Частотные свойства транзисторов

 

С увеличением частоты усилительные свойства транзистора ухудшаются: уменьшается усиление, появляются амплитудные и фазовые искажения. Это происходит в основном по двум причинам.

Первая причина заключается в конечном времени пролета носителей через базу, т.е. инерционность диффузионного процесса, обусловливающего движение неосновных носителей заряда из эмиттера через базу к коллектору.

Второй причиной, ухудшающей усилительные свойства транзистора с увеличением частоты, является наличие барьерной емкости коллекторного перехода и диффузионной емкости эмиттерного перехода.

На рис. 6.6 показана зависимость коэффициента передачи токов a и b от частоты. Видно, что при повышении частоты b уменьшается значительно сильнее, чем a, т.е. схема с ОБ обладает лучшими частотными свойствами.

Уменьшение коэффициентов передачи токов a и b в раз или до 0,707 (приблизительно на 3дБ) по сравнению со значениями a _о и b _о на низких частотах принято считать граничными изменениями. Частоты, на которых a = 0,707 a _о и
b = 0,707 b _о, называются предельными частотами усиления для схем с ОБ и ОЭ и обозначаются соответственно f _a и f _b .

Соответственно, если a = h _{21 б} , а b = h _{21 э} , обозначение может быть f _{21 б} и f _{21 э} . Предельная частота коэффициента усиления с ОБ f _a приблизительно может быть определена по формуле

,

 

где D – коэффициент диффузии инжектируемых в базу носителей, W – толщина базы.

 

0,707

Рис. 6.6. Зависимость коэффициентов передачи токов  для схем с ОБ и ОЭ от частоты

 

Для схем с ОЭ b = a / (1 – a), поэтому незначительное изменение коэффициента a приведет к существенному изменению коэффициента b. Например, если a = 0,99, тогда
b = 100. На предельной частоте a = 0,99 /  = 0,7; b = 0,7   (1 – 0,7)» 2,3, что соответствует уменьшению b в 100 / 2,3» 43 раза, т.е. предельная частота в схеме с ОЭ примерно в b раз ниже, чем в схеме с ОБ.

Зачастую для транзисторов в качестве параметров дается граничная частота f_гр (применяют также обозначение f _т), для которой модуль коэффициента прямой передачи тока транзистора в схеме с ОЭ становится равным единице (рис. 6.7), т.е. | h _{21 э} | = 1.

 

Рис. 6.7. Зависимость коэффициента усиления по току для схемы с ОЭ

 

Нередко в технических условиях на транзистор приводят значение | h _{21 э} | на некоторой частоте. Например, если известно, что на частоте 150 мГц | h _{21 э} | = 4, это означает, что f_гр = 4·150 = 600 мГц. У транзисторов с относительно толстой базой частотные свойства определяются инерционностью диффузионного процесса, т.е. параметром f _b или f _a. При уменьшении толщины базы частотные свойства транзистора улучшаются. Но это справедливо лишь до определенного предела, так как с уменьшением W увеличивается сопротивление r_б. Поэтому частотные свойства таких транзисторов определяются не граничной частотой, а постоянной времени коллекторной цепи t = r’_б С_к. Исходя из этого вводится частотный параметр: f_макс – максимальная частота, на которой коэффициент усиления транзистора по мощности равен единице, т.е. К_р = 1. Так как транзистор усиливает по мощности во всех схемах соединения, то формула определения максимальной частоты одинакова для всех схем включения и равна .

Предельная и граничная частоты, а также t зависят от режима работы транзистора по постоянному току.

 

Контрольные вопросы

 

1. Что такое транзистор?

2. Какие бывают структуры транзисторов и их обозначение?

3. Перечислите основные требования, которые необходимо выполнять при изготовлении транзисторов.

4. Дайте понятие о коэффициенте инжекции эмиттера и коэффициенте переноса через базу.

5. Что называется коэффициентом передачи тока эмиттера и статическим коэффициентом передачи тока базы?

6. Начертите различные схемы включения транзистора.

7. Определите коэффициенты усиления по току, по напряжению и мощности для схем с ОБ.

8. Определите коэффициенты усиления по току, по напряжению и мощности для схем с ОЭ.

9. Определите коэффициенты усиления по току, по напряжению и мощности для схем с ОК.

10. Расскажите о транзисторе как о четырехполюснике.

11. Нарисуйте семейство входных и выходных характеристик в схемах с ОБ и ОЭ.

12. Расскажите об h -параметрах транзистора.

13. Назовите физические параметры транзистора.

14. Назовите предельно допустимые параметры транзистора.

15. Какие режимы работы транзистора Вы знаете?

16. Какие режимы работы характеризуют частотные свойства транзистора?