Материал: Tverdotila_elektronika

або

. (3.90)

З останніх формул випливає, що частотні властивості БТ у схемі зі спільним емітером значно гірші, ніж у схемі зі спільною базою. Для порівняння на рисунку 3.55 зображено частотні характеристики обох схем увімкнення.

Причиною різкого зменшення в ССЕ при збільшенні частоти порівняно з ССБ є не тільки зменшення коефіцієнта , а й насамперед збільшення зсуву фаз між струмом та . На низьких частотах струм та приблизно збігається за фазою (рис. 3.56 а), і струм малий. На високих частотах збільшується зсув фаз між струмом та , зростає струм бази (рис. 3.56 б), і тому зменшується коефіцієнт передачі .

З рисунка 3.55 бачимо, що для схеми зі спільним емітером існує так звана частота зрізу , на якій модуль дорівнює одиниці:

. (3.91)

Рисунок 3.55 – Частотні характеристики БТ у ССБ та ССЕ

БТ має цікаву властивість: при частотах добуток модуля і частоти, при якій вимірюється модуль , є величина стала і дорівнює частоті зрізу

. (3.92)

а) б)

Рисунок 3.56 – Векторні діаграми, що пояснюють зменшення модуля коефіцієнта передачі струму бази

Вплив ємностей переходів і розподіленого опору бази на частотні властивості транзистора

Фізична еквівалентна схема БТ у ССБ на високих частотах показана на рисунку 3.57. На ній враховано вплив бар’єрної ємності КП на роботу транзистора. Дифузійна ємність увімкненого в прямому напрямі ЕП не враховується, тому що малий опір звичайно в десятки тисяч разів менший за опір КП , і тому опір шунтує ємність ЕП до дуже високих частот.

Змінна складова струму, створеного джерелом , розгалужується на три гілки: через опір КП , через бар’єрну ємність КП і через опори та . Оскільки великий, то струм через нього незначний. На низьких частотах реактивний опір ємності також великий, і струм через ємність майже не протікає. Але при збільшенні частоти опір ємності зменшується, і все більша частка струму від джерела проходить через ємність. Для зменшення шунтувальної ємності треба зменшувати опір робочого кола +, щоб виконувалась умова

+.

У граничному випадку вважаємо, що , і тоді

або . (3.93)

З формули (3.93) бачимо, що чим менший добуток , тим на більш високих частотах може працювати БТ. Тому величина є важливим частотним параметром транзистора і подається в довідниках.

Рисунок 3.57 – Фізична еквівалентна схема БТ зі спільною базою на високих частотах

3.3.5 Робота біполярного транзистора у ключовому режимі

Дуже поширеними в електроніці є імпульсні схеми, в яких транзистор працює в ключовому (імпульсному) режимі. У цьому режимі на вхідний електрод БТ подається імпульсна напруга (струм) великої амплітуди, і тоді транзистор працює як комутатор, що має два граничні положення – замкнуте (режим насичення) і розімкнуте (режим відсічки).

Рисунок 3.58 – Нормально розімкнений ключ на транзисторі

Розглянемо нормально розімкнений електронний ключ на БТ, схему якого показано на рисунку 3.58. Цей ключ призначено для замикання і розмикання кола навантаження за допомогою імпульсів, що надходять від генератора сигналів керування. Опір вибирається з розрахунку, щоб вихідна навантажувальна пряма перетинала круту дільницю вихідних статичних характеристик (точка В на рисунку 3.59). Опір в базовому колі керування, як правило, значно більший за вхідний опір транзистора. Внаслідок цього струм у базовому колі практично не залежить від величини вхідного опору транзистора (опору ЕП і розподільного опору бази ), і з великою точністю можна вважати, що керування роботою ключа здійснюється за допомогою струму бази.

За відсутності імпульсу керування під дією джерела транзистор перебуває у РВ, тобто у закритому стані, і робоча точка знаходиться на динамічній характеристиці (рис. 3.59) у положенні А. При цьому струм бази , струм колектора , напруга на колекторі . Коло навантаження розірване, тому в такому стані довільний вхідний сигнал може без спотворення і послаблення пройти на вихід схеми, тобто транзистор не шунтує (не закорочує) цей сигнал на корпус. Розподіл концентрації дірок у базі БТ у цьому режимі показано на рисунку 3.60 а кривою для моменту . Концентрація неосновних носіїв у базі мала, опір бази і всього БТ великий.

Рисунок 3.59 – Переміщення робочої точки в ключовому (імпульсному) режимі транзистора

Рисунок 3.60 – Розподіл концентрації дірок у базі БТ у ключовому режимі

У момент в базу БТ подається негативний імпульс струму (рис. 3.61), ЕП вмикається в прямому напрямі, дірки з емітера інжектуються до бази. ЕП переходить до активного режиму роботи, робоча точка рухається вздовж навантажувальної прямої від т. А до т. В, наближаючись до області режиму насичення (РН). Струм бази в момент різко зростає до значення , і концентрація дірок у базі біля ЕП збільшується. Але струм колектора починає змінюватися лише через деякий час задержки, який потрібно затратити діркам, щоб подолати відстань між емітером і колектором. Через певний час дифундуючі до колектора дірки заповнюють базу, градієнт їх концентрації біля КП збільшується, і струм колектора зростає (крива на рисунку 3.60 а). У момент транзистор наближається до РН, розподіл концентрації дірок у базі стає лінійним, наростання струму колектора сповільнюється (рис. 3.60 а, крива , рис. 3.61). Робоча точка транзистора переходить до точки В на навантажувальній прямій. Ця точка відповідає напрузі і струму . Напруга на КП , і КП вмикається у прямому напрямі. Починається інтенсивна інжекція дірок з колектора до бази, їх концентрація біля КП зростає, стає більшою, ніж рівноважна (рис. 3.60, крива ). Градієнт дірок у базі в РН залишається постійним, і струм колектора більше не наростає (рис. 3.61).

У момент імпульс керування в базі БТ закінчується, і прилад поступово повертається до свого початкового стану. Починається процес розсмоктування дірок у базі за рахунок їх екстракції до областей емітера і колектора. Зміна знака градієнта концентрації біля ЕП (крива на рисунку 3.60) і перехід дірок до області емітера викликають зміну напряму струму бази, який досягає значення (рис. 3.61). За час розсмоктування неосновних носіїв (від моменту до моменту ) концентрація дірок у базі біля ЕП та КП зменшується таким чином, що градієнт їх концентрації залишається постійним (криві і на рисунку 3.60 б), і тому струм та не змінюється. Після того як концентрація дірок у базі біля КП і ЕП досягає рівноважного значення (), градієнти їх концентрації починають зменшуватись, і це викликає зменшення струмів бази і колектора до початкових значень = та =, характерних для РВ.