Частотные свойства биполярных транзисторов

С ростом частоты входного сигнала усилительные свойства транзистора ухудшаются. Причинами этого являются:

· Конечная скорость пролета НЗ через базу и толщина базы.

· Влияние емкости коллекторного перехода .

· Влияние паразитных межэлектродных емкостей и паразитных индуктивностей выводов транзистора.

Рассмотрим первую причину.

Конечная скорость пролета НЗ через базу и толщина базы являются причиной запаздывания тока коллектора по сравнению с током эмиттера (НЗ, испускаемые эмиттером, не могут мгновенно достичь коллектора, т.к. им нужно некоторое время, чтобы пролететь слой базы).

а)Рассмотрим низкие частоты (НЧ).

I_Э, I_К

I_Э

I_К

0 t

t_ПР

T

- время пролета НЗ через базу (время запаздывания)

- период входного сигнала

По графику видно, что (*)

Определим фазовый сдвиг между током эмиттера и током коллектора:

. Учитывая выражения и , получим:

, т.к. (вытекает из неравенства *).

Векторная диаграмма:

I_Э

Фазовый сдвиг между током эмиттера и током

I_К коллектора , т.е. токисинфазны.

Ток базы находится, как алгебраическая разность:

I_Б

 

б)Рассмотрим высокие частоты (ВЧ). С ростом частоты входного сигнала период и время пролета становятся соизмеримыми, поэтому между током эмиттера и током коллектора появляется фазовый сдвиг.

 

 

I_Э, I_К

I_Э

I_К

0 t

t_ПР

Т

Векторная диаграмма:

I_Б

I_Э Здесь

I_К Ток базы будет равен не алгебраической, а

геометрической разности: ,

поэтому он значительно увеличен по сравнению

с низкими частотами, а, следовательно, ток коллектора - уменьшен.

Определим коэффициент передачи тока базы в коллектор:

Но - коэффициент усиления по току.

Таким образом, на ВЧ усилительные свойства транзистора ухудшаются.

Граничные частоты транзисторов:

На ВЧ происходит уменьшение не только коэффициента , но и коэффициента . Причем, уменьшается гораздо слабее, чем :

;

Принято считать допустимым уменьшение коэффициентов и в раз по сравнению с их максимальными значениями.

Частоты, на которых происходит снижение и в раз по сравнению с их максимальными значениями, называются граничными частотами и .

- граничная частота транзистора ОБ;

- граничная частота транзистора ОЭ.

 

α

αо

0,707 αо

β

f

0 f

Очевидно: . На практике считают:

 

Таким образом, транзистор ОБ является более высокочастотным, чем транзистор ОЭ.

 

Способы уменьшения времени пролета НЗ через базу

Время пролета НЗ через базу определяется: , где

- толщина базы;

- скорость пролета НЗ через базу.

Таким образом, чем тоньше база и выше скорость пролета НЗ через нее, тем меньше время пролета, меньше фазовый сдвиг между и и лучше усилительные свойства транзистора.

Время пролета уменьшают:

· делая базу очень тонкой, но при тонкой базе необходимо снижать выходное напряжение, чтобы при расширении КП не произошло смыкание коллектора с эмиттером (“прокол базы”).

· используя транзисторы n-p-n проводимости. Электроны обладают бо́льшей подвижностью, чем дырки, следовательно, время пролета их через базу будет меньше. Таким образом, транзисторы n-p-n проводимости более высокочастотны, чем транзисторы p-n-p проводимости.

Влияние емкости коллекторного перехода С_К на усилительные свойства транзистора - См. эквивалентную схему транзистора стр.52-53.

 

Влияние паразитных межэлектродных емкостей и индуктивностей выводов на усилительные свойства транзистора

Эквивалентная схема транзистора с учетом межэлектродных емкостей и индуктивностей выводов выглядит:

С ростом частоты входного сигнала реактивные сопротивления межэлектродных емкостей уменьшаются (), и через них начинают течь токи, не участвующие в усилении, т.е. ухудшаются усилительные свойства транзистора.

С ростом частоты входного сигнала реактивные сопротивления индуктивностей выводов растут (), следовательно, растет и падение полезного напряжения на них, что приводит к нежелательным потерям полезного сигнала, т.е. к ухудшению усилительных свойств транзистора.

Таким образом, наличие межэлектродных емкостей и индуктивностей выводов приводит к ухудшению усилительных свойств транзистора на ВЧ.