4.7. Динамічні властивості біполярних транзисторів

Одним з основних факторів, який визначає придатність транзистора до використання в тій чи іншій електронній схемі, є залежність його параметрів від частоти. Особливо велике значення мають залежності підсилювальних властивостей транзистора від частоти. Динамічні властивості БТ виявляються і їх необхід­но враховувати тоді, коли період зміни інформаційного сигналу стає сумірним з тривалістю накопичення, розосередження та прольоту носіїв заряду через базу і колекторний перехід. Таким чином, із збільшенням частоти інформаційного сигналу починає виявлятись інерційність транзистора, як елемента схеми, що погіршує параметри транзисторних вузлів. Це зумовлено такими причинами: обмеженим значенням рухомості носіїв заряду, інерційністю процесів накопичення та розосередження носіїв заряду; паразитними ємностями переходів (С_СВ; С_ЕВ) і паразитними індуктивностями виводів транзистора. Позначимо коефіцієнт передачі змінної складової струму емітера на високій частоті символом  _~.

Цей коефіцієнт пропорційний параметрам, що визначають інжекцію, перенесення змінної складової струму емітера та перенесення заряду в колекторному переході. На високій частоті, ці параметри зменшуються і, як наслідок, зменшується _~ відносно значення цього коефіцієнта за постійним струмом h_21B. Носії зарядів, наприклад, електрони транзисторів п-р-п, здійснюють у базі дифузійний рух, а тому їхня швидкість не дуже велика (відносно): тривалість пробігу носіїв через базу у звичайних транзисторах 10^-7с, тобто 0,1 мкс і менше. Цей час нетривалий, але на частотах одиниці-десятки мегагерц він стає порівнянним з періодом коливань інформаційного сигналу і спричиняє помітний фазовий зсув між струмами колектора та емітера. Внаслідок цього на високих частотах зростає змінний струм бази. Це відображають залежністю модулів коефіцієнтів передачі струмів від частоти.

При детальному аналізі залежність коефіцієнта передачі струму емітера від частоти визначають, за трьома такими параметрами : ємністю емітерного переходу, часом прольоту носіїв через базу і час прольоту через колекторний перехід. Головною складовою є час прольоту носіїв через базу.

Модуль коефіцієнта передачі струму емітера:

(4.7)

де f - поточне значення частоти; а f_h21B – частота, на якій |_~| зменшується в раз. Її називають граничною частотою коефіцієнта передачі струму емітера БТ.

Розглянемо залежність коефіцієнта передачі струму бази h_21E від частоти (вмикання БТ за схемою із СЕ).

Модуль коефіцієнта передачі струму бази на високій частоті: (4.8)

Частоту f_{h21E .} на якій | _~| зменшується в раз, називають граничною частотою коефіцієнта передачі струму бази БТ. Порівняння значень граничних частот показує, що f_h21Е << f_h21В . Таким чином, частотні властивості схем із СБ значно кращі схем із СЕ.

На еквівалентних схемах частотні властивості моделюються за допомогою ємності колекторного переходу. В схемі із СЕ С*=(1+h_21E) С_к .

Це ще один частотний параметр БТ - межова частота коефіцієнта передачі струму бази, при якій модуль коефіцієнта передачі струму в схемі із СЕ екстраполюється до одиниці.

Якість БТ як активних компонентів характеризуєть їх спроможністю підсилювати потужність коливань. З підвищенням частоти коливань коефіцієнт підсилення потужності зменшується. Для оцінки частотних властивостей БТ в даному випадку використовують максимальну частоту генерації f_max . Це частота, на якій коефіцієнт підсилення потужності G_Р знижується до одиниці. На частотах f<f_max, коли G_Р>1, транзистор є активним елементом схеми, а тому можливо його використовувати для побудови генераторів коливань.

Електрони, як відомо, при дифузії мають більшу рухомість, ніж дірки. Тому транзистори типу n-p-n за інших рівних умов більш високочастотні, ніж транзистори типу p-n-p. Для розширення частотного діапазону БТ використовують напівпровідники, в яких рухомість носіїв вища. Значний вплив на частотні властивості БТ має також тривалість пробігу носіїв через базу. Збільшення швидкості пробігу носіїв через базу досягається в тих транзисто­рах, в яких у базі сформоване електричне поле (у дрейфових транзисторах), що прискорює рух носіїв. Це все враховується при розробці спеціальних високочастотних транзисторів.