74219

Дифференциальные параметры биполярных транзисторов в схеме с общей базой

Лекция

Физика

Дифференциальные параметры биполярных транзисторов в схеме с общей базой Основными величинами характеризующими параметры биполярного транзистора являются коэффициент передачи тока эмиттера α сопротивление эмиттерного rэ и коллекторного rк переходов а также коэффициент обратной связи эмиттер – коллектор μэк. Из полученного соотношения следует что для эффективной работы биполярного транзистора pnp типа ток эмиттера Jэ должен быть в основном дырочным Jэp. По этой причине эмиттер биполярного транзистора должен быть легирован...

Русский

2014-12-30

2.3 MB

24 чел.

Лекция 9

5.5. Дифференциальные параметры биполярных транзисторов в схеме с общей базой

Основными величинами, характеризующими параметры биполярного транзистора, являются коэффициент передачи тока эмиттера α, сопротивление эмиттерного (rэ), и коллекторного (rк), переходов, а также коэффициент обратной связи эмиттер – коллектор μэк.

Дифференциальным коэффициентом передачи тока эмиттера называется отношение приращения тока коллектора к вызвавшему его приращению тока эмиттера при постоянном напряжении на коллекторе:

.

Сопротивление эмиттерного перехода rэ, определяется:

.

Сопротивление коллекторного перехода rк, определяется:

.

Коэффициентом обратной связи μэк называется отношение приращения напряжения на эмиттере к приращению напряжения на коллекторе при постоянном токе через эмиттер:

.

Для коэффициента передачи α можно записать:

,

где  – коэффициент инжекции, или эффективность эмиттера,

– коэффициент переноса.

Таким образом,  – доля полезного дырочного тока в полном токе эмиттера Jэ, а коэффициент κ показывает долю эмиттерного дырочного тока, без рекомбинации дошедшего до коллекторного перехода.

5.6. Коэффициент инжекции

Рассмотрим более подробно выражение для коэффициента переноса, для этого проанализируем компоненты эмиттерного тока, как показано на диаграмме (рис. 5.10).

Для анализа коэффициента инжекции g заменим приращение токов dJэ, dJк на их значения Jэ, Jк. Выразим эмиттерный ток Jэ как сумму электронной Jэn и дырочной Jэp компонент Jэ = Jэp + Jэn. Воспользуемся ранее полученными выражениями для компонент тока Jэp и Jэn:

.

Рис. 5.10. Зонная диаграмма эмиттерного перехода БТ при прямом смещении

Получаем для коэффициента инжекции:

.

Из полученного соотношения следует, что для эффективной работы биполярного транзистора pnp типа ток эмиттера Jэ должен быть в основном дырочным (Jэp). По этой причине эмиттер биполярного транзистора должен быть легирован существенно сильнее по отношению к уровню легирования базы (NАЭ >> NДБ).

5.7. Коэффициент переноса. Фундаментальное уравнение теории транзисторов

Коэффициент передачи эмиттерного тока a характеризует изменение коллекторного тока Iк при вызвавшем его изменении эмиттерного тока Iэ.

Ток коллектора обусловлен дырками, дошедшими от эмиттерного перехода до коллекторного. Поэтому важны доля дырок, дошедших до коллекторного перехода и нерекомбинировавших в базе, и доля дырочного тока в эмиттерном токе.

. (5.9)

Зависимость коэффициента инжекции g от параметров биполярного транзистора была получена ранее. Рассмотрим зависимость коэффициента переноса  от параметров биполярного транзистора.

. (5.20)

Уравнение (5.20) является очень важным соотношением для биполярных транзисторов и по этой причине называется фундаментальным уравнением теории транзисторов.

Разлагая гиперболический косинус ch(x) в ряд при условии, что x < W, и используя первый член в этом разложении, получаем:

. (5.21)

Полагая значение W = 0,2L, получаем:

.

Таким образом, значение коэффициента переноса  будет составлять величину, близкую к единице (отличие не более 2%) при условии, что ширина базы биполярного транзистора W по крайней мере в 5 раз меньше, чем диффузионная длина.

