Дата последнего обновления файла 23.12.2012

Эффект Миллера

Важнейшей характеристикой любого усилителя является его частотная характеристика. Одним из основных параметров усилителя, определяющим его частотные характеристики, является входная емкость усилителя. Эта емкость в транзисторном усилителе обычно складывается из нескольких емкостей. В усилителе на биполярном транзисторе, схема которого приведена на рисунке 1, входная емкость образуется параллельным соединением емкостей коллекторного и базового p-n переходов.


Рисунок 1. Емкости p-n переходов в простейшем усилителе на биполярном транзисторе

На этом рисунке емкость базового перехода обозначена Cбэ, а емкость коллекторного перехода обозначена Cкб. Для того, чтобы оценить только частотные характеристики усилительного каскада, транзистор заменяют эквивалентной схемой. Эквивалентная схема транзистора приведена на рисунке 2.


Рисунок 2. Эквивалентная схема транзистора

Исходя из эквивалентной схемы, приведенной на рисунке 2, частотные свойства усилительного каскада, собранного на транзисторе можно описать RC цепочкой, сопротивление которой будет состоять из последовательного соединения выходного сопротивления предыдущего каскада усиления (или выходного сопротивления источника сигнала) и входной емкости последующего каскада усиления.

Если бы напряжение на выходе транзистора соответствовало нулевому напряжению, то входной ток транзистора определялся суммой токов через емкости Cкб и Cбэ. В этом случае входную емкость можно было бы заменить параллельным соединением этих емкостей. На самом деле напряжение на выходе усилительного прибора в коэффициент раз больше входного напряжения и противоположно по знаку. Это напряжение прикладывается к обкладкам емкости Cкб В результате ток через эту емкость будет в коэффициент усиления раз больше, что эквивалентно увеличению емкости в соответствующее число раз. Это явление получило название "эффект Миллера". Значение входной емкости транзистора с учетом эффекта Миллера можно определить по следующей формуле:

Как это уже было упомянуто выше, входная емкость определяет частотную характеристику транзисторного каскада усиления. Поэтому увеличение входной емкости усилительного каскада за счет эффекта Миллера приводит к резкому ухудшению частотных характеристик инвертирующего усилителя. Это вызывает необходимость борьбы с эффектом Миллера при помощи различных схемотехнических решений.

Обычно для борьбы с эффектом Миллера применяются усилители с коэффициентом усиления по напряжению Ku, равным единице. Коэффициент усиления данных каскадов по току естественно должен быть значительно больше единицы. В качестве подобных каскадов можно назвать схему включения с общим коллектором и с общим эмиттером, работающим на сопротивление нагрузки, равное Rн = 1/Sоэ. Для полевых транзисторов это будут схемы включения с общим стоком и общим истоком, соответственно.

Подавление эффекта Миллера при помощи схемы с общим коллектором (эмиттерного повторителя) применяется обычно в схемах операционного усилителя. В этих схемах одновременно с уменьшением входной емкости увеличивается входное сопротивление эмиттерного повторителя, что позволяет увеличить коэффициент усиления предыдущего каскада до значения в несколько тысяч раз. Пример схемы с подавлением эффекта Миллера при помощи эмиттерного повторителя приведен на рисунке 3.


Рисунок 3. Принципиальная схема с подавлением эффекта Миллера при помощи эмиттерного повторителя

В данной схеме эффект Миллера подавляется для каскада, собранного на транзисторе VT2. В результате частотная характеристика усилителя напряжения, собранного на транзисторе VT1 будет определяться высоким выходным сопротивлением этого каскада и малой входной емкостью следующего каскада, собранного на транзисторе VT2.

В высокочастотных схемах усилителей радиочастоты большее распространение получили схема подавления эффекта Миллера ОЭ-ОБ, получившая особое название — каскодная схема. Подобная схема приведена на рисунке 4.


Рисунок 4. Каскодная схема подавления эффекта Миллера

В данной схеме через каскады ОЭ и ОБ протекает один и тот же ток, поэтому входное сопротивление каскада с ОБ будет обратно пропорционально крутизне каскада с общим эмиттером. Коэффициент усиления по напряжению первого каскада определяется произведением крутизны на сопротивление нагрузки, а следовательно в данном случае будет равен единице. Первый каскад, собранный по схеме с ОЭ будет усиливать входной сигнал только по току. Коэффициент усиления по напряжению всей схемы в целом будет определяться каскадом с ОБ, собранным на транзисторе VT1. А так как первый каскад усилением по напряжению не обладает, то эффект Миллера в данной схеме не проявляется.

Следует отметить, что эффект Миллера проявляется не только в транзисторных усилителях, но и в любых инвертирующих усилителях. При этом увеличение входной емкости может быть как нежелательным, так и полезным свойством. В качестве примера можно привести схему интегратора, выполненую на операционном усилителе. Интегратор на операционном усилителе, использующий эффект Миллера, приведен на рисунке 4.


Рисунок 5. Принципиальная схема интегратора на операционном усилителе

В данной схеме интегратора величина емкости C увеличивается в коэффициент усиления раз. Для операционного усилителя это может быть до 50000 раз! В результате в схеме интегратора для реализации функции интегрирования можно вместо нестабильных электролитических конденсаторов применить малогабаритный и дешевый керамический конденсатор.

Литература:

  1. В. Л. Шило "Линейные интегральные схемы в радиоэлектронной аппаратуре" М., "Радио и связь" 1987
  2. П. Хоровиц У. Хилл "Искусство схемотехники" М., "Мир" 1998

Вместе со статьей "Эффект Миллера" читают:

Коллекторная стабилизация Характеристики электронных устройств во многом определяются режимом работы транзистора...
http://digteh.ru/Sxemoteh/ShTrzKask/KollStab/

Эмиттерная стабилизация Для стабилизации режима работы транзистора применяется отрицательная обратная связь по постоянному току...
http://digteh.ru/Sxemoteh/ShTrzKask/EmitStab/


Автор Микушин А. В. All rights reserved. 2001 ... 2017

Предыдущие версии сайта:
http://neic.nsk.su/~mavr
http://digital.sibsutis.ru/

Поиск по сайту сервисом Яндекс

Поиск по сайту сервисом ГУГЛ

пЕИРХМЦ@Mail.ru


Rambler's Top100