3.2.4. Власний коефіцієнт підсилення за струмом колектора

Власний коефіцієнт підсилення за струмом колектора показує, у скільки разів струм колектора зростає через наявність у зворотному струмі колекторного переходу складової, що залежить від струму емітера, і визначається відношенням величини змінної складової повного струму колектора до його діркової складової:

*=J_km/J_pkm= 1+ J_nkm/J_pkm, (3.29)

де J_nkm – електронна складова колекторного струму.

Власний коефіцієнт підсилення за струмом колектора враховує явища, повязані зі зміною екстракції неосновних носіїв заряду з колекторної області. Оскільки через колектор протікає струм значної величини (близький до струму емітера), то в області колектора спостерігається спад напруги на його обємному опорі, що сприяє руху неосновних носіїв заряду до колекторного переходу. Внаслідок наявності електричного поля в колекторній області зростає електронна складова колекторного струму.

Розрахунок * для малих густин струму дає значення таке:

*=1+1/2(n_pk/p_pk^._nk/_pk). (3.30)

Як правило, колектор характеризується параметром, який називають ефективністю колектора (_i ). Він визначається процесами розмноження носіїв заряду в області просторового заряду колекторного переходу внаслідок ударної іонізації і зміною умов дифузії неосновних носіїв заряду в колекторній області.

Відповідно до цього

_i= M, (3.31)

де М – коефіцієнт лавинного розмноження, який визначається з такого співвідношення:

M=[1-(U/U_проб)]^-n, (3.32)

де n 1 – показник степеня, що залежить від типу матеріалу й рівня легування.

Практично _і1 тільки для германієвих транзисторів із високоомною колекторною областю.

3.2.5. Коефіцієнт підсилення за струмом транзистора

У біполярних транзисторах залежно від їх схеми ввімкнення вихідною (регульованою) величиною є емітерний або колекторний струм, а вхідною (регулюючою) – струм емітера або струм бази. Звязок між вихідними і вхідними струмами визначається коефіцієнтом підсилення.

Для практичних розрахунків зручно користуватися коефіцієнтом підсилення за струмом транзистора у схемі зі спільною базою – , що визначається з відношення повного струму колектора до повного струму емітера при постійній напрузі на колекторному переході:

=J_mk/J_me при U_mk=const. (3.33)

Коефіцієнт  показує ту частину струму емітера, яка замикається через колектор, і визначає ступінь підсилення вхідного струму. Фізичний аспект цього підсилення в транзисторі полягає в тому, що колекторний струм регулюється під дією невеликої за величиною напруги на емітерному переході. Ця напруга спричиняє регулюючий струм, що збільшується при проходженні через колекторний перехід внаслідок наявності прискорюючого поля. Якщо розглянути фізичну природу транзистора, то легко встановити, що коефіцієнт підсилення струму у схемі зі спільною базою визначається результативною дією декількох фізичних факторів і складається з трьох компонентів:

=J_pmk+J_nmk/J_pme+J_mne=J_pme/J_pme+J_mne^. J_pmk/J_pme^. J_pmk+J_nmk/J_pmk (3.34)

або

=. (3.35)

Коефіціент  близький до одиниці; для сучасних транзисторів він дорівнює 0,985 0,995.

Щоб встановити звязок між струмом колектора і струмом бази транзистора у схемі зі спільним емітером, вводять коефіцієнт підсилення за струмом В, що визначається з виразу:

B=J_mk/J_m=/1-. (3.36)

Типові значення коефіцієнта В знаходяться в межах 50200. Коефіцієнт підсилення за струмом у схемі зі спільним емітером тим більший, чим ближче коефіцієнт  до одиниці.

Одним із важливих параметрів, що характеризують високочастотні властивості транзистора, є гранична частота коефіцієнта підсилення за струмом _ . Параметр _ визначається як частота, при якій відношення квадрата модуля  до квадрата низькочастотного значення _o дорівнює ½, що відповідає зменшенню коефіцієнта підсилення на 3 дБ порівняно з _o .

Величини  і * слабко залежать від частоти, тому домінуючу роль у залежності () відіграє частотна залежність коефіцієнта перенесення :

. (3.37)

Для високих частот ( _p1) будемо мати

² 1-1/6(_p^.W_o²/L_p²)². (3.38)

Використовуючи співвідношення (3.37), отримаємо:

1-1/6(__p^.W_o²/L_p²)²=(1- W_o²/L_p²)²/2. (3.39)

Звідси

_=2,43D_p/W_o². (3.40)

Рівняння (3.40) показує, що гранична частота коефіцієнта підсилення струму у схемі зі спільною базою обернено пропорційна до квадрата ширини базової області.