Частотные свойства биполярных транзисторов.

Рис.34. АЧХ коэффициента передачи тока эмиттера в цепь коллектора — a.

На способность биполярного транзистора работать на разных частотах оказывают большое количество конструктивных и физических параметров.

Так каждый вывод транзистора, являющийся проводником, обладает собственной индуктивностью, являющейся для транзистора паразитной.

Наличие такой индуктивности приводит к ухудшению свойств транзистора. Поэтому для транзисторов в зависимости от их назначения применяют различные технологические и конструктивные мероприятия с цель получения требуемых частотных свойств при сохранении приемлемой стоимости. Помимо паразитных реактивных элементов (индуктивности и емкости) ряд параметров транзисторов (a и b) изменяют свои значения в зависимости от частоты сигнала. Коэффициент a является функцией частоты сигнала и отображается выражением , где: a0 — значение коэффициента на нулевой частоте, w — текущая частота, wa — частота полюса, граничная частота коэффициента передачи тока эмиттера в цепь коллектора.

Как видно из рисунка 34 на частоте wa (к=w/wa=1) график имеет точку перегиба. Из рассмотрения уравнения и рисунка приходим к выводу: начиная с нулевой частоты до частоты полюса коэффициент a остается постоянным, на частоте полюса имеем излом и график далее идет с наклоном -20дБ/дек. То есть, если подается сигнал с частотой более частоты полюса, реальное значение коэффициента уменьшается.

Точно так же для схемы включения с общим эмиттером коэффициент передачи тока базы в цепь коллектора b определяется соотношением, , из которого видно, что, начиная с нулевой частоты и до частоты полюса значение коэффициента неизменно и равно b₀. На частоте полюса характеристика имеет перегиб с углом наклона -20дБ/дек.

Рис. 35 АЧХ коэффициента b.

На рисунке 35 показана АЧХ коэффициента передачи тока базы в цепь коллектора (b), на котором хорошо видно перегиб характеристики на частоте полюса (к = w/wb = 1), при этом b0 = 400. На этой характеристике появляется еще одна характерная точка wt — частота, при которой значение коэффициента становится равным 0[дБ], что в отношениях равно 1, и поэтому эта частота носит название — частота единичного усиления.

Учитывая, что часто в справочной литературе даются значения постоянных времени ta и tb. Частоты полюсов характеризуют один и тот же транзистор при различных включениях и поэтому они связаны между собой соотношением или . Эти выражения показывают, что частотные свойства схем с общим эмиттером хуже, чем схем с общей базой.

В качестве частотных (временных) параметров транзисторов приводят постоянную времени цепи базы — , где — дифференциальное сопротивление базы, Ск — емкость коллектора. Влияние этой постоянной определяется выражением для тока коллектора, , из которого видно, что имеется два полюса: один равен граничной частоте a, а другой определяется постоянной цепи базы. Однако постоянная времени цепи базы не только корректирует коэффициент передачи тока. Важное значение этого параметра состоит в том, что она обуславливает обратную связь, так как через емкость коллектора Ск и сопротивление базы rб часть коллекторного напряжения подается на вход транзистора. С ростом частоты обратная связь усиливается и на граничной частоте wб коэффициент передачи цепочки rб, Ск составляет 0,7, т.е. происходит дополнительное уменьшение значения передаточной функции. Таким образом, видим, что биполярный транзистор имеет ограничения при работе на высоких частотах, и поэтому предпринимаются различные конструктивные и технологические мероприятия для разработки транзисторов работающих на высоких и сверхвысоких частотах. Однако нужно учитывать, что существенные ограничения по частоте наиболее часто определяются не транзисторами а схемами в которых используются транзисторы.

Составные транзисторы.

Рис.36.Составной транзистор — схема Дарлингтона.

 

В зависимости от назначения транзистора меняется его конструкция. Так транзисторы, рассчитанные на работу с большими рассеиваемыми мощностями имеют большие площади p-n переходов и относительно большую толщину слоев, а это приводит к малым значениям коэффициента b. С целью улучшения характеристик мощных транзисторов были разработаны так называемые составные транзисторы. Один из вариантов такой разработки — схема Дарлингтона приведена на рис.36.

Схема состоит из двух транзисторов: первый транзистор малой или средней мощности, а второй — большой мощности. Схема имеет три вывода, что соответствует выводам обычного транзистора, они на рисунке имеют соответствующие обозначения. Анализируя схему, запишем:

dIб = dIб1,

dIэ1 = dIб2 = (1+b1)dIб1,

dIк = dIк1+ dIк2 = b1*dIб1+ b2[(1+b1)dIб1].

Учитывая, что для всей схемы dIк/dIб = bå, получаем

bå = b1+b2+b1*b2. Для схемы включения с общим эмиттером остальные параметры: , и .

Лекция 6