Частотные свойства биполярного транзистора

Частотные свойства определяют диапазон частот синусоидального сигнала, в пределах которого прибор может выполнять характерную для него функцию преобразования сигнала. Принято частотные свойства приборов характеризовать зависимостью величин его параметров от частоты. Для биполярных транзисторов используется зависимость от частоты коэффициента передачи входного тока в схемах ОБ и ОЭ h_21Б и h_21Э. Обычно рассматривается нормальный активный режим при малых амплитудах сигнала в схемах включения с ОБ и ОЭ.

В динамическом режиме вместо приращения токов необходимо брать комплексные амплитуды, поэтому и коэффициенты передачи заменяются комплексными (частотно зависимыми) величинами: h_21Б и h_21Э.

Величины h_21Б и h_21Э могут быть найдены двумя способами:

-решением дифференциальных уравнений физических процессов и определением из них токов;

-анализом Т- образной эквивалентной схемы методами теории электрических цепей.

Во втором случае h_21Б и h_21Э будут выражены через величины электрических элементов схемы. Мы проведем анализ частотных свойств коэффициентов передачи, используя Т -образную линейную модель (эквивалентную схему) n-р-n транзистора (рис. 3.10 и 3.11).

На частотные свойства БТ влияют С_Э, С_К и r_ББ, а также время пролета носителей через базу t_Б.

Нет надобности рассматривать влияние на частотные свойства транзистора каждого элемента в отдельности. Совместно все эти факторы влияют на коэффициент передачи тока эмиттера h_21Б, который становится комплексным, следующим образом:

_, (3.33)

где h_21Б0 - коэффициент передачи тока эмиттера на низкой частоте, f - текущая частота, f _{h 21Б} - предельная частота.

Модуль коэффициента передачи тока эмиттера равен:

. (3.34).

Нетрудно заметить, что модуль коэффициента передачи h_21Б на предельной частоте f _{h 21Б} снижается в раз.

Сдвиг по фазе между входным и выходным токами определяется формулой

. (3.35)

Для схемы с ОЭ известно соотношение

(3.36).

Подставляя (3.33) в (3.36) получим

, (3.37),

где .

Модуль коэффициента передачи тока базы будет равен

. (3.38).

Как видно, частотные свойства БТ в схеме ОЭ значительно уступают транзистору, включенному по схеме с ОБ.

Граничная частота f_ГР - это такая частота, на которой модуль коэффициента передачи h_21Э =1. Из (3.38) получим, что f_ГР »f_h21Э × h_21Э0.

Транзистор можно использовать в качестве генератора или усилителя только в том случае, если его коэффициент усиления по мощности К_P >1. Поэтому обобщающим частотным параметром является максимальная частота генерирования или максимальная частота усиления по мощности, на которой коэффициент усиления по мощности равен единице. Связь этой частоты с высокочастотными параметрами определяется выражением

(3.39).

где f_h21Б - предельная частота в мегагерцах;

r_ББ - объемное сопротивление в Омах;

C_К - емкость коллекторного перехода в пикофарадах;

f_МАКС - в мегагерцах.