Поскольку коэффициент передачи a определяется произведением коэффициентов инжекции g и переноса  как , то у сплавных транзисторов, где ширина базы составляет W = 1020 мкм, в коэффициенте передачи a главную роль играет коэффициент переноса . У диффузионных транзисторов ширина базы равняется W = (12) мкм и главную роль в коэффициенте передачи a играет коэффициент инжекции g.

5.8. Дифференциальное сопротивление эмиттерного перехода

Из выражения (5.7) для ВАХ биполярного транзистора легко получить общее выражение для дифференциального сопротивления эмиттерного перехода:

. (5.22)

Для примера рассчитаем rэ при Iэ = 1 мА, получим – rэ = 25 Ом.

Если Uэ = 0 (условие короткого замыкания), тогда .

Если Iэ = 0 (условие холостого хода), то .

5.9. Дифференциальное сопротивление коллекторного перехода

Дифференциальное сопротивление коллекторного перехода rк определяется как

.

В активном режиме при Uк << 0 зависимость тока коллектора Iк от параметров биполярного транзистора выглядит следующим образом: Iк = Iэ + Iк0. Из приведенного соотношения следует, что в явном виде ток коллектора Iк от напряжения на коллекторе Uк не зависит. Поэтому в первом приближении сопротивление коллекторного перехода rк при Uк << 0 стремится к бесконечности.

Проанализируем возможность зависимости коэффициента передачи от напряжения на коллекторе Uк. Эта зависимость может проявиться через следующие цепочки: изменение напряжения на коллекторе изменит ширину объединенной области pn перехода, в свою очередь изменение ширины объединенной области pn перехода вызовет изменение ширины базы, а изменение ширины базы изменит коэффициент передачи эмиттерного тока. С учетом изложенного получим следующие выражения для расчета дифференциального сопротивления коллекторного перехода:

. (5.23)

Изменение коэффициента передачи биполярного транзистора вследствие модуляции ширины базы при изменении коллекторного напряжения Uк получило название “эффект Эрли” (рис. 5.11).

Рассмотрим, как модуляция ширины базы влияет на коэффициент передачи . Выражение для коэффициента передачи имеет следующий вид:

.

Для несимметричного p+n перехода обедненная область локализована в слабо легированной части pn перехода и ее ширина .

Рис. 5.11. Эффект Эрли – эффект модуляции ширины базы биполярного транзистора

При изменении напряжения на коллекторе Uк меняется ширина обедненной области , а следовательно, и ширина базы биполярного транзистора W. Этот эффект обуславливает конечное значение дифференциального сопротивления коллекторного перехода (рис. 5.12). Более подробно соотношение (5.23) перепишем в следующем виде:

. (5.24)

С учетом сказанного получаем выражение для дифференциального сопротивления коллекторного перехода:

. (5.25)

Рассчитаем для примера численное значение сопротивления коллекторного перехода rк при следующих параметрах биполярного транзистора на основе кремния (Si):

ND = 1015 см-3; L = 0,1 мм; W = 30 мкм, Uк = 5В, Iэ = 1 мА, eSi = 11,8.

Подставляя параметры в выражение (5.25), получаем rк  5,2 МОм.

На рисунке 5.12 приведены выходные характеристики биполярного транзистора в схеме с общей базой, иллюстрирующие влияние эффекта Эрли.

5.10. Коэффициент обратной связи

Коэффициент обратной связи по напряжению в биполярном транзисторе в схеме с общей базой показывает, как изменится напряжение на эмиттерном переходе при единичном изменении напряжения на коллекторном переходе при условии, что ток эмиттера поддерживается постоянным:

.

Рис. 5.12. Коллекторные характеристики биполярного транзистора в схеме с общей базой, иллюстрирующие влияние эффекта Эрли

Ненулевое значение коэффициента обратной связи также обусловлено эффектом Эрли. Аналогично, как и для коллекторного напряжения, распишем цепочку, показывающую взаимосвязь параметров.

