Высокие частоты и биполярный транзистор

December 27, 2011 by admin Комментировать »

Емкость база—эмиттер

В подразд. 1.3.10 было показано, что смещенный в обратном направлении p-n-переход, такой как переход коллектор—база, ведет себя подобно конденсатору, у которого емкость зависит от площади перехода и глубины обедненного слоя. Смещенный в прямом направлении р-п-переход, такой как переход база-эмиттер, также обладает емкостью СЬе, которая оказывается включенной параллельно с обычным сопротивлением в прямом направлении. У эффективной емкости р-п-перехода, смещенного в прямом направлении, имеются две основные составляющие. Первая из них — это просто емкость обедненного слоя, который у перехода, смещенного в прямом направлении, уже, чем у перехода, смещенного в обратном направлении, и поэтому при смещении в прямом направлении емкость больше; вторая составляющая полной емкости является результатом конечной скорости диффузии неосновных носителей по /?-и-переходу. Из-за сравнительно медленной диффузии этих носителей они оказываются как бы временно скопившимися в полупроводниковом материале, тогда как приложенный извне сигнал меняется быстро; этот запас заряда ведет себя по отношению к внешнему сигналу подобно заряду на пластинах обычного конденсатора. Когда напряжение в поданном извне сигнале мгновенно уменьшается, изменению коллекторного тока должно предшествовать удаление носителей из базы. Типичное значение эффективной емкости перехода база—эмиттер у маломощного кремниевого транзистора — примерно от 100 до 1000 пФ; на высоких частотах эта емкость оказывает существенное шунтирующее действие в отношении базового тока, приводя к падению коэффициента усиления тока hfe для переменных составляющих.

Частота единичного усиления

С увеличением частоты сигнала реактивное сопротивление емкости база- эмиттер становится сравнимым с сопротивлением база—эмиттер h.e, и значительная часть базового тока, который нормально должен был бы управлять током коллектора, потечет вместо этого по емкости СЬе. Результатом является падение коэффициента усиления тока. Частота fh на которой реактивное сопротивление емкости СЬе равно входному сопротивлению h.e, называется граничной, и на этой частоте коэффициент усиления тока падает

в л/2 раз (на 3 дБ). На частотах выше fh большая часть «базового» тока, в действительности, течет по СЬе, и каждый раз с удвоением частоты коэффициент усиления тока падает вдвое. В логарифмическом масштабе это выражается уменьшением hfe на 6 дБ при изменении частоты на октаву (при удвоении частоты). Экстраполируя эту зависимость, можно найти частоту, на которой hfe упадет до единицы. Эта частота fT называется частотой еди-

Рис. 7.2. Зависимость коэффициента усиления тока для малых сигналов hfe от частоты f. Отмечены граничная частота fh и частота единичного усиления fT.

ничного усиления, и на частотах выше нее от транзистора мало пользы как от усилителя. Частоту единичного усиления fT называют также произведением усиления на ширину полосы, поскольку в интервале частот между fh и fT произведение коэффициента усиления тока на частоту сигнала, грубо говоря, остается постоянным и равным величине fT, то есть

На рис. 7.2 представлен график зависимости hfe от частоты для типичного маломощного транзистора в логарифмическом масштабе. Здесь частота единичного усиления fT равна 200 МГц, а граничная частота fh 1 МГц.

Зависимость частоты единичного усиления от коллекторного тока

Рис. 7.3. Эквивалентная схема входной цепи транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером, с емкостью база—эмиттер.

Рис. 7.4. Зависимость частоты единичного усиления fT от тока коллектора 1С.

место при сравнительно больших токах (= 50 мА для маломощного кремниевого транзистора) и обусловлено влиянием неосновных носителей в базе на положение обедненного слоя коллектор—база. При малых коллекторных токах эффективная ширина базы много меньше ее физической толщины из-за области, которую занимает в базе обедненный слой коллектор- база. При больших токах коллектора поток подвижных зарядов (электронов в п-р-п-транзисторе) сквозь базу и через обедненный слой оказывается достаточным, чтобы нарушить равновесие распределения зарядов, и вызывает перемещение всего обедненного слоя дальше от эмиттера, то есть в коллектор. Таким образом, база фактически становится шире, и время прохода носителей растет. Это проявляется как увеличение емкости СЬе, которое затем на высоких частотах начинает доминировать; поэтому с увеличением коллекторного тока частота fT, вслед за первоначальным ростом, падает. Результирующая зависимость частоты fT от коллекторного тока /с для маломощного кремниевого транзистора показана на рис. 7.4, где можно видеть, что оптимальные характеристики в области высоких частот получаются при токах коллектора от 5 до 50 мА.

Литература: М.Х.Джонс, Электроника — практический курс Москва: Техносфера, 2006. – 512с. ISBN 5-94836-086-5

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты