Частотные свойства биполярного транзистора

Частотные свойства биполярного транзистора

Рис.34. АЧХ коэффициента передачи тока эмиттера в цепь коллектора — a.

На способность биполярного транзистора работать на разных частотах оказывают большое количество конструктивных и физических параметров.

Так каждый вывод транзистора, являющийся проводником, обладает собственной индуктивностью, являющейся для транзистора паразитной.

Наличие такой индуктивности приводит к ухудшению свойств транзистора. Поэтому для транзисторов в зависимости от их назначения применяют различные технологические и конструктивные мероприятия с цель получения требуемых частотных свойств при сохранении приемлемой стоимости. Помимо паразитных реактивных элементов (индуктивности и емкости) ряд параметров транзисторов (a и b) изменяют свои значения в зависимости от частоты сигнала. Коэффициент a является функцией частоты сигнала и отображается выражением , где: a0 — значение коэффициента на нулевой частоте, w — текущая частота, wa — частота полюса, граничная частота коэффициента передачи тока эмиттера в цепь коллектора.

Как видно из рисунка 34 на частоте wa (к=w/wa=1) график имеет точку перегиба. Из рассмотрения уравнения и рисунка приходим к выводу: начиная с нулевой частоты до частоты полюса коэффициент a остается постоянным, на частоте полюса имеем излом и график далее идет с наклоном -20дБ/дек. То есть, если подается сигнал с частотой более частоты полюса, реальное значение коэффициента уменьшается.

Точно так же для схемы включения с общим эмиттером коэффициент передачи тока базы в цепь коллектора b определяется соотношением, , из которого видно, что, начиная с нулевой частоты и до частоты полюса значение коэффициента неизменно и равно b. На частоте полюса характеристика имеет перегиб с углом наклона -20дБ/дек.

Рис. 35 АЧХ коэффициента b.

На рисунке 35 показана АЧХ коэффициента передачи тока базы в цепь коллектора (b), на котором хорошо видно перегиб характеристики на частоте полюса (к = w/wb = 1), при этом b0 = 400. На этой характеристике появляется еще одна характерная точка wt — частота, при которой значение коэффициента становится равным 0[дБ], что в отношениях равно 1, и поэтому эта частота носит название — частота единичного усиления.

Учитывая, что часто в справочной литературе даются значения постоянных времени ta и tb. Частоты полюсов характеризуют один и тот же транзистор при различных включениях и поэтому они связаны между собой соотношением или . Эти выражения показывают, что частотные свойства схем с общим эмиттером хуже, чем схем с общей базой.

В качестве частотных (временных) параметров транзисторов приводят постоянную времени цепи базы — , где — дифференциальное сопротивление базы, Ск — емкость коллектора. Влияние этой постоянной определяется выражением для тока коллектора, , из которого видно, что имеется два полюса: один равен граничной частоте a, а другой определяется постоянной цепи базы. Однако постоянная времени цепи базы не только корректирует коэффициент передачи тока. Важное значение этого параметра состоит в том, что она обуславливает обратную связь, так как через емкость коллектора Ск и сопротивление базы rб часть коллекторного напряжения подается на вход транзистора. С ростом частоты обратная связь усиливается и на граничной частоте wб коэффициент передачи цепочки rб, Ск составляет 0,7, т.е. происходит дополнительное уменьшение значения передаточной функции. Таким образом, видим, что биполярный транзистор имеет ограничения при работе на высоких частотах, и поэтому предпринимаются различные конструктивные и технологические мероприятия для разработки транзисторов работающих на высоких и сверхвысоких частотах. Однако нужно учитывать, что существенные ограничения по частоте наиболее часто определяются не транзисторами а схемами в которых используются транзисторы.

Читайте также:  Можно ли заморозить отварной картофель

Составные транзисторы.

Рис.36.Составной транзистор — схема Дарлингтона.

В зависимости от назначения транзистора меняется его конструкция. Так транзисторы, рассчитанные на работу с большими рассеиваемыми мощностями имеют большие площади p-n переходов и относительно большую толщину слоев, а это приводит к малым значениям коэффициента b. С целью улучшения характеристик мощных транзисторов были разработаны так называемые составные транзисторы. Один из вариантов такой разработки — схема Дарлингтона приведена на рис.36.

