Частотные свойства биполярного транзистора

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.

Схема замещения биполярного транзистора в схеме замещения ОБ
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.

Зависимость h21 от частоты
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:

формула частотной характеристики транзистора ОЭ     (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):

формула модуля частотной характеристики транзистора     (2)

Подставив в эту формулу частоту f = fh21э, получим модуль коэффициента передачи транзистора по току |h21э| в √̅2̅ раз меньше значения h21э0, что соответствует 3 дБ на рисунке 2. Сдвиг по фазе между входным и выходным токами можно определить по формуле:

формула фазочастотной характеристики транзистора     (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

формула фазочастотной характеристики транзистора ОБ     (4)

где fh21б = fh21э(1 + h21э0)

Транзистор можно использовать в генераторах или усилителях только если его коэффициент усиления по мощности будет больше единицы КP > 1. Поэтому важнейшим частотным параметром транзистора является максимальная частота генерирования или максимальная частота усиления по мощности, на которой коэффициент усиления транзистора по мощности равен единице. Её можно определить по следующей формуле:

формула предельной частоты генерации транзистора     (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.

Зависимость fh21 от iэ
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


Понравился материал? Поделись с друзьями!


Литература:

  1. Электронные, квантовые приборы и микроэлектроника. Под редакцией Федорова Н. Д. — М.: Радио и связь, 1998. — 560 с.
  2. Электронные приборы. Под редакцией Шишкина Г.Г. — М.: Энергоатомиздат, 1989. — 496 с.
  3. Савиных В. Л. Физические основы электроники. Учебное пособие. — Новосибирск.: СибГУТИ, 2003. — 77 с.
  4. Глазачев А. В. Петрович В. П. Физические основы электроники. Конспект лекций — Томск: Томский политехнический университет, 2015.
  5. Колосницын Б. С. Полупроводниковые приборы и элементы интегральных микросхем. Учебно-методическое пособие: в 2 ч. Ч. 1: Расчёт и проектирование биполярных транзисторов. — Минск: БГУИР, 2011. — 68 с.
  6. Колосницын Б. С. Гапоненко Н. В. Полупроводниковые приборы и элементы интегральных микросхем. Учебное пособие: в 2 ч. Ч. 1: Физика активных элементов интегральных микросхем — Минск: БГУИР, 2016. — 196 с.
  7. Колосницын Б. С. Гранько  С. В. Электронные приборы на основе полупроводниковых соединений. Учебно-методическое пособие: — Минск: БГУИР, 2017. — 94 с.
  8. Биполярный транзистор. Материал из Википедии — свободной энциклопедии. url:https://ru.wikipedia.org/wiki/Биполярный_транзистор
  9. Изобретение транзистора. Материал из Википедии — свободной энциклопедии. url:https://ru.wikipedia.org/wiki/Изобретение_транзистора
  10. npn транзистор общего назначения КТ3130
  11. NPN general purpose transistors BC846; BC847; BC848
  12. BFQ67 NPN 8 GHz wideband transistor

Вместе со статьей "Частотные свойства биполярного транзистора" читают:

Биполярные транзисторы
https://digteh.ru/foe/tranzistor/bt/

Статические характеристики биполярного транзистора
https://digteh.ru/foe/tranzistor/bt/stat_har/

Влияние температуры на статические характеристики биполярного транзистора
https://digteh.ru/foe/tranzistor/bt/t/

Принцип действия биполярного транзистора
https://digteh.ru/foe/tranzistor/bt/princip/


Автор Микушин А. В. All rights reserved. 2001 ... 2022

Предыдущие версии сайта:
http://neic.nsk.su/~mavr
http://digital.sibsutis.ru/

Поиск по сайту сервисом Яндекс
Поиск по сайту сервисом ГУГЛ
Об авторе:
к.т.н., доц., Александр Владимирович Микушин

Кандидат технических наук, доцент кафедры САПР СибГУТИ. Выпускник факультета радиосвязи и радиовещания (1982) Новосибирского электротехнического института связи (НЭИС).

А.В.Микушин длительное время проработал ведущим инженером в научно исследовательском секторе НЭИС, конструкторско технологическом центре "Сигнал", Научно производственной фирме "Булат". В процессе этой деятельности он внёс вклад в разработку систем радионавигации, радиосвязи и транкинговой связи.

Научные исследования внедрены в аппаратуре радинавигационной системы Loran-C, комплексов мобильной и транкинговой связи "Сигнал-201", авиационной системы передачи данных "Орлан-СТД", отечественном развитии системы SmarTrunkII и радиостанций специального назначения.

А.В.Микушин является автором более 100 научных и научно-методических работ, в том числе 20 книг.

Top.Mail.Ru


Яндекс.Метрика