Требование постоянства эмиттерного тока Iэ = const для биполярного транзистора при диффузионном механизме переноса носителей через базу обуславливает постоянство градиента концентрации инжектированных носителей . При увеличении напряжения на коллекторе Uк увеличивается ширина обедненной области  коллекторного pn перехода, что вызывает уменьшение ширины квазинейтрального объема базы W. Это, в свою очередь, влечет за собой уменьшение концентрации инжектированных носителей рn(0) на границе эмиттерного перехода (так как градиент  должен оставаться постоянным) (рис. 5.13). Поскольку концентрация инжектированных дырок на границе эмиттерного перехода рn(0) = p0·exp(bUэ) определяется напряжением на эмиттере, то ее уменьшение возможно только при уменьшении напряжения Uэ на эмиттере.

Рис. 5.13. Влияние эффекта модуляции ширины базы БТ на концентрацию неосновных носителей на границе эмиттер – база

Таким образом, если поставлено условие: Iэ = const, , то при увеличении коллекторного напряжения Uк должно происходить уменьшение эмиттерного напряжения Uэ.

Физически наличие обратной связи по напряжению в биполярном транзисторе в схеме с общей базой обусловлено эффектом модуляции ширины базы.

Получим выражение для коэффициента обратной связи. Поскольку , то . Учтем, что, так как градиент постоянен. Зависимость ширины базы от напряжения на коллекторе  была получена ранее. Тогда

 

.

Следовательно, выражение для коэффициента обратной связи по напряжению mэк в биполярном транзисторе в схеме с общей базой в зависимости от конструктивнотехнологических параметров имеет следующий вид:

. (5.26)

Подставив те же параметры биполярного транзистора, что и в предыдущем примере, получаем эк = –1,1 10-5. Знак “–” в выражении для эк означает, что при увеличении напряжения на коллекторе Uк происходит уменьшение напряжения на эмиттере Uэ.

5.11. Объемное сопротивление базы

Объемное сопротивление базы БТ в схеме с общей базой определяется чисто геометрическими особенностями конструкции БТ. Для сплавного транзистора, как показано на рисунке 5.14, общее сопротивление будет складываться из сопротивления активной (1), промежуточной (2) и пассивной (3) областей.

Рис. 5.14. Схема БТ, иллюстрирующая расчет объемного сопротивления базы [15]

Геометрический ряд этих сопротивлений дает значение:

, где в скобках первое слагаемое – сопротивление цилиндра, второе – сопротивление одного кольца, третье – сопротивление другого кольца. Независимость от ширины цилиндра связана с тем, что ток базы рекомбинационный и зависит от объема вещества. Подставляя параметры: rб = 5 Омсм; W1 =50 МОм; W2 = 5W1; W3 = 9W1; R2 = 1,5R1; R3 = 5R1, получаем rб = 150 Ом.

5.12. Тепловой ток коллектора

Тепловым током коллектора Iк0 называют коллекторный ток Iк, измеренный в режиме разомкнутого эмиттерного перехода (режим холостого хода в эмиттерной цепи Iэр = 0 при большом обратном смещении на коллекторном переходе).

Тепловой ток коллектора отличается от обратного тока диодного pn перехода, поскольку в биполярном транзисторе есть еще и эмиттерный переход.

Легко показать, что в случае изменения теплового тока коллектора на эмиттерном переходе транзистора появится небольшое отрицательное напряжение Uэ.

Действительно, из уравнения (5.7) следует, что при Iэ = 0 напряжение Uэ будет:

.

Если значение коэффициента передачи a равняется a = 0,98, то численное значение ln(0,02) ~ –5. Тогда Uэ = -5 kT/q = -0,1 В.

5.13. Биполярный транзистор в схеме с общим эмиттером

Схема включения биполярного транзистора с общим эмиттером приведена на рисунке 5.15:

Характеристики транзистора в этом режиме будут отличаться от характеристик в режиме с общей базой. В транзисторе, включенном по схеме с общим эмиттером, имеет место усиление не только по напряжению, но и по току. Входными параметрами для схемы с общим эмиттером будут ток базы Iб, и напряжение на коллекторе Uк, а выходными характеристиками будут ток коллектора Iк и напряжение на эмиттере Uэ.

