эффективность работы транзисторов как активных элементов электронных схем.

Высокочастотные параметры транзисторов. Амплитудно-частотная зависимость модуля коэффициентов передачи тока в схемах с ОБ и ОЭ характеризуется уравнениями:

Ы. = ft216o/j/l +( /Л21б); Ы = Vl+(flfh2lsf \ (5-33)

где 12161, Л21э-модули коэффициентов передачи тока;

Л2130. Л2160- значения коэффициентов на низкой частоте.

Частотная зависимость фазы коэффициентов передачи тока определяется соотношениями:

9Л21б = агс1§( /й21б); ¥л21э = агс1Е( /л21з)- (5.34)

Из уравнений (5.33) следует, что с ростом частоты модуль коэффициентов передачи \h2ic\ и /121э уменьшается (рис. 5.17). В этих уравнениях f нк, " /213 -предельная частота, на которой /г21б и /121э снижается в Кзраз по сравнению с его значением /12160 или /i2i30 на низкой частоте. Различие между значениями предельных частот ijie >21э ико. Эти частоты связаны соотношением

/Л21э = (1 - 21бо) /*216 = /й21бА1 + 2U0)- (5-35)

с увеличением частоты модуль /г21э убывает быстрее, чем модуль /г21б (см. рис. 5.17), а фазовый сдвиг tpyjj (между токами

/б и /к) значительно больше, чем tpyjg (между токами h и /к),

т-е. ?й21э»?%б-

В справочниках обычно приводится значение не предельной fh2is а граничной частоты /гр коэффициента передачи тока

/гр = А21Э0/Л21э = 216о/Л21б, (5.36)

которую проще измерить. Граничная частота определяет значение частоты, при которой /г21э1 = 1-

Другим критерием усилительных свойств транзистора на высокой частоте служит максимальная частота генерации. В схемах автогенераторов часть мощности генерируемых колебаний с выхода транзистора (по цепи положительной обратной связи) подается на его вход. В режиме автогенерации важно значение коэффициента усиления по мощности

Км = Рвыу/Рвх = «22/«li « (A21M11) н-

При увеличении частоты сигнала и соответствующем уменьшении коэффициента передачи тока /i2i будет снижаться коэффициент усиления по мощности Км- Снижение Ям

Рис. 5.17. Зависимость коэффициента передачи по току транзистора, включенного с ОБ и ОЭ

обусловлено не только уменьшением Лгь но и шунтирующим влиянием барьерной емкости коллекторного перехода. Эта емкость параллельно подключена сопротивлениям базы ге и нагрузки /?н- Через нее ответвляется часть входного тока, вследствие чего Ям уменьшается.

Максимальная частота генерации транзистора - это частота, при которой коэффициент усиления транзистора по мощности уменьшается до единицы. Она характеризует наибольшую частоту автоколебаний, возможную в генераторе на данном транзисторе. При более высоких частотах невозможна генерация колебаний. Максимальная частота генерации

; :/макс = 1/л21бо/л21б/(3>бк) = (IMe) Ор/Ы/С. (5.37)

Здесь /макс И f/j2g измсряется в мегагерцах, гб -в омах, Ск - в пикофарадах.

Для расширения частотного диапазона работы транзистора необходимо уменьшать толщину базы wt, омическое сопротивление базы гб и емкость коллектора Ск. Значительному снижению сопротивления гб препятствует уменьшение эффективности эмиттера. Уменьшение Ск достигается за счет уменьшения площади коллекторного р-/г-р-перехода, однако это сопровождается снижением допустимого тока коллектора и рассеиваемой мощности.

Произведение объемного сопротивления базы на емкость коллекторного перехода х-гС (Ом-пФ) представляет постоянную времени цепи обратной связи. Она характеризует обратную связь в транзисторе на высокой частоте и определяет его максимальную частоту генерации.

§ 5.9. Эквивалентная схема транзистора для малого сигнала

В линейных схемах транзистор работает в режиме усиления малых сигналов. При расчете усилительных каскадов на транзисторах, работающих в режиме малого сигнала, транзистор представляют в виде Т-образной или П-образной эквивалентных схем. Элементы эквивалентной схемы (схемы замещения) отражают процессы инжекции, рекомбинации, перемещения и накопления носителей заряда в реальном транзисторе.

В Т-образной схеме замещения (рис. 5.18, а) эмиттерный и коллекторный переходы представлены дифференциальными сопротивлениями Га и Гк. Внутреннюю обратную связь по напряжению, обусловленную модуляцией толщины базы, отражают идеальным генератором напряжения р,эк«к, включенным в цепь эмиттера, где «к - переменная составляющая напряжения коллектора. Способность транзистора осуществлять передачу эмиттерного тока в цепь коллектора отражена в схеме эквивалентным генератором тока fhih- Объемное сопротивление базы Гб включено в малосигнальную эквивалентную схему между внутренней точкой базы Б и

а) г--г-\\----т >---ltc--i

Рис. 5.18. Эквивалентные схемы транзистора с ОБ

внешним выводом Б. Эквивалентная схема для малого сигнала отражает физическую структуру транзистора. Поэтому ее иногда именуют физической Т-образной схемой замещения транзистора.

На высоких частотах необходимо учитывать физические процессы, связанные с зарядом барьерных емкостей р-п-р-переходов и накоплением неосновных носителей заряда в областях транзистора с учетом заряда диффузионных емкостей. Частотные свойства транзистора учитывают в эквивалентной схеме введением емкостей переходов Сэ и Ск, подключаемых параллельно сопротивлениям Гэ и Гк. Кроме того, коэффициент передачи тока становится комплексной величиной. В некоторых схемах замещения включают сопротивление Ryr, таким путем учитывают утечку коллектора. Иногда схему замещения упрощают, заменяя эквивалентный генератор [Хэкк сопротивлением rt", включаемым в цепь базы. Тогда для переменной составляющей сигнала общее сопротивление базы

Гб = ДСэбМ/к = гс+г1 при Д/к = const.

Здесь Гб" - диффузионное сопротивление базы, обусловленное влиянием Uk на f/э из-за модуляции толщины базы

г; = Гэ/[2(1-8„)-(-(1-у„)].

где бп и уи - соответственно коэффициенты переноса и инжекции.

С учетом эффекта модуляции толщины базы Т-образная схема замещения транзистора с ОБ изображена на рис. 5.18, б. По сравнению со схемой 5.18, с здесь Гз"Гз/2.

Эквивалентная схема транзистора с ОЭ для переменных составляющих напряжения и тока приведена на рис. 5.19. В схеме с ОЭ входным является ток базы /б, поэто-му в эквивалентную схему введен генератор тока /121э/б-

Сопротивление коллектора в схеме с ОЭ

Гкэ=Гк{1- А21б) = rj(l + А213).

Емкость, шунтирующая сопротивление

Гкэ,

Скэ = Ск/(1 - А21б) = Ск (1 -1- А21э).

Рис. 5.19. Эквивалентная схема транзистора с ОЭ