11.10. Высокочастотные параметры транзисторов

Подробный анализ работы p-n-перехода на высоких частотах, вы­полненный в 10.6, позволил установить ухудшение его характеристик из-за шунтирующего влияния емкостей. Возможна полная потеря выпрямительных свойств p-n-переходов.

Аналогичный анализ мож­но провести и для транзисторов [10]. Рассмотрим основные парамет­ры, характеризующие работу транзисторов в высокочастотном режи­ме, и пути улучшения их высокочастотного предела.

Для оценки частотных свойств транзисторов используют предель­ную частоту усиления по току , при которой квадрат модуля усиле­ния по току уменьшается вдвое по сравнению со своим низко­частотным значением: .

Проведенные расчеты показывают, что

. (11.11)

Величину называют временем пролета носителей через об­ласть базы к коллектору при диффузии.

Для схемы с общим эмиттером применяют параметр

,

где – эффективное время жизни носителей в базе, учитываю­щее как объемную, так и поверхностную рекомбинации:

.

Сравнив и , можно видеть, что

,

т. е. схема с общим эмиттером обладает худшими частотными свойст­вами, чем схема с общей базой.

Независимость от времени пролета можно объяснить так: инжекция дырок в базу в силу условия электри­ческой нейтральности вызывает мгновенный приход электронов че­рез базовый вывод. После прекращения инжекции число дырок в базе уменьшается вследствие их рекомбинации и затягивания в коллек­тор. Такое же число электронов уходит через базовый вывод. Инжек­тирующий импульс в схеме с ОЭ подается на вывод базы, открывая доступ в базу нейтрализующим электронам, но после окончания ин­жектирующего импульса они из базы уйти не могут, образуя после ухода дырок некомпенсированный объемный заряд. Этот заряд по­нижает барьер на эмиттерном переходе, приводя к тому, что инжек­ция дырок в базу продолжается и после окончания действия внешне­го импульса. Процесс может затухать только в результате действия электронной рекомбинации.

Критерием частотных свойств транзистора служит также частота, при которой коэффициент усиления по мощности снижается до еди­ницы. Расчет этой частоты дает:

,

где – объемное сопротивление базы.

Подставив в это выражение , получим

. (11.12)

Соотношения (11.11) и (11.12) указывают на пути увеличения час­тотных свойств транзисторов:

а) уменьшение увеличивает , но одновременно снижает и , поэтому нужно выбирать компро­миссные пути;

б) увеличение концентрации доноров воз­можно лишь до . При увеличении снижается эффектив­ность эмиттера , растет вероятность пробоя, что уменьшает усиление по мощности;

в) увеличение величины .Это можно сделать в будущем, ибо технологии с применением антимонида индия InSb пока не отработаны;

г) уменьшение площади базы автоматически снижает мощность, но применяется;

д) уменьшение времени пролета за счет уменьшения ширины базы или в так называемых дрейфовых транзисторах за счет создания внутреннего электрического поля в базе.