Ранее при анализе биполярного транзистора в схеме с общей базой была получена связь между током коллектора и током эмиттера в следующем виде:

.

В схеме с общим эмиттером (в соответствии с первым законом Кирхгофа) .

,

после перегруппирования сомножителей получаем:

. (5.30)

Рис. 5.15. Схема включения транзистора с общим эмиттером

Коэффициент  перед сомножителем Iб показывает, как изменяется ток коллектора Iк при единичном изменении тока базы Iб. Он называется коэффициентом усиления по току биполярного транзистора в схеме с общим эмиттером. Обозначим этот коэффициент значком .

. (5.31)

Поскольку величина коэффициента передачи α близка к единице (a  1), то из уравнения (5.31) следует, что коэффициент усиления b будет существенно больше единицы (b >> 1). При значениях коэффициента передачи a = 0,980,99 коэффициент усиления будет лежать в диапазоне β = 50100.

С учетом (5.31), а также  выражение (5.30) можно переписать в виде:

, (5.32)

где  – тепловой ток отдельно взятого pn перехода, который много больше теплового тока коллектора Iк0, а величина rк определяется как .

Продифференцировав уравнение (5.32) по току базы Iб, получаем . Отсюда следует, что коэффициент усиления показывает, во сколько раз изменяется ток коллектора Iк при изменении тока базы Iб.

Для характеристики величины b как функции параметров биполярного транзистора вспомним, что коэффициент передачи эмиттерного тока определяется как , где . Следовательно, . Для величины было получено значение: . Поскольку , а   1, получаем:

. (5.33)

На рисунке 5.16а приведены вольтамперные характеристики биполярного транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером с током базы, как параметром кривых. Сравнивая эти характеристики с аналогичными характеристиками для биполярного транзистора в схеме с общей базой, можно видеть, что они качественно подобны.

Проанализируем, почему малые изменения тока базы Iб вызывают значительные изменения коллекторного тока Iк. Значение коэффициента , существенно большее единицы, означает, что коэффициент передачи близок к единице. В этом случае коллекторный ток близок к эмиттерному току, а ток базы (по физической природе рекомбинационный) существенно меньше и коллекторного и эмиттерного тока. При значении коэффициента  = 0,99 из 100 дырок, инжектированных через эмиттерный переход, 99 экстрагируются через коллекторный переход, и лишь одна прорекомбинирует с электронами в базе и даст вклад в базовый ток. Увеличение базового тока в два раза (должны прорекомбинировать две дырки) вызовет в два раза большую инжекцию через эмиттерный переход (должно инжектироваться 200 дырок) и

Рис. 5.16. Вольтамперные характеристики биполярного транзистора КТ215В, включенного по схеме с общим эмиттером [24, 29]:

а) входные характеристики; б) выходные характеристики

соответственно экстракцию через коллекторный (экстрагируется 198 дырок). Таким образом, малое изменение базового тока, например, с 5 до 10 мкА, вызывает большие изменения коллекторного тока, соответственно с 500 мкА до 1000 мкА.

  1.  Передаточные:

, при .

Если , то ;

, т.к. ,  и

.

Оценим усилительные свойства транзистора:

.

В схеме с общим эмиттером транзистор обеспечивает усиление по току.

;

В схеме с общим эмиттером есть усиление по напряжению.

   - самое большое усиление по мощности.

5.14. Эквивалентная схема биполярного транзистора

Полученные в предыдущих разделах соотношения описывают взаимосвязь входных и выходных параметров биполярного транзистора в аналитической форме. Существует и другая форма представления этой взаимосвязи в виде эквивалентных схем, когда реальные процессы в нелинейных устройствах можно заменить на набор активных (источники тока и напряжения) и пассивных (резисторы, емкости) элементов, адекватно описывающих взаимосвязь входных и выходных параметров. На основе рассмотренных характеристик представим эквивалентную схему транзистора при включении по схеме с общей базой в следующем виде. Основные пассивные элементы (сопротивления rэ, rк, rб , емкости коллекторного СБ и эмиттерного СД переходов), активные элементы (генератор тока Iэ в коллекторной цепи, источник ЭДС экUк в эмиттерной цепи, отражающей обратную связь между эмиттером и коллектором) изображены на эквивалентной схеме (рис. 5.17).

