3.7 Частотні властивості біполярного транзистора

Параметри транзистора в діапазоні частот до 800-1000 Гц практично не залежать від частоти. З підвищенням частоти починає проявлятися комплексний характер параметрів транзистора і в першу чергу коефіцієнта передачі струму.

Носії заряду, інжектовані емітерним переходом, переміщуються в базовій області за рахунок дифузії, а також під впливом зовнішнього електричного поля, причому шляхи і швидкості руху окремих носіїв різні. Тому носії, які входять одночасно в базову область, досягають колекторного переходу в різний час, тобто виникає затримування імпульсу колекторного струму І_к відносно емітерного І_Е. Час цього запізнення характеризують кутом фазового зсуву між вхідним і вихідним імпульсом струму.

З ростом частоти час дії зовнішнього прискорюючого поля зменшується, і тому більшу частину базової області носії долають тільки за рахунок процесу дифузії. Це призводить до зменшення амплітуди колекторного струму І_К, що характеризується зменшенням модуля коефіцієнта передачі . Крім того, на підвищених частотах збільшується кут фазового зсуву. Величинучасто називають фазою коефіцієнта передачі струму в схемі з СБ. Залежністьвід частоти виражається рівнянням

,

де - коефіцієнт передачі струму в схемі з СБ приf = 0;

–гранична частота транзистора (межева частота транзистора для схеми з СБ). Це частота, на якій модуль знижується до величини, або на 3 дБ.

Для схеми з СЕ частотна залежність визначається виразом

,

де - коефіцієнт підсилення по струму для схеми зі СЕ при f = 0;

–гранична частота підсилення струму в схемі із СЕ, на якій знижується до величини, або на 3 дБ.

Графіки залежності модулів і фаз коефіцієнтів передачі від частоти приведені на рис. 3.9.

а) б)

Рисунок 3.9 – Частотні залежності модулів і фаз коефіцієнтів передачі від частоти

З рисунків видно, що межева частота підсилення транзистора, який ввімкнений по схемі з СЕ, нижча, ніж для схеми з СБ, причому більш широкополосним є транзистор з меншим значенням . Це зумовлюється тим, що при збільшенні фазового зсуву між І_Е і І_К базовий струм різко збільшується навіть при відносно невеликому зниженні коефіцієнта . Тому коефіцієнт зменшується з ростом частоти значно швидше коефіцієнтаі досягає граничного значенняна більш низьких частотах.

Крім того розрізняють граничну частотк підсилення транзистора. Це частота на якій модуль рівняється 1, вона розміщується між межевими частотамиі.

3.8 Принципи підсилення в транзисторі при активному режимі роботи

В схемі зі спільною базою в вихідному колі (колекторному) протікає майже той же струм, що і у вихідному колі (емітері), тому підсилення струму в цьому випадку відсутнє. Проте ця схема дає можливість отримати підсилення по потужності.

Щоб зрозуміти принцип підсилення потужності в транзисторі, як і в інших підсилювальних пристроях, необхідно врахувати взаємодію носіїв заряду з електричним полем. Наприклад, дірка, рухаючись по напрямку електричного поля, розганяється в ньому і отримує додаткову енергію, забираючи її від електричного поля. Якщо ж заставити дірку рухатись проти електричного поля, то вона буде гальмуватись цим полем, віддаючи йому частину своєї енергії.

Електричне поле в колекторному переході транзистора складається із постійної складової, створеної зовнішнім джерелом живлення в колі колектора, і змінної складової, яке виникає при екстракції неосновних носіїв із бази в колекторний перехід. Миттєві значення змінної складової електричного поля в будь-який момент часу направлені в сторону, протилежну постійній складовій.

Тому дірка, проходячи по колекторному переході, взаємодіє зразу з двома складовими електричного поля. Від постійної складової електричного поля дірки забирають енергію, переміщуючись по напрямку цієї складової. Одночасно переміщуючись проти миттєвих значень змінної складової електричного поля, дірка віддає частину своєї енергії змінній складовій. Проходить своєрідна перекачка енергії від постійної складової електричного поля до змінної складової. Посередником в цій перекачці енергії є носії заряду, інжектовані емітером, що дійшли до колекторного переходу. Для їх інжекції потрібно виконати відносно невелику роботу, оскільки висота потенціального бар’єру емітерного переходу мала.

В схемі зі спільним емітером вхідним колом є коло бази. Оскільки струм бази значно менший струму колектора, то можна отримати підсилення по струму. При зміні струму бази змінюється кількість основних носіїв в області бази, тобто заряд бази, і потенціальний бар’єр між базою і емітером. Зміна висоти потенціального бар’єру викликає відповідну інжекцію неосновних носіїв заряду. Більшість інжектованих носіїв доходять до колекторного переходу і змінююють його струм. Основний носій заряду, введений в базу із базового виводу може або зникнути внаслідок рекомбінації або ж може бути інжектованим в емітер. В транзисторі прийняті всі міри, щоб ймовірність цих процесів була найменшою, і на один основний носій заряду, що попав у базу, приходиться багато неосновних носіїв заряду, які проходять від емітера до колектора. В цьому і полягає підсилення по струму в схемі з спільним емітером. Підсилення по потужності в цьому випадку можна пояснити аналогічно підсиленню в схемі зі спільною базою.