Частотные свойства биполярных транзисторов

Биполярный транзистор изобрели американские ученые Бардин, Браттейн и Шокли в 1948 г. Последовавшее бурное развитие транзисторов привело к тому, что они стали широко использоваться в усилителях и генераторах, начиная с самых низких частот, и продвинулись далеко в СВЧ диапазон [16].

Для описания усилительных свойств транзистора наиболее широко используется коэффициент усиления тока в схеме с общим эмиттером b . В [7] приведено упрощенное соотношение, описывающее зависимость этого параметра от частоты:

.

(8.1)

Индекс «*» подчеркивает, что рассматривается поведение данного коэффициента на высоких частотах; b₀ – его низкочастотное значение; w_b –круговая частота, на которой абсолютное значение параметра снижается в раз.

Когда частота значительно превышает значение w_b , получим приближенное выражение

,

(8.2)

где ; – частота отсечки, на которой .

Частоту отсечки можно оценить, используя упрощенные выражения для основных факторов инерционности транзистора:

.

(8.3)

Эти факторы таковы:

– постоянная времени перезарядки емкостей, приведенных ко входу, через дифференциальное сопротивление эмиттерного перехода ; C_э , C_к – емкости эмиттерного и коллекторного переходов транзистора, C_p – емкость корпуса;

– время пролета носителей заряда через область базы; для чисто диффузионного механизма h = 2, при увеличении их скорости из-за дрейфовой компоненты, связанной с градиентом концентрации примеси в базе, значение h может увеличиваться до 10;

– время пролета носителей через обедненную область коллектора с насыщенной дрейфовой скоростью;

– постоянная времени перезарядки емкости коллектора через омическое сопротивление коллекторной области.

Последняя составляющая оказывается значительно меньше других и в дальнейшем не рассматривается. С учетом приведенных соотношений получаем:

.

(8.4)

Из полученного выражения следует, что для повышения частоты отсечки требуется снижать емкости прибора и длины пролетных участков структуры. Следует отметить, что снижение емкостей переходов приводит к уменьшению максимального допустимого тока, а снижение пролетных длин сопряжено с уменьшением пробивных напряжений переходов, поэтому повышение рабочей частоты связано со снижением максимальной мощности прибора.