Рис. 5.17. Эквивалентная схема биполярного транзистора в схеме с общей базой

Приведенная эквивалентная схема справедлива для рассмотрения статических характеристик биполярного транзистора, а также для рассмотрения этих характеристик в области низких частот. Эта схема называется Т-образной эквивалентной схемой, отражает основные физические процессы, происходящие в транзисторе, и удобна для их анализа (рис. 5.18).

Рис. 5.18. Эквивалентная схема биполярного транзистора в схеме с общим эмиттером

Основные параметры эквивалентной схемы транзистора выражаются через конструктивно-технологические параметры следующим образом:

;

.

Величины коэффициентов a, rэ, rк, mэк для биполярного транзистора лежат в пределах:

a = 0,95÷0,995, rэ = 1÷10 Ом, rк = 10÷106 Ом, mэк = 10-3÷10-5.

Для биполярного транзистора в схеме с общим эмиттером эквивалентная схема выглядит аналогично.

Основные параметры эквивалентной схемы имеют тот же вид, что и в схеме с общей базой, кроме Ск* и rк*, равных: Ск* = Ск(b + 1), rк* = rк(b + 1).

5.17. Параметры транзистора как четырехполюсника.

        h-параметры

Биполярный транзистор в схемотехнических приложениях представляют как четырехполюсник и рассчитывают его параметры для такой схемы. Для транзистора как четырехполюсника характерны два значения тока I1 и I2 и два значения напряжения U1 и U2 (рис. 5.23).

Рис. 5.23. Схема четырехполюсника

В зависимости от того, какие из этих параметров выбраны в качестве входных, а какие в качестве выходных, можно построить три системы формальных параметров транзистора как четырехполюсника. Это системы zпараметров, yпараметров и hпараметров. Рассмотрим их более подробно, используя линейное приближение.

Система z-параметров

Зададим в качестве входных параметров биполярного транзистора как четырехполюсника токи I1 и I2, а напряжения U1 и U2 будем определять как функции этих токов. Тогда связь напряжений и токов в линейном приближении будет иметь вид:

;

.

Коэффициенты zik в этих уравнениях определяются следующим образом:

и  – определяются как входное и выходное сопротивления.

и  – сопротивления обратной и прямой передач.

Измерения zпараметров осуществляются в режиме холостого хода на входе (I1 = 0) и выходе (I2 = 0). Реализовать режим разомкнутого входа I1 = 0 для биполярного транзистора достаточно просто (сопротивление эмиттерного перехода составляет всего десятки Ом и поэтому размыкающее сопротивление в цепи эмиттера в несколько кОм уже позволяет считать I1 = 0). Реализовать режим разомкнутого выхода I2 = 0 для биполярного транзистора сложно (сопротивление коллекторного перехода равняется десяткам МОм и размыкающее сопротивление в цепи коллектора в силу этого должно быть порядка ГОм).

Система yпараметров

Зададим в качестве входных параметров биполярного транзистора как четырехполюсника напряжения U1 и U2, а токи I1 и I2 будем определять как функции этих напряжений. Тогда связь токов и напряжений в линейном приближении будет иметь вид:

;

.

Коэффициенты в уравнениях имеют размерность проводимости и определяются следующим образом:

и  – входная и выходная проводимости.

и  – проводимости обратной и прямой передач.

Измерение yпараметров происходит в режиме короткого замыкания на входе (U1 = 0) и выходе (U2 = 0). Реализовать режим короткого замыкания на входе (U1 = 0) для биполярного транзистора достаточно сложно (сопротивление эмиттерного перехода составляет всего десятки Ом и поэтому замыкающее сопротивление в цепи эмиттера должно составлять доли Ома, что достаточно сложно). Реализовать режим короткого замыкания на выходе U2 = 0 для биполярного транзистора просто (сопротивление коллекторного перехода равняется десяткам МОм и замыкающие сопротивления в цепи коллектора могут быть даже сотни Ом).

