2.5.Эквивалентная схема транзистора на высоких частотах

В области высоких частот в эквивалентной схеме транзистора необходимо учитывать реактивные элементы. Наиболее полно отражает свойства транзистора на высоких частотах гибридная П-образная эквивалентная схема замещения транзистора, приведенная на рис. 2.13.

В этой схеме: r_б — объемное сопротивление области базы, т.е. сопротивление полупроводникового материала между выводом базы и ее активной областью, примыкающей к той части базы, через которую проходит диффузия неосновных носителей. Величина этого сопротивления в значительной степени зависит от типа транзистора и положения рабочей точки и может изменяться от нескольких единиц до 100 Ом. Влияние сопротивления r_б проявляется на высоких частотах, так как через него проходит ток двух внутренних емкостей С_бэ и С_кб

Рис. 2.13. Гибридная П–образная схема замещения транзистора

С_кб — емкость обратно смещенного коллекторного перехода,

С_бэ — некоторая эквивалентная емкость, включенная параллельно входному сопротивлению транзистора r_э^’.

Одна составляющая этой емкости обусловлена емкостью эмиттерного перехода, другая, большая часть емкости связана с накоплением неосновных носителей заряда в области базы и емкости, обусловленной пространственным зарядом эмиттерного перехода.

Параметры эквивалентной схемы рис. 2.13 при заданном постоянном коллекторном токе можно получить, воспользовавшись паспортными данными транзистора

₀ = h_21э; ; С_кб; r_э’ = ₀/S.

Для определения емкости С_бэ рассмотрим усилитель с ОЭ в режиме короткого замыкания выходкой цепи, на входе которого включен малосигнальный источник тока (см. рис. 2.14). Такой режим не встречается на практике, однако он характеризует влияние емкостей С_бэ и С_кб на частотную характеристику транзистора.

Рис. 2.14. Эквивалентная схема транзистора в режиме короткого замыкания выходной цепи

Из рис. 2.14 видно, что при коротком замыкании на выходе усилителя емкости С_бэ и С_кб оказывается включенными параллельно. Тогда

.

Другим результатом короткого замыкания на выходе является то, что весь ток генератора SU_эб проходит на выход; следовательно, через конденсатор С_кб ток не течет. Поэтому можно записать передаточную функцию для (j) в следующем виде:

Передаточная функция (j) имеет единственный полюс. Частота, соответствующая этому полюсу, обозначается _, т.е.

.

Для частот, превышающих _, коэффициент усиления тока короткого замыкания падает на 6 дб на октаву.

Зависимость величины _ от частоты представлена на рис. 2.15 в логарифмическом масштабе. Пунктиром обозначены асимптоты, а зависимость коэффициента усиления при коротком замыкании выходной цепи показана сплошной кривой. Точка пересечения асимптот соответствует частоте _. На высоких частотах асимптота кривой коэффициента усиления тока имеет наклон (тангенс угла наклона), равный –1.

Рис. 2.15. Зависимость коэффициента по току транзистора от частоты

Частота, соответствующая точке пересечения высокочастотной асимптоты и прямой, определяемой выражением (j)=1, обозначена _T. Этой круговой частоте соответствует частота f_T=_T/2, которая является параметром, приводимом в паспортных данных транзистора. В пределах высокочастотной асимптоты | | и  связаны соотношением:

.

Из этого следует, что поскольку | |=1 для  =_T, то

_T=₀ _ (2.12)

или

1/_ = ₀/_T = ₀/(2f_T).

Так как

,

то получаем

r_э’(С_бэ+С_кб)=₀/2f_T.

Отсюда находим значение емкости

.

Из выражения 2.12 видно, что f_T есть произведение ₀ и f_, поэтому, f_T часто называет произведением усиления на полосу частот для данного транзистора. В справочнике на некоторые транзисторы вместо f_T приводят значение || на частоте, заведомо лежащей в диапазоне, соответствующем высокочастотной асимптоте.

Например, транзистор, имеющий значение ||=5 на частоте 100 МГц будет иметь f_T=1005=500 МГц.

Наиболее трудно определить параметр транзистора r_б. Этот параметр, к счастью, наименее важен в общих расчетах. Если значение r_б не приведено в справочнике то его можно взять равным 50–100 Ом.

В области высоких частот r_э’ можно рассматривать как разрыв цепи по сравнению с сопротивлениями конденсаторов С_бэ и С_бк. Следовательно, его можно считать резистивным компонентом входной цепи. Входная проводимость схемы ОЭ при коротком замыкании на выходе на высоких частотах имеет вид

Этот высокочастотный параметр имеет единственный полюс на частоте

,

который лежит далеко за пределами рабочего частотного диапазона схемы 0Э. По этой причине влиянием r_б без большой погрешности во многих случаях можно пренебречь.