Частотные свойства транзисторов

На частотные свойства транзисторов большое влияние оказывают ёмкости p-n переходов. С увеличением частоты емкостное сопротивление переходов уменьшается, а шунтирующее действие емкостей возрастает.

Т-образные схемы транзисторов с ОБ и с ОЭ помогут оценить частотные свойства схем включения транзисторов.

Из ВАХ схем включения известно, что при определённых значениях I_Э и I_Б ток коллектора практически не зависит от U_КБ. Однако если учесть такое влияние (а оно есть за счет эффекта Эрли), то:

,

где - дифференциальное сопротивление запертого коллекторного p-n перехода.

С учетом последнего уравнения, Т-образная эквивалентная схема с ОБ может иметь вид:

 

 

Влияние C_ЭБ базы на высоких частотах мало, т.к. r_{Э диф} также мало.

Особенно вредное влияние оказывает C_КБ, т.к. на высоких частотах емкостное сопротивление оказывается значительно меньше, чем

r_{К диф} и с повышением частоты I_к уменьшается даже при i_Э=const

(т.к. C_КБ и r_{К диф} включены параллельно).

С учётом эффекта Эрли для схемы с ОЭ получим:

(1)

 

С учетом последнего уравнения Т-образная эквивалентная схема с ОЭ может иметь вид:

 

Где

Последнее слагаемое в уравнении (1) на высоких частотах носит комплексный характер. При учёте ёмкости коллекторного перехода С_К его сопротивление состоит их параллельно включенных

или

Следовательно, в схеме с ОЭ

 

 

- граничные частоты в схеме с ОЭ и ОБ, соответственно.

Второй причиной уменьшения усилительных свойств транзисторов на высоких частотах является отставание по фазе переменного тока I_К от переменного тока I_Э, что обусловлено инерционностью процесса переноса носителей заряда через базу, а также инерционностью процессов накопления и рассасывания зарядов в базе.

Время пролёта носителей через базу у обычных транзисторов ≈0,1мкс.

На частотах от единиц до десятков МГц это приводит к увеличению I_Б и как следствие, к снижению коэффициента передачи по току.

Векторные диаграммы токов транзистора на разных частотах.

 

 

φ – сдвиг фаз между токами I_Э и I_К;

I_Б на высоких частотах равен геометрической разности токов I_Э и I_К;

- коэффициент передачи на заданной частоте;

- коэффициент передачи на низких частотах.

Из сказанного следует, что схема с ОБ является более высокочастотной чем с ОЭ.

Для определения α и β на высоких частотах f могут быть использованы формулы:

.

- коэффициенты усиления при .

Для расширения частотного диапазона транзисторов необходимо увеличивать скорость перемещения неосновных носителей через базу, уменьшать толщину базы и ёмкость коллекторного перехода.