Система hпараметров

Система hпараметров используется как комбинированная система из двух предыдущих, причем из соображений удобства измерения параметров биполярного транзистора выбирается режим короткого замыкания на выходе (U2 = 0) и режим холостого хода на входе (I1 = 0). Поэтому для системы hпараметров в качестве входных параметров задаются ток I1 и напряжение U2, а в качестве выходных параметров рассчитываются ток I2 и напряжение U1, при этом система, описывающая связь входных I1, U2 и выходных I2, U1 параметров, выглядит следующим образом:

;

.

Значения коэффициентов в уравнении для h-параметров имеют следующий вид:

– входное сопротивление при коротком замыкании на выходе;

– выходная проводимость при холостом ходе во входной цепи;

– коэффициент обратной связи при холостом ходе во входной цепи;

– коэффициент передачи тока при коротком замыкании на выходе.

Эквивалентная схема четырехполюсника с hпараметрами приведена на рисунке 5.24а, б. Из этой схемы легко увидеть, что режим короткого замыкания на выходе или холостого хода на входе позволяет измерить тот или иной hпараметр.

Рис. 5.24. Эквивалентная схема четырехполюсника:

а) биполярный транзистор в схеме с общей базой; б) биполярный транзистор в схеме с общим эмиттером

Рассмотрим связь hпараметров биполярного транзистора в схеме с общей базой с дифференциальными параметрами. Для этого воспользуемся эквивалентной схемой биполярного транзистора на низких частотах, показанной на рисунке 5.24а, а также выражениями для вольтамперных характеристик транзистора в активном режиме. Получаем:

;

;

;

.

Для биполярного транзистора в схеме с общим эмиттером (рис. 5.24б) выражения, описывающие связь hпараметров с дифференциальными параметрами, будут иметь следующий вид:

;

;

;

.

Для различных схем включения биполярного транзистора (схема с общей базой, общим эмиттером и общим коллектором) hпараметры связаны друг с другом. В таблице 2 приведены эти связи, позволяющие рассчитывать hпараметры для схемы включения с общей базой, если известны эти параметры для схемы с общим эмиттером.

Таблица 2. Связи между hпараметрами

h11б

h1

h21б

h22б

5.18. Частотные и импульсные свойства транзисторов

Процесс распространения инжектированных в базу неосновных носителей заряда от эмиттерного до коллекторного перехода идет диффузионным путем. Этот процесс достаточно медленный, и инжектированные из эмиттера носители достигнут коллектора не ранее чем за время диффузии носителей через базу, определяемое как . Такое запаздывание приведет к сдвигу фаз между током в эмиттерной и коллекторной цепях. Рассмотрим эти процессы более подробно для биполярного транзистора в схеме с общей базой.

Предположим, что в эмиттерной цепи от генератора тока в момент времени t = 0 подали импульс тока длительностью Т, большей, чем характеристическое время диффузии tD. Ток в коллекторной цепи появится только через время tD, причем вследствие распределения по скоростям в процессе диффузионного переноса фронт импульса будет размываться в пределах временного интервала t1. Через время tD + t1 в коллекторной цепи установится ток, равный 0Iэ. Через время = T, когда импульс тока в эмиттерной цепи закончится, в коллекторной цепи будет продолжать течь ток 0Iэ до времени + tD. Затем также вследствие размытия фронта импульса коллекторный ток будет спадать до нуля за время t1 после + tD. На рисунке 5.26а показаны эпюры эмиттерного (пунктир) и коллекторного (сплошная линия) токов при трансляции эпюра коллекторного тока на интервал времени tD.

Таким образом, при больших длительностях импульсов эмиттерного тока частота сигналов в коллекторной цепи останется неизменной, амплитуда коллекторного тока составит Iк = aIэ и будет наблюдаться сдвиг фаз между эмиттерным Iэ и коллекторным Iк токами. Величина тангенса будет равна:

. (5.44)

Из уравнения (5.44) следует, что в общем случае величина сдвига фаз между эмиттерным и коллекторным токами будет определяться как .

