Влияние частоты усиливаемого сигнала на работу транзистора

С ростом частоты усиливаемого сигнала изменяются основные свойства и параметры транзистора: изменяется сдвиг фаз между входными и выходными токами, снижаются величины коэффициентов передачи тока эмиттера и базы - усилительные свойства транзистора ухудшаются. Это обусловлено двумя основными факторами:

- влиянием емкостей эмиттерного и коллекторного переходов транзистора;

- инерционностью перемещения носителей зарядов через область базы.

Рассмотрим график зависимости коэффициентов передачи тока эмиттера a и базы b от частоты (рис. 10.1). Для примера возьмём низкочастотный транзистор МП39 или аналогичный ему ГТ122.

Рис. 10.1. График зависимости коэффициентов передачи тока эмиттера a и базы b от частоты

Значение частоты по горизонтальной оси графика отложены в логарифмическом масштабе, как это принято при построении частотных характеристик электронных схем.

На постоянном токе транзистор имеет коэффициенты передачи тока a₀ и b₀, связанные между собой выражением (6.4) . С ростом частоты усиливаемого сигнала начинает сказываться влияние барьерной ёмкости закрытого перехода коллектор-база, которая шунтирует активное сопротивление перехода r_КБ, из-за чего снижаются коэффициенты передачи.

В лекции 2 было отмечено, что максимально допустимой частотой работы полупроводникового диода считается частота, на которой ёмкостное сопротивление закрытого p-n перехода Х_С становится равным дифференциальному сопротивлению r_обр. Применительно к транзистору граничной частотой работы считается такая частота, на которой коэффициенты передачи уменьшаются в раз, или становятся равны 0,707 своего первоначального значения (на постоянном токе). Из выражения (6.4) очевидно, что частота, на которой b = 0,707b₀ (f_ГР.ОЭ для схемы ОЭ) будет меньше, чем частота, на которой a = 0,707a₀ (f_ГР.ОБ для схемы ОБ).

Если частоту усиливаемого сигнала увеличивать выше граничной, то коэффициенты передачи тока начнут быстро уменьшаться, и наступит такой момент, когда не основные носители зарядов не успеют пройти через область базы за время половины периода сигнала. Изменение тока коллектора перестанет зависеть от изменений тока базы или эмиттера, и коэффициенты передачи тока станут равными нулю.

Транзистор можно использовать в схеме усилителя или генератора, если коэффициент усиления по мощности К_Р > 1. Поэтому в качестве обобщающего частотного параметра применяют максимальную частоту генерации, на которой К_Р = 1. Эту частоту можно определить из выражения

, (10.1)

где t_К – постоянная времени цепи обратной связи.

Значение частоты f_max одинаково для всех трёх схем включения транзистора и приводится в справочниках.

В лекции 8 было отмечено, что в схемах усилителей для разделения цепей постоянного тока (смещение) и переменного тока (усиливаемый сигнал) применяют конденсаторы. Поэтому в области низких частот коэффициент усиления также может уменьшаться, что вызвано возрастанием сопротивления переходных конденсаторов во входной цепи усилителей. Входная цепь усилителя представляет собой делитель напряжения, состоящий из реактивного сопротивления переходного конденсатора и входного сопротивления транзистора (рис. 10.2).

Рис. 10.2. Упрощённая схема замещения входной цепи усилителя

Напряжение усиливаемого сигнала, поступающее на базу (в схеме ОЭ или ОК) или эмиттер (в схеме ОБ) транзистора, определяется параметрами делителя напряжения:

, (10.2)

и уменьшается с уменьшением частоты.

Особенно сильно это сказывается в усилителе ОБ, так как его собственное входное сопротивление достаточно мало.

График зависимости коэффициента усиления по напряжению К_U от частоты называется амплитудно-частотной характеристикой усилителя (АЧХ). Рассмотрим схемы усилителей ОЭ, ОК, ОБ и особенности их амплитудно-частотных характеристик. Пусть в схемах используется низкочастотный транзистор ГТ122.