ОБ ~ Zcb а при ОЭ ~ Zce||(Zcb/(1+h21)). Думаю, уже ясно, какой из них будет больше и линейней

3) базовый ток.
нелинейность h21 приводит к "кривому" Ib.
этот базовый ток падает на сопротивлении источника и генерирует "кривое" входное напряжение.
Эфект небольшой, особенно с низким сопротивлением источника.
Сильно влияет при нелинейной бете и/или высоком импедансе источника.

-------------------------------------------------------------------------------------------------

Зная это, можно выбрать для отдельных каскадов усилителя оптимальные включения и рабочие режимы... и минимизировать его искажения.
Например входной каскад лучше делатъ с константной крутизной (уменьшая 1. механизм искажений) и делать его с токовым выходом (V-I converter), достигая минимального изменения выходного напряжения (уменьшая 2. механизм искажений).

УН (I-V converter) лучше нагружать на высокое сопротивление (уменьшаем ток коллектора, механизм 1) и использовать каскод (ОБ с бОльшим, более ровным Zout) (мех. 2)
а ещё лучше следящий каскод ( гуглим Hawksford enhanced cascode).
A ещё лучше двухтактным или дифференциальным (gm~constant), со следящим каскодом

Выходной каскад - уменьшаем сопротивление источника и выбираем режим транзисторов с линейным hfe. (механизм 3) , пытаемся линеаризовать крутизну каскада (двухтактное включение с правильным током покоя) (механизм 1)... ну итд

если есть интерес, можно расписать подробней по каскадам, что и как

Это сообщение отредактировал ДмитрийЗл - 11.02.2014 - 21:50

ДмитрийЗл , чуток скомкано конечно, но для тех, кто не первый раз видит транзистор на схеме, вполне себе ничего.
А у меня вопрос... вот граничная частота, она для схемы с общим эмиттером определяется, так ведь? Там есть емкость Миллера. Это значит, что в схеме с ОК и ОБ Fгр будет по крайней мере на порядок больше, я правильно рассуждаю?

Это сообщение отредактировал Юрий Сергеевич - 11.02.2014 - 19:54

ага, прочитал сейчас сам - бардак однако

У ОЭ ёмкость миллера Ccb образует обратную связь (с выхода на вход), у ОБ -вообще нет ОС ... ОБ гораздо широкополоснее.
ОК - не уверен...эффект oт ёмкости миллера в ОЭ уменьшается на (1+ gm*Re) при введении емитерного сопротивления

Как точно это будет в ОК - надо будет посмотреть
---------------------------------------------------------------
Р°.. РІРѕС‚.
Ёмкость Миллера умножается на усиление напряжения транзистора.
т.е. если ОЭ - усиливает напряжение, то эфективно увеличивается эффект от Cmiller.
У ОК точно нет усиления напрж., поэтому нет и умножения этой ёмкости

Это сообщение отредактировал ДмитрийЗл - 11.02.2014 - 21:40

Да нет, всё отлично, просто человек попытался конкретизировано и сжато скомпоновать основные аспекты своих навыков в конкретной области. Обычное дело, что их в итоге оказывается не так уж и много, да и вяжутся они между собой тоже несколько сумбурно. Это нормально. У многих, наверное, вышло бы похожим образом...

�МХО тогда про усилитель лучше сделать отдельную тему, чтобы путаницы не стало ещё больше. � попробовать организовать работу над ним среди участников, то есть каждый что-то знает и умеет это своё лучше, чем остальные. � могли бы заниматься каждый по-блочно, придя в конце концов, к законченному общему решению, чего очень трудно добиться одному человеку. Потом в идеале было бы всё это собрать из готовых блоков и испытать комплексно...
Далее. Каждый из описанных способов не решает проблему нелинейности передачи каскада целиком, а лишь один какой-то пункт из перечисленных, хотя понятно, что они применяются каждый на своём месте, где больше всего данное свойство проявляется. Однако убирается одна нелинейность, -оставляется другая, а в некоторых случаях, наоборот, одна нелинейность может немного "выпрямлять" другую. Но самое главное, чтобы все принятые по линеаризации меры в итоге не навредили звучанию, т.е. остались нейтральными для ушей.

Это сообщение отредактировал ZAQ - 12.02.2014 - 12:49

Присоединённый файл ( Кол-во скачиваний: 15 )
 Electronics_4.pdf