Сдвинем для удобства Djк и Djэ на величину tD по временной оси, тем самым совместим их. Будем наращивать частоту переменного сигнала или уменьшать период эмиттерного тока.

Рис. 5.26. Эпюры эмиттерного (пунктир) и коллекторного (сплошная линия) токов при трансляции эпюра коллекторного тока на интервал времени tD [28, 15]:

а) длительность импульса тока в эмиттерной цепи больше, чем время диффузии неравновесных носителей через базу; б) длительность импульса тока сравнима со временем диффузии; в) длительность импульса тока меньше, чем время диффузии

При длительности эмиттерного импульса  “плоского” участка на коллекторном токе Iк = aIэ уже не будет (рис. 5.26б). При дальнейшем уменьшении периода эмиттерного импульса Т начнет уменьшаться амплитудное значение коллекторного тока, поскольку за это время инжектированные носители не успевают дойти до коллекторного перехода (рис. 5.26в). На языке коэффициента передачи это соответствует возникновению частотной зависимости амплитудного значения коэффициента передачи a().

Таким образом, величина a(w) характеризует коэффициент передачи тока в схеме с общей базой и определяется модулем |a| и фазой ja, причем зависимость a(w) возникает вследствие инерционности переноса носителей от эмиттера к коллектору. На рисунке 5.27 показаны эпюры эмиттерного и коллекторного токов для этого случая.

Частота входного сигнала w, при которой модуль коэффициента передачи |a| уменьшается враз по сравнению со статическим значением a0, называется предельной частотой усиления по току wa биполярного транзистора в схеме с общей базой:

. (5.45)

Рис. 5.27. Эпюры эмиттерного (пунктирная линия) и коллекторного (сплошная линия) токов биполярного транзистора в схеме с общей базой для случая T/4 < tD

Поскольку коэффициент передачи  определяется произведением коэффициентов инжекции  и переноса , то основное значение в зависимости () играет зависимость коэффициента переноса от частоты κ ().

Более точное решение уравнения непрерывности дает следующее выражение для предельной частоты усиления по току :

, (5.52)

где G(a0)  2,53.

С учетом выражения для граничной частоты (5.52) соотношение для комплексного значения коэффициента переноса  (5.50) преобразуется к следующему виду:

. (5.53)

Графическая зависимость модуля коэффициента переноса  и угла фазового сдвига j от частоты входного сигнала приведена на рисунке 5.28.  Рис. 5.28. Зависимость модуля коэффициента переноса |κ ()| и угла фазового сдвига ja от частоты входного сигнала [28, 15]

.

При значении частоты входного сигнала , равной граничной частоте (w/wa = 1,0), значение модуля коэффициента переноса будет составлять |κ ()| = 0,71, а величина фазового сдвига между эмиттерным и коллекторным током будет равна ja = 60º.

Из общих соображений следует, что когда w-1 ~ tD, величина сдвига фаз составит j = 55º, но величина модуля коэффициента передачи |κ ()| при этом еще не изменится.

Для представления в эквивалентных схемах амплитудной и фазочастотной зависимостей a() используют RСцепочку (рис. 5.29). В такой цепочке если входной переменный сигнал a0Iэ, то ток в цепи резистора R будет отображать амплитудную и фазочастотную зависимости a()Iэ.

Рис. 5.29. RCцепочка, иллюстрирующая амплитудную и фазочастотную зависимости a()

В схеме с общим эмиттером предельная частота усиления по току wb много меньше, чем предельная частота wa в схеме с общей базой.

В заключение раздела построим эквивалентную схему биполярного транзистора на высоких частотах для схемы с общей базой (рис. 5.32).

