Особенности расчета частоты отсечки мощного БТ

Предельная частота (частота отсечки) БТ – частота, на которой модуль коэффициента усиления по току в режиме короткого замыкания схемы с ОЭ равен 1, – определяется как

, (3.64)

где – суммарное время задержки сигнала, характеризующее последовательные фазы движения носителей от эмиттера к коллектору,

, (3.65)

В квазинейтральных областях эмиттера и коллектора механизм проводимости подобен проводимости в металлическом проводнике n-типа со временем максвелловской релаксации:

.

Для типовых значений и величина лежит в пределах с и в выражении (3.65) не учитывается.

Время установления напряжения на эмиттерном переходе равно постоянной времени

, (3.65)

где , – дифференциальное сопротивление и емкость обедненного слоя эмиттерного перехода; – паразитные емкости, связанные с базовым выводом.

Чаще всего при расчете величины это время определяется как ; учитывается в основном в микрорежиме, так как величина обратно пропорциональна эмиттерному току.

Время задержки в области базы определяется временем установления стационарного заряда или градиента концентрации . Минимальное значение времени задержки имеем при управлении транзистора эмиттерным током (схема с ОБ), и оно равно времени пролета . Для транзистора с равномерно легированной базой , а для дрейфового транзистора с линейным распределением примеси ,

где – дрейфовый коэффициент.

Для транзистора с произвольным примесным профилем в базе

.

Диффузионная емкость эмиттера записывается как

.

Учитывая выражение (3.45) и полагая, что , и , получим

.

Следовательно, окончание зарядки диффузионной емкости эмиттера через дифференциальное сопротивление сигнализирует об окончании формирования коллекторного импульса тока. Моделирование диффузионного процесса с помощью позволяет получить простые выражения для некоторых характеристических частот транзистора.

В схеме с ОБ для цепи заряда емкости (рис. 3.27) справедливы отношения

и . (3.67)

Рис.3.27. Схема, моделирующая диффузионный механизм передачи тока

Электронный ток инжекции эмиттера связан с коллекторным током известным соотношением ; подставляя значение в (3.67), получим

, (3.68)

где – граничная частота в схеме с ОБ или частота, на которой модуль коэффициента передачи тока эмиттера уменьшается в раз по сравнению со своим низкочастотным значением. Это соотношение легко получить из амплитудно-частотной характеристики выражения (3.66)

.

Из (3.68) видно, что при

Используя (3.66) для схемы с общим эмиттером, можно записать

(3.69)

где, с учетом (3.69), – граничная частота в схеме с ОЭ или частота, на которой модуль коэффициента передачи тока базы уменьшается в раз по сравнению со своим низкочастотным значением.

В кремнии, а тем более в арсениде галлия подвижность электронов велика, поэтому средняя длина свободного пробега будет того же порядка или больше ширины обедненной области р-n-перехода. В этом случае электроны (дырки) будут проходить ОПЗ со скоростью, близкой к скорости насыщения см/с, а время пролета можно рассчитать как .

Так как эмиттер и база около эмиттера сильно легированы, а эмиттерный переход смещен в прямом направлении, то ширина мала и время пролета можно не учитывать.

Иногда учитывается время пролета носителей через коллекторный переход

.