Частотные свойства транзисторов

Важным параметром транзистора в активном режиме является время пролета неосновных носителей через область базы, которое в основном определяет частотные свойства транзистора. Последние сильно проявляются при работе транзистора в усилительных устройствах. С ростом частоты входного сигнала усилительные свойства транзистора ухудшаются: падают коэффициенты усиления по напряжению, мощности, появляется фазовый сдвиг между выходным и входным токами.

На инерционные свойства транзистора сильное влияние оказывают:

– время пролета неосновных носителей в области базы от эмиттерного к коллекторному переходу;

– емкости эмиттерного и коллекторного переходов ;

– объемное сопротивление базы r_б.

Инерционные свойства транзистора достаточно полно оцениваются коэффициентом передачи входного тока в диапазоне усиливаемых частот. Если период колебаний напряжения на эмиттерном переходе в схеме с ОБ значительно больше времени пролета неосновных носителей в области базы, то все токи в электродах транзистора совпадают по фазе (рис. 3.22,а). Коэффициенты передачи входных токов и вещественны. С повышением частоты период усиливаемых колебаний может оказаться сравнимым с временем пролета носителей в области базы. Это приводит к отставанию по фазе коллекторного тока от эмиттерного (рис. 3.22,б).

Это отставание тока вызвано тем, что при прямом смещении эмиттерного перехода входным сигналом в базу инжектируются носители, которые не успевают достичь коллекторного перехода. Наличие фазового сдвига (рис. 3.22,б) между токами коллектора и эмиттера свидетельствует о том, что коэффициент передачи является функцией частоты.

Для схемы с ОБ комплексный коэффициент передачи тока эмиттера аппроксимируется выражением

. (3.26)

Зависимость модуля и фазового сдвига от частоты имеют вид

, (3.27)

. (3.28)

Частота , на которой коэффициент передачи эмиттерного тока уменьшается в раз (на 3 дБ) по сравнению с низкочастотным значением, называется предельной частотой коэффициента передачи эмиттерного тока. Предельная частота является критерием классификации транзисторов по частотному диапазону. На рис. 3.23 изображены зависимости и j от частоты.

Воспользовавшись взаимосвязью коэффициентов передачи токов базы и эмиттера можно найти частотную зави-симость коэффициента передачи тока эмиттера .

. (3.29)

Зависимость модуля и фазового сдвига от частоты имеют вид

; (3.30)

. (3.31)

Частота , на которой модуль коэффициента передачи тока эмиттера уменьшается в раз по сравнению с его низкочастотным значением, называется предельной частотой коэффициента передачи тока эмиттера.

Сравнивая выражения (3.27) и (3.30) можно установить, что частотные свойства транзистора, включенного по схеме с ОЭ, значительно хуже, чем при включении по схеме с ОБ. Это связано с увеличением фазового угла между эмиттерным и коллекторным токами.

Практически частота сравнительно невелика – транзистор может работать и на более высоких частотах. Частота , на которой модуль коэффициента передачи тока базы становится равным единице, называется граничной частотой транзистора. Увеличение частоты приводит к уменьшению и , что вызывает уменьшение коэффициента усиления по мощности. В качестве обобщающего параметра транзистора, характеризующего его инерционные свойства, используют максимальную частоту генерации, на которой коэффициент усиления по мощности равен единице

. (3.32)

Чем выше граничная частота транзистора и меньше постоянная времени коллекторной цепи , тем лучше частотные свойства транзистора.