9.6. Частотные свойства транзисторов
С увеличением частоты усилительные свойства транзистора ухудшаются: уменьшается усиление, появляются амплитудные и фазовые искажения. Это происходит потому, что частотные свойства биполярного транзистора определяются временем пролета неосновных носителей заряда через базу и временем перезаряда барьерных емкостей переходов. Относительная роль этих факторов зависит от конструкции и режима работы транзистора, а также от сопротивлений во внешних цепях. Для биполярных транзисторов, работающих в области низких и средних частот, основное влияние на частотные свойства оказывает время пролета носителей через базу τα.
На рис. 9.6 показана зависимость коэффициентов передачи токов α и β от частоты.
Рис. 9.6. Зависимость коэффициентов передачи токов
для схем ОБ (1) и ОЭ (2) от частоты
Видно,
что при повышении частоты β
уменьшается сильнее, чем α,
т.е. схема ОБ обладает лучшими частотными
свойствами. Уменьшение α
и β
в
раз (приблизительно на 3 дБ) по
сравнению с α0
и β0
на низких частотах принято считать
граничными изменениями. Частоты, на
которых α = 0,707α0
и β
= 0,707β0,
называются предельными
частотами усиления
для схем ОБ и ОЭ и обозначаются
соответственно fα
и fβ.
Для fα можно записать:
,
(9.19)
где D – коэффициент диффузии инжектируемых в базу носителей; W – толщина базы.
Из (9.19) следует, что для получения высоких граничных частот нужно изготавливать транзисторы с тонкой базой из полупроводников с большой подвижностью носителей заряда.
Для схемы ОЭ
.
(9.20)
Зачастую для транзисторов в качестве параметра приводится граничная частота fгр (применяется также обозначение fТ), для которой модуль коэффициента прямой передачи тока транзистора в схеме с ОЭ равен единице, т.е. |h21э| = 1.
Частотные свойства транзисторов определяются также максимальной частотой fмакс, на которой коэффициент усиления по мощности равен единице, т.е. КР = 1. Так как транзистор усиливает по мощности во всех схемах включения, то формула определения fмакс одинакова для всех схем и равна
,
(9.21)
где rб – сопротивление базы; Ск – емкость коллекторного перехода.
Предельная, граничная и максимальные частоты зависят от режима работы транзистора по постоянному току.
Контрольные вопросы
1. Что такое транзистор, биполярный транзистор?
2. Какие бывают структуры транзисторов и как они обозначаются?
3. Какие три области имеет биполярный транзистор, какой переход называют эмиттерным, какой коллекторным?
4. Как обычно смещаются переходы транзистора, что такое обратное включение?
5. Какие основные требования необходимо выполнять при изготовлении транзисторов?
6. Какие бывают схемы включения транзисторов? Начертите их.
7. Что такое коэффициенты усиления по току, напряжению и мощности для схемы с ОБ, чему они раны?
8. Определите коэффициенты усиления по току, по напряжению и мощности для схемы с ОЭ.
9. Определите коэффициенты усиления по току, по напряжению и мощности для схемы с ОК.
10. Проанализируйте основные параметры биполярного транзистора в зависимости от схемы включения.
11. Что представляет собой транзистор с точки зрения теории электрических цепей?
12. Нарисуйте семейство входных и выходных характеристик в схемах с ОБ и ОЭ.
13. Как определяются дифференциальные коэффициенты усиления по току в семах с ОБ и ОЭ?
14. Что такое статические параметры транзисторов? Определите их физический смысл.
15. Какие физические параметры транзистора Вы знаете? Как они связаны с h-параметрами?
16. Назовите предельно допустимые параметры транзистора.
17. Какие существуют режимы работы транзистора?
18. Какие эффекты определяют частотные свойства транзисторов? Назовите параметры, характеризующие эти свойства.