Частотные свойства биполярных транзисторов

Процесс распространения инжектированных в базу неосновных носителей заряда от эмиттерного до коллекторного перехода идет диффузионным путем. Этот процесс достаточно медленный, и инжектированные из эмиттера носители достигнут коллектора не ранее чем за время диффузии носителей через базу. Такое запаздывание приведет к сдвигу фаз между током I_э и током I_к. При низких частотах фазы токов I_э, I_ки I_б совпадают.

Частота входного сигнала, при которой модуль коэффициента усиления   уменьшается в   раз по сравнению со статическим значением β₀, называется предельной частотой усиления по току биполярного транзистора в схеме с общим эмиттером

f_β – предельная частота (частота среза) f_гр – граничная частота (частота единичного усиления)

Наверх

Полевые транзисторы

Полевые, или униполярные, транзисторы в качестве основного физического принципа используют эффект поля. В отличие от биполярных транзисторов, у которых оба типа носителей, как основные, так и неосновные, являются ответственными за транзисторный эффект, в полевых транзисторах для реализации транзисторного эффекта применяется только один тип носителей. По этой причине полевые транзисторы называют униполярными. В зависимости от условий реализации эффекта поля полевые транзисторы делятся на два класса: полевые транзисторы с изолированным затвором и полевые транзисторы с управляющим p-n переходом.

Наверх

Полевые транзисторы с управляющим p-n переходом

Схематически полевой транзистор с управляющим p-n переходом можно представить в виде пластины, к торцам которой подключены электроды, исток и сток. На рис. показана структура и схема включения полевого транзистора с каналом n-типа:

В транзисторе с n-каналом основными носителями заряда в канале являются электроны, которые движутся вдоль канала от истока с низким потенциалом к стоку с более высоким потенциалом, образуя ток стока I_c. Между затвором и истоком приложено напряжение, запирающее p-n переход, образованный n-областью канала и p-областью затвора.

При подаче запирающего напряжения на p-n-переход U_зи на границах канала возникает равномерный слой, обедненный носителями заряда и обладающий высоким удельным сопротивлением. Это приводит к уменьшению проводящей ширины канала.

Изменяя величину этого напряжения, можно изменить сечение канала и, следовательно, изменять величину электрического сопротивления канала. Для полевого n-канального транзистора потенциал стока положителен по отношению к потенциалу истока. При заземленном затворе от стока к истоку протекает ток. Поэтому для прекращения тока на затвор нужно подать обратное напряжение в несколько вольт.

Значение напряжения U_зи, при котором ток через канал становится практически равен нулю, называется напряжением отсечки U_зап

Таким образом, полевой транзистор с затвором в виде p-n-перехода представляет собой сопротивление, величина которого регулируется внешним напряжением.

Полевой транзистор характеризуется следующей ВАХ:

Здесь зависимости тока стока I_с от напряжения при постоянном напряжении на затворе Uзи определяют выходные, или стоковые, характеристики полевого транзистора. На начальном участке характеристик U_си + |U_зи| < U_зап ток стока I_с возрастает с увеличением U_си. При повышении напряжения сток - исток до U_си = U_зап - |U_зи| происходит перекрытие канала и дальнейший рост тока I_с прекращается (участок насыщения). Отрицательное напряжение U_зи между затвором и истоком смещает момент перекрытия канала в сторону меньших значений напряжения U_си и тока стока I_с. Участок насыщения является рабочей областью выходных характеристик полевого транзистора. Дальнейшее увеличение напряжения U_си приводит к пробою р-n-перехода между затвором и каналом и выводит транзистор из строя.

На ВАХ I_с = f(U_зи) показано напряжение U_зап. Так как U_зи ≤ 0 p-n-переход закрыт и ток затвора очень мал, порядка 10^-8…10^-9 А, поэтому к основным преимуществам полевого транзистора, по сравнению с биполярным, относится высокое входное сопротивление, порядка10¹⁰…10¹³ Ом. Кроме того, они отличаются малыми шумами и технологичностью изготовления.

Практическое применение имеют две основные схемы включения. Схема с общим истоком (рис. а) и схема с общим стоком (рис. б) , которые показаны на рисунке:

Наверх