Частотные свойства транзистора определяют диапазон частот синусоидального сигнала, в пределах которого прибор может выполнять функции усиления и преобразования сигнала. Частотные свойства электронных приборов определяются зависимостью его параметров от частоты входного сигнала. Измерение частотной характеристики производится в нормальном активном режиме при малых амплитудах сигнала.
Для биполярных транзисторов используется зависимость коэффициента передачи входного тока от частоты. Измерения ведутся при малых уровнях входного сигнала. Частотные свойства усилительного каскада на биполярном транзисторе зависят от сопротивления источника сигнала, элементов Сэ, Скб и rбб'. Кроме того на частотные свойства биполярных транзисторов влияет время пролета носителей через базу τб. Эквивалентная схема биполярного транзистора при его включении в схеме с общей базой приведена на рисунке 1.
Рисунок 1. Эквивалентная схема биполярного транзистора в схеме с общей базой
Параметры h21э и Скб указываются в справочных данных на транзистор (это технические условия для отечественных транзисторов, в крайнем случае справочники по транзисторам, или datasheets для иностранных транзисторов)
Обычно нет необходимости учитывать влияние на частотные свойства транзистора каждого элемента эквивалентной схемы в отдельности. Все эти элементы влияют на коэффициент передачи тока h21 совместно. Зависимость коэффициента усиления биполярного транзистора по току от частоты показано на рисунке 2.
Рисунок 2. Частотные зависимости коэффициентов усиления биполярного транзистора
На этом рисунке видно, что начиная с некоторой частоты, коэффициент усиления по току уменьшается. Обычно эту частоту fh21э или fh21б определяют по уровню –3 дБ. Частота, на которой коэффициент усиления транзистора по току в схеме с общим эмиттером уменьшается до значения, равного 1, называется частотой единичного усиления fT.
Частотная характеристика транзистора, показанная на рисунке 2 может быть описана формулой (1), при этом коэффициент передачи транзистора из-за влияния емкости Cкб становится комплексным:
(1)
где h21б0 — коэффициент передачи тока эмиттера на низкой частоте,
f — текущая частота,
fh21б — предельная частота.
Чаще всего нас интересует модуль коэффициента усиления транзистора по току. Его можно получить из формулы (1):
(2)
Подставив в эту формулу частоту
(3)
Формула для частотной характеристики биполярного транзистора в схеме с общей базой похожа на приведенное выше выражение (1) для частотной характеристики транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером
(4)
где fh21б = fh21э(1 + h21э0)
Транзистор можно использовать в генераторах или усилителях только если его коэффициент усиления по мощности будет больше
единицы
(5)
где fh21б — предельная частота усиления по току в схеме с ОБ в мегагерцах;
rбб' — объемное сопротивление базы в омах;
Cкб — ёмкость коллекторного перехода в пикофарадах;
fmax — максимальная частота генерации в мегагерцах.
Ранее уже обсуждалось, что коэффициент усиления по току h21э0 зависит от тока эмиттера. Предельная частота усиления транзистора в схеме с общим эмиттером fh21э тоже зависит от значения тока эмиттера. Эта зависимость приведена на рисунке 3.
Рисунок 3. Зависимость предельной частоты усиления биполярного транзистора от тока эмиттера
На этом рисунке приведены идеализированные частотные характеристики транзистора, где зависимость h21э от частоты представлена в виде кусочно-ломанной характеристики.
Итог:
- Коэффициент усиления транзисторов уменьшается с ростом частоты;
- Частота предельного усиления для схемы с ОБ больше частоты предельного усиления для схемы с ОЭ в h21э раз;
- Частотные свойства транзисторов улучшаются с ростом тока эмиттера.
Дата последнего обновления файла 4.07.2022