Схема состоит из двух транзисторов: первый транзистор малой или средней мощности, а второй — большой мощности. Схема имеет три вывода, что соответствует выводам обычного транзистора, они на рисунке имеют соответствующие обозначения. Анализируя схему, запишем:

dIэ1 = dIб2 = (1+b1)dIб1,

dIк = dIк1+ dIк2 = b1*dIб1+ b2[(1+b1)dIб1].

Учитывая, что для всей схемы dIк/dIб = bå, получаем

bå = b1+b2+b1*b2. Для схемы включения с общим эмиттером остальные параметры: , и .

Лекция 6

Последнее изменение этой страницы: 2016-04-19; Нарушение авторского права страницы

Your access to this service has been temporarily limited. Please try again in a few minutes. (HTTP response code 503)

Reason: Exceeded the maximum number of requests per minute for crawlers.

If you are a WordPress user with administrative privileges on this site please enter your email in the box below and click "Send". You will then receive an email that helps you regain access.

Click here to learn more: Documentation

Generated by Wordfence at Fri, 17 Apr 2020 19:40:12 GMT.
Your computer’s time: .

Частотные свойства определяют диапазон частот синусоидаль­ного сигнала, в пределах которого прибор может выполнять харак­терную для него функцию преобразования сигнала. Принято частот­ные свойства приборов характеризовать зависимостью величин его параметров от частоты. Для биполярных транзисторов использует­ся зависимость от частоты коэффициента передачи входного тока в схе­мах ОБ и ОЭ Н21Би Н21Э. Обычно рассматривается нормальный активный режим при малых амплитудах сигнала в схемах включения с ОБ и ОЭ.

Читайте также:  Торкс пятилучевой с отверстием

В динамическом режиме вместо приращения токов необходимо брать комплексные амплитуды, поэтому и коэффициенты передачи заменяются комплексными (частотно зависимыми) величинами: Н21БиН21Э.

Величины Н21БиН21Эмогут быть найдены двумя способами:

-решением дифференциальных уравнений физических про­цессов и определением из них токов;

-анализом Т-образной эквивалентной схемы по законам теории электрических цепей.

Во втором случае Н21БиН21Эбудут выражены через величины элек­трических элементов схемы. Мы проведем анализ частотных свойств коэффициентов передачи, используя Т-образную линейную модель (эквивалентную схему)n-р-n транзистора (рисунки 3.10 и 3.11).

На частотные свойства БТ влияют СЭ, СКиr  ББ, а также время пролета носителей через базуБ.

Нет надобности рассматривать влияние на частотные свойства транзистора каждого элемента в отдельности. Совместно все эти факторы влияют на коэффициент передачи тока эмиттера Н21Б, который становится комплексным, следующим образом:

,(3.33 )

где Н21Б0— коэффициент передачи тока эмиттера на низкой частоте,f- текущая частота,fН21Б— предельная частота.

Модуль коэффициента передачи тока эмиттера равен:

( 3.34 ).

Не трудно заметить, что модуль коэффициента передачи Н21Бна предельной частотеfН21Бснижается враз.

Сдвиг по фазе между входным и выходным токами определяется формулой

. ( 3.35 )

Для схемы с ОЭ известно соотношение

( 3.36 ).

Подставляя (3.33) в (3.36) получим

(3.37),

где .

Модуль коэффициента передачи тока базы будет равен

(3.38).

Как видно, частотные свойства БТ в схеме ОЭ значительно уступают транзистору, включенному по схеме с ОБ.

Граничная частота fГР— это такая частота, на которой модуль коэффициента передачиН21Э=1. Из (3.38) получим, чтоfГРfН21ЭН21Э0.

Транзистор можно использовать в качестве генератора или усилителя только в том случае, если его коэффициент усиления по мощности КP1. Поэтому обобщающим частотным параметром являетсямаксимальная частота генерирования или максимальная частота усиления по мощности, на которой коэффициент усиления по мощности равен единице. Связь этой частоты с высокочастотными параметрами определяется выражением

, ( 3.39 ).

где fН21Б-предельная частота в мегагерцах;r 1 ББ-объемное сопротивление в омах;CК-емкость коллекторного перехода в пикофарадах;fМАКС-в мегагерцах.