Рис. 5.32. Эквивалентная схема биполярного транзистора на высоких частотах для схемы с общей базой

На приведенной эквивалентной схеме основные параметры элементов в эмиттерной, базовой и коллекторной цепи такие же, как и для эквивалентной схемы при малых частотах. Различие этих двух схем проявляется в коллекторной цепи, где частотная зависимость коэффициента передачи α(ω) изображена в виде фазосдвигающей RCцепочки Сф и Rф в коллекторной цепи.

Частотные свойства транзистора

С ростом частоты сигнала свойства транзистора изменяются:

1. Падает усиление;

2. Выходной сигнал отстает от входного по фазе и отличается по форме;

3. Возрастает уровень шумов.

Причины:

  1.  Конечное время движения носителей в базе;
  2.  Дисперсия (разброс) носителей по скоростям;
  3.  Наличие емкостей эмиттерного и коллекторного pn – переходов;
  4.  Влияние сопротивления в базе.

Работа транзистора с нагрузкой. Нагрузочные характеристики.

- уравнение нагрузочной прямой;

если , то  и .

Построим нагрузочные характеристики на семействе статических характеристик.

 

 

Входная нагрузочная характеристика строится путем переноса точек с нагрузочной прямой.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

72528. Вяжущие материалы. Теория неорганических (минеральных) вяжущих 280.5 KB
  Теория неорганических минеральных вяжущих В данной теме излагаются основные положения теории и основ технологии вяжущих. Различные группы вяжущих гипсовые известковые магнезиальные цементы будут изучаться в следующем семестре на лекции в курсе строительных материалов...
72529. Природные каменные материалы (ПКМ) 370.5 KB
  Добыча природного камня производится в карьерах. При промышленном карьере могут быть цехи по обработке камня дробильно-сортировочные установки. По виду выпускаемой продукции различают карьеры песчаные песчано-гравийные буто-щебеночные и карьеры штучного камня.
72530. Минеральные вяжущие вещества 53 KB
  Одним из первых вяжущих которым пользовался человек была необожженная глина. Для повышения водостойкости вяжущих еще древние римляне к воздушной извести добавляли вулканический пепел. Толчком для дальнейшего развития производства и применения вяжущих явилось изобретение...
72531. Сырье для производства строительных материалов. Природные каменные материалы 58 KB
  Сырьем для изготовления всех неорганических строительных материалов каменных и металлов являются горные породы. Основное сырье для органических материалов нефть и каменный уголь можно также отнести к горным породам.
72532. Периодизация становления и развития отечественного уголовно-исполнительного права 55.5 KB
  Регламентация исполнения наказаний периода Российской империи. Система наказаний и процесс их исполнения по Судебникам 1497 и 1550 гг. Особенностью исполнения наказаний призванной усилить их превентивное воздействие стал их публичнопозорящий характер. Наращивался объем устрашающих наказаний.
72533. ИСТОРИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ СЛОВА «МЕНЕДЖМЕНТ» 310 KB
  Трудно установить с предельной точностью, какова этимология термина «менеджмент». Однако истинное значение слова мы можем установить, выявляя его исторические корни. В античной Греции буквального аналога слову «менеджмент» не существовало.
72534. Программный интерфейс к файловой системе UNIX 70.42 KB
  Инициализация файла: трансляция имени файла в файловый дескриптор номер в таблице дескрипторов внутри процесса; Создание записи в системной файловой таблице которая содержит права доступа к файлу текущую позицию указателя в нем и другую информацию; эта таблица общая для всех процессов.
72535. ВОЗМОЖНОСТИ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЛОГИСТИЧЕСКИХ СИСТЕМ 1.52 MB
  Но замедление скорости движения материальных товарных и финансовых потоков в логистической системе предприятия неминуемо приводит к уменьшению объема выпуска и реализации продукции снижению ее рентабельности при наличии авансированных ресурсов в неизменных размерах.
72536. Ценообразование в условиях монополии и олигополии 154.5 KB
  Поэтому кривая спроса на его продукцию относительно стабильна а цены на товары ограничены лишь покупательской оценкой их полезности относительно дохода и общим состоянием рыночной конъюнктуры. Например если фирма монополизирующая рынок упаковочных материалов установит на них неприемлемо...