Транзисторы на высоких частотах
Вы познакомились с работой транзистора на постоянном токе и звуковых частотах, при которых его параметры еще не зависят от частоты усиливаемых колебаний. Однако с повышением частоты эта зависимость становится все более заметной.
Уменьшение усиления на высоких частотах происходит из-за инерционности процесса перемещения носителей тока через базу от эмиттера к коллектору. При этом чем толще база транзистора, тем большее время требуется току на прохождение от эмиттера к коллектору и тем значительнее снижается усиление. Поэтому для работы на высоких частотах необходимы специальные высокочастотные транзисторы с очень тонкой базой и малыми емкостями переходов.
Как же зависят от частоты усиливаемых колебаний параметры транзисторов? На рис. 53 показана зависимость коэффициентов h2i а и h2i „ от частоты (за единицу принято равенство этих коэффициентов коэффициентам А21 во и h2i эо на низких частотах). Как видите, по мере роста частоты усиливаемых колебаний коэффициенты вначале изменяются незначительно, а затем резко падают. Частоту fh21б(fh21Э), на которой значение этих коэффициентов составляет 0,7 от значения коэффициента h21БО (h21ЭО), принято считать предельной частотой усиления. Она обычно указывается в справочниках. Обратите внимание, что уменьшение коэффициента h21Э начинается на более низких частотах, т. е. транзистор при включении по схеме ОЭ оказывается более низкочастотным, чем при включении по схеме ОБ. Как мы уже знаем, h21э=h21б/(1 — h21б), тогда при h21б = 0,99, h21э = 99. Если коэффициент h21б в результате увеличения частоты уменьшится всего на 1% и станет равным 0,98, то h21Э= 0,98/(1 — 0,98) = 49, т. е. уменьшится почти на 50% I Таким образом, предельная частота fh21э значительно ниже fh21б. Между этими частотами существует следующая приближенная зависимость: fh21Э=fh21Б/h21Э0. Заметим, что частоты fhiu и fhzie лишь указывают ту область частот (от низких до частоты fh2i), в которой можно пренебречь зависимостью параметров транзистора от частоты. Но транзистор может работать и на более высоких частотах, хотя его коэффициент передачи уменьшится, а усилительный каскад с таким транзистором может самовозбуждаться из-за возросшего влияния емкости коллекторного перехода. В действительности же граничными частотами, характеризующими предел частотного использования, являются частоты fгp и fmax.
Рис. 53. Зависимость коэффициента h21б от частоты
Частоту fгp называют граничной частотой коэффициента передачи тока в схеме с ОЭ. Она характеризует частоту, на которой коэффициент h21Э уменьшается до единицы. С частотой fh21Э она связана зависимостью fгр = = fh21э(1+h21Эо). Но на такой частоте транзистор практически не может работать. На практике удобнее пользоваться максимальной частотой генерации fmax (ее иногда обозначают fген max), т. е. частотой, на которой коэффициент усиления транзистора по мощности Kv снижается до единицы. Очевидно, транзистор может работать в схеме генератора только в том случае, если его коэффициент усиления по мощности больше или равен единице, иначе генерации колебаний не произойдет.
Это основной параметр для выбора высокочастотного транзистора. Коэффициент усиления по мощности Kp связан с частотой fmax следующей зависимостью: Kp=(fmax/f)2, где f — частота, на которой работает транзистор в данном каскаде. Поэтому если данный каскад на данной частоте должен иметь усиление в 100 раз, то надо выбрать такой транзистор, у которого частота fmax больше рабочей частоты f по крайней мере в 10 раз (fmax/f)= (Kp)-2 = (100)-2.
С предельной частотой fh21Э частота fmax связана следующей приближенной зависимостью: fmax=Afh21б, где А — коэффициент, равный 2 — 3 для транзисторов с fft2i6 = 2 — 3 МГц; равный 1 для транзисторов с частотой 20 — 30 МГц и 0,7 — 0,9 для транзисторов с частотой более 30 МГц.
В заключение рассмотрим параметр Aia транзистора, работающего на пе-ременном токе. Этот параметр характеризует внутреннюю ОС в транзисторе и показывает, какая доля выходного переменного напряжения передается на вход транзистора. У современных высокочастотных транзисторов он обычно порядка 10-4 — 10-3, т. е. напряжение, передаваемое с выхода на вход за счет «па-(Разитной» ОС внутри транзистора, составляет тысячные или даже десятитысячные доли выходного напряжения. Но тем не менее оно приводит к большим неприятностям: любая регулировка выходной цепи вызывает изменение регулировки входной цепи. Например после настройки контуров на выходе каскада контуры на входе несколько расстраиваются. Таким образом, коэффициент Ai2 должен быть как можно меньше, особенно если транзистор работает в резонансном каскаде.