3.6 Способы улучшения частотных свойств биполярных транзисторов

Рассмотренное выше позволяет сделать следующие выводы. Для улучшения частотных свойств (повышение предельной частоты ) рекомендуется следующее.

Читайте также:  Карьер по добыче мрамора

1. Уменьшать время пролета инжектированных носителей в ба­зовой области, т.е.

а) уменьшать ширину базовой области WБ;

б) создавать n-р-n транзисторы, так как подвижность электронов выше, чем у дырок, примерно в 2 раза;

в) использовать германиевые БТ, так как в германии подвиж­ность носителей выше. Еще большие возможности открывает ис­пользование арсенида галлия.

Создавать ускоряющее поле в базовой области для инжекти­рованных из эмиттера носителей. Последнее возникает при нерав­номерном распределении примесей в базе по направлению от эмит­тера к коллектору (рисунок 3.12). Концентрацию около эмиттера дела­ют примерно в 100 раз больше, чем около коллектора.

Рисунок 3.12 К образованию электрического поля в базе дрейфого БТ.

Появление поля объясняется просто. Так как концентрация основных носителей в любой точке базы (дырок n-р-n транзистора) приблизительно равна концентрации примесей в этой точке, то распределение примесей Na(х) одновременно будет и распре­делением дырокp(х). Под влиянием градиента концентрации ды­рок будет происходить их диффузионное движение к коллектору, приводящее к нарушению условия электрической нейтрально­сти: около эмиттера будет избыток отрицательного заряда ионов акцепторов, а около коллектора — избыток положительного заря­да дырок, которые приходят к коллекторному переходу, но не проходят через него.

Нарушение электрической нейтральности приводит к появле­нию внутреннего электрического поля в базовой области (минус у эмиттера, плюс у коллектора). Появляющееся поле, в свою оче­редь, вызовет встречное дрейфовое движение дырок. Нарастание поля и дрейфового потока будет происходить до того момента, ког­да дрейфовый и диффузионный токи дырок уравняются. Легко ви­деть, что установившееся (равновесное) значение поля будет уско­ряющим для электронов, которые входят в рабочем режиме из эмиттера в базу и будут уменьшать их время пролета, т.е. повы­шать предельную частоту БТ.

Биполярные транзисторы с неравномерным распределением примесей в базе, приводящим к появлению ускоряющего поля, называются дрейфовыми, а обычные — бездрейфовыми. Практи­чески все современные высокочастотные и сверхвысокочастот­ные БТ являются дрейфовыми.

Уменьшение времени пролета в базовой области n-р-n транзистора при

экспоненциальном законе убывания концентрации акцепторов от Nа(0) доNа(WБ) учитывается коэффициентом не­однородности базы:

Поэтому [см. (5.93)] можно написать

Для бездрейфовых транзисторов=0 ,а типичные значения для дрейфовых транзисторов .

3. Уменьшать барьерные емкости эмиттерного и коллекторного переходов путем уменьшения сечения областей транзистора и уве­личения ширины переходов (выбором концентрации примесей и ра­бочего напряжения).

4. Уменьшать омическое сопротивление областей базы r  ББ.

5. Уменьшать время пролета носителей в области коллекторно­го перехода.

Следует отметить, что ряд требований несовместимы и не­обходимо при создании транзисторов применять компромисс­ные решения.

Ссылка на основную публикацию
Цикады приманки на щуку
Цикада – это блесна, отличительной особенностью которой является малая парусность, что способствует дальнему забросу. Характеристики, особенности цикады Цикады производятся из...
Цветник цветущий с весны до осени
Узнайте, как выращивать красивые цветущие многолетники для роскошной клубы цветущей все лето. Какие хитрости и секреты применяют цветоводы, чтобы клумба...
Цветные клеевые стержни для термопистолета
На сайте продавца доступен "Онлайн консультант".Для перехода на сайт нажмите "В магазин" На сайте продавца доступен "Онлайн консультант".Для перехода на...
Цикл жизни блох у кошек
Блохи доставляют много хлопот хозяину кошки. Мало того, что насекомые донимают зверька, они распространяются по всей квартире и досаждают хозяевам....
Adblock detector