3.8 Робота транзистора на високих частотах
Поняття "високі частоти" є відносним, оскільки воно пов'язано з інерційними властивостями конкретного типу транзистора таким чином, що якщо час протікання фізичних процесів в транзисторі, викликаних зміною вхідного сигналу, сумірно або перевищує його період, то частоту називають високою.
На мал. 3.17 представлена частотна залежність коефіцієнтів передачі струму в схемах ОЕ і Про, з якого видно, що на високих частотах значення h21 зменшуються в порівнянні з їх значеннями на низькій частоті. Це обмежує частотний діапазон, в якому може бути використаний даний транзистор для посилення сигналу.
Припустимо, що струм емітера стрибком змінюється на малу величину ДIЭ від постійного значення ДIЭ= (мал. 3.18). Струм колектора не може збільшитися миттєво, він наростає поступово. Інтервал часу між моментом наростання емітерного струму і моментом часу, в якому струм колектора збільшується до рівня 0,5 сталі значення, рівного б·ДIЭ, назвемо часом затримки струму колектора .
Якщо тривалість вхідного імпульсу струму tўвх >> фКЭ, то за час його дії амплітуда вихідного струму встигає досягти максимального значення ДIК макс = би ·ДIЭ, а струм бази сильно зменшиться. При зменшенні тривалості вхідного імпульсу амплітуда вихідного імпульсу зменшується, так що при tўўвх= фКЭ (штрихові лінії) одержуємо ДIК » 0,5 ДIК макс . Таким чином у разі дії малого високочастотного сигналу, коли його період буде менше ніж 2р·фКЭ, коефіцієнт передачі буде менше одиниці.
Розрахунок часу затримки фКЭ заснований на розділенні структури транзистора на декілька областей, відповідних послідовним етапам руху носіїв від емітера до колектора. В цьому випадку час затримки:
τΚέ = τέο + tοπΑ + tοπΚο + τΚο (3.18)
де фЭп, фКп - постійні часу емітерного і колектора переходів;
tпрБ, tпрК - середній час прольоту дірок (електронів) через базу і перехід колектора.
Частотні параметри транзистора fh21Э і fh21Б називають граничними частотами коефіцієнтів передач в схемах з ОЕ і Про відповідно На цій частоті коефіцієнти передачі зменшуються в разу в порівнянні з його низькочастотним значенням.
На рис.3.19 приведена типова залежність граничної частоти від струму емітера. В області малих струмів гранична частота збільшується із зростанням струму, що обумовлене зменшенням диференціального опору емітерного переходу. В області великих струмів із зростанням струму збільшуються товщина бази і час прольоту дірок (електронів) через базу, тому гранична частота зменшується.
Найбільшу частоту, при якій транзистор здатний генерувати коливання в схемі автогенератора, називають максимальною частотою генерації fмакс. Максимальна частота генерації пов'язана з граничною частотою співвідношенням:
(3.19)
де Ськбар- бар'єрна місткість переходу колектора ;
rКбар - еквівалентний опір бази.
3.9 Робота транзистора в імпульсному режимі
Імпульсний режим характерний для роботи транзистора в цифрових логічних і запам'ятовують схемах, широко що використовуються в ЕОМ і пристроях цифрової автоматики, в схемах генераторів, перетворювачів імпульсів і ін. Для цих схем типові перемикання транзистора за короткий час із стану з високою напругою колектора і малим струмом в стан з малою напругою і великим струмом (включення) і зворотне перемикання (виключення). При цьому і струми і напруги в транзисторі змінюються в широких межах, так що в більшості випадків виявляється нелінійність його характеристик. Тому імпульсний режим називають також режимом великого сигналу.
На рис.3.20 представлена найпростіша схема ключа, що містить транзистор, включений по схемі ОЕ, і резистори R1 і R2 в базовій і колекторі ланцюгах. В ланцюзі колектора включено джерело постійної напруги ТЕНЬК .
Вихідну напругу у відкритому стані можна визначити з характеристики навантаження (рис.3.21). Звичайно вимагається, щоб напруга Uвых була якомога менше і слабо залежало від вхідної напруги і опору R2. Ці вимоги задовольняються, якщо робоча крапка А лежить на крутій ділянці характеристики транзистора, відповідній режиму насичення. Тоді Uвых= UКЭнас, де UКэнас - напруга насичення. При цьому повинна виконуватися умова існування режиму насичення, тобто IБ1>IКнас /в, де IКнас - струм колектора в режимі насичення при IКнас=ЕК /RК.
Розглянемо перехідні процеси в схемі ключа, коли на її вхід подається імпульс напруги. На рис.3.22 приведені відповідні тимчасові діаграми, де процеси, що відбуваються в схемі можна розбити на ряд тимчасових інтервалів.
Час затримки. При t < t1 Uвх= -ЕБ2, так що транзистор знаходиться в режимі відсічення, базовий і колектор струми нехтує малі, напруга на базі рівна -ЕБ2, а на виході -ЕК . Після стрибкоподібної зміни вхідної напруги Uвх від -ЕБ2 до ЕБ1 при t > t1 стрибком встановлюється базовий струм, який при ЕБ1 >> UБЭ не залежить від напруги UБЭ і тому постійний: IБ1= ЕБ1 /R1 (рис.3.22 би).
Напруга UБЭ не може змінитися стрибком через вплив місткості між висновком бази і нульовою шиною; ця місткість складається з бар'єрних місткостей емітерного і колектора переходів. Оскільки протягом часу затримки напруга на колекторі залишається постійною, то напруги на емітерному і колекторі переходах змінюються на однакове значення, тому їх бар'єрні місткості підсумовуються.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.
