4.10.5 Сравнительная оценка схем включения транзисторов.

Оценка различных схем включения транзисторов может быть произведена с помощью следующей таблицы, в которой приведены численные значения динамических параметров для различных схем включения транзистора, а также некоторые свойства этих схем.

Таблица 4.1

Параметры	ОЭ	ОБ	ОК
	десятки	<1	десятки
	сотни	сотни	<1
	тысячи	сотни	десятки
	единицы кОм	десятки Ом	сотни кОм
	десятки кОм	сотни кОм	десятки-сотни Ом
Температурные свойства	плохие	хорошие	плохие
Частотные свойства	плохие	хорошие	плохие
Сдвиг фаз между и

Из приведенной таблицы можно сделать следующие выводы:

С точки зрения усилительных свойств лучшей является схема с ОЭ, т.к обеспечивает большое усиление по напряжению и току и наибольшее по мощности.

Кроме того, эта схема вследствие малой разницы входного и выходного сопротивлений позволяет создавать многокаскадные усилители без согласующий устройств;

Поэтому схема с ОЭ получила наибольшее распространение;

Схема с ОБ дает значительно меньшее усиление по мощности и обладает малым входным сопротивлением, но она отличается хорошими частотными свойствами и характеризуется высокой температурной стабильностью, поэтому ее применяют обычно для усиления сигналов в области высоких частот;

Схема с ОК не обладает усилением по напряжению, но имеет большое входное и малое выходное сопротивление, что позволяет использовать ее для согласования большого входного сопротивления источника сигнала – с малым сопротивлением нагрузки (эмиттерный повторитель).

4.11 Частотные свойства транзисторов.

4.11.1 Особенности работы транзисторов на высоких частотах

Характерной особенностью транзисторов является сильная зависимость их свойств (параметров) от частоты. С ростом частоты усилительные свойства транзисторов ухудшаются. Это означает, что уменьшается коэффициент усиления, падает выходная мощность.

Ухудшение усилительных свойств проявляется у транзисторов на менее высоких частотах, чем у электронных ламп. Их верхний частотный предел ограничен сотнями килогерц.

Основными факторами, ухудшающими работу транзисторов на высоких частотах, являются инерционность диффузионного движения неосновных носителей в базе (время пробега носителей в базе), а также влияние емкостей эмиттерного и коллекторного переходов и распределенного сопротивления области базы.

4.11.2 Влияние инерционности диффузионного движения носителей в базе (влияние времени пробега носителей)

Инерционность процесса диффузионного движения неосновных носителей в базе, которая часто оценивается временем пробега ( ) оказывает существенное влияние на работу транзисторов на высоких частотах.

С увеличением частоты период колебаний входного сигнала уменьшается и становится соизмеримым с временем пробега носителей через базу.

В этом случае, носители, инжектированные из эмиттера в базу, например, в момент достижения входным напряжением такого значения, при котором прямое напряжение на эмиттерном переходе имеет максимальное значение, не успевают еще достигнуть коллекторного перехода, как входное напряжение уже существенно уменьшается по величине или даже изменит свою полярность. Тогда концентрация зарядов у эмиттерного перехода будет меньше, чем в какой либо области базы (Рис.4.36).

Рис.4. 35

Рис.4.36

Рис.4.37

Рис.4.38

Рис.4.39

Рис.4.40

В базе возникает градиент концентрации, вызывающий их диффузию не только в направлении коллекторного, но и эмиттерного перехода, т.е. не все инжектированные из эмиттера в базу носители достигнут коллектора, а часть их возвратится назад, приведет к уменьшению амплитуды тока коллектора, а следовательно, и коэффициента передачи тока эмиттера .

Наконец, сравнительно медленное диффузионное перемещение носителей через базу и связанное с этим относительно большое время пробега приводит к задержке по фазе тока коллектора относительно тока эмиттера, в результате чего коэффициент передачи тока становится комплексной величиной (Рис.4.37)

. (4.41)

Очевидно, что чем больше частота входного сигнала, тем больше фазовые сдвиги между токами и напряжениями в транзисторе и тем меньше амплитуда тока коллектора и величина коэффициента передачи тока.

Установлено [2], что зависимость коэффициента передачи тока от частоты может быть приближенно представлена формулой

, откуда определяется модуль

, (4.42)

называемый амплитудно-частотной характеристикой (АЧХ) и фаза

, (4.43)

называемая фазо - частотной характеристикой (ФЧХ), где - коэффициент передачи тока на низкой частоте, близкой к нулю. На рис.4.38 представлена АЧХ, определяемая выражением. Частота, на которой модуль коэффициента передачи тока эмиттера в схеме с ОБ уменьшается в раз, т.е. до 0,7 от своего максимального значения , называется предельной частотой передачи тока эмиттера. Иначе, при

(4.44)

Предельная частота , обозначаемая в справочниках , является важным частотным параметром транзистора и используется в качестве основного критерия при классификации биполярных транзисторов по частотным свойствам.

Частотная зависимость коэффициента передачи тока базы в схеме с ОЭ имеет следующий вид:

, (4.45)

где

- предельная частота коэффициента передачи тока базы, в схеме с ОЭ, обозначенная в справочниках или . Из выражений видно, что характер изменения коэффициентов и аналогичен, но предельная частота значительно меньше частоты . Анализ показывает, что , т.е. предельная частота коэффициента передачи тока базы в схеме с ОЭ, в раз меньше, чем в схеме с ОБ.

Причиной более резкого уменьшения коэффициента передачи тока базы в схеме с ОЭ при увеличении частоты можно пояснить с помощью векторных диаграмм, приведенных на Рис.4.41. На низких частотах можно считать, что ток коллектора совпадает по фазе с током эмиттера (Рис. 4.41 а), ток базы равный разности этих токов мал, а коэффициент передачи тока базы в схеме с ОЭ, в соответствии с выражением велик. С увеличением частоты ток коллектора уменьшается, а фазовый сдвиг между токами и увеличивается (рис.4.41 б), что приводит к увеличению модуля тока базы и, как следствие, уменьшению коэффициента передачи тока базы

. (4.46)

Таким образом, если на уменьшение модуля оказывает влияние лишь уменьшение тока коллектора, то на уменьшение модуля оказывает влияние также увеличение фазового угла , с ростом которого увеличивается ток базы.

Кроме предельной частоты передачи тока, в ряде случаев частотные свойства транзисторов характеризуются граничной частотой тока или , на которой модуль .(рис.4.39)

Граничная частота может быть выражена через предельные частоты [2]

(4.47)

Частота , поэтому транзисторы почти никогда не применяются на частотах, превышающих .

а) б)

Рис.4.41