Частотный диапазон

Качество транзистора характеризуется его способностью усиливать мощность колебаний. Однако, как показывают исследования, с ростом частоты коэффициент усиления по мощности падает. Одной из причин этого является увеличение обратной проводимости Y₁₂ с повышением частоты, что нарушает устойчивость усиления. Если обратную проводимость скомпенсировать с помощью

внешней цепи обратной связи, то эта причина отпадает. Тогда, использовав уравнения Y-параметров (4.4), (4.5), а также соотношение (5.62), для нагруженного транзистора с нейтрализованной обратной связью получаем следующую систему уравнений:

7

I₁ = Y₁₁U₁, (5.19)

I₂ = Y₂₁U₁ + Y₂₂U₂ = Y_н U₂, (5.20)

где Y_н – проводимость нагрузки.

Для обеспечения максимального усиления мощности колебаний реактивные составляющие входной и выходной проводимостей должны быть скомпенсированы, а проводимость нагрузки должна быть равна выходной активной проводимости транзистора G₂₂.

Тогда коэффициент усиления по току с учетом соотношений (5.76) и (5.77)

коэффициент усиления по напряжению

Рис. 5.7

К_U = Y_21/(Y₂₂ + Yн) = |Y₂₁|/2G₂₂,

а коэффициент усиления по мощности

Kp = |Y₂₁|² /4G₂₂ G_11.

Частотная зависимость коэффициента усиления по мощности определяется соответствующими зависимостями для |Y22|, G11 и G22. На рис. 5.7 эта зависимость показана для транзистора 2Т925Б, выходная мощность которого равна 7 Вт.

Использовав выражения (4.41), (4.47) и (4.37), найдем, что для предельно высоких частот

G₁₁ = 1/r_б, G₂₂ = w С_кб G₂₁/G₁₁, = G₂₁w rб С_кб, |Y₂₁| = G₂₁w_s/w.

Отсюда

При f = f_p коэффициент K_Р = 1, поэтому

или, так как согласно (5.39)

Tаким образом, для определения максимальной частоты усиления по мощности необходимо знать предельную частоту передачи тока эмиттера f_α и величину r'_бС_кб, называемую постоянной времени коллекторной цепи. Следовательно, одна предельная частота f_α не характеризует частотный диапазон транзистора.

Так, например, у планарных транзисторов предельная частота передачи тока эмиттера f_α благодаря малой толщине базы может быть очень высокой, одна

8

ко предельная частота усиления по мощности f_p обычно получается существенно ниже f_α, так как постоянная времени коллекторной цепи r'_бС_кб оказывается значительно больше f_а/8π. Таким образом, частотный диапазон планарных транзисторов ограничивается распределенным сопротивлением базы r'₆ и емкостью коллектора С_к6.

У маломощных транзисторов предельные частоты усиления по мощности могут достигать нескольких гигагерц. Чем мощнее транзистор, тем ниже его предельная частота. Современные транзисторы имеют мощность порядка 100 Вт на частотах до 25 МГц, 10 Вт – на частотах до 400 МГц и 2–3 Вт – на частотах до 500 МГц. Этим возможности транзисторной электроники далеко не исчерпываются и в ближайшем будущем, частотные свойства транзисторов будут значительно улучшены. Перспективными являются приборы, у которых для повышения выходной мощности на одном кристалле помещается несколько транзисторных структур с электродами гребенчатой формы, позволяющей повысить эффективную площадь эмиттера и коэффициент передачи тока.