Главная | Обратная связь

Частотні властивості транзистора

На частотні властивості транзисторів великий вплив виявляють ємності р-n-переходів. Зі збільшенням частоти ємнісний опір зменшується і шунтуюча дія ємностей зростає. Тому Т-подібна еквівалентна схема транзистора на високих частотах, крім чисто активних опорів r_К , r_Б і r_Е, містить ємності С_Е і С_К, шунтуючі емітерний і колекторний переходи. Особливо шкідливий вплив на роботу транзистора робить ємність Ск, тому що на високих частотах ємнісний опір 1/(ω_ВС_К) виявляється значно менше, ніж опір r_К, і колекторний перехід втрачає свої основні властивості.
У даному випадку вплив ємності С_к аналогічно впливу ємності, шунтуючій р-n перехід у площинному напівпровідниковому діоді.
Другою причиною погіршення роботи транзистора на високих частотах є відставання по фази перемінного струму колектора від перемінного струму емітера. Це обумовлено інертністю процесу проходження носіїв заряду через базу від емітерного переходу до колекторного, а також інертністю процесів нагромадження і розсмоктування зарядів у базі.
Час прольоту носіїв через базу τ_пр у звичайних транзисторів складає приблизно 0,1 мкс. Звичайно, цей час дуже малий, але на частотах порядку одиниць-десятків мегагерц стає помітним деяке зрушення фаз між змінними складовими струмів ІЕ і ІК. Це приводить до збільшення змінного струму бази і, як наслідок, до зниження коефіцієнта підсилення по струму. Це явище ілюструється векторними діаграмами, приведеними на рисунку 7.1. Перша з них відповідає відносно низькій частоті, на якій усі струми практично збігаються по фазі, а коефіцієнт β має найбільшу величину β = β₀. На більш високій частоті запізнювання струму ІК на час τ_пр відносно струму І_Е веде до появи помітного зрушення фаз τ між цими струмами.

Рисунок 7.1 – Векторні діаграми струмів транзистора на різних частотах

Тепер струм бази І_Б дорівнює не алгебраїчній (як на рисунку 4, а), а геометричній різниці струмів І_Е і І_К, внаслідок чого він помітно збільшується (рисунок 4, б). На ще більш високій частоті коефіцієнт β стає ще менше внаслідок збільшення кута зсуву фаз φ і струму І_Б (рисунок 4, в).
Оцінюючи частотні властивості транзистора, варто враховувати також, що дифузія — процес хаотичний. Неосновні носії зарядів, інжектовані емітером в базу, пересуваються в ній різними шляхами. Тому носії, що одночасно ввійшли в область бази, досягають колекторного переходу в різний час. Таким чином, закон зміни струму колектора може не відповідати закону зміни струму емітера, що приводить до спотворення підсилювального сигналу.
Необхідно відзначити, що зі збільшенням частоти коефіцієнт β зменшується значно сильніше, ніж α. Коефіцієнт α знижується лише внаслідок впливу ємності Ск, а на величину β впливає, крім цього, ще і зрушення фаз між І_К і І_Е. Отже, схема з загальною базою має кращі частотні властивості, ніж схема з загальним емітером.

Для визначення коефіцієнтів підсилення по струму на частоті f можуть бути використані формули:

де α₀ і β₀ —коефіцієнти посилення по струму при частоті f = 0;
f_α і f_β - граничні частоти транзистора в схемах із загальною базою і загальним емітером відповідно.
Для розширення частотного діапазону транзисторів необхідно збільшувати швидкість переміщення неосновних носіїв зарядів через базу, зменшувати товщину шару бази і колекторну ємність. При виконанні цих умов транзистори (наприклад, дрейфові, планарні) можуть успішно працювати на частотах порядку десятків і сотень мегагерц.

СРС №8